Ketika mencari planet ekstra-surya yang berpotensi dihuni, para ilmuwan agak dibatasi oleh fakta bahwa kita hanya tahu satu planet di mana kehidupan ada (mis. Bumi). Untuk alasan ini, para ilmuwan mencari planet yang terestrial (yaitu berbatu), mengorbit dalam zona layak huni bintang mereka, dan menunjukkan tanda-tanda biosignature seperti karbon dioksida atmosfer - yang penting bagi kehidupan seperti yang kita kenal.
Gas ini, yang sebagian besar merupakan hasil dari aktivitas vulkanik di Bumi, meningkatkan panas permukaan melalui efek rumah kaca dan siklus antara permukaan bawah permukaan dan atmosfer melalui proses alami. Untuk alasan ini, para ilmuwan telah lama percaya bahwa lempeng tektonik sangat penting untuk kelayakhunian. Namun, menurut sebuah studi baru oleh tim dari Pennsylvania State University, ini mungkin tidak terjadi.
Penelitian yang berjudul "Bersepeda Karbon dan Habitasi Planet Stagnan Tutup Planet", baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal ilmiah Astrobiologi. Penelitian ini dilakukan oleh Bradford J. Foley dan Andrew J. Smye, dua asisten profesor dari departemen geosains di Pennsylvania State University.
Di Bumi, vulkanisme adalah hasil lempeng tektonik dan terjadi ketika dua lempeng bertabrakan. Ini menyebabkan subduksi, di mana satu lempeng didorong di bawah yang lain dan lebih dalam ke bawah permukaan. Subduksi ini mengubah mantel padat menjadi magma apung, yang naik melalui kerak ke permukaan bumi dan menciptakan gunung berapi. Proses ini juga dapat membantu dalam siklus karbon dengan mendorong karbon ke dalam mantel.
Lempeng tektonik dan vulkanisme diyakini telah menjadi pusat munculnya kehidupan di Bumi, karena memastikan bahwa planet kita memiliki panas yang cukup untuk mempertahankan air cair di permukaannya. Untuk menguji teori ini, Profesor Foley dan Smye menciptakan model untuk menentukan seberapa layaknya planet yang menyerupai Bumi tanpa kehadiran lempeng tektonik.
Model-model ini memperhitungkan evolusi termal, produksi kerak dan CO2 bersepeda untuk membatasi kelayakhunian planet-planet tutup batu yang stagnan seukuran Bumi. Ini adalah planet-planet di mana kerak bumi terdiri dari lempeng bundar raksasa yang mengapung di atas mantel, dan bukannya di bagian yang terpisah. Planet seperti itu dianggap jauh lebih umum daripada planet yang mengalami lempeng tektonik, karena belum ada planet di luar Bumi yang dipastikan memiliki lempeng tektonik. Seperti yang dijelaskan Prof. Foley dalam siaran pers Penn State News:
“Vulkanisme melepaskan gas ke atmosfer, dan kemudian melalui pelapukan, karbon dioksida ditarik dari atmosfer dan diasingkan ke batuan permukaan dan sedimen. Menyeimbangkan kedua proses tersebut menjaga karbon dioksida pada tingkat tertentu di atmosfer, yang sangat penting untuk memastikan apakah iklim tetap hangat dan cocok untuk kehidupan. "
Pada dasarnya, model mereka memperhitungkan berapa banyak panas yang bisa dipertahankan oleh iklim planet stagnan tutup berdasarkan jumlah panas dan elemen penghasil panas yang ada ketika planet terbentuk (alias, anggaran panas awalnya). Di Bumi, unsur-unsur ini termasuk uranium yang menghasilkan thorium dan panas ketika meluruh, yang kemudian meluruh untuk menghasilkan kalium dan panas.
Setelah menjalankan ratusan simulasi, yang memvariasikan ukuran planet dan komposisi kimia, mereka menemukan bahwa planet-planet tutup yang stagnan akan mampu mempertahankan suhu yang cukup hangat sehingga air cair dapat ada di permukaan mereka selama miliaran tahun. Dalam kasus-kasus ekstrem, mereka dapat mempertahankan suhu pendukung kehidupan hingga 4 miliar tahun, yang hampir merupakan usia Bumi.
Seperti yang ditunjukkan Smye, ini sebagian disebabkan oleh fakta bahwa lempeng tektonik tidak selalu diperlukan untuk aktivitas vulkanik:
"Anda masih memiliki gunung berapi di planet tutup yang stagnan, tetapi jauh lebih pendek daripada di planet dengan lempeng tektonik karena tidak ada banyak bersepeda. Gunung berapi menghasilkan suksesi aliran lava, yang terkubur seperti lapisan kue dari waktu ke waktu. Batuan dan sedimen memanas semakin dalam mereka terkubur. "
Para peneliti juga menemukan bahwa tanpa lempeng tektonik, planet-planet tutup yang stagnan masih dapat memiliki panas dan tekanan yang cukup untuk mengalami degassing, di mana gas karbon dioksida dapat keluar dari batu dan menuju permukaan. Di Bumi, kata Smye, proses yang sama terjadi dengan air di zona patahan subduksi. Proses ini meningkat berdasarkan jumlah elemen penghasil panas yang ada di planet ini. Seperti yang dijelaskan Foley:
"Ada rentang sweet spot di mana sebuah planet melepaskan karbon dioksida yang cukup untuk menjaga planet agar tidak membeku, tetapi tidak begitu banyak sehingga pelapukan tidak dapat menarik karbon dioksida keluar dari atmosfer dan menjaga iklim tetap hangat."
Menurut model para peneliti, keberadaan dan jumlah elemen penghasil panas adalah indikator yang jauh lebih baik untuk potensi planet untuk mempertahankan kehidupan. Berdasarkan simulasi mereka, mereka menemukan bahwa komposisi awal atau ukuran planet sangat penting untuk menentukan apakah planet itu akan layak huni. Atau seperti yang mereka katakan, potensi kelayakhunian sebuah planet ditentukan saat lahir.
Dengan menunjukkan bahwa planet tutup yang stagnan masih dapat mendukung kehidupan, penelitian ini memiliki potensi untuk memperluas jangkauan apa yang para ilmuwan anggap berpotensi dihuni. Ketika James Webb Space Telescope (JWST) dikerahkan pada tahun 2021, memeriksa atmosfer planet tutup stagnan untuk menentukan keberadaan biosignatures (seperti CO2) akan menjadi tujuan ilmiah utama.
Mengetahui bahwa lebih banyak dari dunia ini dapat menopang kehidupan tentu saja merupakan kabar baik bagi mereka yang berharap bahwa kita menemukan bukti kehidupan ekstra-terestrial dalam kehidupan kita.
