JWST telah menunjukkan bahwa ia dapat mendeteksi tanda kehidupan di planet ekstrasurya

Bahan-bahan untuk kehidupan adalah menyebar ke seluruh alam semesta. Sementara Bumi adalah satu-satunya tempat yang diketahui di alam semesta dengan kehidupan, mendeteksi kehidupan di luar Bumi adalah tujuan utama dari astronomi modern dan ilmu planet.

Kami adalah dua ilmuwan yang sedang belajar planet ekstrasurya dan astrobiologi. Sebagian besar berkat teleskop generasi berikutnya seperti James Webb, peneliti seperti kita akan segera dapat mengukur komposisi kimia atmosfer planet di sekitar bintang lain. Harapannya adalah satu atau lebih dari planet-planet ini akan memiliki tanda kimia kehidupan.

Exoplanet yang layak huni

kehidupan bisa ada di tata surya di mana ada air cair – seperti di akuifer di Mars atau di lautan Europa, bulan Jupiter. Namun, menemukan kehidupan di lokasi ini sangat sulit karena sulit dijangkau dan deteksi kehidupan memerlukan pengiriman probe untuk mengembalikan sampel fisik.

Banyak astronom percaya ada peluang bagus bahwa kehidupan ada di planet yang mengorbit bintang laindan mungkin di situlah Hidup ditemukan terlebih dahulu.

Perhitungan teoritis menunjukkan bahwa itu ada di sekitar 300 juta planet yang berpotensi layak huni sendirian di Bima Sakti dan beberapa planet seukuran Bumi yang dapat dihuni hanya dalam jarak 30 tahun cahaya dari Bumi—pada dasarnya tetangga galaksi umat manusia. Sejauh ini, para astronom telah menemukan lebih dari 5.000 exoplanettermasuk ratusan yang berpotensi layak huni, dengan metode tidak langsung mengukur bagaimana sebuah planet mempengaruhi bintang di dekatnya. Pengukuran ini dapat memberi para astronom informasi tentang massa dan ukuran planet ekstrasurya, tetapi tidak lebih.

Mencari biosignature

Untuk menemukan kehidupan di planet yang jauh, ahli astrobiologi akan mempelajari cahaya bintang yang tersedia berinteraksi dengan permukaan atau atmosfer planet. Jika atmosfer atau permukaan telah diubah oleh kehidupan, cahaya dapat berisi petunjuk yang disebut “biosignature.”

Untuk paruh pertama keberadaannya, bumi memiliki atmosfer bebas oksigen, meskipun mendukung kehidupan uniseluler yang sederhana. Biosignature bumi sangat lemah selama era awal ini. Itu berubah tiba-tiba 2,4 miliar tahun yang lalu ketika keluarga baru alga berevolusi. Alga menggunakan proses fotosintesis yang menghasilkan oksigen bebas – oksigen yang tidak terikat secara kimiawi dengan unsur lain. Sejak saat itu, atmosfer Bumi yang dipenuhi oksigen telah meninggalkan biosignature yang kuat dan mudah dideteksi pada cahaya yang menembusnya.

Ketika cahaya memantul dari permukaan material atau bergerak melalui gas, panjang gelombang cahaya tertentu lebih mungkin untuk tetap terperangkap di permukaan gas atau material daripada yang lain. Perangkap selektif panjang gelombang cahaya inilah yang menyebabkan benda memiliki warna yang berbeda. Daun berwarna hijau karena klorofil menyerap cahaya dalam rentang panjang gelombang merah dan biru dengan sangat baik. Ketika cahaya mengenai daun, panjang gelombang merah dan biru diserap, meninggalkan sebagian besar cahaya hijau untuk memantul kembali ke mata Anda.

Pola cahaya yang hilang ditentukan oleh komposisi spesifik bahan yang berinteraksi dengan cahaya. Karena itu, para astronom dapat mempelajari komposisi atmosfer atau permukaan planet ekstrasurya dengan mengukur warna cahaya tertentu yang berasal dari sebuah planet.

Metode ini dapat mendeteksi keberadaan gas atmosfer tertentu yang terkait dengan kehidupan, seperti oksigen atau metana, karena gas-gas ini meninggalkan tanda yang sangat spesifik dalam cahaya. Itu juga bisa digunakan untuk mendeteksi warna tertentu di permukaan planet. Di Bumi, misalnya, klorofil dan pigmen lain yang digunakan tumbuhan dan ganggang untuk fotosintesis menangkap panjang gelombang cahaya tertentu. Pigmen ini menciptakan warna yang khas yang dapat dideteksi dengan kamera infra merah yang sensitif. Jika Anda melihat warna ini terpantul dari permukaan planet yang jauh, itu mungkin menunjukkan adanya klorofil.

