Menu
Kebolehdiaman planet
Tanda-tanda kebolehdiaman dan biopenunjuk harus ditafsirkan dalam konteks planet dan alam sekitar.[2] Sama ada planet itu boleh didiami atau tidak bergantung pada turutan peristiwa yang menjurus ke arah pembentukannya, yang mungkin merangkumi penghasilan molekul-molekul organik dalam awanan molekul dan cakera protoplanet, penyampaian bahan-bahan sewaktu dan selepas tokokan, dan lokasi orbit dalam sistem cakerawalanya.[2] Tanggapan terutama mengenai planet boleh didiami adalah bahawa ia bersifat bumian (terestrial). Planet sedemikian terletak lebih kurang dalam satu peringkat magnitud jisim Bumi, terutamanya terbentuk daripada batu silikat dan tidak menokok lapisan luaran bergas hidrogen dan helium yang terdapat pada gergasi gas. Kemungkinan bahawa hidupan boleh berkembang di puncak awanan planet gergasi gas belum dikesampingkan sama sekali,[lower-alpha 2] tetapi dianggap tidak mungkin kerana tiadanya permukaan, malah gravitinya pun melampau.[43] Akan tetapi, satelit semula jadi (bulan) yang mengitari planet gergasi gas masih calon yang sah untuk menempatkan kehidupan.[40]
Pada Februari 2011, misi Balai Cerap Angkasa Kepler mengeluarkan senarai 1235 calon planet luar suria（Inggeris：-{List of exoplanets discovered using the Kepler spacecraft}-）, termasuklah 54 yang mungkin terletak dalam zon boleh didiami.[44][45] Enam daripada calon dalam zon adalah lebih kecil daripada dua kali saiz Bumi.[44] Satu lagi kajian terbaru mendapati bahawa salah satu calon tersebut (KOI 326.01) lebih besar dan panas daripada yang dilaporkan terlebih dahulu.[46] Berdasarkan dapatan ini, pasukan Kepler menganggarkan bahawa terdapat sekurang-kurangnya 50 bilion planet dalam Bimasakti, dan sekurang-kurangnya 500 juta daripadanya terletak dalam zon boleh didiami.[47]
Dalam menganalisis persekitaran mana yang berkemungkinan menampung kehidupan, selalunya terdapat perbezaan antara organisma unisel yang serba ringkas seperti bakteria dan arkaea, dan makhluk-makhluk metazoan yang kompleks (seperti haiwan). Dalam apa juga salasilah hidupan sekalipun, organisma unisel mesti sentiasa mendahului organisma multisel, bahkan di mana adanya organisma unisel tidak terjamin akan adanya juga makhluk yang lebih kompleks.[lower-alpha 3] Ciri-ciri planet yang dihuraikan di bawah adalah dianggap mustahak untuk hidupan secara umumnya, tetapi dalam apa jua keadaan sekalipun, organisma multisel lebih banyak tuntutan daripada hidupan unisel.
