 |
| Ilustrasi Kepler-186f, planet seukuran Bumi pertama yang ditemukan mengorbit di zona layak huni bintang induk. Para ilmuwan telah menemukan ribuan eksoplanet, namun pengetahuan yang diperoleh dirasa masih terbatas karena kita belum dapat melihat mereka secara langsung. Kredit: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech |
Upaya
pencarian kehidupan di luar Bumi telah melonjak pesat dalam hal kreativitas
dan inovasi. Setelah penemuan ribuan eksoplanet selama dua dekade terakhir, sekarang adalah waktu yang tepat untuk menindaklanjutinya, dengan menentukan eksoplanet
mana yang menjadi kandidat terbaik dalam menampung kehidupan.
Saat pertemuan musim gugur American
Geophysical Union yang digelar tanggal 13 Desember 2017 di New Orleans, Louisiana, para ilmuwan dari NASA dan dua universitas di Amerika Serikat mempresentasikan hasil studi terbaru yang didekasikan untuk mencapai tujuan tersebut. Mereka mendemonstrasikan bagaimana pendekatan lintas disiplin ilmu, mencakup
astrofisika, sains Bumi dan sains planet serta heliofisika, merupakan faktor kunci untuk menemukan kehidupan di dunia lain.
“Eksoplanet
yang berpotensi layak huni di alam semesta telah berkembang pesat,” ungkap astrobiologis Giada
Arney dari Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA di
Greenbelt, Maryland. “Kita telah menemukan ribuan
eksoplanet, tapi pengetahuan yang kita miliki tentang mereka sangat terbatas
karena kita belum bisa melihat mereka secara langsung.”
Saat
ini, sebagian besar ilmuwan hanya mengandalkan metode tidak langsung untuk
mengidentifikasi dan mempelajari eksoplanet atau planet yang mengorbit bintang
selain Matahari. Metode tidak langsung memang dapat memberikan informasi jarak planet dari bintang induk atau apakah planet yang dipelajari mirip Bumi, tetapi tidak bisa menentukan habitabilitas planet. Untuk mengetahuinya, para ilmuwan harus dapat mengamati eksoplanet
secara langsung.
Desain
instrumen dan misi pencitraan langsung terus dikembangkan, Arney menjelaskan bahwa para ilmuwan telah menghasilkan banyak kemajuan dengan peralatan
yang dimiliki saat ini. Para ilmuwan membangun model komputasi untuk
menyimulasikan interaksi antara planet dengan bintang induk dan seperti apa seharusnya lingkungan planet layak huni. Untuk memvalidasi
model, para ilmuwan menggunakan planet-planet di tata surya kita
sendiri, sebagai analog bagi eksoplanet yang mungkin kita temukan
suatu hari nanti.
“Untuk menemukan kehidupan di tempat lain, para ilmuwan harus mempertimbangkan eksoplanet secara holistik, atau perspektif dari berbagai disiplin ilmu,” ujar Arney. “Dibutuhkan studi multi
disiplin ilmu untuk meneliti eksoplanet sebagai dunia kompleks yang dibentuk
oleh beberapa proses dalam hal astrofisika, bukan
hanya sebagai titik-titik jauh di langit.”
Bumi sebagai Analog Eksoplanet
Ketika kita dapat mengambil gambar eksoplanet secara langsung, bahkan gambar eksoplanet terdekat hanya akan terlihat sebagai sejumlah kecil
piksel. Apa yang bisa kita pelajari tentang kehidupan di eksoplanet dari hanya
segelintir piksel?
Stephen
Kane, seorang ahli eksoplanet dari Universitas California di Riverside, telah
menemukan sebuah cara untuk menjawabnya menggunakan Earth Polychromatic Imaging Camera NASA yang dipasang di National Oceanic
and Atmospheric Administration’s Deep Space Climate Observatory (DSCOVR). Bersama para kolega, Kane telah mengambil gambar
beresolusi tinggi menggunakan DSCOVR --yang biasanya digunakan untuk
mendokumentasikan pola cuaca global dan fenomena terkait iklim di
Bumi-- kemudian menurunkan resolusi gambar hanya dalam beberapa piksel. Kane
menjalankan gambar DSCOVR melalui filter noise untuk mensimulasikan gangguan yang akan dihadapi dalam misi
eksoplanet.
“Dari
hanya beberapa piksel, kami mengekstrak sebanyak mungkin informasi yang
dapat diketahui tentang Bumi,” ungkap Kane. “Jika kita bisa
melakukannya secara akurat dengan Bumi, maka kita juga bisa menerapkannya untuk
planet yang mengorbit bintang lain.”
 |
| Kiri, gambar Bumi dari kamera DSCOVR-EPIC. Kanan, gambar yang sama namun resolusinya terdegradasi ke 3x3 piksel, serupa dengan yang akan dilihat oleh para peneliti dalam misi observasi eksoplanet masa depan. Kredit: NOAA/NASA/DSCOVR |
DSCOVR
mengambil gambar setiap 30 menit dan sudah berada di orbit selama dua
tahun. Lebih dari 30.000 gambar yang dihasilkan merupakan rekaman observasi tanpa henti terpanjang terhadap bulatan Bumi dari luar angkasa.
