Στην αναζήτηση για εξωγήινη ζωή, αναπόφευκτα η Γη, ως ο μόνος πλανήτης που γνωρίζουμε μέχρι σήμερα ότι υπάρχει ζωή, είναι πάντα το μέτρο σύγκρισης. Ετσι θεωρείται πιθανότερο να έχει αναπτυχθεί ζωή σε βραχώδεις πλανήτες, που βρίσκονται σε κατάλληλη απόσταση από το άστρο τους, ώστε να διαθέτουν νερό σε υγρή μορφή και το άστρο κατά προτίμηση να είναι παρόμοιο με τον Ηλιο. Είναι όμως μόνο αυτά τα στοιχεία που κάνουν κατοικήσιμη τη Γη;

Πολλές από τις φυσικές διεργασίες που είναι ευνοϊκές για την ύπαρξη ζωής σε έναν πλανήτη πραγματοποιούνται βαθιά μέσα του. Η ποσότητα των ραδιενεργών στοιχείων που διαθέτει, ίσως παίζει κρίσιμο ρόλο για την κατοικησιμότητά του, θερμαίνοντας με τη φυσική ραδιενεργό διάσπαση το εσωτερικό του. Η ύπαρξη διαρκούς ισχυρής πηγής γεωφυσικής θερμότητας θεωρείται κρίσιμη για την τεκτονική των πλακών και τη γένεση του μαγνητικού πεδίου του πλανήτη, φαινόμενα που τουλάχιστον στη Γη είναι με τη σειρά τους κρίσιμα για τη διατήρηση της ζωής. Τροφοδοτούμενη από τη θερμότητα στο εσωτερικό του, η κίνηση των τεκτονικών πλακών, που μοιάζει με την κίνηση του ιμάντα μεταφοράς υλικών, βοηθά στη σταθεροποίηση του κλίματος σε γεωλογικό χρόνο (εκατομμύρια χρόνια). Ανακυκλώνοντας τον άνθρακα, οι τεκτονικές πλάκες ρυθμίζουν το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Το μαγνητικό πεδίο, από την άλλη μεριά, σχηματίζεται από ηλεκτρικά ρεύματα, που εμφανίζονται μέσα σε περιστρεφόμενα στρώματα λιωμένου σιδήρου στον πυρήνα της Γης. Αυτό το γεωλογικό «δυναμό», που προστατεύει τη ζωή στην επιφάνεια, από τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου, εξαρτάται από τη θερμότητα - προερχόμενη κατά ένα μέρος από τα ραδιενεργά στοιχεία - που υπάρχει στον μανδύα.

Πρόσφατη μελέτη υποστηρίζει ότι ένας κατοικήσιμος πλανήτης ίσως χρειάζεται και την απαιτούμενη ποσότητα ραδιενεργών στοιχείων. Αν είναι περισσότερα, τότε μπορεί να μη λειτουργεί το «δυναμό», ώστε να παράγεται αρκετά ισχυρό μαγνητικό πεδίο, ενώ ταυτόχρονα θα έχει πυκνή, αφιλόξενη ατμόσφαιρα, που προέκυψε από το «ψήσιμο» των βράχων. Αν είναι λιγότερα, τότε το χλιαρό εσωτερικό του μπορεί να είναι τόσο αδρανές, ώστε να μην εμφανίζει καθόλου γεωλογική δραστηριότητα, κάνοντας το «δυναμό» να επιβραδυνθεί ή και να σταματήσει. «Ακόμη κι αν βρεις έναν πλανήτη με την ίδια μάζα και ηλικία με τη Γη, μπορεί να είναι ριζικά διαφορετικός», τονίζει ο Φράνσις Νίμο, γεωφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Κρουζ και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας που δημοσίευσε τη μελέτη.