Planet jisim rendah nyata kurang sesuai untuk hidupan atas dua sebab:
"Jisim rendah" bukanlah faktor yang mutlak sepenuhnya; Bumi rendah jisimnya berbanding planet-planet gergasi gas dalam Sistem Suria tetapi mempunyai diameter, jisim, dan kepadatan tertinggi daripada semua jasad bumian.[lower-alpha 4] Bumi cukup besar untuk memelihara atmosfera melalui graviti sahaja, dan juga cukup besar sehingga teras leburnya kekal sebagai 'enjin haba' yang memacu kepelbagaian geologi permukaan (satu lagi komponen utama pemanasan haba ialah penguraian unsur-unsur radioaktif dalam teras planet), berbanding dengan Marikh yang rata-rata 'mati bumi' dan kehilangan sebahagian besar atmosferanya.[49] Maka wajarlah disimpulkan bahawa had jisim minimum bagi kebolehdiaman terletak antara jisim Marikh dan Bumi atau Zuhrah; telah disebutkan 0.3 kali jisim Bumi sebagai garis pemisah kasar untuk planet-planet boleh didiami.[50] Bagaimanapun, kajian Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian pada tahun 2008 mengusulkan bahawa garis pemisah tersebut mungkin lebih tinggi, dan Bumi mungkin sebetulnya terletak dekat dengan paras minimum kebolehdiaman kerana jika jisim lebih rendah daripada itu, maka mustahil terjadi tektonik plat. Planet Zuhrah yang jisimnya 85% jisim Bumi tidak menunjukkan sebarang tanda-tanda aktiviti tektonik. Sebaliknya, "super-Bumi" atau planet bumian yang lebih tinggi jisimnya berbanding Bumi akan mempunyai tahap tektonik plat yang lebih tinggi dan oleh itu nyata sekali terletak dalam julat boleh didiami.[51]
Juga terdapat kekecualian daripada kesimpulan di atas asalkan disebabkan keadaan luar biasa: salah satu bulan Musytari bernama Io (yang lebih kecil daripada mana-mana planet bumian) mempunyai dinamik gunung berapi disebabkan tegasan-tegasan graviti yang diaruh oleh orbitnya, sementara jirannya Europa mungkin mempunyai lautan cecair atau lecah ais di bawah lindungan beku yang juga disebabkan kuasa yang dijana daripada mengitari gergasi gas. Sementara itu, satelit Zuhal yang bernama Titan mempunyai sedikit peluang untuk menampung hidupan kerana memelihara atmosfera yang tebal dan mmempunyai laut-laut metana cecair di permukaan. Tindak balas organik-kimia yang hanya memerlukan tenaga minimum boleh terjadi di dalam laut-laut ini, tetapi barangkali tidak wujudnya sebarang sistem hidupan yang berasaskan tindak balas yang begitu minimum. Jasad-jasad satelit tersebut biarpun kes terkecuali tetapi dapat membuktikan bahawa jisim sebagai syarat kebolehdiaman planet belum boleh dikira sebagai mutlak berdasarkan takat pengetahuan masa kini.[52]
Makin besar planetnya maka makin besar jugalah atmosferanya. Kombinasi halaju lepas tinggi untuk menakung atom ringan-ringan serta aktiviti peluahan gas yang berleluasa daripada peningkatan tektonik plat boleh menambah tekanan atmosfera dan suku di permukaan secara mendadak berbanding Bumi. Kesan rumah hijau dipertingkat dalam atmosfera begitu berat ini sering membayangkan bahawa zon boleh didiami bagi planet-planet begitu besar haruslah lebih jauh dari bintang pusat (berbanding jarak Bumi dari Matahari).
Akhir sekali, planet besar berkemungkinan mempunyai teras besi yang besar, membolehkan adanya medan magnet untuk melindungi planet daripada angin najam dan sinaran kosmos yang boleh menghilangkan atmosfera planet dan menimpakan zarah-zarah terion ke atas segala hidupan yang ada. Jisim bukanlah satu-satunya kriteria untuk menghasilkan medan magnet kerana planetnya juga mesti berputar cukup laju untuk menjana kesan dinamo di dalam terasnya[53], tetapi ia tetap memainkan peranan penting dalam proses.
