Mengenal Zona Laik Huni (Circumstellar Habitable Zone) dan Eksoplanet Laik Huni (Habitable Exoplanet)

Oleh Andi Pangerang
18 Februari 2021

Halo sahabat Edusainsa semua!

Di antara Sahabat mungkin bertanya-tanya, adakah planet di luar tata surya kita yang layak dihuni oleh Bumi? Sebelum membahas lebih lanjut tentang zona laik huni, kita bahas terlebih dahulu perbedaan penggunaan kata “laik” dengan “layak”.

Dalam Kamus Besar Bahasa Indonesia Daring, laik dan layak memiliki makna yang mirip akan tetapi penggunaan yang berbeda:

Laik /la-ik/ : memenuhi persyaratan yang ditentukan atau yang harus ada; patut; pantas; layak

Sedangkan,

Layak /la-yak/ : (1) wajar; pantas; patut (2) mulia; terhormat

Laik dan layak sama-sama bermakna “pantas” atau “patut”, akan tetapi sesuatu hal dikatakan laik jika telah memenuhi syarat tertentu yang telah ditetapkan. Dengan kata lain, laik memiliki kriteria atau standar minimal. Sementara, sesuatu dikatakan layak atau pantas tidak memerlukan syarat minimal karena ukuran kepantasan bisa relatif dan berbeda-beda.

Laik dapat disinonimkan dengan layak, jika sesuatu hal sudah laik maka ia pasti layak. Tidak berlaku sebaliknya, jika sesuatu hal itu layak belum tentu laik.

Penggunaan kata laik sering dijumpai untuk kendaraan bermotor dan alat transportasi lainnya karena harus memenuhi syarat keselamatan yang telah ditetapkan baik dalam lingkup nasional maupun global agar laik jalan. Selain itu, penggunaan kata laik juga digunakan dalam hunian/rumah karena harus memenuhi standar hunian yang sehat yang ditetapkan oleh instansi terkait. Hunian yang bersih dan terlindungi dari hujan maupun panas terik memang dianggap layak bagi sebagian orang. Akan tetapi, belum tentu hunian tersebut laik huni.

Bagaimana dengan planet baik di dalam maupun luar tata surya kita? Istilah zona laik huni (circumstellar habitable zone, CHZ), dikutip dari Wikipedia, adalah wilayah di luar angkasa yang mana kondisi tempat tersebut dapat mendukung kehidupan seperti di Bumi. Planet dan satelit alami yang terletak di wilayah tersebut adalah kandidat yang dapat dihuni dan bisa jadi memiliki kehidupan ekstraterestrial yang mirip dengan kehidupan manusia saat ini.

Kita juga mengenal istilah eksoplanet atau planet luar surya, yakni planet yang terletak di luar tata surya. Akan tetapi, tidak semua eksoplanet terletak di zona laik huni. Perlu diingat juga, planet yang terletak di zona laik huni bukan berarti di planet tersebut pasti atau sudah ada kehidupan.

Eksoplanet Laik Huni. Sumber: Planetary Habitability Laboratory (PHL)

Bagaimana planet dapat dikatakan laik huni? Bagaimana penentuan zona laik huni? Berikut ulasannya:

Pencarian planet laik huni bermula dari ide yang sudah muncul sejak berabad-abad silam. Ide ini dituangkan dalam pertanyaan sederhana: “Apakah ada kehidupan lain di luar Bumi yang kita diami saat ini?” Tahun 450 SM, seorang filsuf Yunani bernama Epicurius mulai mengemukakan konsep keberadaan dunia “lain” di luar Bumi baik yang mirip maupun yang tidak mirip dengan planet tempat tinggal kita. Pandangan ini terus berkembang hingga era modern saat ini, dimana pencarian kehidupan ekstraterestrial ataupun Bumi lain baru dilakukan. Para astronom awalnya mengalami banyak kegagalan ketika mencari planet di bintang lain, hal ini disebabkan oleh keterbatasan instrumen pengamatan.

