Sebelum 1976, ketika Viking 1 dan 2 menjadi pesawat ruang angkasa pertama yang berhasil mendarat dan beroperasi di permukaan Mars, imajinasi global sangat mendambakan planet merah yang menampung kehidupan. Pendarat Viking dirancang untuk menguji mikroba, tetapi harapan sebenarnya, yang dimiliki bahkan oleh para ilmuwan planet yang paling letih, adalah bahwa pesawat ruang angkasa NASA akan menemukan kehidupan yang kompleks di Mars — sesuatu yang terburu-buru, atau mungkin semak belukar. Bagaimanapun, Mars adalah harapan terakhir dan terbaik kita setelah para astronom (dan pesawat ruang angkasa Mariner 2) selamanya mengalahkan gagasan dinosaurus yang melintasi rawa-rawa Venus yang lembab. Itu adalah Mars atau patung; Merkurius terlalu dekat dengan matahari, dan di luar sabuk asteroid, dipercayai, tidak terdapat tanah mikroba raksasa gas dan bulan beku.
Penjelajahan tata surya sejak Viking telah mewakili dunia demi dunia yang menggenggam sesuatu — apa saja — yang mungkin menyarankan kehidupan seperti yang kita ketahui (atau kehidupan yang tidak kita ketahui). Saat ini, lautan bulan Jupiter di Europa adalah rawa-rawa Venus dan kanal-kanal Mars pada abad ke-20: mungkin pilihan terbaik untuk memusnahkan kesepian manusia. Misi utama planet luar NASA berikutnya, Europa Clipper, akan berusaha menentukan kelayakan bulan untuk membeku. Beberapa pendatang atau perenang masa depan harus menemukan kehidupan jika ada. Zona layak huni dari tata surya sekarang termasuk, berpotensi, setiap planet di tata surya. Enceladus dan Titan, yang mengelilingi Saturnus, adalah kandidat yang baik, seperti halnya Triton di sekitar Neptunus. Seperti air, kehidupan mungkin ada di mana-mana.
Namun kita telah menemukannya hanya di sini, di mana ia penuh — di mana ia tampaknya tidak dapat dihancurkan, terlepas dari berbagai peristiwa tingkat kepunahan. Asteroid bertabrakan dengan Bumi dan menyapu hampir semuanya? Mikroba membuat rumah di celah-celah yang disebabkan oleh penabrak pembunuh, dan semuanya dimulai lagi. Berdasarkan sampel kami tentang satu dunia, setelah kehidupan dimulai, sangat sulit untuk pergi. Jadi kami terus mencari.
Mosaik Europa, bulan terbesar keempat Jupiter, terbuat dari gambar yang diambil oleh pesawat ruang angkasa Galileo pada tahun 1995 dan 1998. Europa diyakini memiliki samudra bawah permukaan global dengan lebih banyak air daripada Bumi, menjadikannya salah satu tempat paling menjanjikan di tata surya bagi ahli astrobiologi untuk mencari kehidupan. (NASA / JPL-Caltech / SETI Institute) Pencetusan kehidupan dari kehidupan — yang dikenal sebagai abiogenesis — adalah proses yang baru dipahami oleh para ilmuwan. Para astronom, ahli biologi, ahli kimia, dan ilmuwan planet bekerja bersama untuk dengan susah payah menyatukan sebuah teka-teki yang melintasi disiplin dan benda-benda langit. Sebagai contoh, chondrites berkarbon - beberapa batuan tertua di tata surya - baru-baru ini ditemukan mengandung asam piruvat, yang sangat penting untuk metabolisme. Ketika chondrites menghujani planet ini sebagai meteorit, mereka mungkin telah membuahi Bumi yang tak bernyawa. Teori ini tidak menjawab semua pertanyaan, "Dari mana kita berasal?" Tapi itu merupakan petunjuk lain dalam pencarian bagaimana semuanya dimulai.
Abiogenesis bahkan tidak memerlukan DNA — atau setidaknya, bukan DNA seperti yang ada di semua bentuk kehidupan yang dikenal. DNA terdiri dari empat basa nukleotida, tetapi awal tahun ini, para ahli genetika membuat DNA sintetis menggunakan delapan basa. (Mereka menyebutnya DNA hachimoji.) Kode genetik aneh ini dapat membentuk heliks ganda yang stabil. Itu bisa mereproduksi. Ia bahkan bisa bermutasi. Para ilmuwan tidak menciptakan kehidupan; Namun, mereka membuktikan bahwa konsepsi kehidupan kita adalah yang terbaik di provinsi.