Ukuran jejari (radius) bagi eksoplanet yang berpotensi boleh didiami dikatakan tergolong dalam 0.5 hingga 2.5 kali jejari Bumi.[20]
Seperti dengan kriteria lain, adalah penting untuk mengambil kira dalam menilai kesan ciri-ciri orbit dan putaran terhadap kebolehdiaman planet. Kesipian orbit adalah perbezaan antara jarak paling jauh dan paling dekat dengan bintang induknya, dibahagikan dengan jumlah campuran kedua-dua jarak tersebut; ia merupakan nisbah yang menghuraikan bentuk orbit bujur. Makin besar kesipiannya maka makin ketaralah perubahan suhu permukaan planet. Organisma hidup sejauh mana mampu menyesuaikan diri pun ada hadnya, lebih-lebih lagi jika perubahan itu bertindan dengan kedua-dua takat beku dan takat didih bahan pelarut utama planetnya (misalnya, air di Bumi). Andaikan jika lautan Bumi mendidih bersilih membeku, sukar dibayangkan hidupan dapat berkembang di sini. Makin kompleks organisma itu, makin pekalah ia kepada perubahan suhu.[54] Orbit Bumi berbentuk bulatan hampir sempurna dengan kesipian kurang daripada 0.02; planet lain dalam Sistem Suria (kecuali Utarid) pun lebih kurang sama. Sungguhpun begitu, berdasarkan kajian yang diwartakan pada Mac 2020, terdapat kemungkinan berasas saintifik bahawa sesetengah kawasan di planet Utarid pernah boleh didiami, bahkan mungkin juga pernah wujudnya hidupan sebenar walaupun sekadar mikroorganisma primitif.[55][56]
Kebolehdiaman planet juga dipengaruhi oleh reka bina sistem cakerawala di keliling bintangnya. Perkembangan dan kestabilan sistemnya ditentukan oleh dinamik graviti yang mendorong perkembangan orbit planet bumian. Data yang dikumpul tentang kesipian orbit planet luar suria telah memeranjatkan ramai pengkaji, yang mana 90% daripadanya mempunyai kesipian orbit yang lebih tinggi daripada yang terdapat dalam Sistem Suria, dan puratanya genap 0.25.[57] Ini bermakna majoriti besar planet mempunyai orbit yang amat sipi, dan sungguhpun jarak purata dari bintangnya dikira di dalam ZBD, namun ia tidak banyak meluangkan masa dalam zonnya.
Putaran planet pada paksinya juga mesti memenuhi kriteria tertentu untuk memberi hidupan peluang untuk berkembang. Anggapan utamanya, planet harus mempunyai peralihan musim yang sederhana. Jika tidak terdapat kecondongan paksi (senget) yang ketara berbanding dengan garis serenjang satah ekliptik, maka musim-musim tidak akan terbentuk, tidak akan jadilah perangsang utama untuk menjana kedinamikan biosfera (lingkungan hidupan), dan planetnya juga akan lebih sejuk daripada planet yang mempunyai kecondongan ketara; jika keamatan sinaran tertinggi sentiasa dalam darjah yang terlalu sedikit dari khatulistiwa, maka cuaca panas tidak boleh mencapai kawasan kutub dan iklim planet akan didominasi oleh sistem cuaca yang serba sejuk seperti di kutub.
Jika planet terlalu condong pula, maka musim-musimnya juga melampau dan menyukarkan biosfera dari mencapai homeostasis. Kecondongan paksi Bumi kini (dalam Kuaterner) lebih tinggi daripada dahulu, sejajar dengan berkurangannya ais kutub, suhu semakin panas dan berkurangannya variasi musim. Para saintis tidak pasti sama ada perkembangan sebegini akan berlarutan untuk selamanya jika kecondongan paksi bertambah lagi (lihat Bumi Bola Salji).
Kesan-kesan sebenar perubahan ini hanya dapat diunjurkan dengan komputer pada masa ini, malah kajian-kajian menunjukkan bahawa kecondongan paksi sejauh 85 darjah pun tidak semestinya menidakkan kewujudan hidupan selagi ia tidak melibatkan permukaan-permukaan benua yang dilanda oleh suhu tertinggi secara bermusim.[58] Bukan sahaja min (nilai hitung panjang) kecondongan paksi, bahkan juga variasi (julat anjakan) sepanjang masa mesti diambil kira. Kecondongan Bumi bervariasi antara 21.5 dan 24.5 darjah selama 41,000 tahun. Variasi yang lebih drastik atau keberkalaan yang lebih pendek akan mengaruh kesan-kesan pada iklim seperti variasi dalam keamatan musim.