Untuk pertama kalinya, di tahun 1992, dengan menggunakan teleskop radio di Arecibo, Brazil (saat ini sudah defungsi), ditemukan sebuah planet yang mengelilingi bintang berdenyut atau pulsar. Spekulasi pun berkembang saat itu, apakah planet dapat memungkinkan bertahan oleh bintang induknya yang sudah sekarat seperti pulsar? Ternyata, pulsar pun juga dapat memiliki planet seperti Matahari.

Citra Eksoplanet Pertama. Sumber: NASA Exoplanet

Penemuan eksoplanet pertama yang mengorbit bintang deret utama serupa Matahari diumukan pada 6 Oktober 1995 dalam jurnal Nature. Bintang ini dinamakan 51 Pegasi b, yang mana mengorbit 51 Pegasi di konstelasi Pegasus. Sampai dengan 1 Februari 2021, sudah ditemukan 4.414 eksoplanet dalam 3.257 sistem keplanetan, 722 di antaranya memiliki lebih dari satu planet. Dari sekian banyak eksoplanet yang telah ditemukan, hanya 55 eksoplanet saja (sampai Maret 2020) yang berpotensi laik huni. 20 eksoplanet seukuran dengan Bumi, 1 eksoplanet seukuran dengan Mars dan sisanya merupakan Bumi Super (Super Earth)-eksoplanet yang berukuran lebih besar dari Bumi tetapi lebih kecil dari planet gas di tata surya kita (Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus).

Distribusi Eksoplanet dan letaknya terhadap bintang induk. Kredit: Sara Seager

Sementara ini, planet Teegarden Star b memiliki indeks kemiripan Bumi (Earth Similiarity Index, ESI) tertinggi yakni 0,95 (dari 1,00). Sedangkan Mars, Bulan dan Venus memiliki indeks masing-masing 0,70 ; 0,56 dan 0,44. Planet Teegarden Star b juga terletak di dalam zona laik huni di sistem keplanetan bintang Teegarden. Lalu, apa sajakah faktor yang dapat menentukan planet tersebut laik huni atau tidak? Bagaimana menentukan batas dari zona laik huni?

Ilustrasi Matahari terbenam di planet Teegarden b dan Teegarden c. Sumber: Earthsky

Zona laik huni pertama kali dipresentasikan pada tahun 1953 oleh Hubertus Strughold, seorang fisiolog berkebangsaan Jerman dalam jurnalnya berjudul “The Green and the Red Planet: A Physiological Study of the Possibility of Life on Mars (Planet Hijau dan Merah: Kajian Fisiologis Kemungkinan [Adanya] Kehidupan di Mars) dan beberapa bintang diketahui sudah memiliki planet yang terletak di dalam zona laik huni.

Jauh sebelumnya, konsep zona laik huni diperkenalkan oleh astronom asal Inggris, Edward Maunder di tahun 1913 dalam bukunya “Are The Planet Inhabited?” (Apakah Planet Dapat Dihuni?). Astrofisikawan asal Amerika, Su-Shu Huang memperkenalkan istilah “zona laik huni” pada 1959, merujuk pada wilayah di sekitar bintang dimana air berujud cair dapat bertahan pada objek berukuran cukup besar. Meskipun demikian, beliau berargumentasi di tahun 1960 bahwa konsep zona laik huni menjadi tidak umum bagi sistem bintang ganda mengingat ketidakstabilan gravitasi pada sistem tersebut.

Planet yang memiliki air berujud cair menjadi syarat awal dan utama mencari planet yang berpotensi menghasilkan kehidupan, tetapi air bukan syarat satu-satunya. Cara mengenali planet yang dapat mempertahankan air dalam wujud zat cair salah satunya adalah planet yang mirip dengan Bumi yakni planet kebumian/batuan (terestrial). Letak Bumi yang pas terhadap Matahari menyebabkan air tidak mudah menguap dan tidak mudah membeku (kecuali di kedua kutubnya), sehingga kondisi planet yang mirip dengan Bumi berpotensi memiliki lautan di permukaannya. Letak inilah yang digunakan untuk menentukan batas zona laik huni bagi bintang serupa Matahari.

