Bahan-bahan untuk kehidupan tersebar di seluruh alam semesta. Sementara Bumi adalah satu-satunya tempat yang diketahui di alam semesta dengan kehidupan, mendeteksi kehidupan di luar Bumi adalah tujuan utama astronomi modern dan sains keplanetan.
Kami adalah dua orang ilmuwan yang mempelajari eksoplanet dan astrobiologi. Sebagian besar berkat teleskop generasi berikutnya seperti James Webb, peneliti seperti kami akan segera mampu untuk mengukur susunan kimiawi atmosfer planet di sekitar bintang lain. Harapannya adalah satu atau lebih dari planet-planet ini akan memiliki tanda-tanda kimiawi kehidupan.
Eksoplanet yang layak huni
Kehidupan mungkin ada di tata surya di mana terdapat air yang mencair – seperti akuifer bawah permukaan di Mars atau di lautan Europa, bulan Jupiter. Namun, mencari kehidupan di tempat-tempat ini sangat sulit, karena sulit dijangkau dan mendeteksi kehidupan akan membutuhkan pengiriman probe untuk membawa sampel fisik.
Banyak astronom percaya ada peluang bagus bahwa kehidupan ada di planet yang mengorbit bintang lain, dan mungkin di sanalah kehidupan pertama kali ditemukan.
Perhitungan teoretis menunjukkan bahwa ada sekitar 300 juta planet yang berpotensi layak huni di galaksi Bima Sakti saja dan beberapa planet seukuran Bumi yang dapat dihuni hanya dalam jarak 30 tahun cahaya dari Bumi – pada dasarnya adalah tetangga galaksi umat manusia. Sejauh ini, para astronom telah menemukan lebih dari 5.000 eksoplanet, termasuk ratusan eksoplanet yang berpotensi layak huni, menggunakan metode tidak langsung yang mengukur bagaimana sebuah planet memengaruhi bintang di dekatnya. Pengukuran ini dapat memberikan informasi kepada para astronom tentang massa dan ukuran sebuah planet ekstrasurya, tetapi tidak banyak yang lain.
Mencari biosignature
Untuk mendeteksi kehidupan di planet yang jauh, ahli astrobiologi akan mempelajari cahaya bintang yang telah berinteraksi dengan permukaan atau atmosfer planet. Jika atmosfer atau permukaan diubah oleh kehidupan, cahaya mungkin membawa petunjuk, yang disebut “biosignature.”
Untuk paruh pertama keberadaannya, Bumi memiliki atmosfer tanpa oksigen, meskipun memiliki kehidupan bersel tunggal yang sederhana. Biosignature bumi sangat redup selama era awal ini. Lalu berubah secara tiba-tiba 2,4 miliar tahun yang lalu ketika keluarga ganggang baru berevolusi. Alga menggunakan proses fotosintesis yang menghasilkan oksigen bebas – oksigen yang tidak terikat secara kimia dengan elemen lain. Sejak saat itu, atmosfer Bumi yang dipenuhi oksigen telah meninggalkan biosignature yang kuat dan mudah dideteksi pada cahaya yang melewatinya.
Ketika cahaya memantul dari permukaan material atau melewati 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 sangat baik dalam menyerap cahaya dalam panjang gelombang merah dan biru. Saat 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 dari bahan yang berinteraksi dengan cahaya. Karena itu, para astronom dapat mempelajari sesuatu tentang komposisi atmosfer atau permukaan planet ekstrasurya dengan, pada dasarnya, mengukur warna cahaya tertentu yang berasal dari sebuah planet.
Metode ini dapat digunakan untuk mengenali 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 aneh di permukaan planet. Di Bumi, misalnya, klorofil dan pigmen lain yang digunakan tanaman dan ganggang untuk fotosintesis menangkap panjang gelombang cahaya tertentu. Pigmen ini menghasilkan warna khas yang dapat dideteksi dengan menggunakan kamera inframerah yang sensitif. Jika Anda melihat warna ini terpantul dari permukaan planet yang jauh, itu berpotensi menandakan keberadaan klorofil.
