LEAP: Biosignature: Petunjuk Keberadaan Kehidupan di Luar Bumi


119
119 points
LEAP: Biosignature: Petunjuk Keberadaan Kehidupan di Luar Bumi

Pemenang Pertama Kontes Esai Artikel Astronomi Populer LS (LEAP)
Penulis: Ninuk Purwanti (Jakarta Selatan, DKI. Jakarta)

Galaksi tempat kita berada, galaksi Bima Sakti, adalah rumah bagi sekitar 200 miliar bintang. Sementara itu, di alam semesta diperkirakan ada sekitar dua triliun galaksi! Jika ada banyak bintang dan galaksi di alam semesta, dan hukum-hukum kimia dan fisika bersifat universal, tidak mungkin ada planet atau sistem planet seperti di tata surya kita? Jika demikian, apakah planet memiliki kehidupan seperti Bumi kita? Apakah kita sendirian di tengah alam semesta yang luas? Pertanyaan-pertanyaan ini adalah pertanyaan tertua dalam sejarah keberadaan manusia. Pertanyaan besar yang sangat menantang untuk menemukan jawaban.

Gambar 1. Ilustrasi kehidupan di planet ekstrasurya. Kredit: NASA

Gambar 1. Ilustrasi kehidupan di planet ekstrasurya. Kredit: NASA

Untuk pertanyaan pertama, jawabannya telah diperoleh dengan menemukan planet di luar tata surya, yang disebut planet ekstrasurya atau exoplanet. Pada 17 April 2019 saja, 3.940 planet ekstrasurya telah ditemukan. Sebanyak 1.671 di antaranya adalah planet mirip Neptunus, 1.222 planet adalah planet gas raksasa, 879 planet adalah planet super Bumi, 156 planet adalah planet terestrial, dan 12 lainnya tidak memiliki karakteristik yang diketahui.

Planet-planet ekstrasurya yang ditemukan adalah baru di galaksi kita dan bahkan baru di bintang-bintang "dekat" matahari. Namun, penemuan planet ekstrasurya membuktikan bahwa pembentukan planet di alam semesta bukanlah peristiwa langka. Penemuan ini, terutama penemuan planet ekstrasolar dengan tipe Bumi super dan terestrial, juga semakin meningkatkan kemungkinan menemukan kehidupan di luar Bumi. Karena jika planet, atau satelit, jika ada, untuk pengembangan bentuk kehidupan sudah tersedia, tentu bukan tidak mungkin kehidupan dapat terbentuk di planet ekstrasolar.

Tetapi sebelum mencari bentuk kehidupan, ada baiknya kita terlebih dahulu mendefinisikan apa itu makhluk hidup. Tidak ada definisi pasti tentang apa yang dimaksud dengan kehidupan atau makhluk hidup. Namun, dengan merujuk pada kehidupan di Bumi – karena sejauh yang kita ketahui hingga saat ini, Bumi adalah satu-satunya planet yang memiliki kehidupan – setidaknya ada tujuh fitur yang ada pada makhluk hidup. Tujuh karakteristiknya adalah dapat mempertahankan konsentrasi zat dalam tubuh (homeostasis); memiliki struktur berurutan, mulai dari sel, jaringan, organ, sistem organ, dan organisme; memiliki metabolisme, yaitu kemampuan untuk mengubah energi menjadi bahan yang bermanfaat dengan membentuk (anabolisme) atau memecah (katabolisme) bahan organik; peka terhadap rangsangan (lekas marah); mampu beradaptasi; mampu mereproduksi atau menghasilkan keturunan; mengalami proses pertumbuhan.

Kehidupan di Bumi setidaknya terdiri dari empat unsur dasar, hidrogen, oksigen, karbon, dan nitrogen, serta dua unsur lainnya dalam jumlah yang lebih kecil, yaitu belerang dan fosfor. Keenamnya ditemukan dalam berbagai bentuk molekul yang membutuhkan air sebagai pelarut dan sebagai tempat untuk reaksi kimia. Air juga merupakan komponen utama dalam jaringan hidup, membentuk 70% dari massanya. Faktanya, semua bentuk kehidupan yang dikenal saat ini adalah konstituen dasar karbon dan air, bergantung pada kemampuan karbon untuk berikatan dengan karbon dan unsur-unsur lain untuk membentuk berbagai jenis senyawa organik dengan fungsi tertentu yang nantinya akan menjadi konstituen dasar dari kehidupan.

