JWST telah menunjukkan bahwa ia dapat mendeteksi sidik jari kehidupan di planet ekstrasurya

komponen kehidupan tersebar di seluruh alam semesta. Sementara Bumi adalah satu-satunya tempat yang diketahui di alam semesta di mana kehidupan ada, penemuan kehidupan di luar bumi adalah Tujuan utamanya Dari astronomi modern Dan ilmu planet.

Kami adalah dua ulama yang menuntut ilmu planet luar 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. Mudah-mudahan, satu atau lebih dari planet-planet ini akan memiliki sidik jari kimia untuk kehidupan.

Planet luar yang layak huni

kehidupan Itu mungkin ada di tata surya Di mana ada air cair – seperti akuifer di Mars atau di lautan Europa, bulan Jupiter. Namun, pencarian kehidupan di tempat-tempat ini sangat sulit, karena sulitnya menjangkau dan mendeteksi kehidupan membutuhkan pengiriman probe untuk mengembalikan sampel fisik.

Banyak astronom percaya bahwa ada file Peluang bagus untuk hidup di planet yang mengorbit bintang lainDan ini bisa menjadi tempatnya Hidup akan ditemukan terlebih dahulu.

Perhitungan teoritis menunjukkan bahwa ada sesuatu yang dekat 300 juta planet yang berpotensi layak huni Di Bima Sakti saja dan Banyak planet layak huni seukuran Bumi Hanya berjarak 30 tahun cahaya dari Bumi – pada dasarnya adalah tetangga umat manusia di galaksi. Sejauh ini, para astronom Temukan lebih dari 5.000 exoplanettermasuk ratusan yang berpotensi layak huni, menggunakan metode tidak langsung yang mengukur bagaimana sebuah planet mempengaruhi bintang terdekatnya. Pengukuran ini dapat memberikan para astronom informasi tentang massa dan ukuran sebuah planet ekstrasurya, tetapi tidak lebih dari itu.

Mencari tanda tangan bio

Untuk menemukan kehidupan di planet yang jauh, ahli astrobiologi akan mempelajari cahaya bintang yang ada Berinteraksi dengan permukaan atau atmosfer planet. Jika atmosfer atau permukaan diubah oleh kehidupan, cahaya mungkin membawa petunjuk yang disebut ‘biosignature’.

Selama paruh pertama keberadaannya, Bumi memiliki atmosfer tanpa oksigen, meskipun memiliki kehidupan bersel tunggal yang sederhana. Jejak vital Bumi sangat redup selama era awal ini. Itu tiba-tiba berubah 2,4 miliar tahun yang lalu Ketika keluarga baru alga berevolusi. Alga menggunakan fotosintesis yang menghasilkan oksigen bebas – oksigen yang tidak terikat secara kimia dengan elemen lain. Sejak saat itu, atmosfer Bumi yang dipenuhi oksigen meninggalkan jejak vital yang kuat dan mudah dideteksi pada cahaya yang melewatinya.

Ketika cahaya memantul dari permukaan material atau melewati gas, panjang gelombang tertentu lebih mungkin untuk tetap terperangkap dalam gas atau permukaan material daripada yang lain. Kesesuaian selektif dari panjang gelombang cahaya adalah alasan untuk perbedaan warna objek. Daun berwarna hijau karena klorofil sangat baik dalam menyerap cahaya dalam panjang gelombang merah dan biru. Ketika cahaya mengenai kertas, panjang gelombang merah dan biru diserap, meninggalkan sebagian besar cahaya hijau memantul kembali ke mata Anda.

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

Metode ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi keberadaan gas atmosfer tertentu yang terkait dengan kehidupan – seperti oksigen atau metana – karena gas ini meninggalkan sinyal yang sangat spesifik dalam cahaya. Ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi warna aneh di permukaan planet. Di Bumi, misalnya, klorofil tumbuhan dan pigmen serta ganggang lain yang digunakan dalam fotosintesis menggunakan panjang gelombang cahaya tertentu. Pewarna ini Produksi warna yang khas Hal ini dapat dideteksi menggunakan kamera inframerah 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 dari planet ekstrasurya yang berpotensi layak huni. Saat ini, satu-satunya teleskop yang mampu melakukan hal seperti itu adalah teleskop baru Teleskop Luar Angkasa James Webb. apa adanya Operasi ilmiah dimulai Pada Juli 2022, James Webb melakukan pembacaan yang lucu Planet ekstrasurya gas WASP-96b. Spektrum menunjukkan keberadaan air dan awan, tetapi planet besar dan panas seperti WASP-96b tidak mungkin menampung kehidupan.

