Planet yang menjadi calon untuk dihuni pasti akan mengalami malapetaka dan kejadian kepupusan di atasnya. Sekiranya hidup dapat bertahan dan berkembang maju di dunia, ia mesti mempunyai keadaan intrinsik dan persekitaran yang tepat untuk membolehkannya berlaku. (PUSAT PENERBANGAN RUANG NASA GODDARD)

Bagaimana Rasanya Ketika Planet-planet yang Boleh Duduk Pertama?

Planet pertama hanya gas. Yang kedua termasuk yang berbatu, tetapi hidup tidak mungkin. Inilah bagaimana akhirnya kami sampai di sana.

Di sini di Alam Semesta hari ini, planet yang berpotensi dapat dihuni hampir di mana-mana. Bumi mungkin menjadi templat untuk apa yang kita anggap dapat dihuni, tetapi kita dapat membayangkan berbagai keadaan yang sangat berbeza dari keadaan kita sendiri yang mungkin juga menyokong kehidupan dalam jangka panjang.

Pada masa kita tiba di pembentukan Bumi, lebih dari 9 miliar tahun telah berlalu sejak Big Bang pertama kali terjadi. Sangat tidak masuk akal untuk menganggap bahawa Alam Semesta memerlukan sepanjang masa itu untuk mewujudkan keadaan yang diperlukan untuk kebiasaan. Apabila kita melihat resipi untuk dihuni, mereka mungkin berasal lebih awal. Bahan-bahan untuk hidup adalah sebahagian daripada teka-teki, tetapi itu bukan keseluruhan cerita. Kita harus pergi lebih dalam untuk membentuk planet yang dapat dihuni.

Sebilangan atom dan molekul dijumpai di angkasa di awan Magellanic, seperti yang dicitrakan oleh Teleskop Angkasa Spitzer. Penciptaan unsur-unsur berat, molekul organik, air, dan planet berbatu semuanya diperlukan untuk kita mempunyai peluang untuk berlaku. (NASA / JPL-CALTECH / T. PYLE (SSC / CALTECH))

Perkara pertama yang anda perlukan adalah jenis bintang yang betul. Mungkin ada macam-macam senario di mana planet dapat bertahan di sekitar bintang yang aktif dan ganas, dan tetap dapat dihuni walaupun ada permusuhan. Bintang kerdil merah, seperti Proxima Centauri, mungkin memancarkan suar dan berisiko melepaskan atmosfer planet yang berpotensi dihuni, tetapi tidak ada alasan bahawa medan magnet, atmosfer yang tebal, dan kehidupan yang cukup pintar untuk berlindung semasa peristiwa yang begitu sengit semoga semuanya bergabung untuk menjadikan dunia seperti ini dapat dihuni secara berterusan.

Tetapi jika bintang anda terlalu pendek, kebiasaan tidak mungkin. Bintang generasi pertama, yang dikenali sebagai bintang Populasi III, gagal dalam akaun ini. Kita memerlukan bintang sekurang-kurangnya mengandungi beberapa logam (unsur berat di luar helium), atau mereka tidak akan hidup cukup lama agar planet menjadi ramah hidup, yang sudah menempatkan kita sekitar 250 juta tahun setelah Big Bang.

Bintang dan galaksi pertama di Alam Semesta akan dikelilingi oleh atom neutral (kebanyakannya) gas hidrogen, yang menyerap cahaya bintang. Jisim besar dan suhu tinggi bintang-bintang awal ini membantu mengionkan Alam Semesta, tetapi tanpa unsur berat, kehidupan dan planet yang berpotensi dapat dihuni sama sekali tidak mungkin. (NICOLE RAGER FULLER / NASIONAL SAINS FOUNDATION)

Dengan andaian kita dapat membentuk bintang dengan jisim yang cukup rendah sehingga mereka dapat terus membakar selama berbilion tahun, bahan seterusnya yang kita perlukan adalah jenis planet yang tepat. Sejauh kita memahami kehidupan, itu bermaksud dunia memerlukan:

  • kecerunan tenaga, di mana ia mempunyai input tenaga yang tidak seragam,
  • kemampuan mengekalkan suasana yang cukup besar,
  • air cair dalam beberapa bentuk di permukaan,
  • dan bahan-bahan mentah yang tepat sehingga kehidupan, dengan pertimbangan keadaan yang tepat, dapat bertahan dan berkembang maju.

