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행성 거주성

Planetary habitability
"살 수 있는 행성"이 여기로 방향을 바꾼다.현재까지 발견된 잠재적으로 거주할 수 있는 행성의 목록은 잠재적으로 거주할 수 있는 외부 행성의 목록을 참조하십시오.
행성의 거주성을 이해하는 것은 부분적으로 지구상의 조건들을 추론하는 것인데, 이것이 생명을 지탱하는 것으로 알려진 유일한 행성이기 때문이다.

행성 거주성은 생명체가 살기 좋은 환경을 개발하고 유지할 수 있는 행성이나 자연 위성의 잠재력을 측정하는 것이다.[1]생명체는 행성이나 위성에서 내생적으로 직접 생성되거나 팬스퍼리아라고 알려진 가상의 과정을 통해 다른 신체로부터 생명체로 전달될 수 있다.[2]환경은 거주할 수 있는 것으로 간주되는 생명을 포함할 필요가 없으며, 생명체가 발생할 수 있는 유일한 영역은 허용될 수 있는 거주 가능한 영역이다.[3]

지구 너머의 생명체의 존재를 알 수 없기 때문에 행성 거주성은 대체로 지구의 조건과 생명의 번창에 유리하게 보이는 태양과 태양계의 특징에 대한 추론이다.[4]특히 흥미있는 것은 단지 단순한 단세포 생물이 아니라 지구상에 복잡하고 다세포적인 유기체를 지속시킨 요인들이다.이와 관련하여 연구와 이론은 천문학, 행성과학, 그리고 우주생물학의 새롭게 대두되는 규율과 같은 많은 자연과학의 구성요소다.

생명에 대한 절대적 요건은 에너지원이며, 행성 거주성의 개념은 천문학적 신체가 생명을 지탱하기 전에 많은 다른 지구물리학적, 지질화학학적, 천체물리학적 기준을 충족해야 한다는 것을 암시한다.NASA는 우주생물학 로드맵에서 주요 거주성 기준을 "액체수 범위 확대,[1] 복잡한 유기 분자 조합에 유리한 조건, 신진대사를 지속할 수 있는 에너지 공급원"으로 정의했다.[5]2018년 8월, 연구원들은 물세계가 생명을 지탱할 수 있다고 보고했다.[6][7]

거주성 지표와 생물학적 특성은 반드시 행성 및 환경적 맥락 안에서 해석되어야 한다.[2]신체의 거주 가능성 잠재력을 결정함에 있어, 연구는 신체의 대량 구성, 궤도 특성, 대기 및 잠재적인 화학적 상호작용에 초점을 맞춘다.중요한 별 특징에는 질량과 광도, 안정적인 가변성, 높은 금속성이 포함된다.더 많은 추측성 거주성 이론들이 때때로 대체 생화학물질과 다른 종류의 천문체를 조사하지만, 지구와 같은 화학의 잠재력을 가진 록키, 습한 지상형 행성들과 달들은 우주생물학 연구의 주요 초점이다.

비록 역사적으로 그것은 물리과학만큼이나 철학에 의해 틀에 박혀 있었지만, 지구 너머의 행성들이 생명을 주관할 수도 있다는 생각은 고대의 것이다.[a]20세기 후반에는 그 분야에서 두 가지 돌파구가 보였다.태양계 내의 다른 행성과 달에 대한 관측과 로봇 우주선 탐사는 거주성 기준의 정의에 중요한 정보를 제공하고 지구와 다른 물체들 간의 실질적인 지구물리학적 비교를 가능하게 했다.1990년대[8][9] 초에 시작하여 그 이후 가속화된 외계 행성의 발견은 가능한 외계 생명체의 연구를 위한 더 많은 정보를 제공했다.이러한 발견은 행성을 유치하는 데 있어서 태양이 별들 사이에서 유일하지 않다는 것을 확인시켜 주고, 태양계를 넘어 거주성 연구 지평을 넓힌다.

역사

지구 거주성 비교

생물의 화학은 138억년 전 빅뱅 직후 우주가 불과 1억~1700만년 전까지만 해도 살 수 있는 시대였던 시절이 시작되었을지도 모른다.[10][11]팬스퍼미아 가설에 따르면, 운석, 소행성, 그리고 다른 작은 태양계 신체에 의해 분포된 미세한 생명체가 우주 전역에 존재할 수 있다.[12]그럼에도 불구하고, 지구는 우주에서 생명체가 사는 것으로 알려진 유일한 곳이다.[13][14]수천 개의 외계 행성의 발견과 지구상의 극한 서식지에 대한 새로운 통찰과 [15][16]함께 다른 별들 주위에 거주할 수 있는 구역의 추정은 우주에 아주 최근까지 가능한 것으로 여겨지는 것보다 더 많은 거주할 수 있는 장소가 있을 수도 있다는 것을 암시한다.[17]2013년 11월 4일, 천문학자들은 케플러 우주 미션 데이터를 바탕으로 은하계 내에 태양과 같은 별과 적색 왜성의 거주 가능 구역에서 지구 크기의 행성이 400억 개에 달할 수 있다고 보고했다. 이 추정된 행성들 중 110억 개가 태양과 같은 별들의 궤도를 돌고 있을 수도 있다.[18][19][20]과학자들에 따르면 그러한 행성이 가장 가까운 곳에 12광년 떨어져 있을 수도 있다고 한다.[18][19]2021년 6월 현재, 총 59개의 잠재적으로 거주할 수 있는 외부 행성이 발견되었다.[21]

2021년 8월, '수소가 풍부한 뜨거운 해양으로 덮인 행성들'이 포함된 새로운 종류의 거주 가능한 행성인 '하이션 행성들'이 보고되었다.[22]우주 망원경은 물론 지상 망원경에 의해 2021년 12월 25일 발사된 제임스 웹 우주 망원경(JWST)과 같은 생물학적 형상에 대해 곧 연구될지도 모른다.[23]

적절한 항성계통

행성 거주성에 대한 이해는 숙주 별에서 시작된다.[24]고전적인 HZ는 표면 조건에서만 정의된다. 그러나 별빛에 의존하지 않는 신진대사는 여전히 HZ 밖에 존재할 수 있으며, 액체 상태의 물을 이용할 수 있는 행성 내부에서도 번성하고 있다.[24]

SETI의 프로젝트 피닉스(Project Phoenix)의 후원으로 2002년 과학자 마거릿 턴불과 질 타터가 'HabCat'(또는 거주 가능한 항성 시스템의 카탈로그)을 개발했다.카탈로그는 12만개에 달하는 대형 히파르코스 카탈로그 별을 잠재적으로 거주할 수 있는 17,000개의 핵심 그룹으로 묶어 구성했으며, 사용된 선택 기준은 거주할 수 있는 행성에 필요한 천체물리학적 요인을 이해하는 좋은 출발점이 된다.[25]2015년 8월에 발표된 연구에 따르면, 은하계처럼 작은 은하보다 매우 큰 은하가 거주할 수 있는 행성의 형성과 개발에 더 유리할 수 있다.[26]

그러나 행성을 거주할 수 있게 하는 것은, 물이 표면에서 액체일 수 있도록 숙주별에서 적당한 거리에 위치한 행성을 갖는 것보다 훨씬 더 복잡한 질문이다: 다양한 지구물리학적 측면과 지질역학적인 측면, 방사능, 숙주별의 플라즈마 환경은 만약 행성과 생명의 진화에 영향을 줄 수 있다.액체 상태의 물은 우리가 알고 있는 생명체에게 필요하지만[27] 충분하지 않은 조건이다. 거주가능성은 다수의 환경적 매개[2] 변수의 함수이기 때문이다.[24]

스펙트럼 등급

별의 스펙트럼 등급은 (주계열성 별의 경우) 전체 질량과 상관관계가 있는 광권 온도를 나타낸다.거주 가능한 별에 대한 적절한 스펙트럼 범위는 "F 후반" 또는 "G"에서 "K 중간"으로 간주된다.이는 4000K(6,700 °C~3,700 °C)보다 약간 낮은 7,000 K보다 약간 낮은 온도에 해당한다. 5,777 K의 G2 별인 태양은 이 범위 내에 있다.이 스펙트럼 범위는 아마도 지역 은하계 별의 5퍼센트에서 10퍼센트 사이를 차지할 것이다.이러한 종류의 "중류" 별은 행성 거주성에 중요하다고 간주되는 여러 특성을 가지고 있다.

  • 그들은 적어도 몇 억 년을 살아서, 삶이 진화할 수 있는 기회를 허용한다."O"계급의 더 발광적인 주계열성 스타들과 "B"계급의 많은 멤버들은 보통 5억년 이하, 예외적으로 1,000만년 이하를 산다.[28][b]
  • 그들은 오존 생성과 같은 중요한 대기 역학을 촉발할 만큼 고주파 자외선을 충분히 방출하지만, 이온화가 초기의 생명을 파괴할 정도는 아니다.[29]
  • 그들은 광합성에 도움이 되는 파장에서 충분한 방사선을 방출한다.[30]
  • 액체 상태의 물은 조석 잠금을 유도하지 않는 거리에서 그들을 공전하는 행성의 표면에 존재할 수 있다.

