Melihat ke masa depan, NASA dan badan antariksa lainnya memiliki harapan besar untuk bidang penelitian planet ekstra-surya. Dalam dekade terakhir, jumlah planet ekstrasurya yang diketahui telah mencapai 4.000, dan banyak lagi diperkirakan akan ditemukan begitu teleskop generasi mendatang dioperasikan. Dan dengan begitu banyak eksoplanet untuk dipelajari, tujuan penelitian perlahan-lahan bergeser dari proses penemuan dan menuju karakterisasi.
Sayangnya, para ilmuwan masih terganggu oleh fakta bahwa apa yang kita anggap sebagai "zona layak huni" tunduk pada banyak asumsi. Mengatasi hal ini, tim peneliti internasional baru-baru ini menerbitkan sebuah makalah di mana mereka menunjukkan bagaimana survei planet ekstrasurya masa depan dapat melihat di luar contoh-contoh analog Bumi sebagai indikasi kelayakhunian dan mengadopsi pendekatan yang lebih komprehensif.
Makalah yang berjudul "Prediksi Zona Habitat dan cara mengujinya", baru-baru ini muncul secara online dan diajukan sebagai kertas putih untuk Survei Decadal Astro 2020 tentang Astronomi dan Astrofisika. Tim di belakangnya dipimpin oleh Ramses M. Ramirez, seorang peneliti di Earth-Life Science Institute (ELSI) dan Space Science Institute (SSI), yang bergabung dengan rekan penulis dan co-penandatangan dari 23 universitas dan institusi.
Tujuan dari survei decadal adalah untuk mempertimbangkan kemajuan yang dibuat sebelumnya dalam berbagai bidang penelitian dan untuk menetapkan prioritas untuk dekade mendatang. Dengan demikian, survei ini memberikan panduan penting bagi NASA, National Space Foundation (NSF), dan Departemen Energi saat mereka merencanakan tujuan penelitian astronomi dan astrofisika mereka untuk masa depan.
Saat ini, banyak dari tujuan ini fokus pada studi planet ekstrasurya, yang akan mendapat manfaat di tahun-tahun mendatang dari penyebaran teleskop generasi mendatang seperti James Webb Space Telescope (JWST) dan Wide-Field Infrared Space Telescope (WFIRST), serta observatorium berbasis darat seperti Extremely Large Telescope (ELT), Thirty Meter Telescope, dan Giant Magellan Telescope (GMT).
Salah satu prioritas utama dari penelitian planet ekstrasurya adalah mencari planet di mana kehidupan ekstra-terestrial bisa ada. Dalam hal ini, para ilmuwan menunjuk planet-planet sebagai "berpotensi dihuni" (dan karena itu layak untuk pengamatan lanjutan) berdasarkan apakah mereka mengorbit dalam zona layak huni bintang-bintang mereka (HZ). Untuk alasan ini, adalah bijaksana untuk melihat apa yang masuk ke dalam mendefinisikan HZ.
Seperti yang ditunjukkan oleh Ramirez dan rekan-rekannya dalam makalah mereka, salah satu masalah utama dengan kelayakhunian planet ekstrasurya adalah tingkat asumsi yang dibuat. Untuk memecahnya, sebagian besar definisi HZ mengasumsikan keberadaan air di permukaan karena ini adalah satu-satunya pelarut yang saat ini diketahui memiliki kehidupan inang. Definisi yang sama ini mengasumsikan bahwa kehidupan membutuhkan planet berbatu dengan aktivitas tektonik yang mengorbit bintang yang terang dan hangat.
Namun, penelitian terbaru telah meragukan banyak asumsi ini. Ini termasuk studi yang menunjukkan bagaimana oksigen atmosfer tidak secara otomatis berarti keberadaan kehidupan - terutama jika oksigen itu adalah hasil dari disosiasi kimia dan bukan fotosintesis. Penelitian lain menunjukkan bagaimana keberadaan gas oksigen selama periode awal evolusi sebuah planet dapat mencegah munculnya bentuk kehidupan dasar.