Yang juga perlu diperhatikan adalah bentuk kehidupan di Bumi yang berkisar dari kehidupan hingga bentuk ekstremitas mikroba (organisme sangat kecil yang dapat hidup di lingkungan ekstrem, misalnya pada suhu -2oC sangat dingin atau pada suhu di atas 100oC), bakteri, virus, jamur, ganggang, tumbuhan, hewan, hingga mereka yang memiliki pikiran sehingga mereka dapat membuat teknologi dan peradaban, yaitu manusia. Jadi kita perlu tahu bentuk kehidupan apa yang ingin kita temukan, apakah kita ingin menemukan makhluk cerdas dengan peradaban maju atau juga memasukkan organisme bersel tunggal dalam pencarian kita.

Tantangan berikutnya adalah bagaimana kita bisa tahu bahwa di planet ekstrasurya ada kehidupan. Hingga saat ini kami belum dapat mengunjungi planet-planet untuk mengambil sampel dari permukaan planet ini dan kemudian melakukan penelitian di laboratorium. Tanda dan cara apa yang dapat ditemukan untuk menemukan tanda-tanda kehidupan adalah pertanyaan yang perlu dipecahkan.

Saat ini. Salah satu cara yang dikembangkan para ilmuwan dalam mencari kehidupan di luar bumi adalah dengan mendeteksi keberadaan biosignature di sebuah planet. Biosignature adalah unsur senyawa kimia, isotop, atau molekul yang menandakan atau memberi kesan proses biologis yang berasal dari kehidupan di masa lalu atau di masa sekarang. Termasuk dalam biosignature, seperti oksigen, metana, asam amino, protein, dan mikrofosil. Biosignature juga disebut fosil kimia atau fosil molekul. Biosignature diklasifikasikan menjadi tiga kelompok utama, yaitu biosignature gas (biosignature dalam bentuk gas), biosignature permukaan (biosignature yang berasal dari permukaan planet), dan biosignature temporal (temporal biosignature). Biosignature permukaan dan temporal dapat melengkapi dan bahkan memberikan informasi yang tidak diperoleh dari pengamatan biosignature gas.

Biosignature dalam bentuk gas dicari dengan mengamati atmosfer sebuah planet. Gas-gas yang menjadi biosignature adalah gas-gas yang kemungkinan dihasilkan oleh makhluk hidup dalam proses metabolisme mereka atau dari proses lanjutan dari gas-gas metabolik ini oleh lingkungan yang menghasilkan senyawa-senyawa sekunder. Contoh gas yang dapat digunakan sebagai biosignature termasuk oksigen (O2), ozon (O3), metana (CH4), uap air (H2O), karbon dioksida (CO2), metil klorida (CH3Cl), hidrogen sulfida (H2S), juga sulfur dioksida (SO2). Misalnya, gas yang dihasilkan oleh makhluk hidup, seperti CH4, O2, dan O3. CH4 dapat diproduksi oleh organisme mikroba yang disebut methanogen. Gas oksigen (O2) di atmosfer Bumi diperoleh langsung dari proses metabolisme, yaitu fotosintesis pada tanaman melalui proses:

CO2 + 2H2O? CH2O + O2 (g)

Gas oksigen dilepaskan ke atmosfer. Di stratosfer, sinar ultraviolet yang dipancarkan matahari memecah gas oksigen menjadi dua atom oksigen. Proses itu disebut proses fotolisis. Atom-atom oksigen akan bergabung dengan molekul gas oksigen lainnya untuk membentuk O3. Jadi, O3 adalah hasil tidak langsung dari proses metabolisme makhluk hidup.