Μέσα στη Γη, η μεταφορά θερμότητας με συναγωγή (κίνηση ρευμάτων) είναι εκείνη που τροφοδοτεί το «δυναμό»: Θερμές σφαίρες λιωμένου σιδήρου ανεβαίνουν από τα βάθη μέχρι να συναντήσουν τον λιγότερο θερμό μανδύα, οπότε ψύχονται και κατεβαίνουν και πάλι προς τον πυρήνα. Αυτή η κίνηση μαζών μεταφέρει Ενέργεια από τον πυρήνα στον μανδύα, ο οποίος στη συνέχεια την απελευθερώνει μέσω της κίνησης των τεκτονικών πλακών. Θερμό υλικό του μανδύα αναδύεται μέσα από ρωγμές του φλοιού στα όρια των πλακών και άλλες τεκτονικά ενεργές περιοχές. Ταυτόχρονα, ψυχρά βράχια από την επιφάνεια βυθίζονται μέσα στον θερμό μανδύα, ψύχοντάς τον, όπως τα παγάκια που ρίχνουμε σε ένα αναψυκτικό. Ανεξάρτητα από τη σημασία του για τη ρύθμιση του κλίματος της Γης, ο μανδύας δεν θα μπορούσε να κρυώσει χωρίς την τεκτονική πλακών, εμποδίζοντας έτσι τη διαφυγή θερμότητας από τον πυρήνα. Αν η Γη δεν είχε τεκτονικές πλάκες, δεν θα υπήρχε συναγωγή και έτσι δεν θα υπήρχε «δυναμό».

Η ύπαρξη «δυναμό» και τεκτονικών πλακών δεν είναι κάτι δεδομένο εξαρχής για τους πετρώδεις πλανήτες. Από όλους τους πετρώδεις πλανήτες του ηλιακού συστήματος, μόνο η Γη τα διαθέτει, σε μεγάλο βαθμό εξαιτίας της θερμότητας που υπάρχει στο εσωτερικό της. Σήμερα, περίπου η μισή από αυτήν τη θερμότητα προέρχεται από το σχηματισμό του πλανήτη, από τις αμέτρητες συγκρούσεις βράχων που κάτω από την επίδραση της ίδιας τους της βαρύτητας σχημάτισαν τελικά τη Γη. Το υπόλοιπο μέρος της θερμότητας στο εσωτερικό του πλανήτη μας προέρχεται κυρίως από τα ραδιοϊσότοπα θόριο 232 και ουράνιο 238.

Αυτά τα ραδιοϊσότοπα, μαζί με πολλά άλλα, σχηματίστηκαν πιθανότατα κατά τις συγκρούσεις αστέρων νετρονίων, δηλαδή των υπέρπυκνων υπολειμμάτων, που απομένουν μετά την έκρηξη γιγαντιαίων άστρων. Σε αυτές τις συγκρούσεις, τα νετρόνια προσκολλώνται σε βαρείς πυρήνες σχηματίζοντας ακόμη βαρύτερους, μερικοί από τους οποίους διαχέονται στον διαστρικό χώρο. Αυτές οι συγκρούσεις είναι σπάνιες. Εκτιμάται ότι σε έναν μεγάλο γαλαξία όπως ο δικός μας πραγματοποιούνται μια φορά κάθε 100.000 χρόνια. Κάθε φορά που συμβαίνουν, προκύπτουν ποσότητες ραδιενεργών στοιχείων, που τελικά ενσωματώνονται σε μεγάλα νέφη αερίων και σκόνης, από τα οποία όταν καταρρεύσουν σχηματίζονται τα άστρα και οι πλανήτες. Επειδή οι συγκρούσεις είναι τόσο σπάνιες, η διάδοση των ραδιοϊσοτόπων στα άστρα ποικίλλει μέσα στον Γαλαξία, κυμαινόμενη μεταξύ 30% και 300% εκείνης που παρατηρείται στο ηλιακό μας σύστημα.

Για να δουν την επίδραση της διαθέσιμης ποσότητας ραδιοϊσοτόπων σε πλανήτες με μέγεθος ανάλογο με αυτό της Γης, οι ερευνητές προσομοίωσαν σε υπολογιστή τη ροή θερμότητας στο εσωτερικό ενός πλανήτη αυτής της κατηγορίας. Διαπίστωσαν ότι αυξάνοντας πολύ τις ποσότητες θορίου και ουρανίου, ο μανδύας θερμαίνεται τόσο πολύ, που συμπεριφέρεται σαν μονωτικό, εμποδίζοντας τη θερμότητα να απομακρυνθεί από τον πυρήνα. Αν η θερμότητα δεν μπορεί να απομακρυνθεί δεν υπάρχει συναγωγή, που σημαίνει ότι δεν υπάρχει «δυναμό» ούτε και μαγνητικό πεδίο. Βεβαίως, ο πιο θερμός πυρήνας παράγει περισσότερα ηφαίστεια, που εκτινάσσουν θερμά αέρια, τα οποία δημιουργούν αποπνικτική πυκνή ατμόσφαιρα.

