Walaupun terdapat ribuan eksoplanet yang telah dijumpai oleh ahli astronomi dalam beberapa tahun kebelakangan ini, menentukan sama ada salah satu daripadanya dapat dihuni atau tidak adalah cabaran utama. Oleh kerana kita tidak dapat mempelajari planet-planet ini secara langsung, para saintis terpaksa mencari petunjuk tidak langsung. Ini dikenali sebagai biosignature, yang terdiri daripada produk sampingan kimia yang kita kaitkan dengan kehidupan organik yang muncul di atmosfer planet.
Kajian baru oleh pasukan saintis NASA mencadangkan kaedah baru untuk mencari tanda-tanda kehidupan yang berpotensi di luar Sistem Suria kita. Kuncinya, mereka mencadangkan, adalah memanfaatkan ribut bintang yang kerap dari bintang kerdil muda yang sejuk. Ribut ini melemparkan awan besar dari bahan bintang dan radiasi ke angkasa, berinteraksi dengan atmosfer exoplanet dan menghasilkan biosignature yang dapat dikesan.
Kajian yang bertajuk "Atmospheric Beacons of Life from Exoplanets Around G and K Stars", baru-baru ini muncul di Laporan Ilmiah Alam. Diketuai oleh Vladimir S. Airapetian, ahli astrofizik kanan dengan Bahagian Sains Heliofizik (HSD) di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA, pasukan itu merangkumi anggota dari Pusat Penyelidikan Langley NASA, Sistem Sains dan Aplikasi Diperbadankan (SSAI), dan Universiti Amerika .
Secara tradisional, para penyelidik telah mencari tanda-tanda oksigen dan metana di atmosfer exoplanet, kerana ini adalah produk sampingan proses organik yang terkenal. Lama kelamaan, gas-gas ini berkumpul, mencapai jumlah yang dapat dikesan menggunakan spektroskopi. Walau bagaimanapun, pendekatan ini memakan masa dan memerlukan para astronom menghabiskan masa berhari-hari untuk mengamati spektrum dari planet yang jauh.
Tetapi menurut Airapetian dan rakan-rakannya, adalah mungkin untuk mencari tanda tangan yang lebih kasar di dunia yang berpotensi dapat dihuni. Pendekatan ini bergantung pada teknologi dan sumber daya yang ada dan memerlukan lebih sedikit masa. Seperti yang dijelaskan oleh Airapetian dalam siaran akhbar NASA:
"Kami sedang mencari molekul yang terbentuk dari prasyarat asas untuk hidup - khususnya nitrogen molekul, yang merupakan 78 peratus atmosfera kami. Ini adalah molekul asas yang mesra biologi dan mempunyai daya pemancarkan inframerah yang kuat, meningkatkan peluang kita untuk mengesannya. "
Dengan menggunakan kehidupan di Bumi sebagai templat, Airapetian dan pasukannya merancang kaedah baru untuk melihat atau menandakan produk sampingan wap air, nitrogen dan gas oksigen di atmosfera eksoplanet. Walau bagaimanapun, muslihat sebenarnya adalah memanfaatkan jenis kejadian cuaca luar angkasa yang berlaku dengan bintang kerdil yang aktif. Kejadian ini, yang mengekspos atmosfer planet ke ledakan radiasi, menyebabkan reaksi kimia yang dapat diambil oleh ahli astronomi.
Ketika datang ke bintang seperti Matahari kita, kerdil kuning jenis G, kejadian cuaca seperti itu biasa terjadi ketika mereka masih muda. Walau bagaimanapun, bintang kuning dan oren lain diketahui kekal aktif selama berbilion tahun, menghasilkan ribut zarah bermuatan dan bertenaga. Dan bintang jenis M (kerdil merah), jenis yang paling biasa di Alam Semesta, tetap aktif sepanjang hayat mereka, secara berkala menjadikan planet mereka menjadi suar mini.
Apabila ini mencapai eksoplanet, mereka bertindak balas dengan atmosfera dan menyebabkan pemisahan kimia gas nitrogen (N²) dan oksigen (O²) menjadi atom tunggal, dan wap air menjadi hidrogen dan oksigen. Atom nitrogen dan oksigen yang terurai kemudiannya menyebabkan tindak balas kimia yang menghasilkan hidroksil (OH), oksigen lebih molekul (O), dan nitrik oksida (TIDAK) - apa yang disebut oleh saintis sebagai "suar atmosfera".
Apabila cahaya bintang menyentuh atmosfer planet, molekul suar ini menyerap tenaga dan memancarkan sinaran inframerah. Dengan memeriksa panjang gelombang tertentu radiasi ini, para saintis dapat menentukan unsur kimia apa yang ada. Kekuatan isyarat unsur-unsur ini juga merupakan petunjuk tekanan atmosfera. Secara keseluruhan, bacaan ini membolehkan saintis menentukan kepadatan dan komposisi atmosfera.