Stephen Dole mengembangkan konsep zona laik huni pada 1964 dan dalam bukunya “Habitable Planet for Man” (Planet Laik Huni untuk Manusia), beliau memprediksi jumlah planet yang laik huni di Bima Sakti hinga 600 milyar. Sampai November 2013, berdasarkan data dari wahana antariksa Kepler, sebanyak 40 milyar eksoplanet seukuran Bumi mengorbit bintang serupa Matahari maupun bintang kerdil merah di galaksi kita, Bima Sakti. 11 milyar diantaranya mengorbit bintang serupa Matahari.

Tidak semua bintang induk dalam sebuah sistem keplanetan dianggap ideal untuk mempertahankan kehidupan. Bintang serupa Matahari dianggap ideal sebagai bintang induk bagi planet laik huni karena dapat hidup selama milyaran tahun sehingga dapat mendukung evolusi kehidupan pada planet. Tidak hanya bintang serupa Matahari saja yang dapat menjadi bintang induk bagi planet laik huni, bintang kerdil merah justru lebih berpotensi memiliki planet laik huni.

Perbedaan Zona Laik Huni untuk Bintang Panas, Bintang Serupa Matahari dan Bintang Dingin. Sumber: NASA Kepler Mission

Meskipun demikian, zona laik huni bagi bintang kerdil merah akan lebih dekat ke bintang dibandingkan dengan bintang serupa Matahari. Konsekuensinya, planet akan mengalami kuncian gravitasi (tidal locking) sebagaimana Merkurius dengan Matahari. Kunci gravitasi ini menyebabkan planet hanya akan menghadap ke sisi yang sama dan selalu berhadapan dengan bintang. Berarti, satu sisi lainnya tidak akan menerima sinar dari bintang induknya sehingga dapat menyulitkan proses evolusi kehidupan. Salah satu sisi akan mengalami panas luar biasa, sementara di sisi lainnya akan mengalami kebekuan. Bintang kerdil merah juga sewaktu-waktu dapat melepaskan flare yang dapat membahayakan bagi kehidupan di planet yang berada cukup dekat dengan bintang induknya.

Selain air berujud cair dan bintang induk, atmosfer juga turut berperan dalam menentukan apakah planet tersebut laik huni atau tidak. Planet yang bermassa kecil cenderung tidak dapat mempertahankan keberadaan atmosfer. Molekul partikel akan mudah terlepas ketika terjadi badai bintang maupun tabrakan dengan objek lain (misal: asteroid). Planet yang beratmosfer sangat tipis rentan tidak mampu melindungi kehidupan dari ancaman bahaya seperti badai bintang maupun tabrakan dengan objek lain. Selain itu, planet yang beratmosfer sangat tipis (kerapatan/densitas yang rendah) menyebabkan lapisan magnetosfer juga menjadi lemah, sehingga molekul hidrogen di atmosfer akan mudah lolos ke angkasa dan menyebabkan planet menjadi gersang. Contoh: Mars. Efek negatif lainnya diwujudkan dalam bentuk osilasi termal, yang dapat menyebabkan variabilitas tinggi dalam iklim global dan meningkatkan kemungkinan terjadinya bencana.

Planet beratmosfer tebal juga tidak dapat mempertahankan kehidupan karena mengalami efek rumah kaca berkelanjutan sehingga air berujud cair tidak dapat bertahan dan akibatnya, permukaan planet menjadi lebih panas. Contoh: Venus. Tiga faktor inilah yang menentukan apakah suatu planet laik huni atau tidak, dan juga menjadi parameter indeks kemiripan Bumi/ESI. Meskipun demikian, diyakini Mars dan Venus sama-sama memiliki air ketika Bumi masih sangat panas dan benar-benar tidak laik huni seperti saat ini, sebelum akhirnya Mars dan Venus harus kehilangan air di permukaannya. Oleh karenanya, lokasi Bumi dianggap pas dan mampu mendukung kehidupan karena dapat mempertahankan keberadaan air yang berujud cair.