Αντίθετα, αν τα ραδιοϊσότοπα είναι λίγα, ο μανδύας κρυώνει υπερβολικά και γίνεται δυσκίνητος. Η κίνηση των πλακών γίνεται πολύ αργή και ίσως φτάνει ακόμη και να σταματήσει. Χωρίς τεκτονική πλακών για να ψυχθεί ο μανδύας και να αφαιρεθεί θερμότητα από τον πυρήνα σταματά και το «δυναμό».

Εχοντας τα ραδιοϊσότοπα ως μοναδικό τρόπο για να παραχθεί θερμότητα στο εσωτερικό του, ένας κατοικήσιμος πλανήτης φαίνεται να χρειάζεται την κατάλληλη αναλογία απ' αυτά στη σύνθεσή του. Για να βρουν έναν τέτοιο πλανήτη οι αστρονόμοι μπορούν να μετρήσουν τη συγκέντρωση ραδιοϊσοτόπων στο άστρο του, χρησιμοποιώντας φασματοσκοπικές μεθόδους ανίχνευσης των γραμμών απορρόφησης στο φως του, οι οποίες δηλώνουν την ταυτότητα των χημικών στοιχείων στο υλικό του άστρου. Επειδή και οι πλανήτες σχηματίζονται από το ίδιο νέφος σκόνης και αερίων από το οποίο σχηματίζεται και το άστρο, η σύνθεσή τους δεν θα είναι πολύ διαφορετική, όσον αφορά τα βαριά χημικά στοιχεία. Ομως, επειδή η ανίχνευση ειδικά του θορίου και του ουρανίου είναι δύσκολη, οι ερευνητές προτείνουν την ανίχνευση του ευρωπίου, που επίσης παράγεται κατά τη σύγκρουση αστέρων νετρονίων και φέρει καθαρότερη φασματοσκοπική υπογραφή.

Το μοντέλο των ερευνητών προϋποθέτει εξαρχής ότι οι πλανήτες στους οποίους εφαρμόζεται διαθέτουν κινούμενες τεκτονικές πλάκες. Αν αυτή η εικασία είναι βάσιμη για τους εξωπλανήτες μένει να αποδειχτεί. Οπως παραδέχεται και ο Νίμο, κανείς δεν είναι σίγουρος για κάθε λεπτομέρεια της τεκτονικής των πλακών. Για παράδειγμα, ο ρόλος του νερού ως λιπαντικού επηρεάζει την ολίσθηση των βράχων και ίσως παίζει κρίσιμο ρόλο. Ολοι βέβαια συμφωνούν ότι χρειάζεται επαρκής εσωτερική θερμότητα, αλλά το πόσο αυτή η θερμότητα εξαρτάται από τα ραδιοϊσότοπα δεν είναι ξεκάθαρα γνωστό. «Δεν καταλαβαίνουμε ακόμη πώς λειτουργεί η τεκτονική των πλακών σε αυτό το ηλιακό σύστημα», λέει χαρακτηριστικά ο Νίμο. Παραπέρα, η περιεκτικότητα των πλανητών σε ραδιοϊσότοπα εξαρτάται και από τον ακριβή τρόπο σχηματισμού τους, δηλαδή αν έχουν προκύψει από βίαιες συγκρούσεις ουράνιων σωμάτων μεγέθους φεγγαριού ή από μια ηπιότερη συσσώρευση μικρών βράχων. Γι' αυτό η σύνθεση ραδιοϊσοτόπων των άστρων ίσως να μην αντανακλά απόλυτα τη σύνθεση των βραχωδών εξωπλανητών. Πάντως ο εντοπισμός ευρωπίου σε άστρα θα μπορούσε να βοηθήσει στο να βρεθούν εξωπλανήτες που είναι πιθανότερο να είναι κατοικήσιμοι.