“Seperti Bumi”
Sementara pekerjaan di laboratorium akan membantu menentukan bagaimana kehidupan dapat muncul dari benda mati, teleskop ruang angkasa seperti Kepler, yang mengakhiri operasi tahun lalu, dan TESS, yang diluncurkan tahun lalu, sedang menemukan planet baru untuk dipelajari. Pesawat ruang angkasa ini mencari exoplanet menggunakan metode transit, mendeteksi penurunan menit dalam cahaya bintang ketika sebuah planet melintas di antara mereka dan kita. Dua puluh lima tahun yang lalu, keberadaan planet yang mengorbit bintang lain adalah hipotesis. Sekarang exoplanet sama nyatanya dengan yang mengelilingi matahari kita. Kepler sendiri menemukan setidaknya 2.662 exoplanet. Sebagian besar tidak ramah terhadap kehidupan seperti yang kita tahu, meskipun beberapa terkadang ditandai sebagai "mirip Bumi."
"Ketika kami mengatakan, 'Kami menemukan planet yang paling mirip Bumi, ' orang terkadang mengartikan jari-jarinya tepat, massa benar, dan itu harus berada di zona layak huni, " kata John Wenz, penulis The Lost Planets, kisah upaya perburuan planet ekstrasurya awal, yang akan diterbitkan akhir tahun ini oleh MIT Press. "Tapi kita tahu bahwa sebagian besar planet yang ditemukan itu berada di sekitar bintang katai merah. Lingkungan mereka tidak terikat seperti Bumi, dan ada peluang bagus bahwa banyak dari mereka tidak akan memiliki atmosfer. ”
Bukannya Bumi adalah planet paling istimewa di seluruh alam semesta. Di tata surya kita, Venus akan dengan mudah mendaftar ke pemburu planet ekstrasurya alien sebagai kembaran Bumi. Tetapi planet-planet yang benar-benar seperti Bumi lebih sulit ditemukan, baik karena mereka lebih kecil dari raksasa gas, dan karena mereka tidak mengorbit bintang induknya sedekat planet-planet di sekitar katai merah.
"Bisa jadi planet yang benar-benar mirip Bumi itu sangat umum, tetapi kita tidak memiliki sumber daya untuk didedikasikan untuk pencarian mereka, " kata Wenz. Planet ekstrasurya Bumi 2.0 yang paling menjanjikan yang ditemukan sejauh ini adalah Kepler-452b, yang agak lebih besar dari Bumi, dengan massa yang sedikit lebih banyak, dan memiliki orbit 385 hari yang menyenangkan di sekitar bintang seperti matahari. Masalahnya adalah bahwa mungkin tidak ada, seperti yang disarankan sebuah studi tahun lalu. Mungkin hanya suara statistik, karena pendeteksiannya berada di pinggiran kemampuan Kepler, dan pesawat ruang angkasa itu mati sebelum pengamatan lebih lanjut dapat dilakukan.
Konsep artis Kepler-186f, planet ekstrasurya seukuran Bumi yang berjarak sekitar 500 tahun cahaya yang mengorbit di zona layak huni bintangnya. Planet ini kurang dari sepuluh persen lebih besar dari Bumi dan bintang inangnya sekitar setengah ukuran dan massa matahari. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Setelah diluncurkan pada awal 2020-an, Teleskop Luar Angkasa James Webb akan menargetkan banyak exoplanet yang ditemukan oleh Kepler dan TESS. Ia hanya akan mampu menyelesaikan dunia yang jauh menjadi satu atau dua piksel, tetapi ia akan menjawab pertanyaan-pertanyaan mendesak dalam sains planet ekstrasurya, seperti apakah sebuah planet yang mengorbit bintang katai merah dapat bertahan di atmosfernya meskipun sering terjadi semburan api dan letusan seperti itu. bintang. JWST bahkan mungkin menyajikan bukti tidak langsung dari samudera asing.
"Anda tidak akan melihat benua, " kata Wenz. "[Tapi] kamu mungkin melihat sesuatu dan melihat titik biru, atau jenis penyerangan dgn gas beracun yang kamu bayangkan dari siklus penguapan yang berkelanjutan."
Zona Abiogenesis
Katalog Habitable Exoplanet saat ini daftar 52 dunia di luar tata surya kita yang mungkin mendukung kehidupan, meskipun berita itu mungkin tidak begitu mendebarkan seperti itu. Menjadi jarak yang tepat dari bintang untuk suhu permukaan untuk melayang di atas titik beku dan di bawah titik didih bukan satu-satunya persyaratan untuk kehidupan — dan tentu saja bukan satu-satunya persyaratan untuk memulai kehidupan. Menurut Marcos Jusino-Maldonado, seorang peneliti di University of Puerto Rico di Mayaguez, jumlah sinar ultraviolet (UV) yang tepat mengenai planet dari bintang inangnya adalah salah satu cara agar kehidupan dapat meningkat dari molekul organik di lingkungan prebiotik (walaupun tidak satu-satunya jalan).