Teleskop di luar angkasa dan di bumi

Dibutuhkan teleskop yang sangat kuat untuk mendeteksi perubahan halus dalam cahaya yang berasal dari planet ekstrasurya yang berpotensi layak huni. Saat ini, teleskop baru adalah satu-satunya teleskop yang mampu melakukan hal seperti itu Teleskop Luar Angkasa James Webb. Kapan itu mulai melakukan sains Pada Juli 2022, James Webb membaca The Spectrum of Planet ekstrasurya gas WASP-96b. Spektrum menunjukkan keberadaan air dan awan, tetapi sebuah planet sebesar dan sepanas WASP-96b tidak mungkin menampung kehidupan.

Namun, data awal ini menunjukkan bahwa James Webb mampu mendeteksi tanda kimia samar dalam cahaya exoplanet. Dalam beberapa bulan mendatang, Webb akan mengarahkan cerminnya ke arah TRAPPIST-1esebuah planet yang berpotensi layak huni seukuran Bumi, hanya 39 tahun cahaya dari Bumi.

Webb dapat mencari biosignatures dengan memeriksa planet-planet yang melintas di depan bintang induknya dan menangkapnya Cahaya bintang menembus atmosfer planet. Tapi Webb tidak dirancang untuk mencari kehidupan, jadi teleskop hanya bisa mempelajari beberapa dunia terdekat yang berpotensi layak huni. Itu juga hanya dapat mendeteksi perubahan pada Karbon dioksida, metana, dan uap air di atmosfer. Sementara kombinasi tertentu dari gas-gas ini dapat menyarankan kehidupanWebb tidak dapat mendeteksi keberadaan oksigen bebas, yang merupakan sinyal terkuat untuk kehidupan.

Konsep terkemuka untuk masa depan, teleskop ruang angkasa yang bahkan lebih kuat mencakup rencana untuk memblokir cahaya terang dari bintang induk planet untuk mengungkapkan cahaya bintang yang dipantulkan dari planet ini. Ide ini mirip dengan menggunakan tangan Anda untuk menghalangi sinar matahari untuk melihat sesuatu di kejauhan dengan lebih baik. Teleskop ruang angkasa masa depan dapat menggunakan topeng internal kecil atau pesawat luar angkasa besar, eksternal, seperti payung untuk melakukan ini. Setelah cahaya bintang terhalang, menjadi lebih mudah untuk mempelajari cahaya yang dipantulkan dari sebuah planet.

Saat ini juga ada tiga teleskop raksasa berbasis darat yang sedang dibangun yang akan dapat mencari biosignatures: the Teleskop Magellan Besaritu Teleskop tiga puluh meter dan Teleskop Eropa Sangat Besar. Masing-masing jauh lebih kuat daripada teleskop yang ada di Bumi, dan terlepas dari cacat atmosfer Bumi, yang mendistorsi cahaya bintang, teleskop ini mungkin dapat menyelidiki atmosfer dunia terdekat untuk oksigen.

Apakah itu biologi atau geologi?

Bahkan dengan teleskop paling kuat dalam beberapa dekade mendatang, ahli astrobiologi hanya akan dapat melihat tanda biologis kuat yang berasal dari dunia yang sepenuhnya diubah oleh kehidupan.

Sayangnya, sebagian besar gas yang dilepaskan oleh kehidupan terestrial juga dapat dihasilkan oleh proses non-biologis – sapi dan gunung berapi sama-sama melepaskan metana. Fotosintesis menghasilkan oksigen, tetapi begitu juga sinar matahari karena memecah molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. Ada sebuah peluang bagus bahwa para astronom akan mendeteksi beberapa alarm palsu mencari kehidupan yang jauh. Untuk menghindari kesalahan positif, para astronom perlu memahami planet yang menarik dengan cukup baik untuk mengetahui apakah itu sebuah planet proses geologis atau atmosfer dapat meniru biosignature.

Studi exoplanet generasi berikutnya memiliki potensi untuk memecahkan standar bukti luar biasa diperlukan untuk membuktikan keberadaan kehidupan. Rilis data pertama dari Teleskop Luar Angkasa James Webb memberi kita gambaran sekilas tentang kemajuan menarik yang akan datang.

Chris Impeyprofesor astronomi universitas terkemuka, Universitas Arizona dan Daniel ApaProfesor Astronomi dan Planetologi, Universitas Arizona

Artikel ini diterbitkan ulang oleh Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca ini artikel asli.