O2 + UV? O + O

O + O2? O3

Untuk uap air dan karbon dioksida, keduanya sebenarnya bukan biosignature, tetapi lebih sebagai penanda apakah suatu planet dapat dihuni atau tidak. Sejauh ini, planet layak huni didefinisikan sebagai planet yang dapat mempertahankan air dalam keadaan cair, yaitu, yang memiliki suhu di kisaran 0oC hingga 100oC. Keberadaan uap air di atmosfer sebuah planet dapat menjadi indikasi keberadaan air cair di permukaan planet, yang merupakan faktor penting bagi pembentukan suatu organisme di samping keberadaan unsur karbon. Jadi, penting untuk mendeteksi keberadaan dua gas di atmosfer dalam mencari bentuk kehidupan.

Kelompok biosignature lain adalah biosignature yang berasal dari makhluk hidup yang ada di permukaan planet, yang disebut biosignature permukaan. Tanda-tanda kehidupan ini datang dari organisme melalui penyerapan, refleksi, hamburan cahaya oleh pigmen organisme hidup. Biosignature permukaan melibatkan klorofil, molekul yang ditemukan pada tanaman hijau. Jika permukaan planet ditutupi dengan tanaman hijau yang cukup, keberadaannya dapat diketahui dari cahaya bintang yang mencapai permukaan planet dan dipantulkan kembali.

Kelompok biosignature ketiga adalah biosignature temporal. Biosignatur ini adalah dalam bentuk perubahan pada sebuah planet dalam jumlah yang dapat diukur, seperti konsentrasi gas dan planet albedo, yang mengindikasikan aktivitas biologis. Perubahan terjadi pada waktu tertentu, misalnya, terjadi pada siang hari atau terjadi secara musiman. Contoh dari biosignature ini, misalnya di Bumi ada perubahan kandungan CO2 dan O2. Di belahan bumi utara dan selatan kandungan CO2 atmosfer akan menurun di musim semi dan musim panas dan meningkat di musim gugur dan musim dingin. Itu terkait dengan populasi tanaman yang lebih banyak di musim panas dan musim semi sehingga jumlah CO2 yang dihirup tanaman untuk melakukan proses fotosintesis akan lebih besar sehingga dapat mengurangi kadar CO2 di atmosfer. Kebalikannya terjadi pada musim dingin dan gugur pada periode ketika tanaman jatuh dan tidak aktif, sehingga konsumsi CO2 berkurang sehingga kandungannya di atmosfer menjadi lebih banyak. Hal yang sama juga terjadi pada O2 yang keberadaannya juga terkait dengan proses fotosintesis dan respirasi yang menggunakan dan melepaskan CO2 (CO2 + H2O? CH2O + O2).

SBOBET

Di antara tiga kelompok biosignature, biosignature temporal tidak cukup dipelajari karena ada cukup banyak variabel penting yang harus diperhitungkan, seperti kemiringan sumbu rotasi planet ini, eksentrisitas planet ini; Orbit, dan heterogenitas permukaan planet yang dapat memengaruhi proses kehidupan di planet ini.

Setelah menentukan tanda-tanda apa yang mungkin menjadi bukti kemungkinan bentuk kehidupan di planet ekstrasurya, sekarang bagaimana menemukan biosignatures ini. Kita belum bisa pergi ke planet-planet ekstrasurya. Satu-satunya sumber informasi yang kami dapatkan adalah titik cahaya yang dipantulkan oleh planet yang jauh. Cahaya yang dipantulkan oleh planet ini harus dapat digunakan oleh para astronom untuk mengetahui keadaan planet ekstrasurya.