Planet berbatu dengan ukuran yang cukup besar, terbentuk dengan ketumpatan atmosfera yang tepat, dan mengorbit dunianya pada jarak yang tepat, mempunyai peluang. Memandangkan semua planet yang mungkin terbentuk di sekitar bintang baru dan bilangan bintang astronomi yang terbentuk di setiap galaksi, tiga syarat pertama ini mudah dipenuhi.

30 cakera protoplanet, atau proplyd, seperti yang digambarkan oleh Hubble di Orion Nebula. Membentuk bintang dengan planet berbatu di sekitarnya agak mudah, tetapi membentuk bintang dengan keadaan seperti Bumi dengan cara halus tetapi penting jauh lebih mencabar. (NASA / ESA DAN L. RICCI (ESO))

Mengelilingi bintang akan memberikan kecerunan tenaga, seperti mengorbit planet, memiliki bulan besar, atau hanya aktif secara geologi. Sama ada dari input solar atau aktiviti hidroterma / panas bumi, input tenaga yang tidak seragam adalah mudah. Dengan cukup banyak unsur karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, dan beberapa unsur lain, atmosfera yang besar akan membolehkan air cair di permukaan. Planet dengan keadaan ini semestinya wujud pada masa Alam Semesta baru berusia 300 juta tahun.

Ilustrasi cakera protoplanet, di mana planet-planet dan planet-planet membentuk pertama, mewujudkan 'jurang' dalam cakera ketika mereka melakukannya. Cakera luar menyediakan bahan yang akhirnya menghasilkan mantel, kerak, atmosfer dan lautan planet seperti kita. Dibutuhkan banyak generasi bintang untuk sampai ke sistem planet yang dapat memiliki planet seperti Bumi dengan tahap kelimpahan elemen berat yang tepat untuk menyokong kehidupan-seperti-kita-tahu-itu. (NAOJ)

Tetapi halangan utama yang harus diatasi di sini adalah memiliki cukup unsur-unsur yang lebih berat ini untuk kehidupan-seperti-kita-tahu-di jadual berkala. Dan itu memerlukan lebih banyak masa daripada hanya untuk membuat planet berbatu dengan keadaan fizikal yang betul.

Sebab anda memerlukan unsur-unsur ini adalah untuk membolehkan tindak balas biokimia yang tepat yang kita perlukan untuk menjalani proses kehidupan. Di lokasi di pinggir galaksi besar, mungkin memerlukan berbilion tahun untuk generasi bintang yang cukup untuk hidup dan mati untuk mencapai jumlah yang diperlukan.

Hubungan antara tempat bintang berada di Bima Sakti dan keasliannya, atau adanya unsur berat. Bintang dalam jarak kira-kira 3000 tahun cahaya dari cakera pusat Bima Sakti, dalam jarak jarak berpuluh-puluh ribu tahun cahaya, mempunyai banyak unsur berat seperti Sistem Suria. Tetapi sebelumnya dalam sejarah Alam Semesta, anda harus pergi lebih dekat ke pusat galaksi galaksi lingkaran atau di lokasi aliran masuk elips yang sangat maju untuk mencari tahap elemen berat seperti itu. (KOLABORASI ZELJKO IVEZIK / UNIVERSITI WASHINGTON / SDSS-II)

Tetapi di hati galaksi, di mana pembentukan bintang sering terjadi, berterusan, dan keluar dari sisa-sisa kitar semula supernova, nebula planet, dan penggabungan bintang neutron generasi sebelumnya, kelimpahan itu dapat meningkat dengan cepat. Walaupun di galaksi kita sendiri, kluster globular Messier 69 mencapai sehingga 22% kandungan unsur berat Matahari kita pada masa Alam Semesta baru berusia 700 juta tahun.

