Ilmuwan Temukan Mekanisme Baru Pembentukan Oksigen di Atmosfer Kaya Karbon Dioksida

PARA ilmuwan telah menemukan cara baru bagaimana oksigen dapat terbentuk di atmosfer kaya karbon dioksida (CO2) di dunia-dunia di luar Bumi. Penemuan itu menantang asumsi tentang bagaimana kita seharusnya mencari kehidupan di planet lain, dan mungkin juga tentang asal-usul kehidupan itu sendiri.

“Sebagian besar pencarian kehidupan, atau tanda-tanda kehidupan, di planet lain sebenarnya membuktikan bahwa apa yang kita amati dapat dihasilkan melalui cara-cara yang tidak memerlukan kehidupan,” kata David Benoit, seorang dosen senior dalam Fisika Molekuler dan Astrokimia di Universitas Hull, yang tidak terlibat dalam studi ini, kepada Space.com. “Studi ini menunjukkan jalur lain untuk menghasilkan oksigen molekuler yang sebelumnya tidak selalu dianggap layak.”

Sebelum lonjakan besar oksigen atmosfer (O2) di Bumi selama Peristiwa Oksidasi Besar sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu, atmosfer primitif planet kita didominasi karbon dioksida (CO2) dengan hanya sedikit oksigen.

Baca juga : Hubungan Partikel dengan Atom dan Molekul dalam Benda

“Molekul O2 tersebut diproduksi secara eksklusif melalui proses abiotik [non-biologis],” tulis tim peneliti yang dipimpin oleh Shan Xi Tian dan Jie Hu dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok.

Tian dan Hu mengatakan mereka terpesona dengan bagaimana oksigen atmosfer primitif ini terbentuk, melaporkan mekanisme baru melalui mana hal itu bisa terjadi.

Lainnya, sementara itu, mengusulkan pembentukan oksigen melalui mekanisme seperti reaksi “rekombinasi tiga tubuh” dari dua atom oksigen atau disosiasi CO2 di bawah sinar ultraviolet. Beberapa orang juga percaya bahwa zat ini bisa terbentuk melalui reaksi spesifik dengan elektron. 

Baca juga : Europa: Bulan Jupiter yang Menyimpan Potensi Produksi Oksigen

"Namun, kami menemukan jalur yang sangat berbeda untuk menghasilkan O2 dari CO2 molekuler," kata Tian kepada Space.com. "Yaitu, melalui reaksi ion helium [He+] dengan CO2."

Sebagian besar ion helium diproduksi ketika partikel alfa dalam angin matahari berinteraksi dengan molekul di atmosfer atas, menciptakan partikel bermuatan yang dikenal sebagai ion yang kemudian bereaksi dengan CO2 yang bisa membentuk O2. “Reaksi ini seharusnya diamati di atmosfer atas Mars, karena banyak ion He+ (karena angin matahari) dan CO2 ada di sana,” jelas Hu.

Namun, meskipun reaksi-reaksi ini telah dikonfirmasi menghasilkan berbagai ion, seperti O+, O2+, dan CO2+ di ionosfer Mars, masih belum ada bukti yang menunjukkan O2 terbentuk dengan cara ini.

Baca juga : Ilmuwan Temukan Sumber Energi Spektakuler di Bawah Bumi

Untuk membuktikan teori mereka, para ilmuwan menggunakan spektrometri massa waktu-terbang (TOF), sebuah teknik yang menentukan rasio massa terhadap muatan ion gas fase dengan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mereka menempuh jarak yang diketahui dalam instrumen yang disebut spektrometer. 

Metode ini mengandalkan prinsip ion, yang dipercepat medan listrik dengan kekuatan yang diketahui, memperoleh kecepatan berbeda tergantung pada rasio massa terhadap muatan mereka dan, oleh karena itu, mencapai detektor pada waktu yang berbeda.

Namun Hu dan Tian membawa ini lebih jauh, menggabungkan TOF dengan apa yang dikenal sebagai "alat berkas silang" dan "peta kecepatan ion" untuk mencoba menjelaskan mekanisme apa pun yang dapat menghasilkan oksigen molekuler. Dalam pengaturan ini, dua berkas partikel — CO2 dan He+ — bertemu di bawah kondisi terkontrol, memungkinkan reaksi terjadi di titik tabrakan.

Baca juga : Curiosity Temukan Harta Karun Sulfur Murni di Planet Mars

Produk yang dihasilkan terionisasi; rasio massa terhadap muatannya ditentukan berdasarkan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai detektor. Secara bersamaan, pemetaan kecepatan ion mencatat lintasan dan kecepatan ion, memberikan informasi rinci tentang energi mereka.

Secara keseluruhan, tim berhasil merekonstruksi jalur reaksi dan mendapatkan wawasan kritis tentang proses langkah-demi-langkah yang mengarah pada pembentukan oksigen dari dua bahan awal ini.

“Ini adalah temuan yang berguna yang menunjukkan tabrakan helium pada energi yang kita amati di angin matahari, dapat menghasilkan oksigen molekuler ketika bertemu dengan karbon dioksida,” kata Benoit. “Efisiensi proses ini tampaknya mirip dengan tabrakan karbon dioksida dengan elektron energi rendah, yang diselidiki beberapa tahun lalu oleh kelompok penelitian yang sama.”

Karena kehidupan di Bumi sangat terkait dengan konsentrasi oksigen, para ilmuwan telah lama mempelajari oksigen atmosfer sebagai penanda potensial kelayakhunian di dunia lain. Namun, penelitian ini menunjukkan oksigen juga dapat terbentuk melalui proses abiotik, atau proses yang tidak didasarkan pada organisme hidup. Oleh karena itu, jika mekanisme serupa beroperasi di planet lain dengan atmosfer kaya CO2, oksigen dapat ada bahkan tanpa kehidupan.

Namun, penemuan ini tidak berarti bahwa astronom akan terburu-buru menarik kesimpulan atau bahwa pencarian kehidupan di exoplanet akan terhalang oleh tanda biosignatur positif palsu.

Benoit menekankan bahwa cross-validation dengan model astrokimia dan pengamatan eksperimen akan memperkuat temuan ini. Misalnya, deteksi bersamaan dari karbon dioksida, helium, dan oksigen di sebuah exoplanet bisa memvalidasi jalur ini sebagai mekanisme signifikan untuk produksi oksigen molekuler.

“Mekanisme baru ini kemungkinan akan dimasukkan ke dalam model-model masa depan yang digunakan untuk memprediksi atmosfer planet-planet lain,” kata Benoit, “dan akan membantu kami menjelaskan dengan lebih baik jumlah oksigen yang mungkin kami temukan di sana.” (Space/Z-3)