“Agar reaksi yang memungkinkan abiogenesis muncul, sebuah planet harus berada di dalam zona layak huni karena membutuhkan air permukaan cair, ” kata Jusino-Maldonado. "Menurut teori sup purba, molekul-molekul dan air asin bereaksi dan akhirnya berasal dari kehidupan." Tetapi reaksi-reaksi itu diyakini memicu hanya di tempat yang disebut zona abiogenesis. "Ini adalah area kritis di sekitar bintang tempat molekul prekursor yang penting bagi kehidupan dapat dihasilkan oleh reaksi fotokimia."
Radiasi UV mungkin merupakan kunci untuk memicu reaksi yang mengarah pada pembentukan blok bangunan kehidupan di Bumi, seperti nukleotida, asam amino, lipid dan akhirnya RNA. Penelitian pada tahun 2015 menunjukkan bahwa hidrogen sianida — kemungkinan dibawa ke Bumi ketika karbon dalam meteorit bereaksi dengan nitrogen di atmosfer — bisa menjadi unsur penting dalam reaksi ini yang didorong oleh sinar UV.
Untuk menguji teori lebih lanjut, tahun lalu, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Science Advance and Chemistry Communications, para ilmuwan menggunakan lampu UV untuk menyinari campuran hidrogen sulfida dan ion hidrogen sianida. Reaksi fotokimia yang dihasilkan kemudian dibandingkan dengan campuran bahan kimia yang sama tanpa adanya sinar UV, dan para peneliti menemukan bahwa radiasi UV diperlukan untuk reaksi untuk menghasilkan prekursor RNA yang diperlukan untuk kehidupan.
RNA (asam ribonukleat) dan DNA (asam deoksiribonukleat) adalah asam nukleat yang, bersama dengan karbohidrat, lipid, dan protein, sangat penting untuk semua bentuk kehidupan yang diketahui. (Sponk / Roland1952 via Wikicommons di bawah CC BY-SA 3.0) Agar fotokimia UV menghasilkan blok bangunan seluler ini, panjang gelombang sinar UV harus sekitar 200 hingga 280 nanometer. Jusino-Maldonado mengatakan bahwa dalam karyanya, konsep ini diterapkan pada model planet ekstrasurya yang layak huni. "Dari semua exoplanet yang layak huni, hanya delapan di antaranya yang ditemukan di dalam zona layak huni dan zona abiogenesis."
Meskipun kedelapannya berada di zona layak huni dan zona abiogenesis, tidak ada yang secara khusus menguntungkan bagi kehidupan, kata Jusino-Maldonado. Masing-masing dari delapan dunia adalah "super-Bumi" atau "mini-Neptunus." Kandidat yang paling mungkin adalah Kepler-452b (jika ada) dan mungkin τ Cet e (jika radiusnya sesuai). Belum ada dunia seukuran Bumi yang ditemukan di zona layak huni dan abiogenesis.
Menetapkan Standar
Saat pencarian dunia alien yang benar-benar layak huni berjalan, para astrobiolog berusaha menciptakan kerangka kerja untuk mengategorikan, mendiskusikan dan mempelajari planet-planet ini. Upaya ilmiah besar untuk bekerja membutuhkan standar definisi dan pengukuran. Astrobiologi adalah bidang studi muda, secara relatif berbicara, dan salah satu pertanyaan mendesak dan nontrivial yang dihadapinya adalah, bagaimana Anda mendefinisikan kelayakhunian? Bagaimana Anda mendefinisikan hidup?
“Saya telah mengerjakan masalah ini selama sepuluh tahun, ” kata Abel Mendéz, seorang astrobiolog planet dan Direktur dari Planet Kelayakan Habitabilitas Planetary di University of Puerto Rico di Arecibo. “Saya tahu masalah kelayuan membutuhkan pekerjaan. Semua orang berurusan dengan bagaimana mendefinisikannya. ”Awal tahun ini, pada Lunar dan Planetary Science Conference tahunan ke-50 di Houston, Texas, Mendéz mempresentasikan karyanya baru-baru ini pada model kelayakan permukaan permukaan global yang berlaku untuk planet baik di tata surya kita maupun di luarnya. .
Setelah menyisir literatur, ia menyadari bahwa astrobiologis bukan yang pertama kali mengalami masalah definisi, kategorisasi dan keseragaman berkaitan dengan kelayakhunian. Empat puluh tahun yang lalu, para ahli ekologi menghadapi tantangan yang sama. “Semua orang mendefinisikan kelayakhunian seperti yang mereka harapkan di berbagai surat kabar, ” kata Mendéz. Pada 1980-an, ahli ekologi berkumpul untuk membuat definisi formal. Mereka membuat rata-rata untuk mengukur kelayakhunian, mengembangkan sistem dengan rentang dari 0 hingga 1, dengan 0 tidak dapat dihuni, dan 1 menjadi sangat layak huni.
