희귀한 지구 가설
근거 > 적합한 속성을 지닌 어머니 항성

외계생물학자들은 생명체가 있는 행성 환경이 조성되려면 어머니 항성이 적당한 크기여야 한다는 데 입을 모으고 있다. 질량이 큰 별들은 자외선을 매우 많이 방출하기 때문에 지하에 서식하는 미생물을 제외하고는 생명체를 살 수 없게 만든다. 또한 무거운 별들은 수 억 년은 고사하고 수백만 년밖에 살지 못하며, 초신성 폭발로 죽음을 맞는다. 초신성 잔해는 중성자별이나 블랙 홀로 바뀌며 높은 에너지의 엑스선과 감마선을 뿜는다. 따라서 이처럼 크고 뜨거운 별 주위를 도는 행성들은 복잡한 생명체가 탄생하는 데 필요한 시간을 벌 수 없다.
지구의 예를 볼 때 복잡한 생명체의 생존에는 액체 상태 물이 필수적이며 따라서 행성은 항성에서 적당한 위치에 놓여 있어야 한다. 이는 생명체 거주가능 영역 또는 골디락스 원리의 핵심 개념이다. 생물권은 중심의 항성 둘레를 고리 모양으로 두른다. 만약 어떤 행성이 항성에 너무 가까이 있거나 또는 멀리 떨어진다면, 표면 온도가 액체 물이 존재하기에 적합하지 않게 된다.(그러나 ‘표면’을 고집하지 않는다면 영역의 범위는 늘어나는데, 예를 들면 지하에 물이 있는 유로파 및 엔셀라두스나, 지하에 물이 있을 가능성이 있는 세레스를 들 수 있다) 카스팅 연구진(1993)은 태양의 생물권 범위가 안쪽 0.95에서 바깥쪽 1.15 천문단위 사이라고 주장했다.
생물권의 범위는 어머니 항성의 분광형과 나이에 따라 달라진다. 주계열성의 생물권은 항성이 백색 왜성(이 단계에 이르면 생물권은 사라진다)이 되기 전까지 매우 천천히 항성으로부터 멀어진다. 생물권은 이산화 탄소(CO2)에 의해 발생하는 온실 효과와 밀접한 관련이 있다. 지구 대기 이산화 탄소가 불과 387 ppm만 상승해도, 이 정도 미량으로도 지구 표면 온도는 현재 수준에서 섭씨 40도 정도까지 올라가게 된다.
어머니 항성은 너무 뜨거운 별이어서는 안된다. 희귀한 지구 이론에서는 시리우스나 베가와 같이 뜨거운 별들의 생물권 폭은 넓지만 이들 주변에서 생명체가 탄생하기는 어렵다고 본다. 이유는 두 가지가 있다.
암석 행성들이 어머니 항성에서 가까운 곳에서 생겨난다는 점을 고려하면(희귀한 지구가 집필될 당시의 관념이다), 이들 뜨거운 별 주변의 암석 행성들은 생물권보다 항성에 가까운 곳에 있을 것이다.(물론 이 경우 보다 먼 곳에 있는 가스 행성 주위에 있는 큰 위성에 생명체가 태어날 가능성은 있다) 뜨거운 별들은 태양보다 훨씬 많은 자외선을 방출하며 이는 행성의 대기를 이온화시키게 된다.
뜨거운 별들은 수명이 짧아서 1억 년 이내로 적색 거성이 된다. 이는 어떤 생명체가 발생하여 고등 생명체로 진화하기에는 너무 짧은 시간이다.
상기 이유로 분광형 F6에서 O형(항성 분류 문서를 참고하십시오)까지의 질량이 크고 강력한 에너지를 뿜는 별들은 고려 대상에서 제외된다.