Juga, ada penelitian terbaru yang menunjukkan bagaimana lempeng tektonik mungkin tidak diperlukan untuk kehidupan muncul, dan apa yang disebut "dunia air" mungkin tidak dapat mendukung kehidupan (tetapi masih bisa). Di atas semua itu, Anda memiliki karya teoretis yang menunjukkan bahwa kehidupan dapat berevolusi dalam lautan metana atau amonia pada benda langit lainnya.
Contoh utama di sini adalah bulan Titan Saturnus, yang menawarkan lingkungan yang kaya akan kondisi prebiotik dan kimia organik - yang menurut beberapa ilmuwan dapat mendukung bentuk kehidupan yang eksotis. Pada akhirnya, para ilmuwan mencari biomarker yang dikenal seperti air dan karbon dioksida karena mereka terkait dengan kehidupan di Bumi, satu-satunya contoh yang diketahui dari planet yang membawa kehidupan.
Tetapi seperti yang dijelaskan Ramirez kepada Space Magazine melalui email, pola pikir ini (di mana analog Bumi dianggap cocok untuk kehidupan) masih penuh dengan masalah:
“Definisi zona layak huni klasik cacat karena konstruksinya terutama didasarkan pada argumen klimatologis yang berpusat pada Bumi yang mungkin atau mungkin tidak dapat diterapkan pada planet lain yang berpotensi layak huni. Misalnya, diasumsikan bahwa atmosfer multi-bar CO2 dapat didukung pada planet yang berpotensi dihuni di dekat tepi luar zona layak huni. Namun, kadar CO2 yang tinggi seperti itu beracun bagi tanaman dan hewan di Bumi, dan karenanya tanpa pemahaman yang lebih baik tentang batas-batas kehidupan, kita tidak tahu seberapa masuk akal asumsi ini.
“HZ klasik juga mengasumsikan bahwa CO2 dan H2O adalah gas rumah kaca utama yang menopang planet yang berpotensi dihuni, tetapi beberapa penelitian dalam beberapa tahun terakhir telah mengembangkan definisi HZ alternatif dengan menggunakan kombinasi gas rumah kaca yang berbeda, termasuk yang, meskipun relatif kecil di Bumi, dapat menjadi penting bagi planet yang berpotensi layak huni lainnya. "
Dalam penelitian sebelumnya, oleh Dr. Ramirez menunjukkan bagaimana keberadaan metana dan gas hidrogen juga bisa menyebabkan
Untungnya, definisi-definisi ini akan memiliki kesempatan untuk diuji, berkat penyebaran teleskop generasi selanjutnya. Tidak hanya para ilmuwan akan dapat menguji beberapa asumsi lama yang menjadi dasar HZ,
“Teleskop generasi selanjutnya dapat menguji zona layak huni dengan mencari peningkatan tekanan CO2 atmosfer yang diperkirakan semakin jauh dari planet yang berpotensi huni dari bintang-bintang mereka. Ini juga akan menguji apakah siklus karbonat-silikat, yang diyakini banyak orang telah membuat planet kita layak huni sepanjang sejarahnya, adalah proses universal atau tidak. ”
Dalam proses ini, batuan silikat dikonversi menjadi batuan karbon melalui pelapukan dan erosi, sedangkan batuan karbon diubah menjadi batuan silikat melalui aktivitas vulkanik dan geologis. Siklus ini memastikan stabilitas jangka panjang atmosfer Bumi dengan menjaga tingkat CO2 konsisten dari waktu ke waktu. Ini juga menggambarkan betapa air dan lempeng tektonik sangat penting bagi kehidupan seperti yang kita kenal.
Namun, jenis siklus ini hanya bisa ada di planet-planet yang memiliki tanah, yang secara efektif mengesampingkan "dunia air". Eksoplanet ini - yang mungkin umum di sekitar bintang tipe-M (kurcaci merah) - dipercayai memiliki massa hingga 50% air. Dengan jumlah air ini di permukaannya, "dunia air" cenderung memiliki lapisan es padat pada batas inti-mantelnya, sehingga mencegah aktivitas hidrotermal.
Tetapi seperti yang sudah disebutkan, ada beberapa penelitian yang menunjukkan bahwa planet-planet ini masih bisa dihuni. Sementara kelimpahan air akan mencegah penyerapan karbon dioksida oleh batu dan menekan aktivitas gunung berapi, simulasi telah menunjukkan bahwa planet-planet ini masih bisa siklus karbon antara atmosfer dan laut, sehingga menjaga iklim stabil.
