Teleskop Webb akan mencari tanda-tanda kehidupan di luar sana

Bulan ini akan menandai babak baru dalam pencarian kehidupan di luar bumi, ketika teleskop ruang angkasa paling kuat yang pernah dibangun mulai memata-matai planet yang mengorbit bintang lain. Para astronom berharap Teleskop Luar Angkasa James Webb akan mengungkapkan apakah beberapa planet ini memiliki atmosfer yang mungkin mendukung kehidupan.

Menentukan atmosfer di tata surya lain akan cukup dingin. Tetapi ada kemungkinan – meskipun kecil – bahwa salah satu atmosfer ini menawarkan apa yang dikenal sebagai biosignature: referensi untuk kehidupan itu sendiri.

“Saya pikir kita akan dapat menemukan planet yang menurut kita menarik — Anda tahu, prospek yang bagus untuk kehidupan,” kata Megan Mansfield, astronom di University of Arizona. “Tapi kita tidak serta merta dapat mengidentifikasi kehidupan.”

Sejauh ini, Bumi tetap satu-satunya planet di alam semesta di mana kehidupan diketahui ada. Para ilmuwan telah mengirim probe ke Mars selama hampir 60 tahun dan belum menemukan Mars. Tapi bisa dibayangkan bahwa kehidupan bersembunyi di bawah permukaan planet merah atau menunggu untuk ditemukan di bulan Jupiter atau Saturnus. Beberapa sarjana telah menyatakan harapan mereka untuk ini VenusMeskipun atmosfer awan belerang dioksida sangat panas, mungkin itu adalah rumah bagi anak-anak Venus.

Bahkan jika Bumi ternyata menjadi satu-satunya planet di tata surya kita yang menampung kehidupan, banyak tata surya lain di alam semesta memiliki apa yang disebut exoplanet.

Pada tahun 1995, astronom Swiss menemukan planet ekstrasurya pertama yang mengorbit bintang mirip matahari. Dikenal sebagai 51 Pegasi b, planet ekstrasurya itu ternyata menjadi rumah yang tidak menjanjikan bagi kehidupan – raksasa gas bengkak yang lebih besar dari Jupiter, dan bersuhu 1800 derajat Fahrenheit.

Pada tahun-tahun berikutnya, para ilmuwan menemukan Lebih dari 5.000 exoplanet lainnya. Beberapa sangat mirip dengan Bumi – kira-kira berukuran sama, terbuat dari batu dan bukan gas dan mengorbit di “Zona Goldilocks” di sekitar bintang mereka, tidak terlalu dekat untuk memasak tetapi tidak cukup jauh untuk membeku.

Sayangnya, ukuran exoplanet yang relatif kecil ini membuat mereka sangat sulit untuk dipelajari, sampai sekarang. Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang diluncurkan Natal lalu, akan mengubah itu, bertindak sebagai kaca pembesar untuk memungkinkan para astronom melihat lebih dekat ke dunia ini.

Sejak diluncurkan dari Kourou, Guyana Prancis, teleskop telah saya bepergian Satu juta mil dari Bumi, ia memasuki orbitnya mengelilingi Matahari. Di sana, sebuah perisai melindungi cermin setinggi 21 kaki dari panas atau cahaya matahari atau tanah. Dalam kegelapan yang dalam ini, teleskop dapat mendeteksi sinar cahaya yang redup dan jauh, termasuk yang dapat mengungkapkan detail baru tentang planet-planet yang jauh.

Dr Mansfield mengatakan teleskop ruang angkasa “adalah observatorium ruang besar pertama yang memperhitungkan studi atmosfer planet ekstrasurya dalam desainnya.”

Insinyur NASA mulai mengambil gambar berbagai objek dengan Teleskop Webb pada pertengahan Juni dan akan merilis gambar pertama mereka ke publik pada 12 Juli.

Eksoplanet akan berada dalam kumpulan gambar pertama, Eric Smith, kepala ilmuwan program tersebut, mengatakan. Karena teleskop akan menghabiskan waktu yang relatif singkat untuk mengamati planet ekstrasurya, Dr. Smith menganggap gambar pertama itu sebagai pandangan “cepat dan kotor” pada kekuatan teleskop.