Selama beberapa dekad, ahli astronomi juga menggunakan model untuk mengira bagaimana ozon (O³) terbentuk di atmosfer Bumi dari oksigen yang terdedah kepada radiasi matahari. Menggunakan model yang sama ini - dan memasangkannya dengan peristiwa cuaca ruang angkasa yang diharapkan dari bintang aktif dan sejuk - Airapetian dan rakannya berusaha untuk mengira berapa banyak oksida nitrat dan hidroksil yang akan terbentuk dalam atmosfera seperti Bumi dan berapa banyak ozon yang akan dihancurkan .
Untuk mencapai ini, mereka meneliti data dari misi Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED) NASA, yang telah bertahun-tahun mempelajari pembentukan suar di atmosfer Bumi. Secara khusus, mereka menggunakan data dari Sounding of the Atmosphere menggunakan instrumen Broadband Emission Radiometry (SABER), yang memungkinkan mereka untuk mensimulasikan bagaimana pengamatan inframerah beacon ini dapat muncul di atmosfer eksoplanet.
Sebagaimana Martin Mlynczak, penyiasat utama SABER di Pusat Penyelidikan Langley NASA dan pengarang bersama makalah tersebut, menunjukkan:
"Mengambil apa yang kita ketahui mengenai radiasi inframerah yang dipancarkan oleh atmosfer Bumi, idenya adalah melihat exoplanet dan melihat jenis isyarat yang dapat kita mengesan. Sekiranya kita menjumpai isyarat exoplanet dalam perkadaran yang hampir sama dengan Bumi, kita dapat mengatakan bahawa planet adalah calon yang baik untuk menjadi tuan rumah kehidupan. "
Apa yang mereka dapati ialah frekuensi ribut bintang yang kuat secara langsung berkaitan dengan kekuatan isyarat panas yang berasal dari suar atmosfera. Semakin banyak ribut berlaku, semakin banyak molekul suar diciptakan, menghasilkan isyarat yang cukup kuat untuk diperhatikan dari Bumi dengan teleskop angkasa, dan berdasarkan hanya dua jam masa pemerhatian.
Mereka juga mendapati bahawa kaedah seperti ini dapat menyingkirkan eksoplanet yang tidak memiliki medan magnet seperti Bumi, yang secara semula jadi berinteraksi dengan zarah bermuatan dari Matahari. Kehadiran medan seperti inilah yang memastikan bahawa atmosfer planet tidak terlepas, dan oleh itu sangat penting untuk kebiasaan. Seperti yang dijelaskan oleh Airapetian:
“Planet memerlukan medan magnet, yang melindungi atmosfer dan melindungi planet ini dari ribut dan radiasi yang luar biasa. Sekiranya angin bintang tidak begitu ekstrem sehingga dapat memampatkan medan magnet eksoplanet yang dekat dengan permukaannya, medan magnet menghalang pelarian atmosfera, jadi terdapat lebih banyak zarah di atmosfera dan isyarat inframerah yang dihasilkan lebih kuat. "
Model baru ini penting kerana beberapa sebab. Di satu pihak, ini menunjukkan bagaimana penyelidikan yang memungkinkan kajian terperinci mengenai atmosfera Bumi dan bagaimana ia berinteraksi dengan cuaca angkasa kini disusun untuk kajian eksoplanet. Ia juga menggembirakan kerana dapat memungkinkan kajian baru mengenai kebiasaan exoplanet di sekitar kelas bintang tertentu - mulai dari banyak jenis bintang kuning dan oren hingga bintang kerdil merah yang sejuk.
Kerdil merah adalah jenis bintang yang paling biasa di Alam Semesta, merangkumi 70% bintang dalam galaksi lingkaran dan 90% pada galaksi elips. Lebih-lebih lagi, berdasarkan penemuan baru-baru ini, ahli astronomi menganggarkan bahawa bintang kerdil merah cenderung mempunyai sistem planet berbatu. Pasukan penyelidik juga menjangkakan bahawa instrumen ruang angkasa generasi akan datang seperti Teleskop Angkasa James Webb akan meningkatkan kemungkinan mencari planet yang dapat dihuni menggunakan model ini.
Seperti yang dikatakan oleh William Danchi, ahli astrofizik kanan Goddard dan pengarang bersama kajian ini:
"Wawasan baru tentang potensi hidup di eksoplanet sangat bergantung pada penyelidikan interdisipliner di mana data, model dan teknik digunakan dari empat bahagian sains NASA Goddard: heliophysics, astrophysics, planetary dan Earth Earth. Campuran ini menghasilkan jalan baru yang unik dan kuat untuk penyelidikan eksoplanet. "
Sehingga masa kita dapat mempelajari eksoplanet secara langsung, sebarang perkembangan yang menjadikan biosignature lebih jelas dan lebih mudah dikesan sangat berharga. Pada tahun-tahun mendatang, Project Blue dan Breakthrough Starshot berharap dapat melakukan kajian langsung pertama sistem Alpha Centauri. Tetapi sementara itu, model yang diperbaiki yang membolehkan kita meninjau bintang lain yang tidak terkira kerana eksoplanet yang berpotensi dapat dihuni berwarna emas!
Mereka bukan sahaja akan meningkatkan pemahaman kita tentang seberapa umum planet-planet seperti itu, mereka juga mungkin akan menunjukkan kita ke arah satu atau lebih Earth 2.0s!
