Ketika datang ke pencarian untuk kehidupan ekstra-terestrial, para ilmuwan memiliki kecenderungan untuk menjadi sedikit geosentris - yaitu mereka mencari planet yang menyerupai kita. Ini bisa dimengerti, mengingat bagaimana Bumi adalah satu-satunya planet yang kita kenal yang mendukung kehidupan. Akibatnya, mereka yang mencari kehidupan ekstra-terestrial telah mencari planet-planet yang bersifat terestrial (berbatu), mengorbit dalam zona layak huni bintang-bintang mereka, dan memiliki cukup air di permukaannya.
Dalam perjalanan menemukan beberapa ribu exoplanet, para ilmuwan telah menemukan bahwa banyak yang mungkin sebenarnya adalah "dunia air" (planet di mana hingga 50% massa mereka adalah air). Ini secara alami menimbulkan beberapa pertanyaan, seperti berapa banyak air yang terlalu banyak, dan dapatkah tanah terlalu banyak menjadi masalah juga? Untuk mengatasinya, sepasang peneliti dari Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) melakukan penelitian untuk menentukan bagaimana rasio antara massa air dan daratan dapat berkontribusi terhadap kehidupan.
Studi ini - "Ketergantungan Kegiatan Biologis di Fraksi Air Permukaan Planet", yang sedang ditinjau untuk publikasi dengan Jurnal Astronomi- ditulis oleh Manasvi Lingam, seorang rekan pascadoktoral dengan Institute for Theory and Computation (ITC), dan Abraham Loeb - direktur ITC dan Ketua Ilmu Pengetahuan Frank B. Baird Jr. di Universitas Harvard.
Untuk memulai, Lingam dan Loeb membahas masalah prinsip antropik, yang telah memainkan peran utama dalam penelitian astronomi dan planet ekstrasurya. Singkatnya, prinsip ini menyatakan bahwa jika kondisi di Bumi sesuai untuk mengakomodasi kehidupan, maka itu harus ada demi menciptakan kehidupan. Diperluas ke seluruh Alam Semesta, prinsip ini berpendapat bahwa hukum fisika ada sebagaimana adanya demi memunculkan kehidupan.
Cara lain untuk melihatnya adalah dengan mempertimbangkan bagaimana penilaian kita terhadap Bumi jatuh ke dalam apa yang dikenal sebagai "efek seleksi pengamatan" - di mana hasilnya secara langsung dipengaruhi oleh jenis metode yang terlibat. Dalam hal ini, efek muncul dari fakta bahwa pencarian kita untuk kehidupan di luar Bumi dan Tata Surya kita membutuhkan keberadaan pengamat yang diposisikan dengan tepat.
Akibatnya, kita cenderung berasumsi bahwa kondisi kehidupan akan berlimpah di Semesta karena kita mengenalnya. Kondisi-kondisi ini keberadaan air cair dan massa daratan, yang penting bagi kemunculan kehidupan seperti yang kita kenal. Seperti yang dijelaskan Lingam kepada Space Magazine melalui email, ini adalah salah satu cara prinsip antropik muncul ketika mencari planet yang berpotensi dihuni:
"Fakta bahwa fraksi tanah dan air Bumi sebanding adalah indikasi efek seleksi antropik, yaitu, kemunculan manusia (atau pengamat sadar analog) mungkin telah difasilitasi oleh campuran tanah dan air yang sesuai."
Namun, ketika membahas banyak super-Earth yang telah ditemukan di sistem bintang lainnya, analisis statistik kerapatan rata-rata mereka telah menunjukkan bahwa mayoritas memiliki fraksi volatil yang tinggi. Contoh yang baik dari hal ini adalah sistem TRAPPIST-1, di mana pemodelan teoritis tujuh planet seukuran Bumi menunjukkan bahwa mereka dapat mencapai 40-50% air berdasarkan beratnya.
“Dunia air” ini karena itu akan memiliki lautan yang sangat dalam dan tidak memiliki daratan, yang dapat memiliki konsekuensi drastis bagi munculnya kehidupan. Pada saat yang sama, planet-planet yang memiliki sedikit atau tanpa air di permukaannya tidak dianggap sebagai calon yang baik untuk kehidupan, mengingat betapa air sangat penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui.
