惑星の居住可能性
地球以外の惑星に生命が存在するかもしれないという考えは古くからあるものの、歴史上のそれは物理科学と同じぐらい哲学の範囲であった。20世紀後半、この分野で二つのブレークスルーが見られた。最初の一つは、太陽系の他の惑星や衛星の天体観測や無人探査機による探査で、地球と他の天体との間で相当な地球物理学上の比較が可能となり、居住可能性の基準を定めるのに重要な情報が与えられたことである。次に、1992年に始まりその後加速した太陽系外惑星の発見が、二つ目のマイルストーンである。それにより、太陽は惑星を有する特別な星ではなくなり、居住可能性の研究は太陽系から広がることとなった。2000年代後半には、実際にいくつかの惑星がハビタブルゾーン内を公転していることが示唆され研究が続けられている。
2016年5月10日のNASAの発表によると、この日までに発見された4302個の太陽系外惑星のうち、居住可能な条件を満たす惑星は21個あるという。
したがって、居住可能性の下限となる質量が、火星と地球や金星の間のどこかに位置していると推論して問題ないだろう。ただ、特殊な条件下では例外もある。木星の衛星イオ(地球型惑星よりも小さい)は、その軌道から引き起こされる木星の潮汐力によって、活発な火山活動を見せている。隣接するエウロパもまた、巨大ガス惑星に近い軌道から生まれるエネルギーにより、氷の外殻の下に液体の海を持っているかもしれない。一方、土星のタイタンは厚い大気を保っており、その表面の液体メタンの中での生化学的反応により、表面に生命を宿す可能性を持っている。これらの衛星は例外であるが、質量が居住可能性の基準として絶対だと考えることはできないということも証明している。
最後に、大きな惑星はおそらく大きな鉄のコア(核)を持っている。これにより、惑星を太陽風から守るための磁場を作ることができるようになる。磁気圏がなければ、惑星の大気は剥がれて取り去られ、そこに住む生物はイオン化した粒子を浴びせられることになるだろう。質量だけが磁場を生成する唯一の基準となるわけではなく、コアにダイナモ効果が生まれるには、惑星は十分な速さで回転もしなければならない。だが、質量はその過程の重要な要素ではある。
生命にとっての唯一の絶対条件はエネルギー源であるが、惑星の居住可能性の概念では、その他の地球物理学、地球化学、それに天体物理学上の基準を満たさなければならない。地球以外の生命の存在は現在判っていないため、惑星の居住可能性は主に生命にとって適するように見える地球の状態や、太陽や太陽系の特徴から外挿される。特別興味を引くのは、この惑星が単なる単細胞の微生物ではなく複雑な多細胞の動物を保持してきた要因である。この点の研究と理論は惑星科学と、新たに現れた宇宙生物学の分野である。融解した金属や星間ガス、銀河系外空間に広がる磁場のような細胞とは無関係の物質、場を基盤とした生命なども想像できるが、それらはいまだSFの領域を出ていないため、ここでは扱わない。また、将来建造されるであろう人類の前哨基地のように人工的な環境を前提とした議論も含まない。
どんな恒星もその大部分は水素とヘリウムから成っているが、恒星が含む重い元素の量には大きな違いがある。恒星の金属の割合が高いことは、原始惑星系円盤で初めに利用できる重い物質の量に関係がある。原始太陽系星雲の理論による惑星系が形成される際、金属の量が少ない場合、その恒星の周りに惑星が形成される可能性はかなり減少すると考えられていた。太陽系外惑星の分光法による研究では、高い金属含有量と惑星の形成との関係を裏付けるデータが得られていた。初期に発見された惑星を有する恒星は、惑星を持たない恒星よりも明らかに金属に富んでいた。また、高い金属率は"HabStars"に若い星という条件を与える。宇宙の歴史の中で初期に形成された恒星は金属含有量が低く、惑星を持っている見込みもそれ相応に低くなると考えられていたためである。
しかし、系外惑星の観測対象が巨大ガス惑星からより小さい惑星へ広がるにつれ、金属量と惑星の存在頻度の関係は部分的なものに過ぎないことが明らかになった。ケプラー宇宙望遠鏡の観測記録によると、巨大ガス惑星の場合は恒星の金属量と惑星の存在頻度の間に正の相関関係が存在するものの、半径の小さい惑星の場合は幅広い金属量の恒星の周囲に普遍的に存在している。