K형 별들은 태양보다 훨씬 더 오래 생명을 지탱할 수 있을지도 모른다.[31]

죽은 K와 M급 적색 왜성들이 거주할 수 있는 행성에 적합한 숙주인지 아닌지는 아마도 이들의 유병률(적색 왜성 시스템의 지속성)을 고려할 때 행성 거주성의 전체 분야에서 가장 중요한 공개 질문일 것이다.'초지구'인 글리제 581 c는 적색 왜성의 '거주 가능 구역'(Hz)에서 궤도를 선회하는 것이 발견됐으며 액체 상태의 물을 보유하고 있을 수 있다.그러나 온실효과는 생명을 지탱하기에 너무 뜨거워지는 반면 이웃인 글리제 581 d는 거주가능성에 대한 가능성이 더 높을 수 있다.[32]2010년 9월, 이 두 행성 사이의 궤도에서 다른 행성인 글리제 581g의 발견이 발표되었다.그러나, 이 발견에 대한 검토는 이 행성의 존재를 의심케 했고, 그것은 "확인되지 않은" 것으로 나열되어 있다.2012년 9월, 글리제 163을[33] 돌고 있는 두 행성의 발견이 발표되었다.[34][35]행성 중 하나인 글리제 163 c는 지구 질량의 약 6.9배, 다소 더 뜨거운 것으로, 거주 가능 구역 내에 있는 것으로 간주되었다.[34][35]

최근의 연구는 적외선과 적외선에 가까운 곳에서 더 많은 빛을 방출하는 더 차가운 별들이 실제로 얼음과 눈덩이 상태의 발생률이 적은 더 따뜻한 행성을 가질 수 있다고 제안한다.이러한 파장은 행성의 얼음과 온실가스에 흡수되어 더 따뜻하다.[36][37]

2020년 한 연구에 따르면 태양과 같은 별의 절반 정도가 바위투성이로 잠재적으로 거주할 수 있는 행성을 수용할 수 있다고 한다.구체적으로, 그들은 평균적으로 G형 항성과 K형 항성 주변의 가장 가까운 거주 가능 구역 행성이 약 6 파섹 떨어져 있으며, 태양으로부터 10 파섹(32.6광년) 이내에 G형 항성과 K형 항성 주변에 약 4개의 암석행성이 있다고 추정했다.[38]

안정적 거주 가능 구역

주요 기사:거주 가능 구역

거주 가능 영역(HZ)은 행성이 표면에 액체 상태의 물을 유지할 수 있는 항성을 둘러싼 껍질 모양의 공간 영역이다.[24]이 개념은 1959년 천체물리학자 수슈 황이 주관별이 부과한 기후적 제약을 바탕으로 처음 제안했다.[24]에너지원을 가진 후에, 액체 물은 지구의 모든 생명체계에 얼마나 중요한지를 고려할 때, 생명체의 가장 중요한 성분으로 널리 여겨진다.그러나 만약 물이 없는 상태에서 생명체가 발견된다면, HZ의 정의는 크게 확장되어야 할지도 모른다.

HZ의 안쪽 가장자리는 폭주하는 온실효과가 저수지를 기화시키는 거리로, 두 번째 효과로서 수증기의 광분해와 수소의 우주 유실을 유도한다.HZ의 바깥쪽 가장자리는 최대 온실 효과가 행성의 표면을 빙점 위로 유지하는데 실패하는 항성으로부터의 거리, 그리고
2 CO 응축에 의한 것이다.[24][3]

"안정적인" HZ는 두 가지 요인을 내포한다.첫째, HZ의 범위는 시간에 따라 크게 달라지지 않아야 한다.모든 별은 나이가 들면서 발광도가 증가하며, 따라서 주어진 HZ는 밖으로 이동하지만, 만약 이것이 너무 빨리 일어난다면(예를 들어 초거대 별과 함께) 행성은 HZ 내부에 짧은 창만 가지고 있고 그에 상응하여 생명체가 발전할 가능성은 더 적을 수 있다.CNO 사이클과 같은 부정적인 피드백 루프가 조도 증가를 상쇄하는 경향이 있기 때문에 HZ 범위와 그것의 장기 이동을 계산하는 것은 결코 간단하지 않다.따라서 대기 조건과 지질학에 대한 가정은 별의 진화만큼이나 투입 HZ 범위에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 태양 HZ의 제안된 매개변수는 크게 변동했다.[39]

둘째, 가스 대기업과 같은 큰 질량의 신체가 HZ에 있거나 비교적 가까운 곳에 있어서는 안 되며, 따라서 지구 크기의 신체의 형성에 지장을 준다.예를 들어 소행성대에 있는 물질은 목성과의 궤도 공진 때문에 행성에 유입될 수 없었던 것으로 보인다; 만약 이 거인이 지금 금성과 화성 궤도 사이에 있는 지역에 나타났다면, 지구는 거의 현재의 형태로 발전하지 않았을 것이다.그러나 HZ 내부의 가스 대기업은 적절한 조건 하에서 거주할 수 있는 달을 가질 수 있다.[40]

태양계에서, 내행성은 지상이고, 외행성은 가스 거대하지만, 외행성의 발견은 이 배열은 전혀 흔하지 않을 수도 있음을 암시한다: 수많은 목성 크기의 사체가 그들의 원궤도에서 가까운 궤도에서 발견되어 잠재적인 HZs를 교란시키고 있다.그러나, 외계 행성에 대한 현재의 데이터는 식별하기가 훨씬 쉽기 때문에 그러한 유형(접근 궤도에 있는 큰 행성들)으로 치우칠 가능성이 높다. 따라서 어떤 유형의 행성계가 표준인지, 아니면 실제로 행성계가 있는지는 두고 봐야 한다.[citation needed]

낮은 항성 변동

주요 기사:변광성

광도의 변화는 모든 별에 공통적이지만, 그러한 변동의 심각성은 광범위한 범위를 포괄한다.대부분의 항성은 비교적 안정적이지만, 상당한 수의 변광성들은 종종 갑작스럽고 강렬한 광도 증가를 겪으며 결과적으로 궤도의 몸을 향해 방사되는 에너지의 양이 된다.이 별들은 생명체가 사는 행성을 유치하는데, 그들의 예측 불가능성과 에너지 생산량 변화는 유기체에 부정적인 영향을 미칠 것이기 때문에, 생명체가 사는 행성을 유치하는데 있어서 가난한 후보들로 간주된다: 특정한 온도 범위에 적응한 생물들은 너무 큰 온도 변화에서 살아남을 수 없기 때문이다.또한, 발광도의 상승은 일반적으로 치명적인 것으로 판명될 수 있는 대규모의 감마선과 X선 방사선을 동반한다.대기는 그러한 영향을 완화시키지만, 이러한 행성들을 자극하는 고주파 에너지 버퍼링은 지속적으로 보호 덮개를 벗겨낼 것이기 때문에, 그들의 대기는 변수를 공전하는 행성들에 의해 유지되지 않을 수도 있다.

태양은 다른 많은 부분과 마찬가지로 비교적 온화하다. 즉, 태양은 11년 태양주기에 걸쳐 최대 에너지와 최소 에너지 생산량 사이의 차이가 약 0.1%이다.예를 들어, 2천년 중반의 리틀 빙하시대는 태양 광도의 비교적 장기적인 감소에 의한 것일 수 있다.[41]따라서 별은 거주성에 영향을 주기 위해 발광성의 차이를 나타내는 진정한 변수가 될 필요는 없다.알려진 태양 아날로그 중 태양과 매우 유사한 것은 18 전갈자리인 것으로 간주된다; 불행히도 가까운 곳에 존재하는 생명체의 전망에 있어서, 두 신체의 유일한 중요한 차이점은 18 전갈자리보다 훨씬 더 큰 것으로 보이는 태양 주기의 진폭이다.[42]

고금질

참고 항목:금속성

어떤 별에서든 물질의 대부분이 수소와 헬륨인 반면, 무거운 원소(금속)의 양에는 상당한 변화가 있다.항성 내 금속의 높은 비율은 원행성 원반에서 초기에 사용할 수 있는 중물질의 양과 상관관계가 있다.적은 양의 금속은 행성계 형성의 태양 성운 이론에 따라 행성의 형성을 훨씬 덜 하게 한다.금속으로 된 가난한 별 주위를 형성한 어떤 행성도 질량이 낮아서 생명에 불리할 것이다.외행성이 발견된 시스템에 대한 분광학적 연구는 "행성이 있는 별들, 혹은 적어도 현재 우리가 발견하고 있는 행성과 유사한 행성이 있는 별들은 행성이 없는 별들보다 분명히 더 금속이 풍부하다"[43]라는 높은 금속 함량과 행성 형성의 관계를 확인시켜 준다.높은 금속성과 행성 형성의 이러한 관계는 우주 역사 초기에 형성된 별들이 금속 함량이 낮기 때문에 젊은 세대의 별들 주변에서 거주할 수 있는 시스템이 발견될 가능성이 더 높다는 것을 의미하기도 한다.