"Terlalu banyak daratan menjadi masalah, karena membatasi jumlah air permukaan, sehingga membuat sebagian besar benua sangat kering," kata Lingam. “Ekosistem yang kering biasanya ditandai oleh rendahnya tingkat produksi biomassa di Bumi. Alih-alih, jika seseorang mempertimbangkan skenario sebaliknya (mis. Sebagian besar lautan), ia menemui masalah potensial dengan ketersediaan fosfor, yang merupakan salah satu elemen penting untuk kehidupan seperti yang kita ketahui. Oleh karena itu, ini dapat menyebabkan kemacetan pada jumlah biomassa. ”
Untuk mengatasi kemungkinan-kemungkinan ini, Lingam dan Leob menganalisis tentang bagaimana planet-planet dengan terlalu banyak air atau daratan dapat memengaruhi perkembangan biosfer-planet luar planet. Seperti yang dijelaskan Lingam:
“[Kami] mengembangkan model sederhana untuk memperkirakan berapa bagian tanah yang akan gersang (mis. Gurun) dan relatif tidak dapat dihuni. Untuk skenario dengan biosfer yang didominasi air, ketersediaan fosfor menjadi faktor pembatas. Di sini, kami menggunakan model yang dikembangkan di salah satu makalah kami sebelumnya yang memperhitungkan sumber dan tumpukan fosfor. Kami menggabungkan dua kasus ini, menggunakan data dari Bumi sebagai patokan, dan dengan demikian menentukan bagaimana sifat-sifat biosfer generik akan tergantung pada jumlah tanah dan air. "
Apa yang mereka temukan adalah bahwa keseimbangan yang cermat antara daratan dan lautan (seperti yang kita miliki di Bumi) sangat penting bagi kemunculan biosfer yang kompleks. Dikombinasikan dengan simulasi numerik oleh peneliti lain, studi Lingam dan Loeb menunjukkan bahwa planet seperti Bumi - dengan rasio lautan terhadap daratan (sekitar 30:70) - mungkin sangat langka. Seperti yang diringkas Lingam:
“Jadi, kesimpulan dasarnya adalah bahwa keseimbangan fraksi tanah dan air tidak dapat dimiringkan terlalu banyak. Pekerjaan kami juga menunjukkan bahwa peristiwa evolusi penting, seperti kenaikan kadar oksigen dan kemunculan spesies teknologi, dapat dipengaruhi oleh fraksi air-tanah, dan bahwa nilai optimal bisa mendekati nilai Bumi. ”
Untuk beberapa waktu, para astronom telah mencari exoplanet di mana kondisi mirip Bumi lazim. Ini dikenal sebagai pendekatan "buah yang tergantung rendah", di mana kami berusaha untuk menemukan kehidupan dengan mencari biosignatures yang kita kaitkan dengan kehidupan seperti yang kita kenal. Namun menurut penelitian terbaru ini, menemukan tempat-tempat seperti itu bisa seperti mencari berlian di kasar.
Kesimpulan penelitian ini juga dapat memiliki implikasi yang signifikan ketika datang ke pencarian untuk kecerdasan ekstra-terestrial, menunjukkan bahwa itu juga sangat jarang. Untungnya, Lingam dan Loeb mengakui bahwa tidak cukup diketahui tentang exoplanet dan rasio air-ke-daratan mereka untuk mengatakan sesuatu secara meyakinkan.
“Namun, tidak mungkin untuk memprediksi bagaimana ini memengaruhi SETI secara definitif,” kata Lingam. "Ini karena kita belum memiliki batasan pengamatan yang tepat pada fraksi eksoplanet darat-air, dan masih banyak yang tidak diketahui dalam pengetahuan kita saat ini tentang bagaimana spesies teknologi (yang dapat mengambil bagian dalam SETI) berevolusi."
Pada akhirnya, kita harus sabar dan menunggu para astronom untuk mempelajari lebih lanjut tentang planet ekstra-surya dan lingkungannya masing-masing. Ini akan dimungkinkan di tahun-tahun mendatang berkat teleskop generasi mendatang. Ini termasuk teleskop berbasis darat seperti ESO Teleskop Sangat Besar (ELT) dan teleskop berbasis ruang angkasa seperti James Webb Space Telescope (JWST) - yang dijadwalkan untuk memulai operasi masing-masing pada tahun 2024 dan 2021.
Dengan peningkatan teknologi dan ribuan exoplanet yang sekarang tersedia untuk dipelajari, para astronom telah mulai bergeser dari proses penemuan ke karakterisasi. Di tahun-tahun mendatang, apa yang kita pelajari tentang atmosfer planet ekstrasurya akan sangat membantu dalam membuktikan atau menyangkal model, harapan, dan harapan teoretis kita. Dengan waktu yang diberikan, kita akhirnya dapat menentukan seberapa banyak kehidupan di alam semesta kita, dan apa bentuknya.