Jika jenis dunia laut ini ada, kata Dr. Ramirez, para ilmuwan dapat mendeteksi mereka melalui kepadatan planet yang lebih rendah dan atmosfer tekanan tinggi. Dan kemudian ada masalah berbagai gas rumah kaca, yang tidak selalu merupakan indikasi atmosfer planet yang lebih hangat, tergantung pada jenis bintang.
"Meskipun metana menghangatkan planet kita, kami menemukan bahwa metana sebenarnya mendinginkan permukaan planet-planet zona layak huni yang mengorbit bintang katai merah!" dia berkata. "Jika itu yang terjadi, jumlah metana atmosfer yang tinggi di planet-planet seperti itu bisa berarti kondisi beku yang mungkin tidak cocok untuk kehidupan hosting. Kami akan dapat mengamati ini dalam spektrum planet. "
Berbicara tentang katai merah, perdebatan mengamuk tentang apakah planet-planet yang mengorbit bintang-bintang ini akan mampu mempertahankan atmosfer atau tidak. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa penemuan telah dibuat yang menunjukkan bahwa planet berbatu dan terkunci secara taut adalah umum di sekitar bintang katai merah, dan bahwa mereka mengorbit dalam HZ masing-masing bintang mereka.
Namun, penelitian selanjutnya telah memperkuat teori bahwa ketidakstabilan bintang katai merah kemungkinan akan menghasilkan semburan matahari yang akan melucuti planet mana pun yang mengorbit atmosfernya. Terakhir, Ramirez dan rekan-rekannya mengangkat kemungkinan bahwa planet-planet yang dapat dihuni dapat ditemukan mengorbit apa yang (hingga saat ini) dianggap sebagai kandidat yang tidak mungkin.
Ini akan menjadi bintang tipe A urutan utama - seperti Sirius A, Altair, dan Vega - yang dianggap terlalu terang dan panas sehingga tidak cocok untuk ditinggali. Kata Dr. Ramirez tentang kemungkinan ini:
“Saya juga tertarik untuk mencari tahu apakah ada kehidupan di planet zona layak huni yang mengorbit bintang-A. Belum ada banyak penilaian yang dipublikasikan tentang kelayakan planetary bintang A, tetapi beberapa generasi arsitektur berencana untuk mengamatinya. Kami akan segera belajar lebih banyak tentang kesesuaian bintang-A seumur hidup. ”
Pada akhirnya, studi seperti ini, yang mempertanyakan definisi "zona layak huni", akan berguna ketika misi generasi berikutnya memulai operasi sains. Dengan resolusi yang lebih tinggi dan instrumen yang lebih sensitif, mereka akan dapat menguji dan memvalidasi banyak prediksi yang telah dibuat oleh para ilmuwan.
Tes-tes ini juga akan mengkonfirmasi apakah kehidupan bisa ada di luar sana hanya seperti yang kita ketahui, atau juga di luar parameter yang kita anggap “mirip Bumi”. Tetapi seperti yang ditambahkan Ramirez, penelitian yang dia dan rekan-rekannya lakukan juga menyoroti betapa pentingnya bagi kita untuk terus berinvestasi dalam teknologi teleskop canggih:
“Makalah kami juga menekankan pentingnya investasi berkelanjutan dalam teknologi teleskop canggih. Kita harus dapat menemukan dan mengkarakterisasi sebanyak mungkin planet zona layak huni jika kita ingin memaksimalkan peluang kita untuk menemukan kehidupan. Namun, saya juga berharap makalah kami menginspirasi orang untuk bermimpi lebih dari 10 tahun ke depan. Saya benar-benar percaya bahwa pada akhirnya akan ada misi yang akan jauh lebih mampu daripada apa pun yang kami rancang saat ini. Upaya kami saat ini hanyalah awal dari upaya yang jauh lebih berkomitmen untuk spesies kami. "
Pertemuan Decadal Survey 2020 diselenggarakan bersama oleh Dewan Fisika dan Astronomi dan Dewan Studi Luar Angkasa dari National Academy of Sciences, dan akan diikuti oleh sebuah laporan yang akan dirilis kira-kira dua tahun dari sekarang.