반대로 어머니 항성은 너무 작고 어두워서도 안된다. 적색 왜성처럼 차갑고 작은 별들의 생물권 영역은 작고 좁으며, 항성에서 매우 가까운 곳에 형성된다. 이 경우 생물권 내에 행성이 존재하더라도, 항성의 조석력 때문에 행성의 한 쪽 면이 영원히 항성만을 바라보게 된다. 이는 한 쪽은 영원한 낮이, 다른 쪽은 영원한 밤이 계속됨을 뜻한다. 낮의 반구는 극도로 가열되며 반대는 매우 차가워질 것이다. 항성에서 가까운 생물권 내에 있는 행성은 멀리 있는 행성보다 항성 플레어의 영향을 더 강하게 받는다(오릴리아와 블루 문 문서를 참고하십시오). 플레어는 행성의 대기를 이온화시켜서 복잡한 생명체가 생겨날 가능성을 낮출 것이다. 희귀한 지구 가설 신봉자들은 위의 이유 때문에 적색 왜성계에서는 생명체 탄생 가능성이 배제된다고 주장한다.(그러나 일부 외계생물학자들은 적합한 환경이 조성되면 생명체가 살 수 있다고 주장하기도 한다) 이 가설은 희귀한 지구 이론에서 중요한 의미가 있는데, 그 이유는 K 및 M 분광형과 같이 어두운 별들은 우주 별들의 약 90퍼센트를 차지하기 때문이다.
희귀한 지구 가설에 따르면 생명체가 살기에 적합한 최소 기준을 만족시키는 어머니 항성 분광형 범위는 F7에서 K1이다. 이 범위 별들의 수효는 많지 않다. 태양과 같은 G형 항성들(차가운 F형과 뜨거운 K형 사이 분광형)의 숫자는 은하계 별들 중 5퍼센트에 불과하다.
적색 거성이나 백색 왜성처럼 항성진화 끝에 이른 별들 역시 생명체를 품을 수 없을 것으로 보인다. 적색 거성은 구상 성단이나 타원 은하에 많이 있다. 백색 왜성은 적색 거성 단계를 거친 별이 죽어가는 단계이다. 적색 거성의 지름은 주계열성이던 시절에 비해 막대하게 커진다. 만약 어떤 행성이 어머니 항성이 젊거나 장년기 시절에 생물권 내에 있었다면, 항성이 적색 거성으로 될 경우 불에 달궈져 버릴 것이다(그러나 이론적으로 보다 먼 곳에 있는 행성에서 생명체가 살 환경이 조성될 수도 있다).
생명체 존재를 위해서는 항성이 일생동안 뿜는 에너지의 변화량이 매우 작아야 한다. 이런 점에서 세페이드 변광성과 같이 밝기가 변덕스러운 천체 주변에서는 생명체가 탄생하기 힘들어 보인다. 만약 어머니 항성의 복사 에너지 총량이 갑자기 줄어들면(비록 그 기간이 매우 짧다고 하더라도) 행성 표면의 물은 얼 것이다. 반대로 항성의 에너지 총량이 갑자기 증가하면 바다는 증발하여 온실 효과를 일으킬 것이며, 다시 재생되지 않는다.
복잡한 화학적 조성 없이 생명체가 탄생할 방법은 아직 밝혀지지 않았으며 이러한 복잡한 화학적 조성은 중원소들을 필요로 한다(이는 수소, 헬륨, 리튬보다 무거운 모든 원소들을 일컫는 말이다). 이는 행성계에 중원소가 풍부해야 생명체가 탄생할 수 있음을 뜻한다. 중원소를 만들고 분산시키는, 밝혀진 유일한 기구는 초신성 폭발이다. 항성에 있는 중원소 존재는 스펙트럼 상 흡수선을 통해 밝혀졌으며, 항성 스펙트럼을 연구하여 많은 숫자 혹은 대부분의 별들에 중원소가 부족함이 드러났다. 낮은 중원소량은 탄생 초기 우주, 구상 성단, 우주 생성 초기에 생겨난 별들, 거대 나선팔에서 생겨난 별들을 뺀 대부분 은하에 있는 별들, 모든 은하의 외곽 지대에 있는 별들의 특징이다. 그러므로 생명체를 품을 수 있는 중원소 함량 높은 어머니 항성들은 거대 나선 은하 변두리(또 다른 이유 - 이름하여 높은 에너지 복사에서 자유로운 - 로 인해 복잡한 생명체가 살기에 안락한 곳)에 대부분 존재하는 것으로 받아들여지고 있다.
만약 어떤 별이 중원소가 부족하면 그 별이 거느리고 있는 행성계에도 중원소가 부족하게 된다. 지구와 같은 암석 행성이 있으려면 중원소가 풍부한 성운이 압축되어 별로 태어나야 한다. 중원소가 모자라는 성운에는 암석 행성을 만들 물질들이 부족하기 때문에 오직 가스 행성만이 태어날 것이다.