Lain-lain faktor orbit untuk diambil kira termasuk:
Bulan Bumi kelihatan memainkan peranan penting dalam menyederhanakan iklim Bumi dengan menstabilkan kecondongan paksi. Telah diusulkan bahawa kecendungan yang camuk boleh menjadi penentu segala dari segi kebolehdiaman; maksudnya, satelit sebesar Bulan bukan sahaja membantu malah wajib untuk mewujudkan kestabilan.[59] Pendirian ini masih dipertikaikan.[lower-alpha 5]
Bagi Bumi, Bulan yang tunggal mempunyai jisim yang cukup dan mengorbit pada kedudukan dan kadar yang cukup untuk menyumbang besar kepada pasang surut lautan yang membantu Bumi menggodak lautan air cecair secara dinamik. Pengaruh dari Bulan ini bukan sahaja memastikan air lautan tidak mati, bahkan juga memainkan peranan yang amat penting dalam perikliman Bumi yang dinamik.[60]
Boleh dikatakan bahawa kepekatan radionuklid di mantel planet berbatu adalah penting untuk kebolehdiaman planet seakan Bumi, kerana planet yang melimpah kandungan radionuklidnya mungkin tidak mempunyai dinamo yang berterusan untuk sebahagian signifikan dalam hayatnya, sementara yang kurang pula mungkin lengai dari segi bentukan geologinya. Dinamo planet mewujudkan medan magnet kuat yang mungkin selalunya perlu untuk hidupan berkembang dan terus hidup kerana ia melindungi planet daripada angin suria dan sinaran kosmos. Spektrum pancaran elektronik bintang boleh digunakan untuk mengenal pasti bintang-bintang yang berkemungkinan menempatkan planet-planet yang boleh didiami seperti Bumi. Setakat tahun 2020, dipercayai bahawa radionuklid dihasilkan oleh proses-proses najam yang nadir seperti pergabungan bintang neutron.[61][62] Ciri-ciri geografi tambahan pula boleh dijadikan faktor utama dalam kebolehdiaman jasad samawi semula jadi, lebih-lebih lagi yang mungkin membentuk medan magnet dan haba jasad berkenaan, ada di antaranya yang tidak diketahui atau kurang difahami dan sedang dicerakin oleh penggiat-penggiat bidang sains planet, geokimia, dan lain-lain.[63]
Secara umumnya diandaikan bahawa sebarang hidupan luar bumi yang mungkin wujud akan didasarkan pada biokimia asas yang sama dengan yang terdapat di Bumi, kerana empat unsur yang paling mustahak untuk kehidupan, iaitu karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen, juga merupakan unsur-unsur reaktif kimia yang paling umum didapati di alam semesta. Sesungguhnya sebatian-sebatian biogenik yang sederhana, misalnya asid amino yang ringkas sekali seperti glisin, telah dijumpai dalam meteorit dalam medium antara najam.[64] Empat elemen ini merangkumi lebih 96% daripada jumlah biojisim Bumi. Unsur karbon mempunyai kemampuan tanpa tandingan untuk menjalin ikatan sesama karbon lalu membentuk susunan struktur yang rumit dan berbagai-bagai, maka karbon adalah bahan yang ideal untuk mekansime kompleks yang membentuk sel hidup. Hidrogen dan oksigen dalam bentuk air membentuk bahan pelarut di mana berlakunya proses-proses biologi, dan di mana berlakunya tindak-tindak balas pertama yang menjurus kepada kemunculan kehidupan. Tenaga yang dilepaskan dalam pembentukan ikatan kovalen yang utuh antara karbon dan oksigen, yang didapati dengan mengoksidakan sebatian-sebatian organik, merupakan 'bahan api' bagi segala hidupan kompleks. Keempat-empat elemen ini bersama-sama membentuk asid amino yang menjadi bahan-bahan asas penghasilan protein, iaitu zat tisu hidup. Selain daripada itu, tidak kurang penting juga kehadiran sulfur (yang diperlukan untuk pembentukan protein) mahupun fosforus (yang diperlukan untuk pembentukan DNA, RNA, dan fosfat-fosfat adenosin yang penting untuk metabolisme).