행성 특성

몇몇 가스 대기업들의 달은 잠재적으로 살 수 있을 것이다.[44]

거주성 지표와 생물학적 특성은 반드시 행성 및 환경적 맥락 안에서 해석되어야 한다.[2]행성이 거주 가능으로 등장할지는 분자구름과 원시행성 원반 내의 유기 분자의 생산, 행성계에서의 발생 중과 이후의 물질의 전달, 그리고 행성계에서의 궤도 위치 등을 포함할 수 있는 그것의 형성을 이끈 사건의 순서에 달려 있다.[2]거주할 수 있는 행성에 대한 주요한 가정은 그들이 지상이라는 것이다.대략 지구 질량의 1배 이내인 그러한 행성들은 주로 규산염 암석으로 구성되어 있으며, 가스 거대기업에서 발견되는 수소와 헬륨의 기체 외층에는 영향을 미치지 않았다.거대한 행성의 구름 꼭대기에서 생명체가 진화할 수 있는 가능성은 표면이 없고 그 중력이 거대하기 때문에 가능성이 낮다고 여겨지지만 결정적으로 배제되지는 않았다.[c][47]한편 거대 행성의 자연 위성은 생명체를 유치하기 위한 유력한 후보지로 남아 있다.[44]

2011년 2월 케플러 우주전망대 미션팀은 거주 가능 지역에 있을 수 있는 54명을 포함하여 1235명의 외계 행성 후보 명단을 발표했다.[48][49]이 지역에 있는 후보 중 6명은 지구의 두 배 크기보다 작다.[48]보다 최근의 연구에 따르면 이들 후보 중 한 명(KOI 326.01)이 처음 보고된 것보다 훨씬 크고 더 뜨겁다고 한다.[50]케플러 연구팀은 이 연구 결과를 토대로 '은하도에 최소 500억 개의 행성'이 있으며 이 중 '최소한 5억 개의 행성'이 거주 가능 지역에 있다고 추정했다.[51]

어떤 환경이 생명을 지탱할 것 같은지를 분석하는 데 있어서, 보통 박테리아와 고고학과 같은 단순하고 단세포적인 유기체와 복잡한 메타조안(동물) 사이에서 구별된다.단세포성은 어떤 가상의 생명의 나무에서 반드시 다세포성보다 앞서며, 단세포 유기체가 나타나는 곳에서는 더 큰 복잡성이 그때그때 발달할 것이라는 보장이 없다.[d]아래에 열거된 행성적 특성은 일반적으로 생명에 결정적이라고 여겨지지만, 모든 경우에 다세포 유기체는 단세포 생물보다 까다롭다.

미사

희귀한 대기를 가진 화성은 태양으로부터 비슷한 거리에 있다면 지구보다 더 춥다.

저질량 행성은 두 가지 이유로 생명체가 살 수 있는 가난한 후보들이다.첫째로, 중력이 낮으면 대기의 보존이 어려워진다.구성 분자는 태양풍에 의해 완충되거나 충돌에 의해 휘저어지면 탈출 속도에 도달하여 우주로 사라질 가능성이 더 높다.대기층이 두꺼운 행성은 원시 생화학에 필요한 물질이 부족하고, 표면 전체에 걸쳐 단열이 거의 없고 열 전달이 잘 되지 않는다(예를 들어, 대기가 얇은 화성은 태양으로부터 비슷한 거리에 있었다면 지구보다 춥고), 유성체와 고주파 r에 대한 보호를 적게 제공한다.아첨의또한 대기 밀도가 0.006 지구 대기보다 낮은 곳에서는 필요한 대기압인 4.56mm Hg(608Pa)(0.18인치 Hg)가 발생하지 않아 액체 형태로 물이 존재할 수 없다.물이 액체인 온도 범위는 일반적으로 낮은 압력에서 더 작다.

둘째로, 작은 행성들은 지름이 작고 따라서 더 큰 사촌들보다 표면 대 부피 비율이 더 높다.그러한 몸은 형성 과정에서 남은 에너지를 빨리 잃고 지질학적으로 죽게 되는 경향이 있는데, 지표면에 생명 유지 물질을 공급하는 화산, 지진, 지각 활동이 부족하고 이산화탄소와 같은 온도 조절기가 있는 대기도 부족하다.플레이트 텍토닉스는 적어도 지구에서는 특히 중요한 것으로 보인다: 그 과정은 중요한 화학 물질과 광물을 재활용할 뿐만 아니라, 대륙 생성과 환경 복잡성 증가를 통해 생물 다양성을 촉진하고 지구의 자기장을 생성하는데 필요한 대류 세포를 생성하는데 도움을 준다.[52]

"저질량"은 부분적으로 상대적인 라벨이다: 지구는 태양계의 가스 거대기업과 비교할 때 저질량이지만, 지름이 가장 크고 질량이 높으며, 모든 육지체 중에서 가장 밀도가 높다.[e]중력만으로 대기를 유지할 수 있을 만큼 크고 용융된 핵이 열엔진으로 남아 표면의 다양한 지질학을 구동할 수 있을 만큼 크다(행성 핵 내의 방사성 원소의 붕괴는 행성 난방의 또 다른 중요한 요소다).이와는 대조적으로 화성은 지질학적으로 거의(또는 아마도 완전히) 죽었고 대기의 많은 부분을 잃었다.[53]따라서 거주 가능성의 질량 하한은 화성과 지구 또는 금성의 질량 하한 사이에 있다고 추론하는 것이 타당할 것이다: 0.3 지구 질량은 거주 가능 행성의 거친 구분 선으로 제공되었다.[54]그러나, 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터의 2008년 연구는 분단선이 더 높을 수 있다는 것을 시사한다.지구는 사실 거주성의 하위 경계에 놓여있을지도 모른다: 만약 그것이 조금이라도 더 작다면, 판구조론은 불가능할 것이다.지구 질량의 85%를 가진 금성은 지각 활동 징후를 보이지 않는다.반대로 지구보다 질량이 높은 지상 행성인 '초지구'는 판구조학 수준이 높아 거주 가능한 범위에 확고히 놓일 것이다.[55]

예외적인 환경은 다음과 같은 예외적인 경우를 제공한다.목성의 달 이오(지상 행성들 중 어느 행성보다 작은 것)는 궤도에 의해 유발되는 중력 스트레스 때문에 화산적으로 역동적이며, 이웃한 유로파도 가스 거인의 궤도를 선회하면서 발생하는 힘 때문에 얼어붙은 껍질 아래 액체 바다나 얼음처럼 차가운 슬러쉬를 가지고 있을 수 있다.

한편 토성의 타이탄은 두꺼운 대기를 유지하고 표면에는 액체 메탄 바다가 있기 때문에 생명체를 항구에 옮길 수 있는 외부 가능성을 가지고 있다.이러한 바다에서는 최소한의 에너지만을 필요로 하는 유기화학적 반응이 가능하지만, 어떤 생물체계가 그러한 최소한의 반응에 기초할 수 있는지는 불분명하며, 그럴 것 같지 않다.[citation needed]이 위성들은 예외지만, 우리가 이해하는 이 단계에서 거주 가능성의 기준으로서 질량이 반드시 결정적인 것으로 여겨질 수는 없다는 것을 증명한다.[56]

더 큰 행성은 더 거대한 대기를 가질 가능성이 있다.더 가벼운 원자를 유지하기 위해 더 높은 탈출속도와 강화된 판구조론으로부터 광범위한 외출을 결합하면 지구와 비교하여 표면의 대기압과 온도를 크게 증가시킬 수 있다.이렇게 무거운 대기의 강화된 온실효과는 그러한 거대한 행성의 경우 거주할 수 있는 지대가 중심별에서 더 멀리 떨어져 있어야 한다는 것을 암시하는 경향이 있다.

마지막으로, 더 큰 행성은 큰 철심을 가질 가능성이 있다.이것은 자기장이 별의 바람과 우주 복사로부터 행성을 보호할 수 있게 하고 그렇지 않으면 행성 대기를 벗겨내고 생명체에 이온화된 입자를 퍼붓는 경향이 있다.질량은 자기장을 생성하기 위한 유일한 기준이 아니다. 행성 또한 중심 내에서[57] 동력학적 효과를 낼 수 있을 만큼 충분히 빠르게 회전해야 하기 때문이다. 그러나 질량은 과정의 중요한 구성요소다.