Kluster globular Messier 69 sangat luar biasa kerana kedua-duanya sangat tua, pada hanya 5% zaman semesta ini, tetapi juga mempunyai kandungan logam yang sangat tinggi, pada 22% logam dari Matahari kita. (ARKIB HUBBLE LEGACY (NASA / ESA / STSCI), VIA HST / WIKIMEDIA PENGGUNA FABIAN RRRR)

Pusat galaksi, bagaimanapun, adalah tempat yang agak sukar untuk planet ini dianggap dapat dihuni di luar keraguan yang munasabah. Di mana sahaja anda mempunyai bintang yang terus menerus terbentuk, anda mempunyai banyak bunga api kosmik yang menakjubkan. Letupan sinar gamma, supernova, pembentukan lubang hitam, kuarsar, dan awan molekul yang runtuh menjadikan persekitaran yang, paling baik, adalah bahaya bagi kehidupan untuk muncul dan bertahan.

Untuk memiliki persekitaran di mana kita dengan yakin dapat menyatakan bahawa kehidupan timbul dan memelihara dirinya sendiri, kita memerlukan proses ini tiba-tiba berakhir. Kita memerlukan sesuatu untuk menghentikan pembentukan bintang, yang seterusnya meletakkan kibosh pada aktiviti yang paling mengancam kebiasaan di dunia. Inilah sebabnya mengapa planet paling awal yang dapat didiami paling mapan mungkin tidak berada di galaksi seperti kita, tetapi di galaksi merah dan mati yang berhenti membentuk bintang berbilion tahun yang lalu.

Kumpulan galaksi, seperti Abell 1689, adalah struktur terikat terbesar di Alam Semesta. Apabila lingkaran bergabung, misalnya, sebilangan besar bintang baru terbentuk, tetapi sama ada selepas penggabungan atau dengan mempercepat media intra-kluster, gas dapat dicabut, sehingga akhir pembentukan bintang. (NASA, ESA, E. JULLO (JET PROPULSION LABORATORY), P. NATARAJAN (YALE UNIVERSITY), DAN J.-P. KNEIB (LABORATOIRE D'ASTROPHYSIQUE DE MARSEILLE, CNRS, FRANCE))

Ketika kita melihat galaksi hari ini, sekitar 99.9% daripadanya masih mempunyai populasi gas dan debu di dalamnya, yang akan membawa kepada generasi bintang baru dan pembentukan bintang yang berterusan dan berterusan. Tetapi kira-kira 1 dalam 1000 galaksi berhenti membentuk bintang baru kira-kira 10 bilion tahun yang lalu atau lebih. Apabila bahan bakar luaran mereka habis, yang mungkin berlaku setelah penggabungan galaksi besar, bencana bintang tiba-tiba berakhir. Tanpa bintang baru yang terbentuk, bintang yang lebih besar dan biru hanya akan mengakhiri hidup mereka apabila kehabisan bahan bakar, menjadikan bintang yang lebih sejuk dan merah sebagai satu-satunya yang masih hidup. Galaksi-galaksi ini, hari ini, dikenali sebagai galaksi "merah dan mati", kerana semua bintang mereka stabil, tua, dan tidak terganggu oleh keganasan yang ditimbulkan oleh pembentukan bintang baru.

Salah satunya, galaksi NGC 1277, bahkan boleh ditemui di halaman belakang kosmik relatif kita.

Galaksi 'merah-dan-mati' NGC 1277 dijumpai di dalam kelompok Perseus. Walaupun galaksi lain mengandungi campuran bintang merah dan biru, galaksi ini belum membentuk bintang baru dalam lebih kurang 10 bilion tahun. (NASA, ESA, M. BEASLEY (INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS), dan P. KEHUSMAA)

Resipi untuk planet yang boleh dihuni, paling awal mungkin

  • membentuk bintang dengan cepat,
  • lagi dan lagi,
  • di kawasan galaksi besar yang sangat padat,
  • diikuti dengan penggabungan besar,
  • mengakibatkan letupan bintang yang besar,
  • diikuti dengan berakhirnya pembentukan bintang secara tiba-tiba yang berterusan untuk masa depan yang tidak terbatas.