Kelimpahan relatif unsur-unsur di angkasa tidak semestinya mencerminkan kelimpahan berbeza-beza dalam planet; sebagai contoh, daripada empat unsur kehidupan, hanya oksigen yang hadir pada sebarang takat kelimpahan di dalam kerak Bumi.[65] Ini boleh dijelaskan sedikit sebanyak oleh hakikat bahawa kebanyakan elemen tersebut seperti hidrogen dan nitrogen, di samping sebatian-sebatiannya yang paling ringkas dan umum seperti karbon dioksida, karbon monoksida, metana, amonia, dan air, hadir dalam bentuk gas di suhu panas. Di kawasan panas yang hampir dengan Matahari, sebatian-sebatian meruap ini tidak mungkin memainkan peranan signifikan dalam bentukan geologi planet, tetapi sebaliknya terperangkap sebagai gas di bawah kerak-kerak yang baru dibentuk, yang rata-ratanya terdiri daripada sebatian-sebatian batuan yang tidak meruap seperti silika (sebagian silikon dan oksigen yang menerangkan kelimpahan relatif oksigen). Pembentukan atmosfera planet seharusnya disumbangkan oleh peluahgasan sebatian meruap melalui gunung-gunung berapi terawal. Eksperimen Miller–Urey menunjukkan bahawa sebatian-sebatian tak organik yang ringkas yang terdedah kepada atmosfera primordial (paling asal), apabila dikenakan tenaga, dapat bertindak balas untuk menghasilkan asid amino.[66]
Sungguhpun begitu, peluahgasan gunung berapi tidak mungkin menjelaskan jumlah air di lautan Bumi.[67] Sebahagian besar air (dan mungkin juga karbon) yang diperlukan untuk kehidupan seharusnya didatangkan dari pinggiran sistem suria, jauh dari haba Matahari, di mana ia dapat kekal pepejal. Air barangkali didatangkan dalam jumlah yang amat besar daripada hujanan komet yang menimpa Bumi di awal usia sistem suria, beserta sebatian-sebatian meruap yang lain yang diperlukan oleh hidupan di Bumi yang muda untuk melangsungkan asal-usul hayat.
Oleh itu, biarpun ada sebab untuk percaya bahawa empat "unsur kehidupan" seharusnya sudah tersedia di tempat lain, namun sistem yang boleh didiami juga mungkin memerlukan bekalan jasad berorbit jangka panjang untuk menyemai unsur tersebut pada planet-planet di dalamnya. Tanpa komet, mungkin tidak akan wujudnya hidupan di Bumi seperti yang kita kenali.
Terdapat satu pembatas yang penting terhadap kriteria kebolehdiaman, iaitu bahawa hanya sebahagian kecil sesebuah planet diperlukan untuk menampung kehidupan. Ahli-ahli astrobiologi sering memberikan penekanan terhadap "micropersekitaran" dengan hujah bahawa "kita tiada pemahaman asas tentang bagaimana penggerak-penggerak evolusi seperti mutasi, pemilihan (semula jadi), dan hanyutan genetik, beroperasi dalam mikroorganisma yang bertindak dan bertindak balas terhadap perubahan mikropersekitaran."[68] Ekstremofil merupakan organisma Bumi yang hidup dalam persekitaran yang dianggap melampau sehingga dianggap memudaratkan hidupan. Makhluk lasak sedemikian lazimnya (tetapi bukan semua) berbentuk unisel, antaranya termasuk organisma alkalifil (penggemar alkali) dan asidofil (penggemar asid) yang boleh hidup dalam suhu air melebihi 100 °C dalam keadaan pengudaraan hidroterma.