잠재적으로 거주할 수 있는 외부 행성의 질량은 0.1에서 5.0의 지구 질량 사이에 있다.[21]그러나 거주할 수 있는 세계는 지구 질량이 0.0268만큼 낮은 것이 가능하다.[58]

반지름

잠재적으로 거주할 수 있는 외부 행성의 반지름은 0.5와 1.5의 지구 반지름 사이일 것이다.[21]

궤도 및 회전

다른 기준과 마찬가지로 안정성은 궤도 및 회전 특성이 행성 거주성에 미치는 영향을 평가할 때 중요한 고려사항이다.궤도 이심률은 모항성에 대한 행성의 가장 먼 접근과 가장 가까운 접근 사이의 차이를 해당 거리의 합으로 나눈 것이다.타원 궤도의 모양을 설명하는 비율이다.편심성이 클수록 행성 표면의 온도 변동도 커진다.비록 적응력이 뛰어나지만, 생명체는 특히 그 변동이 행성의 주요 생물학적 용매(예를 들어 지구상의 물)의 동결점과 비등점 둘 다와 겹친다면, 그렇게 많은 변화만을 견딜 수 있다.예를 들어, 만약 지구의 바다가 번갈아 가며 끓고 꽁꽁 얼었다면, 우리가 알고 있는 것처럼 생명체를 상상하기는 어렵다.유기체가 복잡할수록 온도 민감도가 높아진다.[59]지구의 궤도는 거의 완벽하게 원형으로 편심률이 0.02 미만이다; 태양계의 다른 행성들(수성 제외)은 유사하게 양성인 편심성을 가지고 있다.

거주성은 항성 주위의 행성계 구조에도 영향을 받는다.이들 시스템의 진화와 안정성은 지구 행성의 궤도진화를 견인하는 중력역학에 의해 결정된다.태양계 외 행성의 궤도 이심률에 대해 수집된 데이터는 대부분의 연구자들을 놀라게 했다. 90%는 태양계 내에서 발견되는 궤도 이심률보다 더 큰 궤도 이심률을 가지고 있으며 평균은 완전히 0.25이다.[60]이것은 대부분의 행성들이 매우 편심 궤도를 가지고 있다는 것을 의미하며, 이것들 중, 그들의 항성으로부터의 평균 거리가 HZ 내에 있다고 여겨지더라도, 그럼에도 불구하고 그들은 단지 그 구역 내에서 그들의 시간의 일부만을 소비할 것이다.

생명체가 진화할 기회를 가지려면 행성의 회전축 주위의 움직임도 일정한 기준을 충족해야 한다.첫 번째 가정은 이 행성이 적당한 계절을 가져야 한다는 것이다.황혈의 수직에 비해 축방향 기울기(또는 직각성)가 거의 또는 전혀 없다면 계절이 발생하지 않고 생물권역학적 역동성에 대한 주요 자극제가 사라진다.이 행성은 또한 상당한 기울기가 있을 때보다 더 추울 것이다: 가장 강한 방사능이 항상 적도의 몇 도 안에 있을 때, 따뜻한 날씨는 극으로 이동할 수 없고 행성의 기후는 더 추운 극지방 기상 시스템에 의해 지배된다.

행성이 급격히 기울어지면 계절이 극심해져 생물권이 동토스타시를 이루기가 더욱 어려워진다.지구의 축방향 기울기는 북극 얼음 감소, 따뜻한 온도, 계절적 변화 감소와 맞물려 현재 (4분기에는) 과거보다 더 높다.과학자들은 이러한 추세가 축방향 기울기가 더 증가하면서 무한정 지속될지 여부를 알지 못한다(눈덩이 지구 참조).

이러한 변화의 정확한 영향은 현재 컴퓨터 모델만 할 수 있으며, 연구들은 85도까지의 극한 기울기조차도 "가장 높은 온도로 인해 계절적으로 시달리는 대륙 표면을 차지하지 않는다면"[61] 생명을 완전히 배제하지는 않는다는 것을 보여주었다.평균 축 기울기뿐만 아니라 시간에 따른 변동을 고려해야 한다.지구의 기울기는 41,000년에 걸쳐 21.5도에서 24.5도 사이에서 변화한다.더 급격한 변화, 또는 훨씬 더 짧은 주기성은 계절적 심각성의 변화와 같은 기후적 영향을 유발할 것이다.

기타 궤도 고려사항에는 다음이 포함된다.

  • 행성은 주간 주기가 지나치게 길지 않도록 비교적 빨리 회전해야 한다.하루가 몇 년이 걸리면 낮과 밤의 기온차가 뚜렷해지고, 극도의 궤도 이심률로 지적된 것과 유사한 문제가 표면화된다.
  • 이 행성은 또한 자기장을 생성하기 위해 철심 안에서 자기 발전기가 시작될 수 있도록 충분히 빨리 회전해야 한다.
  • 축 회전 방향의 변화(정렬)는 발음해서는 안 된다.그 자체로, 과도현상은 정도가 아니라 기울기의 방향을 바꾸므로 거주성에 영향을 줄 필요는 없다.그러나 과도현상은 다른 궤도 편차로 인한 변동을 강조하는 경향이 있다. 밀란코비치 주기를 참조한다.지구에서의 전과는 26,000년 주기로 일어난다.

지구의 달은 축방향 경사를 안정시켜 지구의 기후를 완화시키는 데 결정적인 역할을 하는 것으로 보인다.혼란스러운 기울기는 거주성 측면에서 "거래를 방해하는" 것일 수 있다는 제안이 나왔다. 즉, 달 크기의 위성은 단지 도움이 될 뿐만 아니라 안정성을 만들어내는데 필요한 것이다.[62]이 입장은 여전히 논란의 여지가 있다.[f]

지구의 경우, 유일한 달은 해양 조수에 크게 기여할 정도로 충분히 거대하고 궤도를 돌고 있으며, 이는 지구의 큰 액체 해양의 역동적인 추종을 돕는다.이러한 달의 힘은 바다가 정체되지 않도록 하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 지구의 역동적인 기후에 중요한 역할을 한다.[63][64]

지질학

지구의 지질 단면
지구 자기장의 간단한 모델을 보여주는 시각화.

암석 행성 맨틀의 방사성핵종 농도는 지구형 행성의 거주성에 매우 중요하다.그러한 유산이 더 높은 행성들은 수명의 상당 부분 동안 지속적인 발전기가 부족할 가능성이 있으며, 농도가 더 낮은 행성들은 종종 지질학적으로 불활성이 될 수 있다.행성 발전기는 강한 자기장을 생성하는데, 이것은 태양풍과 우주복사로부터 행성을 보호하기 때문에 종종 생명체가 발전하거나 지속하는 데 필요할 수 있다.별의 전자기 방출 스펙트럼은 지구와 같은 거주 가능한 행성을 더 잘 수용하는 행성을 식별하는 데 사용될 수 있다.2020년 현재 방사성핵종은 중성자 항성 합병과 같은 희귀 항성 과정에 의해 생성되는 것으로 생각된다.[65][66]

추가적인 지질학적 특성은 신체의 열과 자기장을 형성할 수 있는 일부를 포함하여 자연 천체의 거주가능성에 필수적이거나 주요 요인이 될 수 있다.이들 중 일부는 알려지지 않았거나 잘 이해되지 않았으며 행성 과학자, 지구화학자들, 그리고 다른 사람들에 의해 조사되고 있다.[67][additional citation(s) needed]

지구화학

추가 정보:지구화학

일반적으로 존재할지 모르는 외계 생명체는 생명체에 가장 필수적인 탄소, 수소, 산소, 질소 등 네 가지 원소가 우주에서 가장 흔한 화학반응성 원소인 것처럼 지구에서 발견되는 것과 같은 근본적인 생화학에 기초하게 될 것이라고 추측된다.실제로 글리신과 같은 매우 단순한 아미노산과 같은 단순한 생물 유발 화합물이 운석과 성간 매체에서 발견되었다.[68]이 네 가지 원소는 모두 지구 집단 바이오매스의 96% 이상을 차지한다.탄소는 자신과 결합하고 복잡하고 다양한 구조물의 거대한 배열을 형성하는 비할 데 없는 능력을 가지고 있어 살아있는 세포를 형성하는 복잡한 메커니즘에 이상적인 재료가 된다.수소와 산소는 물의 형태로 생물학적 과정이 일어나는 용매와 생명체의 출현으로 이어진 첫 번째 반응이 일어나는 용매를 형성한다.유기화합물을 산화시켜 이용할 수 있는, 탄소와 산소 사이의 강력한 공밸런트 결합의 형성으로 방출되는 에너지는 모든 복잡한 생명체의 연료다.이 네 가지 원소는 함께 아미노산을 구성하고, 아미노산은 다시 단백질의 구성 요소, 즉 살아있는 조직의 물질이다.또 유황(단백질 구축에 필요함)이나 인(DNA, RNA, 아데노신인산염의 생성에 필요함)도 드물다.

