Elokehä

Wikipedia

Tähtitieteessä elokehä tai elämän vyöhyke (joissakin lähteissä käytetään myös myös nimitystä ekosfääri, joskin elokehä on Suomessa vakiintunut termi) (engl. Habitable Zone, HZ) on tähteä ympäröivä, elämän esiintymiselle suotuisa vyöhyke. Lisäksi voidaan määritellä ns. galaktinen elämän vyöhyke eli se alue galaksissa, jossa olot ovat elämän olemassaololle suotuisimmat.

[muokkaa] Tähden elokehä

Tähteä ympäröivä elokehä määritellään pääpiirteissään sinä tähteä ympäröivänä etäisyysalueena, jolla vesi pysyy nestemäisenä tähteä kiertävän planeetan pinnalla. Eri kirkkausluokan tähdillä elokehän etäisyys tähdestä ja leveys ovat eri suuruiset. Esimerkiksi M-luokan tähdillä, jotka ovat paljon viileämpiä ja himmeämpiä kuin Aurinko, elokehä on kapeampi ja lähempänä tähteä.

Periaatteessa elokehän etäisyys tähdestä, kun malliksi otetaan Maan kaltainen planeetta, voidaan laskea kaavasta:

missä

on elokehän keskietäisyys tähdestä,

on tähden luminositeetti, ja

on Auringon luminositeetti.

Tämä laki on suoraa seurausta siitä, että tähden säteilyn intensiteetti pienenee neliöllisesti etäisyyden kasvaessa tähdestä poispäin.

Käytännössä elokehän tarkat rajat määräytyvät myös planeetan ominaisuuksien perusteella. Planeetan koko ja kemiallinen koostumus vaikuttavat siihen, millainen kaasukehä sitä ympäröi. Kaasukehä aiheuttaa planeetalle kasvihuoneilmiön, joka kasvattaa planeetan pintalämpötilaa. Myös planeetan pinnan koostumus (esim. se, onko planeetta merien, jäätiköiden vai mannerten peitossa), vaikuttaa planeetan albedoon eli valonheijastuskykyyn, joka puolestaan vaikuttaa kasvihuoneilmiöön.

Yksinkertaisimmillaan elokehän rajat voidaan määritellä veden haihtumis- ja kiehumispisteen välisenä lämpötila-alueena. Useimmiten rajoja kuitenkin arvioidaan jonkin ilmastomallin avulla. Näistä kuuluisin on Kastingin ilmastomallin. Siinä elokehän sisäraja määräytyy ns. runaway-kasvihuoneilmiöstä, jossa tähden säteily hajottaa kaasukehän yläosiin kasvihuoneilmiön vuoksi yhä lämpenevässä kaasukehässä nousevat vesimolekyylit ja siten haihduttaa planeetan valtameret lopulta kokonaan (vrt. Venus). Elokehän ulkoraja taas määräytyy sille etäisyydelle, jolla edes maksimaalinen kasvihuoneilmiö ei kykene estämään planeetan pinnan jäätiköitymistä. Kastingin mallin antamat elokehän rajat Auringolle ovat siten noin 0.84 - 1.67 AU.

Planeetan koko vaikuttaa sen kykyyn pitää tarpeeksi paksu kaasukehä ympärillään sekä planeetan sisäiseen lämmöntuottoon, joka vaikuttaa laattatektoniikkaan ja sitä kautta hiilidioksidikiertoon. Esimerkiksi Mars on periaatteessa Auringon elokehän sisäpuolella, muttei pienen painovoimansa vuoksi ole pystynyt pitämään yllä riittävän paksua kaasukehää. Marsissa ei myöskään esiinny laattatektoniikkaa.

Koska tähden fysikaaliset ominaisuudet, kuten säteilyteho ja pintalämpötila, muuttuvat tähden elämän eri vaiheissa, myös elokehän rajat muuttuvat aikaa myöten. Tällaisista aikaskaaloista puhuttaessa erotetaan vielä erikseen jatkuvasti elinkelpoinen elokehä (engl. continuosly habitable zone, CHZ), joka täyttää elokehän vaatimukset koko tähden elinkaaren ajan. Tämä on tärkeää elämän kehittymismahdollisuuksia tarkasteltaessa. CHZ on paljon tavallista elokehää kapeampi ja rajoiltaan vaikeammin arvioitavissa oleva alue.

On spekuloitu, että varsinaisen tähden elokehän ulkopuolella nestemäistä vettä saattaisi olla myös kaasuplaneettojen suurten kuiden pinnalla, jos jättiläisplaneetan aiheuttama vuorovesilämmitys kykenee pitämään kuun sisäisen lämpötilan riittävän korkeana.

Elokehän määrittelivät ensimmäisinä fyysikot Philip Morrison ja Giuseppe Cocconi SETI-aiheisessa tutkimusartikkelissaan vuonna 1959. Vuonna 1961 Frank Drake teki käsitteestä tunnetun Draken yhtälön yhteydessä.

[muokkaa] Galaktinen elämän vyöhyke

Galaktinen elämän vyöhyke (engl. Galactic Habitable Zone, GHZ) on se alue galaksissa, joka on tarpeeksi kaukana galaksin ytimestä, jotta korkean tähtitiheyden aiheuttamat tähtien keskinäiset ohitukset, galaksiytimen mustan aukon ympäristöstä tuleva säteily tai supernovien purkaukset eivät aiheuta vaaraa elämälle. Galaktisen elokehän ulkorajan määrittelee vastaavasti vaatimus, että alueella pitää olla saatavilla riittävästi raskaita alkuaineita (terrestriaalisten) planeettojen muodostumiseen tähtien ympärille.

Galaktisen elokehän määrittelyn tarkat reunaehdot, kuten gammapurkausten vaikutukset ekosysteemeihin, tunnetaan vielä huonosti ja vyöhykkeen arvioiminen onkin erittäin vaikeaa. Omassa galaksissamme, Linnunradassa, elokehän on arvioitu olevan keskimäärin noin 25 000 valovuoden eli kahdeksan kiloparsekin etäisyydellä galaksin keskustasta. Galaktisen elokehän sijaintiin vaikuttaa suuresti galaksin koko, tyyppi ja keskimääräinen kemiallinen koostumus, joten muissa galakseissa elokehän sijainti voi poiketa paljonkin Linnunradan vastaavasta tai se voi jopa puuttua kokonaan.