Ketika datang untuk mencari dunia yang dapat mendukung kehidupan ekstra-terestrial, para ilmuwan saat ini bergantung pada pendekatan "buah tergantung rendah". Karena kita hanya mengetahui satu set kondisi di mana kehidupan dapat berkembang - yaitu apa yang kita miliki di Bumi - masuk akal untuk mencari dunia yang memiliki kondisi yang sama. Ini termasuk berada dalam zona layak huni bintang, memiliki atmosfer yang stabil, dan mampu mempertahankan air cair di permukaan.
Sampai sekarang, para ilmuwan mengandalkan metode yang membuatnya sangat sulit untuk mendeteksi uap air di atmosfer planet terestrial. Tetapi berkat sebuah studi baru yang dipimpin oleh Yuka Fujii dari Goddard Institute for Space Studies (GISS) NASA, itu mungkin akan berubah. Menggunakan model tiga dimensi baru yang memperhitungkan pola sirkulasi global, penelitian ini juga menunjukkan bahwa exoplanet yang dapat dihuni mungkin lebih umum daripada yang kita duga.
Studi tersebut, berjudul "Atmosfer Atas Lembab yang digerakkan NIR dari Exoplanet Terestrial yang Berputar Secara Sinkron", baru-baru ini muncul di Jurnal Astrofisika. Selain Dr. Fujii, yang juga anggota Earth-Life Science Institute di Tokyo Institute of Technology, tim peneliti termasuk Anthony D. Del Genio (GISS) dan David S. Amundsen (GISS dan Universitas Columbia).
Sederhananya, air cair sangat penting bagi kehidupan seperti yang kita tahu. Jika sebuah planet tidak memiliki atmosfer yang cukup hangat untuk mempertahankan air cair di permukaannya untuk jangka waktu yang cukup (dalam urutan miliaran tahun), maka tidak mungkin kehidupan akan dapat muncul dan berevolusi. Jika sebuah planet terlalu jauh dari bintangnya, air permukaannya akan membeku; jika terlalu dekat, air permukaannya akan menguap dan hilang ke angkasa.
Sementara air telah terdeteksi di atmosfer planet ekstrasurya sebelumnya, dalam semua kasus, planet-planet itu adalah raksasa gas raksasa yang mengorbit sangat dekat dengan bintang-bintang mereka. (alias. "Jupiters Panas"). Seperti Fujii dan rekan-rekannya nyatakan dalam studi mereka:
"Meskipun tanda tangan H2O telah terdeteksi di atmosfer Jupiters yang panas, mendeteksi tanda tangan molekuler, termasuk H2O, pada planet-planet terestrial beriklim sangat menantang, karena jari-jari planet kecil dan tinggi skala kecil (karena suhu yang lebih rendah dan kemungkinan rata-rata lebih besar) berat molekul)."
Ketika datang ke exoplanet terestrial (mis. Berbatu), penelitian sebelumnya terpaksa mengandalkan model satu dimensi untuk menghitung keberadaan air. Ini terdiri dari pengukuran kehilangan hidrogen, di mana uap air di stratosfer dipecah menjadi hidrogen dan oksigen dari paparan radiasi ultraviolet. Dengan mengukur laju hilangnya hidrogen ke ruang angkasa, para ilmuwan akan memperkirakan jumlah air cair yang masih ada di permukaan.
Namun, seperti yang dijelaskan oleh Dr. Fujii dan rekan-rekannya, model-model semacam itu bergantung pada beberapa asumsi yang tidak dapat diatasi, yang meliputi pengangkutan global uap panas dan uap air, serta efek dari awan. Pada dasarnya, model-model sebelumnya meramalkan bahwa agar uap air mencapai stratosfer, suhu permukaan jangka panjang pada planet ekstrasurya ini harus lebih dari 66 ° C (150 ° F) lebih tinggi daripada yang kita alami di Bumi.
Temperatur ini bisa menciptakan badai konvektif yang kuat di permukaan. Namun, badai ini tidak bisa menjadi alasan mengapa air mencapai stratosfer ketika datang untuk perlahan-lahan memutar planet memasuki keadaan rumah kaca yang lembab - di mana uap air mengintensifkan panas. Planet-planet yang mengorbit dekat dengan bintang induknya diketahui memiliki rotasi lambat atau terkunci secara tidal dengan planet-planet mereka, sehingga membuat badai konvektif tidak mungkin terjadi.
Hal ini sering terjadi pada planet terestrial yang terletak di sekitar bintang bermassa rendah, sangat dingin, tipe-M (kurcaci merah). Untuk planet-planet ini, kedekatannya dengan bintang induknya berarti bahwa pengaruh gravitasinya akan cukup kuat untuk memperlambat atau sepenuhnya menghentikan rotasi mereka. Ketika ini terjadi, awan tebal terbentuk di siang hari planet ini, melindunginya dari banyak cahaya bintang.
Tim menemukan bahwa, sementara ini bisa menjaga hari tetap dingin dan mencegah uap air naik, jumlah radiasi Infra merah dekat (NIR) dapat memberikan cukup panas untuk menyebabkan sebuah planet memasuki keadaan rumah kaca yang lembab. Hal ini terutama berlaku untuk tipe-M dan bintang katai keren lainnya, yang diketahui menghasilkan lebih banyak di jalan NIR. Saat radiasi ini menghangatkan awan, uap air akan naik ke stratosfer.