우주의 상대적 풍요가 항상 행성 내에서 분화된 풍요를 반영하지는 않는다; 예를 들어, 네 가지 생명 요소 중 오직 산소만이 지구 지각의 풍요로움 속에 존재한다.[69]이것은 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 암모니아, 물과 같은 가장 단순하고 흔한 화합물과 함께 수소와 질소와 같은 이러한 원소들 중 많은 수가 따뜻한 온도에서 기체라는 사실에 의해 부분적으로 설명될 수 있다.태양에 가까운 뜨거운 지역에서, 이 휘발성 화합물들은 행성의 지질 형성에 큰 역할을 하지 못했을 것이다.대신 그들은 실리카(실리콘과 산소의 합성물, 산소의 상대적 풍부함을 설명하기 위해 실리콘과 산소의 합성물)와 같은 바위가 많고 비자발적인 화합물로 만들어진 새로 형성된 지각의 밑에 기체로 갇혀 있었다.첫 번째 화산을 통해 휘발성 화합물을 과다 섭취하는 것은 행성의 대기를 형성하는 데 기여했을 것이다.밀러-우레이 실험은 에너지를 적용하면 원시 대기에 노출된 단순한 무기 화합물이 아미노산을 합성하기 위해 반응할 수 있다는 것을 보여주었다.[70]

그렇다고 해도, 화산 분출이 지구 대양의 물의 양을 설명할 수는 없었을 것이다.[71]생명에 필요한 대부분의 물, 그리고 거의 틀림없이 탄소-는 태양열에서 떨어진 바깥 태양계로부터 왔으며, 태양열은 고체 상태를 유지할 수 있었다.태양계 초기에 지구와 충돌하는 혜성은 생명체가 필요로 하는 다른 휘발성 화합물들과 함께 엄청난 양의 물을 초기 지구로 침전시켰을 것이며, 생명의 기원을 향한 출발을 제공했을 것이다.

따라서, 네 가지 "생명체"가 다른 곳에서 쉽게 이용 가능해야 한다고 의심할 만한 이유가 있지만, 거주 가능한 시스템은 아마도 내행성의 씨를 뿌리기 위해 장기 궤도를 선회하는 신체의 공급도 필요로 할 것이다.혜성 없이는 우리가 알고 있는 생명체가 지구상에 존재하지 않을 가능성이 있다.

극소환경

남아메리카의 아타카마 사막은 화성과 유사하며 불임과 거주성의 경계를 연구할 수 있는 이상적인 환경을 제공한다.

거주성 기준에 대한 한 가지 중요한 자격은 소위 골디락스 가장자리 또는 대 프리바이오틱 스팟이라고 불리는 생명체를 부양하기 위해 행성의 아주 작은 부분만이 필요하다는 것이다.[72]우주생물학자들은 종종 '변종, 선택, 유전적 표류 등 진화적 힘이 변화하는 미생물에 작용하고 반응하는 미생물에 어떻게 작용하는지에 대한 근본적인 이해가 부족하다'[73]고 지적하며 '미생'에 대해 우려한다.극소포체는 심각한 조건 하에서 틈새 환경에 살고 있는 지구 유기체로서 일반적으로 생명에 비임상적인 것으로 간주된다.일반적으로 (항상 그렇지는 않지만) 단세포, 극단적 성질은 열수 분출구에서 100 °C 이상의 수온에서 생존할 수 있는 급성 알칼리필 및 산도필성 유기체 등을 포함한다.

극한 조건에서의 생명의 발견은 거주 가능성의 복잡한 정의를 가지고 있지만, 또한 생명체가 지속될 수 있는 알려진 조건의 범위를 크게 넓히는 데 있어서 연구자들 사이에 많은 흥분을 불러일으켰다.예를 들어, 그 근처의 태양 조건을 감안할 때 대기를 지탱할 수 없는 행성은 깊은 그늘이 드리워진 균열이나 화산 동굴 안에서 그렇게 할 수 있을 것이다.[74]마찬가지로 분화구가 많은 지형은 원시적인 삶을 위한 피난처를 제공할 수 있다.잔디 언덕 분화구는 천문학적인 유사체로 연구되어 왔으며, 연구자들은 빠른 침전물 인필이 미생물 생물을 위한 보호된 미생물 환경을 만들었다고 제안하고 있다. 화성의 지질 역사에 걸쳐 유사한 조건이 발생했을 수도 있다.[75]

생명체를 지탱할 수 없는 지구 환경은 생물체가 견딜 수 있는 한계의 정의에 있어 여전히 우주 생물학자들에게 유익하다.일반적으로 지구상에서 가장 건조한 곳으로 여겨지는 아타카마 사막의 심장은 생명체를 부양할 수 없는 것으로 보이며, 그러한 이유로 NASA와 ESA의 연구 대상이 되어왔다: 화성 아날로그를 제공하고 가장자리를 따라 수분 경사로를 제공하는 것은 불임성과 거주성 사이의 경계를 연구하는 데 이상적이다.[76]아타카마는 1970년대에 화성에 있는 바이킹 착륙에서 부분적으로 복제된 실험의 대상이었다; 두 개의 토양 샘플에서 DNA를 복구할 수 없었고, 배양 실험 또한 생물학적 부정에 부정적이었다.[77]

생태적 요인

잠재적인 거주성을 예측하기 위한 두 가지 현재의 생태학적 접근법은 19개 또는 20개의 환경적 요소를 사용하며, 물의 가용성, 온도, 영양소의 존재, 에너지 자원, 태양 자외선과 은하 우주 복사로부터 보호에 중점을 둔다.[78][79]

거주성 요인[79]
물 · 액상수의 활성도
· 과거 또는 미래 액체(얼음) 재고
·사용 가능한 물의 염도, pH, Eh
화학적 환경 영양소:
· C, H, N, O, P, S, 필수금속, 필수 미세유전물
·고정 질소
· 가용성/미네랄로지
독소 함량 및 치사율:
· 중금속(예: Zn, Ni, Cu, Cr, As, Cd 등, 일부는 필수적이지만 높은 수준의 독성)
· 전 세계에 분산된 산화토양
신진대사를 위한 에너지 태양(표면 및 근표면만 해당)
지구화학(지하)
·산화제
·환원제
·레독스 그라데이션
도관
신체 조건		 · 온도
· 극도의 주간 기온 변동
· 저압(지상 혐기성 저압 한계치가 있는가?)
· 강한 자외선 살균 조사
·은하 우주복사 및 태양입자 사건(장기 누적 효과)
· 태양 자외선에 의한 휘발성 산화제(예: O, O−, O, HO22, O3)
· 기후와 그 변동성(지오그래피, 계절, 주간, 그리고 결국 부계변동)
· 기질(토양 공정, 암석 미환경, 분진 구성, 차폐)
· 지구 대기 중 CO2 농도가 높음
· 운송(애올리언, 지하수 흐름, 지표수, 빙하)

얼터너티브 스타 시스템

외계 생명체의 실현 가능성을 결정하는데 있어서 천문학자들은 오랫동안 태양과 같은 별에 주의를 집중해왔다.하지만 태양계를 닮은 행성계가 희귀한 것으로 밝혀지고 있기 때문에, 그들은 우리의 그것과 매우 다르게 시스템에서 생명체가 형성될 가능성을 탐구하기 시작했다.[citation needed]

이진법

주요 기사:2진법 항성계의 거주성

일반적인 추정에 따르면 모든 항성계통의 50% 이상이 이항계통이라고 한다.이것은 거대하고 밝은 별들이 이진에 있는 경향이 있고 이것들은 가장 쉽게 관측되고 목록화되기 때문에 부분적으로는 표본 편향일 수 있다; 더 정확한 분석은 더 흔한 실체 별들이 대개 단수이며, 따라서 모든 항성계의 3분의 2까지가 고독하다는 것을 시사했다.[80]

2진수로 된 항성들 사이의 분리는 1 천문단위 이하(AU, 평균 지구-태양 거리)에서 수백까지 다양할 수 있다.후자의 경우, 다른 적절한 항성을 공전하는 행성에서 중력 효과는 무시할 수 있으며, 궤도가 매우 편심하지 않는 한 거주성 전위는 교란되지 않을 것이다(예: 네메시스 참조).그러나 분리가 현저히 적은 곳에서는 안정적인 궤도가 불가능할 수도 있다.행성의 원점까지의 거리가 다른 항성의 가장 가까운 접근 거리의 약 5분의 1을 초과하면 궤도 안정성이 보장되지 않는다.[81]중력이 행성 형성을 방해할 수 있다는 점에서 행성이 이항성에서 형성될지 여부는 오랫동안 불확실했다.카네기 연구소의 앨런 보스의 이론적인 연구는 가스 거대 기업들이 외로운 별들 주위에서와 마찬가지로 2진법으로 별 주위를 형성할 수 있다는 것을 보여주었다.[82]

태양과 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리(Alpha Centauri)에 대한 한 연구는 거주할 수 있는 행성을 찾는 과정에서 바이너리를 할인할 필요가 없다는 것을 시사했다.센타우리 A와 B는 가장 가까운 접근에서 11AU 거리(23AU 평균)를 가지며, 둘 다 안정적인 거주 가능 구역을 가져야 한다.시스템 내에서 시뮬레이션된 행성에 대한 장기 궤도 안정성에 대한 연구는 두 항성의 약 3 AU 내 행성이 다소 안정적일 수 있다는 것을 보여준다(즉, 이항 기간 동안 반주축이 5% 미만으로 편차).Centauri A의 지속적 거주 가능 구역(45억년 동안 CHZ)은 보수적으로 1.2~1.3AU, Centauri B는 0.73~0.74로 추정되며, 두 경우 모두 안정적 지역 내에 있다.[83]

적색 왜성계

주요 기사:적색 왜소 시스템의 거주성
상대 항성 크기 및 광구 온도.여기에 보이는 행성(Gliese 229A)과 같은 적색 왜성 주위의 어떤 행성은 지구와 같은 온도를 얻기 위해 가까이 옹기종기 모여야 하며, 아마도 조석 잠금을 유발할 것이다.오렐리아를 보라.크레딧: MPIA/V.조겐스.