Dalam mencari biosignature, metode yang digunakan oleh para astronom adalah menguraikan cahaya bintang yang dipantulkan oleh planet-planet luar surya. Deskripsi cahaya disebut spektrum. Pembentukan spektrum oleh materi terkandung dalam tiga undang-undang Kirchoff. Hukum pertama Kirchoff menyatakan bahwa jika cairan atau gas bertekanan tinggi menyala, ia akan memancarkan energi dengan spektrum pada semua panjang gelombang. spektrum itu disebut spektrum kontinu. Hukum kedua menyatakan bahwa gas bertekanan rendah, jika dipancarkan, akan memancarkan energi pada warna atau panjang gelombang tertentu, menghasilkan spektrum garis terang yang disebut garis emisi. Lokasi garis, atau dengan kata lain panjang gelombang, adalah karakteristik gas yang memancarkannya. Elemen yang berbeda memancarkan serangkaian garis yang berbeda. Hukum ketiga Kirchoff menyatakan bahwa jika seberkas cahaya putih dengan spektrum kontinu dilewatkan melalui gas dingin dan renggang (tekanan rendah), gas akan menyerap cahaya pada warna atau panjang gelombang tertentu. Spektrum yang diperoleh adalah spektrum kontinu dari cahaya putih diselingi dengan garis gelap yang disebut garis absorpsi (garis absorpsi). Lokasi garis absorpsi sama dengan garis emisi yang dipancarkan oleh gas dingin yang dipancarkan. Jadi dengan menentukan panjang gelombang dari garis absorpsi dan garis emisi kita dapat menentukan komposisi kimia dari benda langit.

Contohnya adalah dekomposisi sinar matahari. Sinar matahari saat dijelaskan akan memiliki beberapa warna. Jika Anda melihat spektrumnya, maka ada beberapa bagian kecil dari segmen warna yang hilang. Bagian yang hilang disebabkan oleh penyerapan gas di atmosfer Bumi.

Gambar 1. Dalam spektrum matahari ada garis-garis gelap atau garis penyerapan yang terjadi karena unsur-unsur dan molekul yang terkandung di atmosfer Bumi menyerap energi tertentu dari cahaya yang dipancarkan oleh matahari. K dan H = kalsium, D = natrium, E = besi, C dan F = hidrogen, A dan B = molekul oksigen. Sumber: MaureenV / Phrood / Saperaud / Cepheiden

Gambar 2. Dalam spektrum matahari ada garis-garis gelap atau garis penyerapan yang terjadi karena unsur-unsur dan molekul yang terkandung di atmosfer Bumi menyerap energi tertentu dari cahaya yang dipancarkan oleh matahari. K dan H = kalsium, D = natrium, E = besi, C dan F = hidrogen, A dan B = molekul oksigen. Sumber: MaureenV / Phrood / Saperaud / Cepheiden

Dekomposisi cahaya disebut spektroskopi. Instrumen yang digunakan untuk memecahkan kode cahaya bintang dan benda langit lainnya adalah spektograf. Dengan menggunakan hukum dasar spektroskopi dan dengan melihat bagian spektrum yang hilang – setiap elemen memancarkan energi yang berbeda sehingga memiliki spektrum yang unik – kita dapat mengetahui kandungan atmosfer planet ini. Spektrum benda langit dapat dikatakan sebagai sidik jari benda langit.

Untuk menemukan keberadaan gas biosignature di planet ekstrasolar, kita dapat mengambil spektrum dan melihat apakah ia memiliki garis serapan pada panjang gelombang seperti pada tabel di bawah ini. Jika demikian, itu berarti bahwa di atmosfer planet ekstrasurya ada gas yang kemungkinan merupakan hasil metabolisme makhluk hidup.

Tabel 1. Panjang gelombang beberapa gas biosignature yang bisa menjadi tanda kehidupan di sebuah planet.

Tabel 1. Panjang gelombang beberapa gas biosignature yang bisa menjadi tanda kehidupan di sebuah planet.

Hal yang sama dapat dilakukan untuk menemukan permukaan biosignature yang melibatkan fotosintesis dan peristiwa pigmen tanaman. Di Bumi, proses fotosintesis menggunakan sinar matahari (bintang) dan cahaya yang diserap oleh organisme klorofil di Bumi seperti tanaman, ganggang, atau cyanobacteria. Klorofil mengandung pigmen yang paling umum di bumi untuk tanaman darat adalah klorofil a (chl a) dan klorofil b (chl b). Untuk alga dan cyanobacteria ada tambahan klorofil, yaitu corophyll c, d, dan f. Beberapa bakteri yang melakukan fotosintesis tanpa melibatkan H2O dan tidak menghasilkan O2, yang disebut fotosintesis anoksigenik, memiliki pigmen yang disebut bacteriochlorophylls. (Bchl). Setiap pigmen menyerap cahaya pada panjang gelombang yang berbeda. Puncak serapan chl a pada panjang gelombang 430 dan 662 nm, sedangkan chl b pada 453 dan 642 nm.