Dengan mengamati perubahan kecerahan Bumi, saat sebagian besar
permukaan diamati dibandingkan dengan pengamatan sebagian besar air,
Kane mampu merekayasa albedo Bumi, tingkat kemiringan sumbu rotasi, laju rotasi dan variasi musim, rekayasa yang belum pernah diterapkan ke eksoplanet. Rekasaya yang dihasilkan Kane adalah segala sesuatu yang
berpotensi memengaruhi kondisi planet untuk menopang kehidupan.
Mempelajari Planet Venus Lain
Banyak
cara yang digunakan oleh para ilmuwan selain menggunakan Bumi sebagai studi
kasus planet layak huni. Mereka juga menggunakan planet-planet lain di tata surya untuk mempelari kondisi yang membuat planet tidak layak
huni.
Kane
juga mempelajari Venus, planet kembaran Bumi. Suhu di permukaan Venus mencapai 850 derajat Fahrenheit, atmosfer dipenuhi asam sulfat dan tekanan
di permukaannya 90 kali lebih besar daripada Bumi. Karena ukuran Bumi dan Venus hampir setara namun begitu berbeda dalam hal prospek habitabilitas,
Kane mengembangkan metode untuk membedakan analog antara Bumi
dan Venus di sistem planet lain, sebagai cara untuk mengidentifikasi planet
terestrial (berbatu) layak huni.
Kane mengidentifikasi analog Venus dari arsip data
Teleskop Antariksa Kepler NASA untuk mendefinisikan “Zona Venus” atau insolasi planet, yaitu seberapa banyak planet terpapar cahaya dari bintang
induk yang bertanggung jawab atas siklus erosi atmosfer dan gas rumah
kaca.
“Takdir
atmosfer Bumi dan Venus terkait erat,” Kane menjelaskan.
“Dengan mencari planet serupa, kita dapat memahami evolusi mereka yang akhirnya mengarah ke seberapa sering planet-planet berkembang menjadi neraka seperti di
Venus.”
 |
| Ilustrasi Bumi (kanan) dan Venus (kiri). Kredit: NASA/JPL-Caltech/Ames |
Pemodelan Interaksi Bintang-Planet
Sementara
Kane membahas tentang planet, ilmuwan Katherine Garcia-Sage dari Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA cenderung fokus ke interaksi antara planet dengan bintang induk. Para ilmuwan juga harus mempertimbangkan tentang kualitas bintang induk dan lingkungan elektromagnetik planet (yang melindungi
dari radiasi bintang), karena kedua faktor ini dapat menghambat atau mendukung
habititabilitas. Medan magnet Bumi, misalnya, melindungi atmosfer dari angin surya berbahaya yang mencurahkan partikel bermuatan dan berpotensi melucuti molekul gas di atmosfer dalam proses yang
disebut pelepasan ionosfer.
Garcia-Sage
menggambarkan penelitian Proxima b, eksoplanet terdekat yang terletak empat tahun cahaya dan diketahui mengorbit di zona layak huni bintang katai
merah Proxima Centauri. Berada di zona layak huni tidak
otomatis menjadikan sebuah planet layak huni. Zona layak huni adalah jarak ideal planet dari bintang induk yang dapat menopang air cair di permukaan.
Meskipun belum diketahui apakah Proxima b memiliki medan magnet yang cukup kuat,
para ilmuwan menggunakan model komputasi untuk menyimulasikan seberapa kuat medan magnet mirip Bumi melindungi atmosfer planet yang menginduk Proxima Centauri dan kerap menghasilkan badai bintang ganas. Efek badai bintang terhadap lingkungan di sistem planet tertentu secara kolektif disebut cuaca antariksa.
“Kita
perlu memahami cuaca antariksa sistem planet untuk memahami apakah
sebuah planet dapat layak huni,” papar Garcia-Sage. “Jika terlalu
aktif, maka bintang induk dapat melucuti atmosfer, lapisan molekul gas yang diperlukan untuk menopang air cair. Tapi, ada garis tipis: indikasi radiasi bintang justru menghasilkan elemen penyusun kehidupan.”
Bintang
katai merah adalah salah satu jenis bintang yang paling umum di galaksi kita,
termasuk Proxima Centauri, berpotensi besar melucuti atmosfer planet ketika
radiasi ultraviolet ekstrem mengionisasi gas atmosfer.
 |
| Dalam ilustrasi ini, sinar ultraviolet ekstrem dari bintang katai merah yang aktif, menyebabkan ion meloloskan diri dari atmosfer eksoplanet. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA |
Para
ilmuwan menghitung jumlah rata-rata radiasi yang berasal dari Proxima Centauri berdasarkan pengamatan Observatorium Sinar-X Chandra
NASA. Dari wilayah orbit Proxima b, para ilmuwan mengungkap planet mirip Bumi ini
menghadapi radiasi ultraviolet ekstrem ratusan kali lebih besar daripada yang
diterima Bumi dari Matahari.