적색 왜성들의 거주성을 결정하는 것은 적색 왜성이 은하계 모든 별의 70~90%를 차지하기 때문에 우주에서의 삶이 얼마나 흔한지를 결정하는 데 도움이 될 수 있다.

크기

천문학자들은 수년 동안 적색 왜성을 생명체의 잠재적 도구로 배제했다.그들의 작은 크기(0.08 ~ 0.45 태양 질량)는 그들의 핵반응이 예외적으로 느리게 진행된다는 것을 의미하며, 그들은 거의 빛을 방출하지 않는다(태양이 생산하는 것의 3%에서 0.01%까지).적색 왜성 주위를 도는 궤도에 있는 어떤 행성은 지구와 같은 표면 온도를 얻기 위해 모성별에 매우 가깝게 옹기종기 모여야 할 것이다; 라카유 8760과 같은 별의 경우 0.3AU(수성 궤도 바로 안쪽), 프록시마 센타우리[84] 같은 별의 경우 0.032AU(그런 세상은 1년만 6.3일밖에 지속되지 않는다).그 거리에서는 별의 중력이 조수 잠금을 유발할 것이다.행성의 한쪽은 항성을 영원히 마주하고 다른 한쪽은 항성으로부터 항상 멀어진다.잠재적 생명체가 유추나 깊은 얼음을 피할 수 있는 유일한 방법은 행성이 낮부터 밤까지 별의 열을 전달할 수 있을 만큼 두터운 대기를 가지고 있거나, 거주 가능한 구역에 기체 거인이 있다면, 별 대신 행성에 가둬져 있는 거주할 수 있는 달과 함께, 혹성을 허용하게 될 것이다.e 행성에 고른 방사능 분포.그렇게 두꺼운 대기는 애초에 햇빛을 표면으로 닿지 못하게 하여 광합성을 방해할 것이라고 오랫동안 추측되어 왔다.

예술가의 GJ 667 Cc에 대한 인상, 3성계의 적색 왜성 주위를 돌고 있을 가능성이 있는 행성이다.

이러한 비관주의는 연구에 의해 완화되었다.캘리포니아에 있는 NASA 아메스 연구소의 로버트 하벌과 마노지 조시의 연구는 행성의 대기는 (온실가스2 CO와2 HO를 포함한다고 가정하면) 100밀리바 (0.10 atm)[85]밖에 필요하지 않다는 것을 보여주었다.이것은 광합성에 필요한 수준 내에 있지만, 그들의 모델들 중 일부에서는 물이 여전히 어두운 쪽에 얼려 있을 것이다.그리니치 커뮤니티 칼리지의 마틴 히스 역시 바닷물이 밤 쪽의 만년설 아래로 자유롭게 흐를 수 있을 만큼 충분히 깊다면 고체가 얼지 않고 효과적으로 순환될 수 있다는 것을 보여주었다.광합성 활성 방사선의 양에 대한 고려를 포함한 추가 연구는 적색 왜성계에 있는 간결하게 잠긴 행성들이 적어도 더 높은 식물들에게 거주할 수 있을 것이라는 것을 시사했다.[86]

기타 거주성 제한 요인

그러나 적색 왜성들이 잠재적으로 삶에 적합하지 않게 만드는 유일한 요소는 아니다.적색 왜성에서는 절대로 태양을 볼 수 없기 때문에 밤에 광합성이 불가능할 것이다.낮 쪽에서는 해가 뜨지도 않고 지는 것도 아니기 때문에 산 그림자 속의 지역은 그렇게 영원히 남아 있을 것이다.우리가 알고 있는 것처럼 광합성은 적색 왜성이 적외선에서 대부분의 방사선을 생산한다는 사실 때문에 복잡할 것이고, 지구에서는 그 과정이 가시광선에 의존한다.이 시나리오에는 잠재적인 긍정이 있다.예를 들어, 수많은 지상 생태계는 적색 왜소 시스템에서 가능한 광합성보다는 화학합성에 의존한다.정적인 1차 항성 위치는 식물이 태양을 향해 잎을 향하게 하거나, 그늘/태양 패턴의 변화를 다루거나, 광합성에서 저장 에너지로 변화시킬 필요성을 제거한다.아침과 저녁의 약한 빛을 포함하여 주간 주기가 부족하기 때문에 주어진 방사선 수준에서 훨씬 더 많은 에너지를 사용할 수 있을 것이다.

적색 왜성은 그들의 더 안정적이고 더 큰 사촌들보다 훨씬 더 가변적이고 폭력적이다.종종 그들은 한 번에 몇 달 동안 방출되는 빛을 최대 40%까지 어둡게 할 수 있는 별똥별로 덮여 있는 반면, 다른 때에는 몇 분 만에 밝기를 배가시킬 수 있는 거대한 불꽃을 내뿜는다.[87]이러한 변화는 생물학적 전구체를 형성할 수 있는 어떤 복잡한 유기 분자를 파괴할 뿐만 아니라 지구 대기의 상당 부분을 날려버릴 것이기 때문에 생명체에게 매우 해를 끼칠 것이다.

적색 왜성 주위의 행성이 생명을 지탱하기 위해서는 플레어로부터 그것을 보호하기 위해 빠르게 회전하는 자기장이 필요할 것이다.깔끔하게 잠긴 행성은 아주 천천히 회전하므로 중심부에 지오디나모(geodynamo)를 만들 수 없다.적색 왜성의 생애 주기의 격렬한 플레어링 기간은 그 존재의 처음 12억 년 정도밖에 지속되지 않는 것으로 추정된다.만약 행성이 조석잠금을 피하기 위해 적색 왜성에서 멀리 떨어진 곳에서 형성되었다가 이 격동의 초기 기간 후에 별의 거주 가능 지역으로 이주한다면, 생명체가 발전할 가능성이 있다.[88]하지만, 그것의 나이를 고려하면, 7–120억 살의 Barnard's Star는 태양보다 상당히 나이가 많다.그것은 별의 활동 면에서 오랫동안 정지상태로 추정되었다.하지만, 1998년 천문학자들은 강렬한 별 플레어를 관측했는데, 놀랍게도 Barnard's Star가 나이에도 불구하고 플레어 별이라는 것을 보여주었다.[89]

장수 및 유비쿼터스

적색 왜성은 다른 별들에 비해 삶의 길잡이로서 한 가지 장점을 가지고 있는데 바로 장수라는 점이다.인류가 지구에 나타나기까지는 45억년이 걸렸고, 우리가 알고 있는 생명체는 1,2억년[90][91] 더 살기에 적합한 조건을 보게 될 것이다.이와는 대조적으로 적색 왜성은 그들의 핵반응이 더 큰 별의 그것보다 훨씬 느리기 때문에 수조 년 동안 살 수 있는데, 이는 생명이 진화하여 생존하는 데 더 오래 걸릴 것이라는 것을 의미한다.

특정 적색 왜성 주위의 거주 가능 구역에서 행성을 찾을 가능성은 미미하지만, 모든 적색 왜성 주위의 거주 가능 구역의 총량은 그 편재성을 감안할 때 태양과 같은 항성 주위의 총량과 같다.[92]게다가, 적색 왜성들은 수천억 년 또는 심지어 그 이상 주계열성으로 살기 때문에, 이 거주 가능 구역의 총량은 더 오래 지속될 것이다.[93]그러나 위의 단점과 결합하면 적색 왜성은 미생물에 더 오래 살 수 있는 반면, 태양과 같이 수명이 짧은 황색 왜성은 동물에게 더 오래 살 수 있는 것으로 남아 있을 가능성이 더 높다.