Untuk mengatasinya, Fujii dan timnya mengandalkan model sirkulasi umum tiga dimensi (GCM) yang menggabungkan sirkulasi atmosfer dan heterogenitas iklim. Demi model mereka, tim memulai dengan sebuah planet yang memiliki atmosfer mirip Bumi dan seluruhnya tertutupi oleh lautan. Ini memungkinkan tim untuk melihat dengan jelas bagaimana variasi jarak dari berbagai jenis bintang akan mempengaruhi kondisi permukaan planet.
Asumsi ini memungkinkan tim untuk melihat dengan jelas bagaimana mengubah jarak orbital dan jenis radiasi bintang yang mempengaruhi jumlah uap air di stratosfer. Fujii menjelaskan dalam siaran pers NASA:
"Menggunakan model yang lebih realistis mensimulasikan kondisi atmosfer, kami menemukan proses baru yang mengontrol kelayakhunian planet ekstrasurya dan akan memandu kami dalam mengidentifikasi calon untuk studi lebih lanjut ... Kami menemukan peran penting untuk jenis radiasi yang dipancarkan bintang dan efeknya. memiliki sirkulasi atmosfer sebuah planet ekstrasurya dalam membuat kondisi rumah kaca yang lembab. "
Pada akhirnya, model baru tim menunjukkan bahwa karena bintang bermassa rendah memancarkan sebagian besar cahaya mereka pada panjang gelombang NIR, keadaan rumah kaca yang lembab akan menghasilkan planet yang mengorbit dengan sangat dekat. Ini akan menghasilkan kondisi pada permukaannya yang sebanding dengan apa yang dialami Bumi di daerah tropis, di mana kondisinya panas dan lembab, bukannya panas dan kering.
Terlebih lagi, model mereka menunjukkan bahwa proses yang didorong NIR meningkatkan kelembaban di stratosfer secara bertahap, ke titik di mana planet ekstrasurya yang mengorbit lebih dekat dengan bintang-bintang mereka dapat tetap dihuni. Pendekatan baru ini untuk menilai kemungkinan kelayakhunaan akan memungkinkan para astronom untuk mensimulasikan sirkulasi atmosfer planet dan fitur khusus dari sirkulasi itu, yang tidak dapat dilakukan oleh model satu dimensi.
Di masa depan, tim berencana untuk menilai bagaimana variasi dalam karakteristik planet - seperti gravitasi, ukuran, komposisi atmosfer, dan tekanan permukaan - dapat memengaruhi sirkulasi uap air dan kelayakhunian. Ini akan, bersama dengan model 3 dimensi mereka yang memperhitungkan pola sirkulasi planet, memungkinkan para astronom menentukan potensi kelayakhunian planet-planet yang jauh dengan akurasi yang lebih besar. Seperti yang ditunjukkan Anthony Del Genio:
"Selama kita mengetahui suhu bintang, kita dapat memperkirakan apakah planet yang dekat dengan bintang mereka berpotensi berada dalam keadaan rumah kaca yang lembab. Teknologi saat ini akan didorong hingga batasnya untuk mendeteksi sejumlah kecil uap air di atmosfer planet ekstrasurya. Jika ada cukup air untuk dideteksi, itu mungkin berarti planet ini dalam keadaan rumah kaca yang lembab. "
Selain menawarkan kepada para astronom metode yang lebih komprehensif untuk menentukan kelayakhunian planet ekstrasurya, penelitian ini juga merupakan kabar baik bagi para pemburu planet ekstrasurya yang berharap menemukan planet yang dapat dihuni di sekitar bintang tipe-M. Bintang bermassa rendah, sangat dingin, dan bertipe M adalah bintang yang paling umum di alam semesta, terhitung sekitar 75% dari semua bintang di Bima Sakti. Mengetahui bahwa mereka dapat mendukung planet ekstrasurya yang dapat dihuni sangat meningkatkan kemungkinan menemukannya.
Selain itu, penelitian ini SANGAT kabar baik mengingat serentetan penelitian baru-baru ini yang telah menimbulkan keraguan serius pada kemampuan bintang-bintang tipe-M untuk meng-host planet yang dapat dihuni. Penelitian ini dilakukan sebagai tanggapan terhadap banyak planet terestrial yang telah ditemukan di sekitar kerdil merah terdekat dalam beberapa tahun terakhir. Apa yang mereka ungkapkan adalah bahwa, secara umum, bintang katai merah mengalami terlalu banyak suar dan dapat melucuti planet mereka masing-masing dari atmosfer mereka.
Ini termasuk sistem 7-planet TRAPPIST-1 (tiga di antaranya berada di zona layak huni bintang) dan planet ekstrasurya terdekat dengan Tata Surya, Proxima b. Banyaknya planet mirip Bumi yang ditemukan di sekitar bintang tipe-M, ditambah dengan kelas umur panjang alami bintang ini, telah mendorong banyak orang di komunitas astrofisika untuk berspekulasi bahwa bintang katai merah mungkin tempat yang paling mungkin untuk menemukan exoplanet yang layak huni.
Dengan penelitian terbaru ini, yang menunjukkan bahwa planet-planet ini bisa dihuni, bagaimanapun, tampaknya bola secara efektif kembali ke pengadilan mereka!