Teleskop di luar angkasa dan di Bumi
Dibutuhkan teleskop yang sangat kuat untuk mendeteksi perubahan halus pada cahaya yang berasal dari planet ekstrasurya yang berpotensi layak huni. Untuk saat ini, satu-satunya teleskop yang mampu melakukan hal seperti itu adalah Teleskop Luar Angkasa James Webb yang baru saja beroperasi. Saat memulai operasi sains pada Juli 2022, James Webb membaca spektrum gas planet ekstrasurya 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-tanda samar kimiawi dalam cahaya yang berasal dari planet ekstrasurya. Dalam beberapa bulan mendatang, Webb akan mengarahkan cerminnya ke TRAPPIST-1e, sebuah planet seukuran Bumi yang berpotensi layak huni, hanya berjarak 39 tahun cahaya dari Bumi.
Webb dapat mencari tanda-tanda biologis dengan mempelajari planet-planet yang melintas di depan bintang induknya dan menangkap cahaya bintang yang menyaring atmosfer planet. Tetapi Webb tidak dirancang untuk mencari kehidupan, sehingga teleskop hanya mampu mengamati beberapa dunia terdekat yang berpotensi layak huni. Itu juga hanya dapat mendeteksi perubahan tingkat karbon dioksida, metana, dan uap air di atmosfer. Sementara kombinasi tertentu dari gas-gas ini mungkin menunjukkan kehidupan, Webb tidak dapat mendeteksi keberadaan oksigen yang tidak terikat, yang merupakan sinyal terkuat untuk kehidupan.
Konsep terkemuka untuk masa depan, bahkan lebih kuat, teleskop ruang angkasa mencakup rencana untuk memblokir cahaya terang dari bintang induk planet untuk mengungkapkan cahaya bintang yang dipantulkan kembali 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 penghalang kecil internal atau pesawat luar angkasa besar, eksternal, seperti payung untuk melakukan ini. Setelah cahaya bintang terhalang, menjadi lebih mudah untuk mempelajari cahaya yang memantul dari sebuah planet.
Ada juga tiga teleskop besar berbasis darat yang saat ini sedang dibangun yang dapat mencari biosignature: Teleskop Raksasa Magellen, Teleskop Tiga Puluh Meter, dan Teleskop Sangat Besar Eropa. 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 menggunakan teleskop paling kuat dalam beberapa dekade mendatang, ahli astrobiologi hanya akan dapat mendeteksi tanda-tanda biologis kuat yang dihasilkan oleh dunia yang telah sepenuhnya diubah oleh kehidupan.
Sayangnya, sebagian besar gas yang dilepaskan oleh kehidupan terestrial juga dapat dihasilkan oleh proses nonbiologis – sapi dan gunung berapi sama-sama melepaskan metana. Fotosintesis menghasilkan oksigen, tetapi sinar matahari juga menghasilkannya ketika ia memecah molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. Ada kemungkinan besar para astronom akan mendeteksi beberapa kesalahan positif ketika mencari kehidupan yang jauh. Untuk membantu mengesampingkan kesalahan positif, para astronom perlu memahami planet yang diminati dengan cukup baik untuk memahami apakah proses geologis atau atmosfernya dapat meniru tanda tangan biologis .
Studi eksoplanet generasi berikutnya memiliki potensi untuk melewati batas bukti luar biasa yang diperlukan untuk membuktikan keberadaan kehidupan. Rilis data pertama dari Teleskop Luar Angkasa James Webb memberi kita gambaran tentang kemajuan menarik yang akan segera hadir.
Chris Impey, University Distinguished Professor of Astronomy, University of Arizona and Daniel Apai, Professor of Astronomy and Planetary Sciences, University of Arizona.
Artikel ini diterbitkan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.