Gambar 2. Spektrum penyerapan beberapa pigmen penyerap cahaya. Sumber: Database VPL Pigmen Biologis

Gambar 3. Spektrum penyerapan beberapa pigmen penyerap cahaya. Sumber: Database VPL Pigmen Biologis

Namun, deteksi keberadaan biosignature di sebuah planet hanyalah awal dari menemukan bukti kehidupan. Karena beberapa biosignature dapat diproduksi melalui proses abiotik. Contohnya adalah peristiwa letusan gunung berapi yang menghasilkan metana, belerang dioksida, karbon dioksida, dan juga metil klorida. Metana juga dapat diproduksi dari letusan gunung berapi dan juga dari reaksi kimia pada suhu rendah (<100oC) yang melibatkan batuan, air, dan berbagai gas.

Untuk memastikan bahwa biosignature yang terdeteksi dihasilkan dari makhluk hidup, penting juga untuk memeriksa komposisi atmosfer dan kondisi permukaan planet. Ini akan membutuhkan pengamatan gabungan melalui teleskop dari Bumi dan teleskop luar angkasa. Salah satu teleskop yang diharapkan mendeteksi biosignature ini adalah James Webb Space Telescope, yang semula akan diluncurkan pada tahun 2021. Teleskop tersebut diharapkan dapat mengumpulkan lebih banyak informasi tentang atmosfer planet ekstrasurya.

Selain itu, dalam mencari bentuk kehidupan yang digunakan sebagai referensi adalah bentuk kehidupan di Bumi. Itu juga harus mempertimbangkan kondisi bintang, planet, atau bentuk kehidupan lain yang berbeda dari yang ada di Bumi. Misalnya, meskipun air memainkan peran yang sangat penting dalam pembentukan kehidupan dan untuk kelangsungan hidup kehidupan di Bumi, mungkin ada bentuk kehidupan lain yang tidak bergantung pada keberadaan air. Jadi biosignature yang digunakan dalam mencari bentuk kehidupan perlu diperluas lagi.

Referensi:

Schwieterman, Edward W. et al. 2018. Exoplanet Biosignatures: Tinjauan Tanda Kehidupan yang Dapat Dideteksi dari Jarak Jauh. Astrobiologi: Volume 18 Nomor 6, 663-707.
Etiope, Guiseppe dan Barbara S. Lollar. 26 Juni 2013. Metana Abiotik Di Bumi. Geofisika, 276-299.
Gilmour, Iain dan Mark A. Sephton (eds.). 2004. Pengantar Astrobiologi. Inggris: Cambridge University Press.
Lemonick, Michael D. 2014. "Berburu untuk Kehidupan Di Luar Bumi". National Geographic, Juli 2014.
Sutantyo, Winardi. 2010. Pengantar Astrofisika: Bintang di Alam Semesta. Bandung: Penerbit ITB.
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1803/1803.05065.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Biosignature
https://exoplanets.nasa.gov/
https://id.wikipedia.org/wiki/Letusan_gunung
https://jwst.nasa.gov
https://phys.org/news/2018-06-scientists-strategies-life-earth.html
https://phys.org/news/2018-06-life-space.html#nRlv
http://seagerexoplanets.mit.edu/ProfSeagerEbook.pdf
https://www.merriam-webster.com/dictionary/biosignature
https://www.sfu.ca/colloquium/PDC_Top/OoL/whatislife.html
http://www.thestargarden.co.uk/Life-on-other-planets.html
https://www.encyclopedia.com
www.yohanessurya.com

Seperti ini:

Suka Memuat …

daftar sbobet

What's Your Reaction?

hate hate
0
hate
confused confused
0
confused
fail fail
0
fail
fun fun
0
fun
geeky geeky
0
geeky
love love
0
love
lol lol
0
lol
omg omg
0
omg
win win
0
win
admin

0 Comments

Your email address will not be published. Required fields are marked *