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

Webb dapat mencari sidik jari biometrik dengan mempelajari dan menangkap planet yang melintas di depan bintang induknya Cahaya bintang yang mengalir melalui atmosfer planet. Tetapi Webb tidak dirancang untuk mencari kehidupan, sehingga teleskop hanya mampu memeriksa beberapa dunia terdekat yang berpotensi layak huni. Itu juga dapat mendeteksi perubahan yang dibuat untuk Tingkat karbon dioksida, metana, dan uap air di atmosfer. Sementara kombinasi tertentu dari gas-gas ini Ini mungkin menyarankan kehidupanWebb tidak dapat mendeteksi keberadaan oksigen yang tidak terikat, yang merupakan indikasi terkuat dari kehidupan.

Konsep perintis untuk teleskop ruang angkasa masa depan, dan bahkan lebih kuat, termasuk rencana untuk memblokir cahaya terang bintang induk Bumi untuk mendeteksi cahaya bintang yang dipantulkan dari planet ini. Ide ini mirip dengan menggunakan tangan Anda untuk menghalangi sinar matahari untuk melihat sesuatu dengan lebih baik dari kejauhan. Teleskop luar angkasa masa depan dapat menggunakan topeng dalam ruangan kecil atau pesawat luar angkasa besar seperti parasut untuk melakukan ini. Setelah cahaya bintang terhalang, jauh lebih mudah untuk mempelajari cahaya yang memantul dari sebuah planet.

Ada juga tiga teleskop besar berbasis darat yang saat ini sedang dibangun yang akan dapat mencari sidik jari biometrik: Teleskop Magellan RaksasaThe Teleskop tiga puluh meter dan teleskop eropa yang sangat besar. Masing-masing jauh lebih kuat daripada teleskop di Bumi, dan meskipun terhalang oleh atmosfer Bumi yang mendistorsi cahaya bintang, teleskop ini mungkin dapat menjelajahi atmosfer dunia terdekat untuk mencari oksigen.

Apakah itu biologi atau geologi?

Bahkan dengan menggunakan teleskop yang paling kuat dalam beberapa dekade mendatang, ahli astrobiologi hanya akan mampu mendeteksi tanda-tanda biologis yang kuat yang dihasilkan oleh dunia yang sepenuhnya diubah oleh kehidupan.

Sayangnya, sebagian besar gas yang dilepaskan oleh kehidupan terestrial juga dapat diproduksi melalui proses non-biologis – sapi dan gunung berapi melepaskan metana. Fotosintesis menghasilkan oksigen, tetapi sinar matahari juga melakukannya ketika memecah molekul air menjadi oksigen dan hidrogen. di sana Peluang bagus bagi para astronom untuk menemukan beberapa kesalahan positif Saat mencari kehidupan yang jauh. Untuk membantu menyingkirkan kesalahan positif, para astronom perlu memahami planet yang menarik dengan cukup baik untuk memahaminya. Proses geologis atau atmosfer dapat meniru biosignature.

Generasi berikutnya dari studi planet ekstrasurya memiliki potensi untuk melampaui tingkat Bukti yang tidak biasa Perlu membuktikan keberadaan kehidupan. Rilis data pertama dari Teleskop Luar Angkasa James Webb memberi kita gambaran tentang kemajuan menarik yang akan segera hadir.

Chris EmbiProfesor Astronomi Universitas yang Terhormat, Universitas Arizona Dan Daniel AbayProfesor astronomi dan ilmu planet, Universitas Arizona

Artikel ini telah diterbitkan ulang dari Percakapan Di bawah Lisensi Creative Commons. Membaca artikel asli.