UKURAN PLANET JUGA PENTING UNTUK DAPAT DIHUNI KEMBALI.

Send

Agar dianggap layak huni, sebuah planet perlu memiliki air cair. Sel, unit terkecil kehidupan, membutuhkan air untuk menjalankan fungsinya. Agar air cair ada, suhu planet perlu benar. Tapi bagaimana dengan ukuran planet ini?

Tanpa massa yang cukup, sebuah planet tidak akan memiliki gravitasi yang cukup untuk menahan airnya. Sebuah studi baru mencoba memahami bagaimana ukuran memengaruhi kemampuan planet untuk menahan airnya, dan akibatnya, kelayakhuniannya.

Masalah apa yang membuat planet ini layak huni adalah perdebatan yang sedang berlangsung. Tidak hanya untuk exoplanet, tetapi untuk beberapa bulan di masa depan Tata Surya kita. Para ilmuwan memiliki ide yang cukup bagus tentang berapa banyak energi yang dibutuhkan planet dari bintangnya untuk mempertahankan air cair. Itu menimbulkan gagasan populer tentang "Goldilocks Zone," atau zona layak huni yang mengelilingi, kisaran kedekatan yang tidak terlalu dekat atau terlalu jauh dari bintang untuk air cair untuk bertahan di sebuah planet.

Dengan pencarian planet ekstrasurya di zona layak huni, dan saat kita mendapatkan teleskop dan teknik yang lebih baik untuk mempelajari planet ekstrasurya secara lebih rinci, para ilmuwan membutuhkan lebih banyak kendala pada planet apa yang harus dihabiskan untuk mengamati sumber daya. Seperti yang ditunjukkan makalah ini, massa planet bisa menjadi filter yang bermanfaat.

Makalah baru ini berjudul "Evolusi Atmosfer di Dunia Air dengan Gravitasi Rendah." Itu diterbitkan dalam The Astrophysical Journal. Penulis utama adalah Constantin W. Arnscheidt, seorang Mahasiswa Lulusan di MIT.

Untuk mempertahankan air cair di permukaannya, dan suatu atmosfer, sebuah planet ekstrasurya atau sebuah exomoon harus memiliki massa yang cukup, jika tidak maka air dan atmosfer akan hanyut ke ruang angkasa. Dan itu harus menahan airnya cukup lama agar kehidupan muncul. Para astronom menggunakan angka rata-rata satu miliar tahun untuk itu terjadi.

"Ketika orang berpikir tentang tepi dalam dan luar dari zona layak huni, mereka cenderung hanya memikirkannya secara spasial, yang berarti seberapa dekat planet ini dengan bintang," kata Constantin Arnscheidt, penulis pertama makalah ini. “Tapi sebenarnya, ada banyak variabel lain yang bisa ditinggali, termasuk massa. Menetapkan batas bawah untuk kelayakhunian dalam hal ukuran planet memberi kita kendala penting dalam perburuan berkelanjutan kita untuk exoplanet dan exomoons yang dapat dihuni.

Ukuran dan jangkauan zona layak huni tergantung pada bintang. Bintang yang lebih kecil, kurang energik seperti katai merah menciptakan zona layak huni yang lebih dekat dengan dirinya daripada bintang yang lebih besar seperti Matahari kita. Ini dipahami dengan baik. Jika sebuah planet terlalu jauh dari bintang, air membeku. Terlalu dekat, dan efek rumah kaca yang tak terkendali terjadi, dan air berubah menjadi uap, dan bisa mendidih ke luar angkasa.

Tetapi untuk planet kecil, bermassa rendah, masih banyak yang terjadi. Mereka mungkin bisa menolak efek rumah kaca yang tak terkendali.

Saat planet bermassa rendah menghangat, atmosfer mengembang. Itu menjadi lebih besar relatif terhadap ukuran planet yang mengelilinginya. Itu memiliki dua efek: peningkatan ukuran permukaan berarti atmosfer dapat menyerap lebih banyak energi daripada biasanya, dan juga dapat memancarkan lebih banyak energi daripada sebelumnya.

Hasil keseluruhan dari ini, menurut para peneliti, adalah bahwa atmosfer yang diperluas menghentikan efek rumah kaca yang tak terkendali, dan mereka dapat mempertahankan air cairan permukaannya. Ini berarti mereka dapat lebih dekat dengan bintang mereka tanpa kehilangan air, sehingga memperluas zona Goldilocks untuk exoplanet yang lebih kecil.

Ada batasan tentu saja. Jika sebuah planet bermassa rendah terlalu kecil, ia tidak akan memiliki gravitasi yang cukup, dan atmosfer akan dilucuti, dan airnya akan dilepaskan begitu saja, atau membeku di permukaan. Itu berarti prospek kehidupannya redup. Para peneliti mengatakan ada batas bawah kritis bagi sebuah planet untuk dapat dihuni. Itu berarti bahwa tidak hanya ada pita kedekatan dengan bintang yang menentukan kelayakhunian planet, ada batas ukuran.