Tampilan cepat ini akan mengikuti serangkaian pengamatan yang lebih lama, dimulai pada bulan Juli, memberikan gambaran yang lebih jelas tentang planet ekstrasurya.

Sejumlah tim astronom berencana untuk melihatnya tujuh planet mengorbit sebuah bintang yang disebut Trappist-1. Pengamatan sebelumnya menunjukkan bahwa tiga planet menempati zona layak huni.

“Ini adalah tempat yang ideal untuk mencari jejak kehidupan di luar tata surya,” kata Olivia Lim, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Montreal yang akan mengamati planet Trappist-1 mulai sekitar 4 Juli.

Karena Trappist-1 adalah bintang kecil yang dingin, zona layak huninya lebih dekat daripada di tata surya kita. Akibatnya, planet-planetnya yang berpotensi layak huni mengorbit dalam jarak dekat, hanya membutuhkan beberapa hari untuk mengorbit bintang. Setiap kali planet-planet lewat di depan Trappist-1, para ilmuwan akan dapat menjawab pertanyaan mendasar namun penting: Apakah ada di antara mereka yang memiliki atmosfer?

“Jika tidak memiliki udara, itu tidak akan layak huni, bahkan jika berada di daerah yang layak huni,” kata Nicole Lewis, astronom di Cornell University.

Dr Lewis dan astronom lainnya tidak akan terkejut jika tidak menemukan atmosfer yang mengelilingi planet Trappist-1. Bahkan jika planet-planet telah mengembangkan atmosfer ketika mereka terbentuk, bintang itu mungkin telah meledakkannya sejak lama menggunakan sinar ultraviolet dan sinar-X.

“Ada kemungkinan bahwa mereka dapat melucuti semua atmosfer planet bahkan sebelum memiliki kesempatan untuk mulai menciptakan kehidupan,” kata Dr. Mansfield. “Itulah pertanyaan pertama yang kami coba jawab di sini: apakah planet-planet ini dapat memiliki atmosfer yang cukup lama untuk dapat mengembangkan kehidupan.”

Sebuah planet yang lewat di depan Trappist-1 akan menciptakan bayangan kecil, tetapi bayangan itu akan terlalu kecil untuk ditangkap oleh teleskop luar angkasa. Sebagai gantinya, teleskop akan mendeteksi sedikit peredupan cahaya dari bintang.

“Ini seperti melihat gerhana matahari dengan mata tertutup,” kata Jacob Lustig-Jeiger, astronom yang melakukan beasiswa pascadoktoral di Laboratorium Fisika Terapan Johns Hopkins. “Anda mungkin merasa bahwa cahayanya telah redup.”

Sebuah planet dengan atmosfer akan menggelapkan bintang di belakangnya secara berbeda dari planet telanjang. Sebagian cahaya bintang akan langsung melewati atmosfer, tetapi gas akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu. Jika para astronom hanya melihat cahaya bintang pada panjang gelombang tersebut, planet Trappist-1 akan semakin redup.

Teleskop akan mengirimkan pengamatan Trappist-1 ini kembali ke Bumi. Dan kemudian Anda mendapatkan email seperti, ‘Hei, data Anda tersedia,’ kata Dr. Mansfield.

Namun cahaya dari Trappist-1 akan sangat redup sehingga perlu waktu untuk memahaminya. “Mata Anda terbiasa menangani jutaan foton per detik,” kata Dr. Smith. “Tapi teleskop ini, mereka hanya mengumpulkan beberapa foton per detik.”

Sebelum Dr. Mansfield atau rekan astronomnya dapat menganalisis exoplanet yang lewat di depan Trappist-1, mereka harus terlebih dahulu membedakannya dari fluktuasi kecil yang dihasilkan oleh mekanisme khusus teleskop.

“Banyak pekerjaan yang saya lakukan sebenarnya adalah memastikan bahwa kami dengan hati-hati mengoreksi hal-hal aneh apa pun yang dilakukan teleskop, sehingga kami dapat melihat sinyal yang sangat kecil itu,” kata Dr. Mansfield.