Ini dapat membuat kita mencapai bintang dan planet dengan kelimpahan unsur berat seperti Matahari dalam lebih dari satu miliar tahun, di mana pembentukan bintang berakhir pada waktu Alam Semesta hanya teduh di bawah dua miliar tahun.

Arp 116, didominasi oleh Messier elips elips 60. Tanpa populasi gas yang besar untuk membentuk bintang baru, bintang-bintang yang sudah ada di dalam galaksi akhirnya akan terbakar, tidak banyak yang dapat menerangi langit di belakang. Galaksi elips kaya logam yang kehabisan bahan bakar paling cepat mungkin merupakan tempat terbaik untuk mencari planet yang dapat dihuni pertama yang muncul di Alam Semesta. (NASA / ESA HUBBLE SPACE TELESCOPE)

Ini adalah anggaran yang sangat pesat dan optimis, tetapi terdapat kira-kira dua trilion galaksi di Alam Semesta hari ini, dan oleh itu galaksi yang merupakan keanehan kosmik dan penyimpang statistik seperti ini pasti ada. Satu-satunya soalan yang tinggal adalah banyaknya, kemungkinan, dan skala masa. Kehidupan mungkin timbul di Alam Semesta sebelum ambang miliar tahun tercapai, tetapi dunia yang berterusan dan dapat dihuni adalah pencapaian yang jauh lebih besar daripada kehidupan yang hanya timbul.

Pada waktunya Alam Semesta adalah tempat teduh di bawah dua miliar tahun - hanya 13–14% dari usia sekarang - kita semestinya mempunyai galaksi di dalamnya dengan bintang-bintang seperti Matahari, planet-planet seperti Bumi, dan tidak ada yang menghalang kehidupan daripada timbul atau bertahan. Bahan-bahan untuk hidup mesti ada. Syarat untuk hidup-seperti-kita-tahu-semestinya ada. Satu-satunya langkah yang tersisa adalah satu sains yang sendiri belum tahu bagaimana mengambilnya: dari keadaan dan bahan yang betul untuk kehidupan hingga organisma hidup yang sebenarnya.

Bacaan selanjutnya mengenai alam semesta ketika:

  • Seperti apa ketika Alam Semesta melambung?
  • Seperti apa ketika Big Bang pertama kali bermula?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta paling panas?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta pertama kali mencipta lebih banyak bahan daripada antimateri?
  • Bagaimana rasanya ketika Higgs memberikan massa kepada Alam Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika pertama kali membuat proton dan neutron?
  • Bagaimana rasanya ketika kita kehilangan antimateri terakhir kita?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat elemen pertama?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta pertama kali membuat atom?
  • Bagaimana rasanya ketika tidak ada bintang di Alam Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika bintang-bintang pertama mula menerangi Alam Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika bintang pertama mati?
  • Bagaimana rasanya ketika Universe membuat bintang generasi kedua?
  • Bagaimana rasanya ketika Alam Semesta membuat galaksi pertama?
  • Bagaimana rasanya ketika cahaya bintang pertama kali menerobos atom-atom neutral Alam Semesta?
  • Bagaimana rasanya ketika lubang hitam supermasif pertama terbentuk?
  • Bagaimana rasanya ketika kehidupan di Alam Semesta menjadi mungkin?
  • Bagaimana rasanya ketika galaksi membentuk bilangan bintang yang paling banyak?

Bermula Dengan Bang kini ada di Forbes, dan diterbitkan semula di Medium terima kasih kepada penyokong Patreon kami. Ethan telah mengarang dua buku, Beyond The Galaxy, dan Treknology: The Science of Star Trek dari Tricorder hingga Warp Drive.