Menggunakan atmosfer planet yang menyala untuk mencari kehidupan di luar bumi

Bintang menerangi atmosfer planet ini

Terlepas dari kenyataan bahwa para astronom baru-baru ini menemukan ribuan exoplanet , menentukan kelayakhunian planet semacam itu adalah tugas yang kompleks. Karena kita tidak dapat secara langsung mempelajari planet-planet ini, para ilmuwan harus mencari tanda-tanda tidak langsung. Mereka dikenal sebagai biomarker, dan terdiri dari penampakan produk sampingan kimia yang kita kaitkan dengan kehidupan organik, muncul di atmosfer planet ini.

Dalam sebuah studi baru, tim ilmuwan NASA menawarkan metode baru untuk menemukan tanda-tanda potensial kehidupan di luar tata surya. Mereka menyarankan mengambil keuntungan dari badai bintang yang sering terjadi pada bintang katai muda. Badai ini melemparkan awan besar bahan bintang dan radiasi ke ruang angkasa, berinteraksi dengan atmosfer planet ekstrasurya dan mengeluarkan biomarker yang dapat kita deteksi.

Baru-baru ini di jurnal Nature Scientific Reports, sebuah penelitian muncul, " Lampu Pemberi Sinyal Kehidupan di Atmosfer Exoplanet Sekitar Kelas G dan Bintang K ". Itu dipimpin oleh Vladimir Ayrapetyan, seorang astrofisika terkemuka di Divisi Ilmu Pengetahuan Heliofisika (HSD ) Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA. Timnya termasuk anggota Langley Research Center NASA, Science Systems and Applications Incorporated (SSAI ), dan American University.


Lampu sinyal kehidupan dapat membantu peneliti mengidentifikasi dunia yang berpotensi dihuni

Biasanya, para peneliti mencari tanda-tanda keberadaan oksigen dan metana di atmosfer planet ekstrasurya, karena mereka adalah produk sampingan yang terkenal dari proses organik. Seiring waktu, gas-gas ini menumpuk dan mencapai konsentrasi sedemikian sehingga dapat dideteksi dengan spektroskopi. Namun, pendekatan ini memakan waktu dan membutuhkan astronom berhari-hari bekerja ketika mereka mencoba untuk melihat spektrum dari planet yang jauh.

Hayrapetyan dan rekannya berpendapat bahwa di dunia yang berpotensi dihuni, seseorang dapat mencari tanda-tanda yang lebih kasar. Pencarian semacam itu akan didasarkan pada teknologi dan sumber daya yang ada, dan akan memakan waktu lebih sedikit. Arapetyan menjelaskan dalam siaran pers berikut ini:

Kami mencari molekul yang dibentuk oleh kondisi mendasar yang diperlukan untuk keberadaan kehidupan - khususnya, molekul nitrogen, yang membentuk 78% dari atmosfer kita. Ini adalah molekul ramah biologis dasar yang mampu memancarkan gelombang inframerah yang kuat, yang meningkatkan peluang kita untuk mendeteksinya.

Menggunakan Bumi sebagai contoh, Hayrapetyan dan timnya mengembangkan metode baru untuk mencari tanda-tanda produk sampingan seperti uap air, nitrogen dan oksigen di atmosfer planet ekstrasurya. Tetapi bagian tersulit adalah memanfaatkan peristiwa cuaca luar angkasa ekstrem yang terjadi pada bintang katai aktif. Peristiwa ini mengekspos atmosfer planet terhadap kilatan radiasi dan menyebabkan reaksi kimia yang dapat dilihat para astronom.


Ide artis tentang bintang merah dingin di atas planet ekstrasurya jauh

Untuk bintang seperti Matahari kita, kurcaci kuning kelas G, peristiwa cuaca seperti itu sering terjadi pada masa muda mereka. Tetapi bintang kuning dan oranye lainnya tetap aktif selama miliaran tahun, dan badai partikel bermuatan energi tinggi terjadi pada mereka. Dan kerdil merah kelas M, bintang paling umum di alam semesta, tetap aktif sepanjang hidup mereka, secara berkala membombardir planet mereka dengan mini-flash.

Mencapai exoplanet, suar bereaksi dengan atmosfer dan menyebabkan dekomposisi nitrogen N2 dan oksigen O2 menjadi atom, dan uap air menjadi hidrogen dan oksigen. Nitrogen dan oksigen yang membusuk menyebabkan kaskade reaksi kimia dengan munculnya hidroksil OH, lebih banyak molekul oksigen O ₂ dan nitrit oksida NO - inilah para ilmuwan mereka yang menyebut sinyal atmosfer.

Molekul-molekul ini menyerap energi cahaya dari bintang yang mencapai atmosfer dan memancarkan radiasi inframerah. Dengan mempelajari panjang gelombang tertentu dari radiasi ini, para ilmuwan dapat menentukan keberadaan bahan kimia tertentu. Kekuatan sinyal elemen-elemen ini juga menunjukkan tekanan atmosfer. Bersama-sama, data yang diperoleh memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan kepadatan dan komposisi atmosfer.