질량 항성

최근 연구에 따르면 태양 질량이 100개 이상인 매우 큰 별들이 거주 가능한 구역 내에 수백 개의 수성 크기의 행성으로 구성된 행성계를 가질 수 있다고 한다.이러한 시스템은 갈색 왜성과 저질량 항성(약 0.1–0.3 태양 질량)을 포함할 수도 있다.[94]그러나 몇 개 이상의 태양 질량을 가진 별들의 아주 짧은 수명은 안정된 생물권이 발달하는데 필요한 시간은 말할 것도 없고 행성이 식을 시간도 거의 허락하지 않을 것이다.따라서 육중한 별은 생명체의 가능한 길잡이로 제거된다.[95]

그러나, 거대한 별 시스템은 다른 방식으로 생명의 창조가 될 수 있다. 즉, 이 시스템의 중심부에 있는 거대한 별의 초신성 폭발이다.이 초신성은 거대한 항성이 주계열성으로부터 멀어지는 단계 동안에 생성된 그 부근에 더 무거운 원소를 분산시킬 것이며, 이전의 거대한 항성계 내에 있는 잠재적 저질량 항성계(아직도 주계열성계)는 상대적으로 많은 중성원소의 공급으로 인해 더욱 풍부해질 수 있다.초신성 폭발 직전이야그러나, 초신성 물질의 결과로 어떤 종류의 행성이 형성될 것인지, 그들의 거주 가능성에는 어떤 것이 있을 것인지에 대해서는 아무런 언급이 없다.

물을 기반으로 한 4종류의 거주 가능한 행성들

거주할 수 있는 지구 크기의 행성의 진화에 중요한 요인에 대한 검토에서, Lammer 외 연구진은 네 가지 물 의존적 서식지 유형의 분류를 제안했다.[24][96]

1급 서식지는 항성 및 지구물리학적 조건이 태양과 함께 표면에서 액체 상태의 물을 이용할 수 있게 하여 복잡한 다세포 생물이 생겨날 수 있도록 하는 행성체다.

II급 서식지에는 처음에는 지구와 같은 조건을 즐기지만 항성이나 지구물리학적 조건 때문에 표면에 액체 상태의 물을 유지할 수 있는 능력을 유지하지 못하는 사체가 포함된다.화성, 그리고 어쩌면 금성은 복잡한 생명체가 발달하지 않을 수도 있는 이 부류의 예일 것이다.

3급 서식지는 액체 상태의 물대양이 표면 아래에 존재하는 행성체로서 규산염이 풍부한 중심핵과 직접 상호작용할 수 있다.

이러한 상황은 그들의 별에서 너무 멀리 떨어져 위치하여 지표면 액체 상태의 물을 허용하지는 못하지만 지열로 인해 지표면 아래 물이 액체 형태로 되어 있는 행성에서 예상할 수 있다.그러한 환경의 두 가지 예로는 유로파와 엔셀라두스가 있다.그러한 세계에서는 빛을 에너지원으로 이용할 수 없을 뿐만 아니라, 운석이 가져온 유기 물질(일부 시나리오에서는 생명을 시작하기 위해 필요했던 것으로 생각됨)이 액체 상태의 물에 쉽게 도달하지 못할 수도 있다.만약 행성이 그것의 표면 아래에 생명체만 존재할 수 있다면, 생물권은 관찰 가능한 방법으로 전체 행성 환경을 수정하지 않을 것이다. 따라서, 외행성 위에서 행성의 존재를 감지하는 것은 매우 어려울 것이다.

4급 서식지에는 두 개의 얼음 층 사이에 액체 물 층이 있거나 얼음 위쪽에 액체가 있다.

수층이 충분히 두터우면 고기압 때문에 그 밑바닥에 있는 물이 고체상(얼음 폴리모르프)이 된다.가니메데와 칼리스토가 이 수업의 예일 것이다.그들의 바다는 두꺼운 얼음층 사이에 둘러싸여 있는 것으로 생각된다.그런 조건에서는 생명에 필요한 성분들이 완전히 희석될 가능성이 높기 때문에 단순한 생명체의 출현조차 매우 어려울 수 있다.

은하계 부근

행성과 항성계의 특성과 함께, 더 넓은 은하 환경은 거주성에 영향을 줄 수도 있다.과학자들은 은하의 특정 영역(은하 거주 가능 지역)이 다른 영역보다 삶에 더 적합할 가능성을 고려했다; 우리가 살고 있는 태양계는, 오리온 스퍼에서 은하계 가장자리에 있는, 생명체가 살기 좋은 지점에 있는 것으로 간주된다.[97]

  • 과도한 방사선과 중력 교란으로 인해 엄청난 항성 밀도가 생명체에 비임상적인 구상 성단에는 존재하지 않는다.구상 성단은 또한 주로 금속으로 빈약한 더 오래된 별들로 구성되어 있다.더욱이 구상성단에서는 항성의 위대한 연대는 숙주나 다른 근처의 다른 별들에 의해 많은 양의 별 진화를 의미할 것이다. 별들의 근접성 때문에 별들이 형성될 수 있다면 어떤 행성에서든 생명체에 극도의 해를 끼칠 수 있기 때문이다.
  • 그것은 활성 감마선 선원에 가깝지 않다.
  • 항성 밀도가 다시 한번 전리방사선 발생 가능성을 높이는 은하 중심부(예: 자석 및 초신성) 근처는 아니다.초거대 블랙홀은 은하계의 중앙에 있는 것으로 추정되며, 이것은 근처의 모든 신체에 위험할 수 있다.
  • 은하 중심 주위를 도는 태양의 원형 궤도는 강렬한 방사선과 중력이 다시 붕괴로 이어질 수 있는 은하의 나선팔에 방해가 되지 않게 한다.[98]

그러므로 상대적 고립은 궁극적으로 생명을 지탱하는 시스템이 필요로 하는 것이다.만약 태양이 다른 시스템들 사이에 혼잡하다면, 위험한 방사선원에 치명적으로 가까이 있을 가능성은 상당히 증가할 것이다.게다가, 가까운 이웃들은 우르트 구름과 카이퍼 벨트 물체와 같은 다양한 궤도를 도는 물체의 안정성을 해칠 수 있는데, 이것은 내부 태양계에 부딪히면 재앙을 초래할 수 있다.

별의별 혼잡은 거주성에 불리함을 증명하는 반면, 극도의 고립도 마찬가지다.태양처럼 금속이 풍부한 별은 아마도 금속의 상대적인 풍부함의 감소와 일반적인 항성 형성의 부족을 감안했을 때 은하수의 가장 바깥쪽 지역에서 형성되지 않았을 것이다.따라서 태양계가 즐기는 것과 같은 "하위" 위치는 은하의 중심이나 가장 먼 곳보다 더 바람직하다.[99]

기타 고려사항

대체 생화학

주요 기사:가상의 생화학 유형

외계 생명체에 대한 대부분의 연구는 진보된 생명체들이 지구와 유사한 생명체 요건을 가지고 있어야 한다는 가정으로부터 시작되지만, 다른 유형의 생화학에 대한 가설은 다른 대사 메커니즘을 중심으로 진화하는 생명체의 가능성을 시사한다.'에이리언 진화'에서 생물학자 잭 코헨과 수학자 이언 스튜어트는 희토류 가설에 기초한 우주생물학은 제한적이고 상상력이 부족하다고 주장한다.그들은 지구와 같은 행성은 매우 희귀할 수 있지만, 다른 환경에서는 비탄소 기반 복합 생명체가 나타날 수 있다고 제안한다.탄소에 대한 대안으로 가장 많이 언급되는 것은 실리콘 기반 생명체인 반면 암모니아와 탄화수소는 물 대체 용제로 제시되기도 한다.우주생물학자 Dirk Schulze-Makuch와 다른 과학자들은 '행성 거주성 지수'를 제안했는데, 그 기준은 반드시 물에 국한되지 않는 액체 용제를 보유할 수 있는 잠재력이다.[100][101]

더 많은 추측성 사상은 지구와 같은 행성과는 전혀 다른 신체에 초점을 맞추었다.외계 생명체 탐색을 지지하는 유명한 천문학자 프랭크 드레이크는 중성자 별에 사는 생명체: 지구 생명체보다 수백만 배나 빠른 생명 주기를 가진 생명체를 형성하기 위해 결합하는 수중 "핵 분자"를 상상했다.[102]"상상력과 혀끝"이라고 불리는 이 아이디어는 공상과학 소설 묘사를 낳았다.[103]외계 생명체에 관한 또 다른 낙관론자인 칼 세이건은 1976년 논문에서 목성의 높은 대기권 내에서 항상 공중에 떠 있는 유기체의 가능성을 고려했다.[45][46]코헨과 스튜어트는 또한 태양 환경과 가스 거인의 대기 둘 다에서의 삶을 상상했다.

"좋은 주피터스"

'좋은 주피터'는 태양계의 목성과 같은 가스 거대기업으로, 그들의 별을 두 가지 중요한 방법으로 더 가까운 궤도에서 지구 행성을 "보호"할 만큼 가까이 거주 가능한 구역에서 충분히 멀리 떨어진 원형 궤도로 궤도를 돈다.첫째, 그들은 궤도를 안정시키고, 따라서 내행성의 기후를 안정시키는데 도움을 준다.둘째로, 그들은 내부 항성계를 파괴적인 충격을 줄 수 있는 혜성과 소행성으로부터 상대적으로 멀리 떨어뜨린다.[104]목성은 지구와 태양 사이의 거리의 약 5배로 태양을 공전한다.이것은 우리가 다른 곳에서 좋은 주피터를 찾기를 기대해야 할 거친 거리다.목성의 "담배" 역할은 1994년 슈메이커 혜성- 혜성-가 극적으로 묘사되었다.레비 9호는 거인에게 충격을 주었다.

