Ketika datang untuk mencari kehidupan di luar bumi, para saintis cenderung untuk menjadi sedikit geosentrik - iaitu mereka mencari planet yang menyerupai kita sendiri. Ini dapat difahami, memandangkan bagaimana Bumi adalah satu-satunya planet yang kita tahu yang menyokong kehidupan. Akibatnya, mereka yang mencari kehidupan di luar darat telah mencari planet yang bersifat daratan (berbatu), mengorbit di zon bintang mereka yang dapat dihuni, dan memiliki cukup air di permukaannya.
Dalam usaha menemui beberapa ribu eksoplanet, para saintis mendapati bahawa banyak sebenarnya "dunia air" (planet di mana sehingga 50% jisimnya adalah air). Ini secara semula jadi menimbulkan beberapa persoalan, seperti berapa banyak air yang terlalu banyak, dan mungkin terlalu banyak tanah menjadi masalah? Untuk mengatasi masalah ini, sepasang penyelidik dari Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) melakukan kajian untuk menentukan bagaimana nisbah antara air dan tanah dapat menyumbang kepada kehidupan.
Kajian - "Ketergantungan Kegiatan Biologi pada Pecahan Air Permukaan Planet", yang sedang dikaji untuk diterbitkan dengan Jurnal Astronomi- dikarang oleh Manasvi Lingam, rakan pasca doktoral di Institut Teori dan Pengiraan (ITC) CfA, dan Abraham Loeb - pengarah ITC dan Pengerusi Sains Frank B. Baird Jr di Universiti Harvard.
Sebagai permulaan, Lingam dan Loeb membahas masalah prinsip antropik, yang telah memainkan peranan utama dalam penyelidikan astronomi dan eksoplanet. Ringkasnya, prinsip ini menyatakan bahawa jika keadaan di Bumi sesuai untuk menampung kehidupan, maka ia mesti ada demi mewujudkan kehidupan. Diperluas ke seluruh Alam Semesta, prinsip ini berpendapat bahawa undang-undang fizik ada sebagaimana yang berlaku demi menghidupkan kehidupan.
Cara lain untuk melihatnya adalah dengan mempertimbangkan bagaimana penilaian Bumi kita masuk ke dalam apa yang dikenali sebagai "kesan pemilihan pemerhatian" - di mana hasilnya dipengaruhi secara langsung oleh jenis kaedah yang terlibat. Dalam kes ini, kesannya timbul dari kenyataan bahawa pencarian kita untuk kehidupan di luar Bumi dan Sistem Suria kita memerlukan adanya pemerhati yang berada di kedudukan yang tepat.
Akibatnya, kita cenderung menganggap bahawa keadaan kehidupan akan melimpah di Alam Semesta kerana kita sudah biasa dengannya. Ini memberi syarat kepada kehadiran air cair dan massa darat, yang sangat penting untuk kemunculan kehidupan seperti yang kita ketahui. Seperti yang dijelaskan Lingam kepada Space Magazine melalui e-mel, ini adalah salah satu cara prinsip antropik muncul ketika mencari planet yang berpotensi dapat dihuni:
"Fakta bahawa pecahan tanah dan air Bumi sebanding menunjukkan kesan pemilihan antropik, iaitu kemunculan manusia (atau pemerhati sedar yang serupa) mungkin difasilitasi oleh campuran tanah dan air yang sesuai."
Namun, ketika menangani banyak Bumi super yang telah ditemukan dalam sistem bintang lain, analisis statistik kepadatan minnya menunjukkan bahawa majoriti mempunyai pecahan tinggi yang tidak stabil. Contoh yang baik dari ini adalah sistem TRAPPIST-1, di mana pemodelan teoritis dari tujuh planet berukuran Bumi menunjukkan bahawa mereka boleh mencapai 40-50% air berat.
Oleh karena itu, "dunia perairan" ini akan memiliki lautan yang sangat dalam dan tidak ada daratan yang dapat dibicarakan, yang dapat menimbulkan akibat drastik bagi munculnya kehidupan. Pada masa yang sama, planet yang memiliki sedikit atau sedikit air di permukaannya tidak dianggap sebagai calon hidup yang baik, memandangkan betapa pentingnya air untuk hidup seperti yang kita ketahui.