Batas dari zona laik huni ditentukan berdasarkan posisi Bumi dalam tata surya kita dan jumlah energi radiasi yang diterima dari Matahari. Awalnya, Stephen Dole menetapkan zona laik huni untuk tata surya kita dengan batas terdalam 0,725 sa (satuan astronomi) dan batas terluarnya 1,24 sa. Angka 0,725 sa ini diperoleh dari jarak aphelion Venus dan angka 1,24 sa ini diperoleh dari jarak Bumi untuk albedo (rasio sinar Matahari yang dipantulkan terhadap yang diterima oleh Bumi) yang dibuat konstan dan kondisi atmosfer yang tipis. James Kasting dan kawan-kawan menetapkan zona laik huni pada tahun 1993 dengan batas terdalam 0,95 sa dan batas terluar 1,37 sa berdasarkan siklus karbon-silika yang di dalamnya terdapat karbon dioksida dan uap air yang menjadi gas rumah kaca utama bagi Bumi sehingga dapat mendukung evolusi kehidupan di planet tersebut.

Distribusi Eksoplanet Laik Huni di dalam Zona Laik Huni. Sumber: Wikipedia

Ravi Koumar Kopparapu dan kawan-kawan merevisi batas zona laik huni hasil riset Kasting dkk. menjadi 0,99 (untuk batas terdalam) dan 1,70 sa (untuk batas terluar). Menurut Kopparapu, peningkatan kadar karbon dioksida setelah mencapai batas maksimum efek rumah kaca (tekanan 8 bar dan suhu permukaan 60oC) tidak cukup mampu membuat pemanasan untuk mencegah karbon dioksida lolos dari atmosfer. Riset terbaru untuk batas zona laik huni saat ini telah dilakukan oleh Illeana Gomez-Lelal dan kawan-kawan di tahun 2019 dengan batas terdalam 0,91-0,93 sa berdasarkan perkiraan ambang gas rumah kaca lembab menggunakan model iklim global (global climate model, GCM) untuk analog (kembaran) Bumi baik dengan maupun tanpa lapisan ozon. Sementara, batas terluar zona laik huni saat ini sebesar 2,4 sa berdasarkan riset dari Ramses Ramirez dan Lisa Kaltenegger di tahun 2017 dengan memperluas zona laik huni berbasis karbon dioksida dan uap air dengan menganggap kepekatan/konsentrasi hidrogen di atmosfer karena letusan gunung berapi sekitar 50%.

Untuk mengekstrapolasi model zona laik huni bagi bintang di luar tata surya kita, para astronom menggunakan fluks radian (luminositas) bintang dan hukum invers kuadrat. Dari gambar di bawah, terlihat bahwa semakin redup bintang, maka zona laik huninya akan semakin dekat ke bintang induknya. Zona laik huni berbanding lurus dengan akar kuadrat luminositas bintang. Jika luminositas suatu bintang empat kali luminositas Matahari, maka zona laik huninya akan berjarak dua kali dibandingkan dengan zona laik huni di tata surya. Jika luminositas suatu bintang seperempat kali luminositas Matahari, maka zona laik huninya akan berjarak setengah dari zona laik huni di tata surya.

Hukum Akar Kuadrat Luminositas terhadap Zona Laik Huni suatu Bintang. Sumber: Wikipedia

Bintang ganda akan memiliki zona laik huni yang berbeda dibandingkan dengan bintang tunggal. Jika tata surya kita memiki bintang ganda, maka batas terluar zona laik huni akan melebar sejauh 2,4 sa.

Setelah mempertimbangkan letak planet apakah berada di zona laik huni atau tidak, ada beberapa karakteristik yang dimiliki oleh eksoplanet laik huni:

  • Bermassa antara 1/10 hingga 10 kali massa Bumi
  • Berukuran setengah hingga 2,5 kali ukuran Bumi
  • Rentang suhu antara 182 Kelvin (untuk Kepler186f) hingga 285 Kelvin (Tau Ceti e)

