Melihat ke masa depan, NASA dan agensi angkasa lain mempunyai harapan tinggi untuk bidang penyelidikan planet ekstra solar. Dalam dekad yang lalu, jumlah eksoplanet yang diketahui hanya mencapai 4000 orang, dan banyak lagi yang dijumpai akan dijumpai setelah teleskop generasi akan datang digunakan. Dan dengan begitu banyak eksoplanet untuk dikaji, tujuan penyelidikan perlahan-lahan beralih dari proses penemuan dan menuju pencirian.
Malangnya, para saintis masih terganggu oleh kenyataan bahawa apa yang kita anggap sebagai "zon yang dapat dihuni" tunduk pada banyak anggapan. Mengatasi hal ini, sebuah pasukan penyelidik antarabangsa baru-baru ini menerbitkan sebuah makalah di mana mereka menunjukkan bagaimana tinjauan exoplanet masa depan dapat dilihat di luar contoh analog Bumi sebagai petunjuk kebiasaan dan menggunakan pendekatan yang lebih komprehensif.
Makalah yang berjudul "Ramalan Zon yang Dapat Dihuni dan bagaimana mengujinya", baru-baru ini muncul dalam talian dan diserahkan sebagai kertas putih kepada Astro Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics. Pasukan di belakangnya diketuai oleh Ramses M. Ramirez, seorang penyelidik di Institut Sains Bumi-Kehidupan (ELSI) dan Institut Sains Angkasa (SSI), yang disertai oleh pengarang bersama dan penandatangan bersama dari 23 universiti dan institusi.
Tujuan tinjauan dekad adalah untuk mempertimbangkan kemajuan yang telah dibuat sebelumnya dalam berbagai bidang penyelidikan dan menetapkan keutamaan untuk dekade yang akan datang. Oleh itu, tinjauan ini memberikan panduan penting kepada NASA, Yayasan Angkasa Negara (NSF), dan Jabatan Tenaga ketika mereka merancang tujuan penyelidikan astronomi dan astrofizik mereka untuk masa depan.
Pada masa ini, banyak tujuan ini menumpukan pada kajian eksoplanet, yang akan mendapat keuntungan pada tahun-tahun mendatang dari penggunaan teleskop generasi akan datang seperti Teleskop Angkasa James Webb (JWST) dan Teleskop Angkasa Inframerah Lebar (WFIRST), serta observatorium darat seperti Teleskop Sangat Besar (ELT), Teleskop Tiga Puluh Meter, dan Teleskop Giant Magellan (GMT).
Salah satu keutamaan penyelidikan eksoplanet adalah mencari planet di mana kehidupan di luar bumi dapat wujud. Dalam hal ini, para saintis menetapkan planet sebagai "berpotensi untuk didiami" (dan oleh itu layak untuk pemerhatian susulan) berdasarkan pada apakah mereka mengorbit di zon yang dapat dihuni bintang (HZ) mereka atau tidak. Atas sebab ini, adalah bijaksana untuk melihat apa yang menjadi definisi HZ.
Seperti yang ditunjukkan oleh Ramirez dan rakan-rakannya dalam makalah mereka, salah satu masalah utama kebiasaan eksoplanet adalah tahap andaian yang dibuat. Untuk memecahkannya, kebanyakan definisi HZ menganggap kehadiran air di permukaan kerana ini adalah satu-satunya pelarut yang diketahui dapat menghidupkan kehidupan. Definisi yang sama ini menganggap bahawa kehidupan memerlukan planet berbatu dengan aktiviti tektonik yang mengorbit bintang yang terang dan hangat.
Walau bagaimanapun, penyelidikan baru-baru ini menimbulkan keraguan terhadap banyak andaian ini. Ini termasuk kajian yang menunjukkan bagaimana oksigen atmosfera tidak secara automatik bermaksud adanya kehidupan - terutama jika oksigen itu adalah hasil pemisahan kimia dan bukan fotosintesis. Penyelidikan lain telah menunjukkan bagaimana kehadiran gas oksigen pada masa awal evolusi planet dapat mencegah kenaikan bentuk kehidupan asas.