Di akhir upaya ini, Dr. Mansfield dan rekan-rekannya mungkin menemukan suasana di sekitar Trappist-1. Tetapi hasil ini saja tidak akan mengungkapkan sifat atmosfer. Mungkin kaya akan nitrogen dan oksigen, seperti di Bumi, atau mirip dengan sup beracun karbon dioksida dan asam sulfat di Venus. Atau bisa jadi kombinasi yang belum pernah dilihat para ilmuwan sebelumnya.

“Kami tidak tahu apa yang terbuat dari atmosfer ini,” kata Alexander Rathke, astronom di Technical University of Denmark. “Kami punya ide dan simulasi dan semua itu, tapi kami benar-benar tidak punya ide. Kami harus pergi dan melihat.”

Teleskop Luar Angkasa James Webb, kadang-kadang disebut JWST, mungkin terbukti cukup kuat untuk menentukan komponen spesifik atmosfer planet ekstrasurya karena setiap jenis partikel menyerap rentang panjang gelombang cahaya yang berbeda.

Tetapi penemuan ini akan tergantung pada cuaca di planet luar. Selimut awan yang cerah dan reflektif dapat menghalangi cahaya bintang apa pun memasuki atmosfer planet ekstrasurya, menghancurkan segala upaya untuk menemukan udara luar angkasa.

“Sangat sulit membedakan antara atmosfer dengan awan dan tanpa atmosfer,” kata Dr. Rathcke.

Jika cuaca mendukung, para astronom sangat tertarik untuk mengetahui apakah planet ekstrasurya memiliki air di atmosfernya. Setidaknya di Bumi, air merupakan prasyarat untuk biologi. “Kami pikir itu mungkin akan menjadi titik awal yang baik untuk pencarian kehidupan,” kata Dr. Mansfield.

Tetapi atmosfer berair tidak selalu berarti bahwa sebuah planet ekstrasurya menyimpan kehidupan. Untuk memastikan sebuah planet hidup, para ilmuwan harus menemukan biomarker, molekul, atau sekelompok beberapa molekul yang secara khas dibentuk oleh organisme hidup.

Para ilmuwan masih memperdebatkan apa itu biosignature yang andal. Atmosfer bumi unik di tata surya kita karena mengandung banyak oksigen, sebagian besar merupakan produk tanaman dan ganggang. Tetapi oksigen juga dapat diproduksi tanpa bantuan kehidupan, ketika molekul air di udara terbelah. Demikian pula, metana dapat dilepaskan oleh mikroba hidup tetapi juga oleh gunung berapi.

Ada kemungkinan bahwa ada keseimbangan gas tertentu yang dapat memberikan jejak vital yang jelas, yang tidak dapat dipertahankan tanpa bantuan kehidupan.

“Kami membutuhkan skenario yang sangat menguntungkan untuk menemukan sidik jari penting ini,” kata Dr. Rathcke. “Saya tidak mengatakan itu tidak mungkin. Saya hanya berpikir itu tidak masuk akal. Kita harus sangat beruntung.”

Menemukan keseimbangan seperti itu akan membutuhkan Teleskop Webb untuk mengamati sebuah planet yang sering lewat di depan Trappist-1, kata Joshua Krissansen-Totton, seorang ilmuwan planet di University of California, Santa Cruz.

“Jika ada yang akan maju dalam lima tahun ke depan dan berkata, ‘Ya, kami menemukan kehidupan dengan JWST,’ saya akan sangat skeptis terhadap klaim itu,” kata Dr. Chrisansen-Totton.

Ada kemungkinan bahwa Teleskop Luar Angkasa James Webb tidak akan dapat menemukan biometrik. Misi ini mungkin harus menunggu generasi teleskop ruang angkasa berikutnya, lebih dari satu dekade kemudian. Eksoplanet ini akan dipelajari dengan cara yang sama seperti orang melihat Mars atau Venus di langit malam: dengan mengamati pantulan cahaya bintang pada mereka dengan latar belakang hitam ruang, bukan saat mereka lewat di depan bintang.

“Sebagian besar, kami akan membuat fondasi yang sangat penting berfungsi untuk teleskop masa depan,” prediksi Dr. Rathcke. “Saya akan sangat terkejut jika JWST memperkenalkan deteksi sidik jari biometrik, tetapi saya berharap dapat diperbaiki. Maksud saya, pada dasarnya untuk itulah saya melakukan pekerjaan ini.”