Sederhananya, sebuah planet bisa terlalu kecil untuk dapat dihuni, bahkan jika itu berada di zona Goldilocks.

Ukuran kritis itu, menurut Arnscheidt dan penulis penelitian lainnya, adalah 2,7 persen massa Bumi. Mereka mengatakan bahwa lebih kecil dari itu, dan planet ini tidak akan mampu mempertahankan atmosfer dan airnya cukup lama agar kehidupan dapat muncul. Untuk konteks, Bulan adalah 1,2 persen dari massa Bumi, dan Merkurius adalah 5,53 persen.

Para peneliti menggunakan planet mirip komet sebagai contoh. Komet memiliki banyak air, yang disublimasikan ketika mereka mendekati Matahari. Tetapi mereka tidak memiliki massa yang diperlukan untuk menahan uap itu, dan mereka tidak pernah bisa membentuk atmosfer. Airnya hilang ke angkasa. Jadi sebuah planet yang terlalu kecil, bahkan jika memiliki banyak air, tidak akan pernah bisa menahannya.

Para peneliti menggunakan model untuk memperkirakan zona layak huni planet bermassa rendah di sekitar dua jenis bintang yang berbeda: tipe M, atau bintang katai merah, dan bintang tipe G seperti Matahari.

Mereka juga mungkin telah memecahkan pertanyaan lama tentang kelayakhunian di Tata Surya kita. Bulan-bulan Jupiter, Ganymede, Callisto, dan Europa semuanya memiliki banyak air cair, terperangkap di bawah lapisan es. Para astronom bertanya-tanya apakah mereka akan layak huni ketika Matahari memancarkan lebih banyak energi pada titik tertentu di masa depan bintangnya. Tetapi menurut karya penulis, mereka tidak memiliki massa untuk menahan air itu, bahkan jika mereka menjadi cukup hangat. Ganymede mendekati, dengan massa Bumi 2,5%, tetapi cukup kecil untuk menjadi "seperti komet" dan kehilangan semua airnya ke ruang angkasa.

"Dunia air bermassa rendah adalah kemungkinan yang menarik dalam pencarian kehidupan, dan makalah ini menunjukkan betapa berbedanya perilaku mereka dibandingkan dengan planet-planet mirip Bumi," kata Robin Wordsworth, Associate Professor Ilmu Lingkungan dan Rekayasa Lingkungan di LAUT dan penulis senior studi ini. "Setelah pengamatan untuk kelas objek ini menjadi mungkin, akan menarik untuk mencoba menguji prediksi ini secara langsung."

Para peneliti membuat beberapa asumsi yang diperlukan dalam pekerjaan mereka. Mereka berasumsi bahwa atmosfir dunia rendah-massa mereka adalah uap air murni. Mereka juga mengasumsikan bahwa air itu tetap pada 40% dari massa planet. Mereka juga mengabaikan faktor-faktor tertentu lainnya, seperti siklus CO2, penutupan awan, dan kimia lautan. Ada terlalu banyak variabel untuk dimodelkan dalam tahap ini pekerjaan mereka.

Para penulis juga membahas gagasan tentang exomoons yang dapat dihuni daripada exoplanet. Dapat dibayangkan bahwa di tata surya lain, bulan mungkin lebih mungkin dihuni daripada planet. Dalam hal itu, faktor-faktor lain ikut berperan, seperti kekuatan pasang surut. Itu bisa benar terutama di sekitar bintang tipe M, atau katai merah. Itu karena zona habitasi bintang keliling di sekitar bintang-bintang berenergi rendah ini sudah lebih dekat dengan bintang daripada di sekitar bintang tipe-G seperti Matahari kita. Gabungan gaya gravitasi dari eksomun, planetnya, dan bintangnya mungkin menghilangkan kelayakhunaan sama sekali.

Mereka juga mengakui beberapa dari berbagai faktor lain yang mempengaruhi kelayakhunian. Misalnya, meskipun bulan-bulan seperti Ganymede mungkin terlalu kecil untuk dapat dihuni dalam model mereka, mereka mungkin sangat hidup di samudera bawah permukaan mereka, di mana air dicegah agar tidak keluar oleh lapisan es yang tebal.

Ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan sehubungan dengan menentukan kelayakhunian. Seperti yang dikatakan penulis dalam makalah mereka, "Pekerjaan lebih lanjut dapat mempertimbangkan model pelarian hidrodinamik yang lebih rumit." Ada lebih banyak variasi dan kompleksitas dalam planet ekstrasurya daripada yang kita tahu sekarang, tetapi penelitian ini mulai membahas beberapa di antaranya.