Memiliki kerangka kerja tunggal sangat penting untuk kemajuan ekologi, dan itu sangat kurang dalam astrobiologi, kata Mendéz. Membangun model kelayakhunian untuk seluruh planet dimulai dengan mengidentifikasi variabel yang dapat diukur hari ini. "Setelah Anda mengembangkan sistem formal, Anda dapat membangun sistem dari itu, dan membuat perpustakaan kelayakhunian untuk konteks yang berbeda."
Bagan planet ekstrasurya yang layak huni. (Abel Mendez / Lab Habitability Planetary / UPR-Arecibo) Pertama, Mendéz harus berurusan dengan satu-satunya pengukuran kesesuaian habitat "1" di alam semesta yang dikenal. "Jika Anda mengusulkan model kelayakhunian, Anda harus membuat Bumi berfungsi, " katanya. Laboratoriumnya menggunakan modelnya untuk membandingkan habitat berbagai bioma, seperti gurun, lautan, hutan dan tundra.
“Jika kita menghitung kelayakhunian suatu wilayah — tidak mempertimbangkan kehidupan, tetapi berapa banyak massa dan energi yang tersedia untuk kehidupan mandiri — itu lebih merupakan pengukuran lingkungan. Kami menghubungkannya dengan pengukuran aktual produktivitas biologis di suatu wilayah: kebenaran dasar kami. Itulah ujian kami. "Ketika kelompoknya memetakan kelayakan lingkungan dan produktivitas biologis, mereka menemukan apa yang digambarkan Mendéz sebagai" korelasi yang bagus. "
Saat ini, model Mendéz untuk kelayakhunian mempertimbangkan kemampuan planet berbatu untuk mendukung air permukaan, usia dan perilaku bintang-bintang mereka, dan dinamika orbital dan gaya pasang surut yang bekerja di dunia ini. Model ini mempertimbangkan massa dan energi dalam suatu sistem dan persentase massa dan energi tersebut yang tersedia untuk suatu spesies atau biosfer. (Persentase itu adalah bagian tersulit dari persamaan. Anda tidak bisa mengklaim 100 persen massa Bumi, misalnya, tersedia untuk kehidupan.)
Terbatas pada "lapisan tipis dekat permukaan tubuh planet, " model ini mematok kelayakan permukaan bumi pada 1, Mars awal kurang dari atau sama dengan 0, 034, dan Titan menjadi kurang dari atau sama dengan 0, 000139. Model ini tidak tergantung pada jenis kehidupan yang dipertimbangkan — hewan versus tumbuhan, misalnya — dan dunia seperti Europa dengan “biosfer bawah permukaan” belum diperhitungkan.
Landasan seperti itu sangat berharga, tetapi masih terbatas dalam kemampuannya untuk memprediksi kelayakhunian, sebagian karena itu hanya berlaku untuk kehidupan seperti yang kita kenal. Pada tahun 2017, para peneliti Cornell menerbitkan sebuah makalah yang mengungkap bukti dari molekul akrilonitril (vinil sianida) di Titan, yang, secara hipotetis, dapat menjadi kunci kehidupan berbasis metana di dunia bebas oksigen — kehidupan yang benar-benar asing, tidak seperti apa pun yang pernah kita miliki dikenal. Seandainya kehidupan berkembang di dunia yang tidak ramah seperti Titan, dan jika kita menemukannya, Mendez menulis dalam abstrak yang menggambarkan modelnya, “Anticorrelation antara ukuran kelayakhunian dan biosignatures dapat diartikan sebagai proses abiotik atau kehidupan seperti yang kita alami. "Aku tahu itu."
Bagaimanapun, kurangnya dunia sejauh ini yang menguntungkan bagi kehidupan berarti bahwa manusia harus terus meningkatkan observatoriumnya dan mengarahkan pandangannya ke ranah yang jauh. Itu adalah galaksi besar, penuh dengan kekecewaan. Kami tidak lagi berharap orang Mars menggali saluran air atau dinosaurus meraih lumut di pohon-pohon Venus, tapi kami masih bermimpi berenang cumi-cumi melalui laut Europan dan siapa tahu-apa yang mengintai di danau hidrokarbon Titan. Jika dunia-dunia ini juga gagal memberikan, terserah pada planet ekstrasurya — dan mereka berada di luar kemampuan pengamatan kita, dan sangat jauh dari rumah.