Penemuan hidupan di keadaan ekstrem telah merumitkan definisi kebolehdiaman, tetapi juga merangsang kalangan pencerakin untuk memperluas lagi julat keadaan yang diketahui di mana hidupan berdaya hidup. Misalnya, planet yang tidak dapat menampung atmosfera semata-mata kerana keadaan suria di lingkungannya, sebaliknya boleh berbuat demikian di dalam rekahan berbayang yang dalam ataupun gua gunung berapi.[69] Begitu juga, rupa bumi yang berkawah-kawah juga dapat melindungi hidupan primitif. Kawah Lawn Hill telah dikaji sebagai analog (kawasan perbandingan) untuk tujuan astrobiologi, di mana para penyelidik berpendapat bahawa sebuah mikropersekitaran yang terlindung untuk mikroorganisma terbentuk daripada isian mendapan deras; keadaan-keadaan seumpanaya telah terjadi sepanjang sejarah geologi Marikh.[70]
Persekitaran-persekitaran di Bumi yang tidak dapat menampung kehidupan masih menimba pengetahuan ahli astrobiologi untuk menentukan had-had ketahanan organisma. Kehidupan nampaknya sukar ditampung di tengah-tengah gurun Atacama yang umum dianggap tempat paling kontang di Bumi; oleh yang demikianlah tempat itu menjadi bahan kajian oleh pihak NASA and ESA keran ia menyediakan analog Marikh, dan gradien-gradien kelembapan di sepanjang pinggirnya amat sesuai untuk mengkaji sempadan antara ketandusan dan kesuburan (kebolehdiaman).[71] Gurun Atacama dijadikan bahan kajian pada tahun 2003 yang sedikit sebanyak mengulangi eksperimen-eksperimen dari misi penjelajahan Viking di Marikh pada 1970-an, di mana tiadanya DNA yang diperoleh daripada dua sampel tanih, malah eksperimen-eksperimen pengeraman untuk biopenunjuk tidak membuahkan hasil yang bermakna.[72]
Terdapat dua pendekatan ekologi semasa untuk menduga potensi kebolehdiaman yang menggunakan 19 atau 20 faktor persekitaran, dengan penekanan terhadap kehadiran air, suhu, kehadiran nutrien, sumber tenaga, dan perlindungan daripada sinaran ultraungu suria dan kosmos galaksi.[73][74]
| Antara faktor-faktor kebolehdiaman[74] | |
|---|---|
| Air | · Aktiviti air cecair · Simpanan cecair (ais) dahulu atau akan datang · Kemasinan, pH, dan Eh air yang tersedia |
| Persekitaran kimia | Nutrien: · C, H, N, O, P, S, logam pati, mikronutrien pati · Nitrogen tetap · Ketersediaan/mineralogi Kelimpahan dan kemautan toksin: · Logam berat (cth. Zn, Ni, Cu, Cr, As, Cd, dll.; ada yang pati, tetapi toksik jika berlebihan) · Tanih teroksida tertabur seluruh bumi |
| Tenaga untuk metabolisme | Suria (paras permukaan dan dekat permukaan sahaja) Geokimia (bawah permukaan) · Oksidan · Penurun · Gradien redoks |
| Keadaan fizikal yang mengizinkan | · Suhu · Turun naik suhu harian ketara · Tekanan rendah (adakah terdapat ambang tekanan rendah untuk anaerob bumian?) · Sinaran pembasmi kuman ultraungu yang kuat · Sinaran kosmos galaksi dan peristiwa zarah suria (kesan terkumpul jangka panjang) · Bahan pengoksidaan meruap aruhan ultraungu suria, cth. O 2−, O−, H2O2, O3 · Iklim dan keberubahan iklim (geografi, peralihan musim, kitaran harian, dan variasi kecondongan) · Substrat (proses tanih, mikropersekitaran berbatu, komposisi debu, perlindungan angkasa) · Kepekatan CO2 tinggi dalam atmosfera segenap bumi · Angkutan (angin, air tanah, air permukaan, glasier) |
Menu
Kebolehdiaman planetBerkaitan
Rujukan
WikiPedia: Kebolehdiaman planet