Juga, ada kajian terbaru yang menunjukkan bagaimana tektonik plat mungkin tidak diperlukan untuk kehidupan muncul, dan apa yang disebut "dunia air" mungkin tidak dapat menyokong kehidupan (tetapi masih dapat). Di atas semua itu, anda mempunyai karya teori yang menunjukkan bahawa kehidupan dapat berkembang di lautan metana atau amonia pada benda langit lain.
Contoh utama di sini adalah Titan bulan Saturnus, yang mempunyai persekitaran yang kaya dengan keadaan prebiotik dan kimia organik - yang menurut beberapa saintis dapat menyokong bentuk kehidupan eksotik. Pada akhirnya, para saintis mencari biomarker terkenal seperti air dan karbon dioksida kerana mereka dikaitkan dengan kehidupan di Bumi, satu-satunya contoh planet hidup yang diketahui.
Tetapi seperti yang dijelaskan oleh Ramirez kepada Space Magazine melalui e-mel, pemikiran ini (di mana analog Bumi dianggap sesuai untuk hidup) masih penuh dengan masalah:
"Definisi zon layak huni klasik cacat kerana pembinaannya didasarkan terutamanya pada argumen klimatologi berpusat di Bumi yang mungkin atau mungkin tidak berlaku untuk planet lain yang berpotensi dapat dihuni. Sebagai contoh, ia menganggap bahawa atmosfera CO2 berbilang bar dapat disokong pada planet yang berpotensi dapat dihuni berhampiran pinggir luar zon yang dapat dihuni. Walau bagaimanapun, tahap CO2 yang tinggi itu beracun bagi tumbuhan dan haiwan Bumi, dan oleh itu tanpa pemahaman yang lebih baik mengenai had hidup, kita tidak tahu betapa wajarnya anggapan ini.
"HZ klasik juga menganggap bahawa CO2 dan H2O adalah gas rumah hijau utama yang mengekalkan planet yang berpotensi dapat dihuni, tetapi beberapa kajian dalam beberapa tahun terakhir telah mengembangkan definisi HZ alternatif menggunakan kombinasi gas rumah kaca yang berbeza, termasuk yang, walaupun agak kecil di Bumi, mungkin penting untuk planet lain yang berpotensi dapat didiami. "
Dalam kajian sebelumnya, oleh Dr. Ramirez menunjukkan bagaimana kehadiran gas metana dan hidrogen juga boleh menyebabkan
Nasib baik, definisi ini akan berpeluang untuk diuji, berkat penggunaan teleskop generasi akan datang. Para saintis bukan sahaja dapat menguji beberapa andaian lama berdasarkan HZ,
"Teleskop generasi akan datang dapat menguji zon yang dapat dihuni dengan mencari kenaikan tekanan CO2 atmosfera yang dijangkakan semakin jauh dari planet yang berpotensi dapat dihuni. Ini juga akan menguji sama ada kitaran karbonat-silikat, yang dipercayai oleh banyak orang yang menjadikan planet kita dapat dihuni sepanjang sejarahnya, adalah proses universal atau tidak. "
Dalam proses ini, batu silikat diubah menjadi batuan karbon melalui luluhawa dan hakisan, sementara batuan karbon diubah menjadi batu silikat melalui aktiviti gunung berapi dan geologi. Kitaran ini memastikan kestabilan atmosfer Bumi jangka panjang dengan memastikan tahap CO2 tetap konsisten dari masa ke masa. Ini juga menggambarkan bagaimana tektonik air dan plat penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui.
Namun, jenis kitaran ini hanya dapat ada di planet-planet yang memiliki daratan, yang secara efektif mengesampingkan "dunia air". Eksoplanet ini - yang mungkin biasa terdapat di sekitar bintang jenis M (kerdil merah) - dipercayai hingga 50% air secara jisim. Dengan jumlah air di permukaan mereka, "dunia air" cenderung mempunyai lapisan ais yang padat di sempadan inti-mantel mereka, sehingga dapat mencegah aktiviti hidroterma.
Tetapi seperti yang telah disebutkan, ada beberapa penelitian yang menunjukkan bahawa planet-planet ini masih dapat dihuni. Walaupun banyak air akan mencegah penyerapan karbon dioksida oleh batuan dan menekan aktiviti gunung berapi, simulasi menunjukkan bahawa planet-planet ini masih dapat mengitar karbon antara atmosfera dan lautan, sehingga menjaga iklim tetap stabil.