Selama beberapa dekade, para astronom telah menggunakan model untuk menghitung pembentukan o ₃ ozon di atmosfer Bumi dari oksigen yang terpapar radiasi matahari. Model yang sama, dengan memperhitungkan peristiwa cuaca yang diperkirakan dari bintang-bintang aktif yang dingin, memungkinkan Hayrapetyan dan rekannya untuk menghitung dengan tepat berapa banyak oksida nitrat dan hidroksil yang terbentuk di atmosfer yang menyerupai bumi dan berapa banyak ozon yang harus dihancurkan.


Pesawat Ruang Angkasa NASA WAKTU Mengamati Atmosfer Bumi selama 15 Tahun (Gambar)

Untuk melakukan ini, mereka mengambil data dari misi Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics ( TIMED ), mempelajari pembentukan sinyal atmosfer seperti itu di atmosfer Bumi. Secara khusus, mereka menggunakan data dari alat SABER , yang memungkinkan mereka untuk mensimulasikan apa radiasi inframerah sinyal kimia dapat diperoleh di atmosfer planet ekstrasurya.

Seperti dicatat oleh Martin Mlynczak, penyelia riset di Langley Research Center, dan rekan penulis:

Mempertimbangkan apa yang kita ketahui tentang radiasi infra merah yang berasal dari atmosfer Bumi, kami memutuskan untuk mempelajari exoplanet dan melihat sinyal apa yang dapat kita deteksi darinya. Jika kita menemukan sinyal dari exoplanet yang datang dalam proporsi yang kira-kira sama dengan dari Bumi, kita dapat mengatakan bahwa planet ini adalah kandidat yang baik untuk mendukung kehidupan.

Mereka menemukan bahwa frekuensi badai bintang yang kuat berkaitan langsung dengan kekuatan sinyal termal yang berasal dari zat sinyal di atmosfer. Semakin banyak badai terjadi, semakin banyak molekul sinyal yang dihasilkan, akibatnya sinyalnya cukup kuat untuk dapat dilihat dari Bumi menggunakan teleskop ruang angkasa hanya dalam waktu dua jam pengamatan.


Pemandangan planet ekstrasurya dari bulannya (dalam pandangan artis)

Mereka juga menemukan bahwa metode ini memungkinkan kita untuk mengeluarkan exoplanet yang tidak memiliki medan magnet mirip Bumi yang secara alami berinteraksi dengan partikel bermuatan Matahari. Kehadiran bidang semacam itu memastikan bahwa atmosfer tidak berhembus jauh dari planet ini, dan oleh karena itu diperlukan untuk kelayakhunian. Seperti yang dijelaskan Hayrapetyan:

Planet ini membutuhkan medan magnet yang melindungi atmosfer dari badai bintang dan radiasi. Jika angin bintang tidak begitu kuat untuk menekan medan magnet planet ekstrasurya ke permukaannya, medan magnet mencegah hilangnya atmosfer, lebih banyak partikel tetap di dalamnya, yang memberikan sinyal inframerah yang lebih kuat.

Model ini penting karena berbagai alasan. Ini menunjukkan bagaimana studi rinci atmosfer Bumi dan interaksinya dengan cuaca luar angkasa digunakan untuk mempelajari planet ekstrasurya. Ini juga memungkinkan penelitian baru tentang kesesuaian untuk kehidupan planet ekstrasurya yang tersedia untuk bintang-bintang kelas tertentu - baik berwarna kuning dan oranye, dan pada katai merah dingin.

Katai merah adalah bintang paling umum di alam semesta. Dalam galaksi spiral, pesanan mereka adalah 70%, dan dalam galaksi elips - 90%. Selain itu, berdasarkan penemuan baru-baru ini, para astronom sangat menghargai kemungkinan bahwa sistem katai merah akan muncul dari planet berbatu. Tim peneliti juga menyarankan bahwa alat ruang angkasa generasi mendatang, seperti teleskop James Webb , akan meningkatkan kemungkinan menemukan planet yang dihuni menggunakan model ini.


Sebagai seorang seniman, ia membayangkan sebuah planet di orbit di sekitar bintang Alpha Centauri B - anggota sistem bintang tiga yang paling dekat dengan Bumi.

Seperti William Danchi, seorang astrofisikawan di Goddard Center dan rekan penulis penelitian ini, mengatakan:

Gagasan baru tentang kemungkinan kehidupan di planet ekstrasurya sangat tergantung pada penelitian interdisipliner, yang menggunakan data, model, dan teknologi yang diperoleh dari empat divisi Pusat Goddard: heliofisika, astrofisika, ilmu planet, dan ilmu bumi. Campuran ini menghasilkan cara-cara unik dan menjanjikan untuk mempelajari exoplanet.

Sebelum kita dapat mempelajari exoplanet secara langsung, setiap perkembangan yang membuat biomarker lebih terlihat dan lebih mudah dideteksi tetap sangat penting. Di tahun-tahun mendatang, proyek Projecthot Biru dan Terobosan Starshot berharap untuk melakukan penelitian langsung pertama dari sistem Alpha Centauri. Tetapi untuk saat ini, model yang ditingkatkan yang membantu kita mencari planet yang berpotensi dihuni dari bintang yang tak terhitung jumlahnya sangat berharga!

Tidak hanya mereka sangat meningkatkan pengetahuan kita tentang frekuensi kemunculan planet-planet seperti itu, mereka bahkan dapat membantu kita menemukan satu atau lebih planet di Bumi 2.0!