Bersama para kolega, Garcia-Sage merancang sebuah model komputer untuk mempelajari apakah planet mirip Bumi --bahkan dengan lapisan atmosfer medan magnet dan gaya gravitasi setara Bumi-- saat berada di orbit Proxima b dapat mempertahankan
atmosfernya. Mereka memeriksa tiga faktor yang mendorong pelepasan ionosfer:
radiasi bintang, suhu atmosfer netral dan ukuran lapisan kutub, tempat
ion meloloskan diri.
Dengan kondisi ekstrem yang dialami oleh Proxima b,
planet dapat kehilangan atmosfer dengan jumlah yang setara dengan seluruh atmosfer Bumi dalam waktu 100 juta tahun, relatif singkat dibandingkan usia Proxima b yang diperkirakan telah mencapai 4 miliar
tahun. Bahkan dalam kemungkinan skenario terbaik, Proxima b akan kehilangan atmosfernya dalam
kurun waktu lebih dari 2 miliar tahun.
Mars, Laboratorium Ideal untuk Mempelajari Eksoplanet
Sementara
Garcia-Sage memaparkan tentang medan magnet planet, David Brain, seorang ilmuwan planetologi dari Universitas Colorado, Boulder, membahas Mars, sebuah
planet tanpa medan magnet.
“Mars
adalah laboratorium ideal untuk mempelajar eksoplanet,” jelas Brain. “Kita
bisa menggunakan Mars untuk membatasi konsep eksoplanet terestrial yang belum kita observasi.”
Brain memanfaatkan arsip data yang dikumpulkan oleh misi Mars Atmosphere and Volatile
Evolution (MAVEN) NASA. Brain berusaha untuk menjawab pertanyaan bagaimana Mars berevolusi
jika mengorbit jenis bintang yang berbeda? Jawaban tersebut menyediakan informasi tentang perkembangan planet terestrial dalam situasi yang berbeda.
Mars mungkin pernah memiliki air dan atmosfer yang membuatnya ramah terhadap
kehidupan. Tapi, Mars telah kehilangan sebagian besar atmosfer dari waktu ke waktu melalui berbagai proses kimia dan fisika, MAVEN mempelajari proses serupa di Planet Merah sejak diluncurkan pada akhir tahun 2013.
Bersama para kolega, Brain menerapkan wawasan MAVEN untuk menyimulasikan hipotetis planet mirip Mars yang mengorbit bintang katai merah. Dalam situasi imajiner ini, planet akan menerima sekitar 5-10 kali radiasi ultraviolet lebih banyak daripada yang diterima Mars dari Matahari, sehingga mempercepat tingkat pelucutan atmosfer. Perhitungan mereka
menunjukkan bahwa atmosfer bisa 3-5 kali lebih banyak kehilangan partikel bermuatan dan sekitar 5-10 kali lipat lebih
banyak untuk partikel netral.
Tingkat
pelepasan atmosfer semacam itu menunjukkan bahwa planet yang mengorbit di wilayah tepi zona layak huni bintang katai merah yang kurang aktif, dapat mempersingkat masa habitabilitas planet 5-20 faktor.
 |
| Untuk menerima jumlah cahaya bintang setara dengan yang diterima Mars dari Matahari, sebuah planet terestrial yang mengorbit bintang katai merah harus berada lebih dekat dengan bintang induknya daripada jarak Merkurius-Matahari. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA |
“Tapi
saya tidak akan melepaskan harapan untuk planet terestrial yang mengorbit bintang tipe M (katai merah),” papar Brain. “Kami memilih skenario terburuk. Mars adalah planet
kecil dan tidak memiliki medan magnet, sehingga angin surya lebih mudah melucuti atmosfernya. Kami juga memilih Mars yang tidak aktif
secara geologis dan tidak memiliki sumber atmosfer internal. Jika kita dapat mengubahnya hanya 1 faktor, maka planet semacam itu berpotensi menjadi tempat yang lebih layak huni.”
Setiap studi hanya menyumbang satu potongan kecil untuk puzzle yang jauh lebih besar, yakni karakteristik apa yang harus dicari dan yang perlu dikenali untuk menemukan planet layak huni. Penelitian lintas disiplin ilmu dapat meletakkan fondasi untuk menentukan apakah eksoplanet yang kita temukan suatu hari nanti, menjadi tempat perlindungan bagi kehidupan.
Ditulis
oleh: Lina Tran, Karen Fox, Elizabeth Zubritsky, Carol Rasmussen, Pusat
Penerbangan Antariksa Goddard NASA, Greenbelt, Maryland, www.nasa.gov
Editor:
Rob Garner
#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa
Komentar
Posting Komentar