"Terlalu banyak daratan adalah masalah, kerana ia membatasi jumlah air permukaan, sehingga menjadikan sebagian besar benua menjadi gersang," kata Lingam. “Ekosistem kering biasanya dicirikan oleh kadar pengeluaran biomas yang rendah di Bumi. Sebaliknya, jika seseorang mempertimbangkan senario yang berlawanan (iaitu kebanyakan lautan), seseorang menghadapi masalah yang berpotensi dengan ketersediaan fosforus, yang merupakan salah satu elemen penting untuk kehidupan-seperti-kita-tahu-itu. Oleh itu, ini boleh menyebabkan hambatan jumlah biomas. "
Untuk mengatasi kemungkinan ini, Lingam dan Leob menganalisis bagaimana planet dengan terlalu banyak air atau daratan dapat mempengaruhi perkembangan biosfer exoplanet. Seperti yang dijelaskan Lingam:
"[W] e mengembangkan model sederhana untuk memperkirakan pecahan tanah apa yang akan menjadi gersang (yaitu padang pasir) dan relatif tidak dapat dihuni. Untuk senario dengan biosfera yang didominasi air, ketersediaan fosforus menjadi faktor pengehad. Di sini, kami menggunakan model yang dikembangkan dalam salah satu makalah kami sebelumnya yang mengambil kira sumber dan tenggelamnya fosfor. Kami menggabungkan dua kes ini, menggunakan data dari Bumi sebagai penanda aras, dan dengan demikian menentukan bagaimana sifat-sifat biosfera generik bergantung pada jumlah tanah dan air. "
Apa yang mereka dapati ialah keseimbangan yang teliti antara daratan dan lautan (seperti yang kita miliki di Bumi) sangat penting untuk munculnya biosfer yang kompleks. Digabungkan dengan simulasi berangka oleh penyelidik lain, kajian Lingam dan Loeb menunjukkan bahawa planet seperti Bumi - dengan nisbah lautan dan daratan (kira-kira 30:70) - mungkin agak jarang berlaku. Seperti yang diringkaskan oleh Lingam:
“Oleh itu, kesimpulan asasnya ialah keseimbangan pecahan tanah dan air tidak dapat dimiringkan terlalu banyak dalam satu atau lain cara. Karya kami juga menunjukkan bahawa peristiwa evolusi penting, seperti kenaikan kadar oksigen dan kemunculan spesies teknologi, mungkin dipengaruhi oleh pecahan air-darat, dan bahawa nilai optimum dapat mendekati nilai Bumi. "
Untuk beberapa waktu, ahli astronomi telah mencari eksoplanet di mana keadaan seperti Bumi berlaku. Ini dikenal sebagai pendekatan "buah gantung rendah", di mana kita berusaha mencari kehidupan dengan mencari biosignature yang kita kaitkan dengan kehidupan seperti yang kita ketahui. Tetapi menurut kajian terbaru ini, mencari tempat seperti mirip mencari berlian secara kasar.
Kesimpulan kajian ini juga dapat memberi implikasi yang besar ketika mencari kecerdasan luar daratan, yang menunjukkan bahawa terlalu jarang. Nasib baik, Lingam dan Loeb mengakui bahawa tidak banyak yang diketahui mengenai eksoplanet dan nisbah air-ke-daratan mereka untuk mengatakan sesuatu secara meyakinkan.
"Namun, tidak mungkin untuk meramalkan bagaimana ini mempengaruhi SETI secara pasti," kata Lingam. "Ini kerana kita belum memiliki batasan pengamatan yang tepat terhadap pecahan eksoplanet darat-air, dan masih banyak yang tidak diketahui dalam pengetahuan kita tentang bagaimana spesies teknologi (mampu mengambil bahagian di SETI) berkembang."
Pada akhirnya, kita mesti bersabar dan menunggu ahli astronomi untuk mengetahui lebih banyak mengenai planet solar tambahan dan persekitarannya masing-masing. Ini akan dapat dilaksanakan pada tahun-tahun mendatang berkat teleskop generasi akan datang. Ini termasuk teleskop darat seperti ESO Teleskop Sangat Besar (ELT) dan teleskop berasaskan ruang seperti Teleskop Angkasa James Webb (JWST) - yang dijadualkan beroperasi pada tahun 2024 dan 2021, masing-masing.
Dengan peningkatan teknologi dan ribuan eksoplanet sekarang tersedia untuk dikaji, para astronom telah mulai beralih dari proses penemuan ke pencirian. Dalam tahun-tahun mendatang, apa yang kita pelajari tentang atmosfer eksoplanet akan membuktikan atau membantah model, harapan dan harapan teori kita. Mengingat masa, kita akhirnya dapat menentukan seberapa banyak kehidupan di Alam Semesta kita, dan bentuk apa yang mungkin berlaku.