Sekiranya jenis-jenis dunia lautan ini wujud, kata Dr Ramirez, para saintis dapat mengesannya melalui ketumpatan planet rendah dan atmosfera tekanan tinggi. Dan kemudian ada masalah pelbagai gas rumah kaca, yang tidak selalu menjadi petunjuk atmosfera planet yang lebih panas, bergantung pada jenis bintang.
"Walaupun metana menghangatkan planet kita, kita mendapati bahawa metana sebenarnya menyejukkan permukaan planet zon yang dapat dihuni yang mengorbit bintang kerdil merah!" katanya. "Sekiranya demikian, jumlah metana atmosfera yang tinggi di planet-planet seperti itu dapat bererti keadaan beku yang mungkin tidak sesuai untuk menjalani kehidupan. Kami akan dapat melihatnya dalam spektrum planet. "
Bercakap tentang kerdil merah, perdebatan itu berlanjutan mengenai apakah planet-planet yang mengorbit bintang-bintang ini mampu mengekalkan suasana. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak penemuan telah dibuat yang menunjukkan bahawa planet berbatu dan terkunci pas banyak berlaku di sekitar bintang kerdil merah, dan bahawa mereka mengorbit di dalam HZ bintang masing-masing.
Walau bagaimanapun, penyelidikan seterusnya telah memperkuat teori bahawa ketidakstabilan bintang kerdil merah kemungkinan akan menghasilkan suar suria yang akan melepaskan planet mana pun yang mengorbit atmosfer mereka. Terakhir, Ramirez dan rakan-rakannya meningkatkan kemungkinan bahawa planet yang dapat dihuni dapat dijumpai mengorbit apa yang (hingga baru-baru ini) dianggap sebagai calon yang tidak mungkin.
Ini akan menjadi bintang urutan utama jenis-A - seperti Sirius A, Altair, dan Vega - yang dianggap terlalu terang dan panas sehingga sesuai untuk kebiasaan. Kata Dr. Ramirez mengenai kemungkinan ini:
“Saya juga berminat untuk mengetahui apakah kehidupan ada di planet zon yang dapat dihuni yang mengorbit bintang A. Tidak banyak penilaian yang diterbitkan mengenai kebiasaan planet bintang A, tetapi beberapa seni bina generasi akan datang merancang untuk memerhatikannya. Kami akan segera mengetahui lebih lanjut mengenai kesesuaian bintang A seumur hidup. "
Pada akhirnya, kajian seperti ini, yang mempersoalkan definisi "zon yang dapat dihuni", akan sangat berguna apabila misi generasi akan datang memulakan operasi sains. Dengan instrumen resolusi tinggi dan lebih sensitif, mereka akan dapat menguji dan mengesahkan banyak ramalan yang telah dibuat oleh para saintis.
Ujian ini juga akan mengesahkan sama ada hidup boleh wujud di luar sana hanya jika kita mengetahuinya, atau juga di luar parameter yang kita anggap sebagai "seperti Bumi". Tetapi seperti yang ditambahkan Ramirez, kajian yang dilakukannya dan rakannya juga menunjukkan betapa pentingnya kita terus melabur dalam teknologi teleskop canggih:
"Makalah kami juga menekankan pentingnya pelaburan lanjutan dalam teknologi teleskop canggih. Kita perlu dapat mencari dan mencirikan sebanyak mungkin planet zon yang dapat dihuni jika kita ingin memaksimumkan peluang kita untuk mencari kehidupan. Namun, saya juga berharap bahawa makalah kami memberi inspirasi kepada orang-orang untuk bermimpi lebih dari 10 tahun ke depan. Saya benar-benar percaya bahawa akhirnya akan ada misi yang jauh lebih mampu daripada apa sahaja yang sedang kita rancangkan. Usaha kami sekarang hanyalah permulaan usaha yang lebih komited untuk spesies kami. "
Mesyuarat Kajian Decadal 2020 dihoskan bersama oleh Badan Fizik dan Astronomi dan Lembaga Kajian Angkasa Akademi Sains Nasional, dan akan diikuti dengan laporan yang akan dikeluarkan kira-kira dua tahun dari sekarang.