하지만, 그 증거는 그다지 명확하지 않다.연구 결과, 물체가 지구에 부딪히는 속도를 결정하는 목성의 역할은 한때 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것이 밝혀졌다.[105][106][107][108]

태양계 초기 역사에서 목성의 역할은 어느 정도 확립되어 있으며, 토론의 근원은 현저히 적다.태양계 역사 초기에 목성은 우리 행성의 수화작전에 중요한 역할을 한 것으로 받아들여진다: 목성은 소행성벨트 궤도의 편심성을 증가시켰고 많은 사람들이 지구의 궤도를 건너서 물과 이산화탄소와 같은 중요한 휘발성 물질을 지구에 공급할 수 있게 했다.지구가 현재 질량의 절반에 도달하기 전에 목성-토성 지역에서 온 얼음 덩어리들과 원시 소행성 벨트에서 나온 작은 몸체들이 목성의 중력 산란으로 인해 지구에 물을 공급했고, 그보다 덜한 정도는 토성이었다.[109]그러므로, 가스 대기업들은 현재 도움이 되는 보호자들이지만, 한때는 중요한 거주성 물질의 공급자들이었다.

이와는 대조적으로, 거주 가능 구역에 너무 가깝지만 그 안에 있지 않은 목성 크기의 몸체들(47 Ursae Majoris) 또는 거주 가능 구역(Cygni B 16과 같이)을 가로지르는 타원형 궤도를 가지고 있는 것은 시스템 내에 독립된 지구형 행성이 존재하기 매우 어렵게 만든다.위에서 거주할 수 있는 안정적인 구역에 대한 논의를 참조하십시오.그러나, 거주할 수 있는 구역으로 이동하는 과정에서, 목성 크기의 행성이 지구 행성을 달로 포착할 수도 있다.그러한 행성이 처음에는 느슨하게 묶여 있고 강하게 기울어진 궤도를 따라간다고 해도, 별과의 중력 상호작용은 새로운 달을 항성 주위의 궤도와 공동행성인 가깝고 원형의 궤도로 안정시킬 수 있다.[110]

생활이 주거성에 미치는 영향

생명의 출현을 뒷받침하는 요소들에 대한 보충은 일단 형성된 생명 그 자체가 그 자체로 거주성 요인이 된다는 개념이다.지구의 중요한 예는 고대 시아노박테리아에 의한 분자 산소 가스(O
2)의 생산이었고, 결국 식물을 광합성시켜 지구 대기의 구성에 급진적인 변화를 가져왔다.이러한 환경 변화를 대산소화 사건이라고 부른다.이 산소는 후대의 동물 종들의 호흡에 기초가 되는 것으로 증명되었다.1975년 제임스 러브록이 개척한 지구 생물권의 과학적 모델인 가이아 가설은 생명체 전체가 그 연속성에 적합한 행성 환경을 조성하는 데 도움을 줌으로써 자신에게 적합한 조건을 조성하고 유지한다고 주장한다.마찬가지로, 데이비드 그린스푼은 무엇이 거주가능성을 구성하는지에 대한 우리의 이해가 행성에 이미 존재하는 생명과 분리될 수 없다는 "살아있는 세계 가설"을 제안했다.지질학적으로나 기상학적으로 살아 있는 행성들은 생물학적으로도 훨씬 더 많이 생존할 가능성이 있고 "행성과 그 생명체가 함께 진화할 것"[111]이다.이것이 지구시스템과학의 기초다.

우연의 역할

녹색 점은 3 bn sim 동안 거주할 수 있는 시뮬레이션된 자연 행성을 나타낸다.몇 년, a) 다른 심.행성들은 1회 b) 1000개의 행성을 반복해서 운행하며, 이들 행성이 반복적으로 거주할 확률은 1.5% × 39%이다.[112]

2020년, 30억년 이상 행성 기후의 진화에 대한 컴퓨터 시뮬레이션은 피드백이 필요하지만 행성들이 너무 뜨겁거나 차갑게 되는 것을 방지하기에 충분하지 않은 조건이며, 그 기회 또한 결정적인 역할을 한다고 제안했다.[113][112]관련 고려사항에는 "기후를 치명적인 온도로 방황하는 것을 방지하는 피드백 메커니즘(또는 메커니즘)"과 같은 행성의 열적 거주성에 영향을 미치는 아직 알려지지 않은 요소들이 포함된다.[114]

참고 항목

메모들

  1. ^ 이 글은 현대 물리과학의 관점에서 행성 거주성을 분석한 것이다.거주 가능한 행성의 가능성에 대한 역사적 관점은 외계 생명체의 믿음과 우주 다원주의에서 찾을 수 있다.외계 생명체의 확률에 대한 논의를 위해 드레이크 방정식과 페르미 역설의 경우를 살펴본다.거주할 수 있는 행성은 또한 소설의 주요 소재다; 공상과학 소설의 행성을 보라.
  2. ^ 생물은 행성이 형성된 지 약 5억년 후에 지구상에 나타난 것으로 보인다.'A급 스타'(6억~12억년 동안 빛난다)와 'B급 스타'(1천만~6억년 이상 빛난다)의 소분수가 이 창구 안에 들어간다.적어도 이론적으로는 그러한 시스템에서 생명체가 출현할 수 있지만 이러한 시간적 틀과 점도의 증가가 상당히 빠르게 일어날 것이라는 사실을 고려하면 그것은 거의 확실히 정교한 수준에 이르지 못할 것이다."O"급 스타들 주변의 삶은 천만 년도 채 되지 않는 동안 빛나기 때문에 예외적으로 가능성이 희박하다.
  3. ^ '에이리언의 진화'에서 잭 코헨과 이안 스튜어트는 조비안 행성의 구름 꼭대기 안에서 생명체가 형성될 수 있는 그럴듯한 시나리오를 평가한다.비슷하게, 칼 세이건은 목성의 구름이 생명을 주관할 수도 있다고 제안했다.[45][46]
  4. ^ 단세포 미생물이 실제로 우주에서 흔하게 볼 수 있다는 공감대가 형성되고 있는데, 특히 지구의 극소동물들이 한때 생명에 적대적이라고 여겨졌던 환경에서 번성하기 때문이다.복잡한 다세포 생물의 잠재적 발생은 훨씬 더 논란이 되고 있다.희토류: 왜 복잡한 생명체가 우주에서 드문가, 피터 워드와 도날드 브라운리는 미생물 생명체는 아마도 널리 퍼져 있는 반면, 복잡한 생명체는 매우 드물고 어쩌면 지구에만 있는 것일지도 모른다고 주장한다.지구 역사에 대한 현재의 지식은 부분적으로 이 이론을 뒷받침한다: 다세포 유기체는 거의 6억년 전 캄브리아 폭발 당시 출현한 것으로 믿어지고 있지만, 생명이 처음 나타난 후 30억년 이상 지난 후에 출현한 것으로 여겨진다.지구 생명체는 너무 오랫동안 단세포로 남아있었기 때문에 복잡한 유기체를 향한 결정적인 단계가 반드시 일어날 필요는 없다.
  5. ^ 지구와 두 개의 가장 작은 가스 거인 천왕성과 해왕성 사이의 태양계에는 지구 질량 13과 17의 "질량 간극"이 있다.이것은 아마도 단지 우연일 것이다. 왜냐하면 중간체들의 형성에 지구물리학적 장벽이 없기 때문이다(예를 들어 OGLE-2005-BLG-390Lb와 슈퍼 지구 참조). 그리고 우리는 은하계 전체에서 두 개에서 열두 개의 지구 질량 사이의 행성을 찾을 것으로 기대해야 한다.만약 항성계가 그렇지 않다면, 그러한 행성들은 내적으로 역동적이고 수십억년 동안 대기를 유지할 수 있을 만큼 충분히 크지만 생명체의 형성을 제한하는 기체 껍데기를 형성할 만큼 크지는 않기 때문에 생명체의 좋은 후보일 것이다.
  6. ^ 지배적인 이론에 따르면, 달의 형성은 화성 크기의 물체가 형성 후반에 눈부신 충돌로 지구를 강타하고 분출된 물질이 합쳐져 궤도에 떨어졌을 때 시작되었다(거대한 충격 가설 참조).희토류 워드와 브라운리는 그러한 영향은 드물어야 하며, 다른 지구-달형 시스템의 확률을 감소시키고, 따라서 다른 거주 가능한 행성의 확률을 감소시켜야 한다고 강조한다.그러나, 다른 달 생성 과정들은 가능하지만, 달이 없을 때 행성이 거주할 수 있다는 명제는 반증되지 않았다.

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