Dikutip dari laman HabEx NASA, bintang bertipe F, G, K dan M (dari kekuningan hingga kemerahan) dapat menjadi bintang induk bagi eksoplanet laik huni. Bintang tipe G (serupa Matahari) akan menginduk eksoplanet yang nyaris mirip dengan Bumi atau planet mirip Bumi. Bintang tipe K mendukung kondisi eksoplanet yang lebih laik huni dibandingkan dengan Bumi. Eksoplanet berpotensi laik huni satu-satunya yang mengorbit bintang tipe F adalah Kepler 1632b. Bintang tipe M juga dipertimbangkan menjadi bintang induk untuk eksoplanet laik huni bahkan yang memiliki flare seperti Proxima b. Bintang flare dapat mengurangi kelaikhunian eksoplanet dengan mengikis atmosfer planet tersebut. Sekitar setengah dari bintang serupa Matahari memiliki planet batuan yang mampu mendukung air berujud cair di permukaan planet tersebut.

Planet Kepler yang terletak di Zona Laik Huni. Sumber: Wikipedia

René Heller dan John Armstrong mengenalkan konsep planet super laik huni (superhabitable planet) pada tahun 2014, sebagai kritik atas penggunaan istilah dalam pencarian planet laik huni karena zona laik huni sendiri belum cukup dapat mendefinisikan kelaikhunian sebuah planet. Mereka menyatakan bahwa planet yang tidak serupa Bumi juga dianggap lebih cocok untuk keberadaan dan evolusi kehidupan dibandingkan dengan Bumi. Meskipun kehidupan diasumsikan harus membutuhkan air berujud cair, mereka berhipotesis bahwa Bumi tidak mewakili kondisi optimal kelaikhunian planet untuk keanekaragaman hayati yang lebih beragam, dengan kata lain dunia super laik huni adalah planet batuan ataupun planet yang mendukung flora dan fauna yang lebih beragam dibandingkan dengan Bumi sehingga lebih ramah untuk kehidupan.

Tidak semua planet batuan yang terletak di zona laik huni benar-benar laik huni, Planet yang super laik huni berukuran lebih besar, lebih hangat dan lebih tua dibandingkan Bumi, serta mengorbit bintang deret utama tipe K. Salah satunya adalah Kepler 442b. Planet ini berukuran 1,34 kali Bumi dengan massa 2,36 kali massa Bumi dan suhu permukaan 4oC (lebih rendah dibandingkan dengan profil planet super laik huni menurut Heller dan Armstrong yakni 25oC).

Per September 2020, telah ditemukan 24 planet super laik huni dari 4000 eksoplanet yang terkonfirmasi saat ini. Dengan ukuran dan massa yang lebih besar dibandingkan dengan Bumi, lempeng tektonik pada planet super laik huni dimungkinkan dapat lebih bertahan lama, dan kedalaman lautan menjadi lebih dangkal karena efek gravitasi pada planet maupun pada kerak planet dan juga atmosfer yang lebih tebal.

Sebaliknya, planet bermassa Bumi memiliki rentang kondisi yang lebih luas. Misalnya lempeng tektonik aktif hanya bertahan untuk waktu lebih singkat yang ujungnya berakhir dengan kerapatan udara yang lebih rendah dari Bumi, meningkatnya probabilitas perkembangan ketertutupan es secara global, atau bahkan skenario Bumi Bola Salju secara permanen.

Bagaimanapun itu, kecil kemungkinan planet bermassa Bumi yang memenuhi kondisi super laik huni mengingat banyaknya skenario yang dapat mengubah planet tersebut yang terletak di zona laik huni menjadi tempat yang tidak bersahabat. Sehingga, syarat kelaikhunian sebuah planet harus seumum mungkin, tidak selalu terkait dengan keberadaan air dalam wujud cair melainkan dapat mendukung keberadaan dan evolusi kehidupan (yang diwujudkan melalui keanekaragaman hayati). Di masa mendatang, ketika Matahari sudah menjadi raksasa merah, zona laik huni di tata surya justru terletak di antara Jupiter dan Saturnus mengingat Bumi sudah terlalu panas dan terlalu dekat ke Matahari. Meskipun demikian, Jupiter dan Saturnus hanya dapat dihuni selama 500 juta tahun saja.


Perbandingan Zona Laik Huni di Tata Surya Saat Ini dengan Ketika Matahari menjadi Raksasa Merah. Sumber: Sci News

Comments