Deteksi Air Cair Planet Ekstrasurya Melalui Bahan Kimia di Atmosfernya

Sebuah studi baru menunjukkan bagaimana bahan kimia di atmosfer planet ekstrasurya dalam beberapa kasus, dapat mengungkapkan apakah suhu di permukaannya terlalu panas untuk air cair atau tidak.

Di tata surya kita, planet-planet itu kecil dan berbatu (seperti Bumi) atau besar dan mengandung gas (seperti Neptunus). Namun di sekitar bintang lain, para astronom telah menemukan planet yang berada di antaranya, ini merupakan dunia yang sedikit lebih besar dari Bumi tetapi lebih kecil dari Neptunus. Planet-planet ini mungkin memiliki permukaan berbatu atau lautan air cair, tetapi sebagian besar, kemungkinan besar memiliki atmosfer yang berkali-kali lebih tebal daripada Bumi dan buram.

Dalam studi baru, yang dipublikasikan di Astrophysical Journal Letters pada 28 Oktober 2021 yang diberi judul Unveiling shrouded oceans on temperate sub-Neptunes via transit signatures of solubility equilibria vs. gas thermochemistry, para peneliti menunjukkan bagaimana kimia atmosfer tersebut dapat mengungkapkan petunjuk tentang apa yang ada di bawahnya, khususnya, planet mana yang terlalu panas untuk mendukung lautan air cair.

Dikarenakan air cair adalah bahan yang diperlukan untuk kehidupan seperti yang kita ketahui, maka teknik ini dapat membantu para ilmuwan dalam mempersempit pencarian mereka untuk planet ekstrasurya yang berpotensi layak huni, atau planet di luar tata surya kita yang bisa menjadi kandidat sebagai Bumi kedua. Sejauh ini, lebih dari 4.500 eksoplanet telah dikonfirmasi di galaksi kita, dengan lebih dari 7.700 kandidat yang belum dikonfirmasi, tetapi para ilmuwan memperkirakan bahwa ratusan miliar eksoplanet ada di galaksi kita.

Beberapa teleskop antariksa NASA yang telah dilengkapi dengan spektrometer dapat mengungkap susunan kimiawi atmosfer planet ekstrasurya. Profil kimia Bumi tidak akan dapat mengungkapkan gambar, katakanlah, sapi atau manusia di permukaan planet, tetapi akan menunjukkan karbon dioksida dan metana yang dihasilkan oleh mamalia, dan oksigen yang dihasilkan oleh pepohonan. Tak satu pun dari bahan kimia ini saja yang akan menjadi tanda kehidupan, tetapi dalam kombinasi mereka akan menunjukkan kemungkinan bahwa planet kita berpenghuni. Seperti itu penjelasannya.

Makalah baru menunjukkan bahan kimia mana yang mungkin mengarah ke lautan tersembunyi di planet ekstrasurya antara 1,7 dan 3,5 kali diameter Bumi. Karena Neptunus sekitar empat kali diameter Bumi, planet-planet ini kadang-kadang disebut "sub-Neptunus."

Atmosfer tebal di planet sub-Neptunus akan memerangkap panas di permukaan dan menaikkan suhu. Jika atmosfer mencapai ambang batas tertentu—biasanya sekitar 1.430 derajat Fahrenheit (770 derajat Celcius)—ia akan mengalami proses yang disebut kesetimbangan termokimia yang mengubah profil kimianya. Setelah kesetimbangan termokimia terjadi dan dengan asumsi atmosfer planet sebagian besar terdiri dari hidrogen, yang khas untuk planet ekstrasurya gas, maka karbon dan nitrogen sebagian besar akan berbentuk metana dan amonia.

Bahan kimia tersebut sebagian besar akan hilang di atmosfer yang lebih dingin dan lebih tipis di mana kesetimbangan termokimia belum terjadi. Dalam hal ini, bentuk dominan karbon dan nitrogen adalah karbon dioksida dan molekul dari dua atom nitrogen.

“Jika kita melihat tanda-tanda kesetimbangan termokimia, kita akan menyimpulkan bahwa planet ini terlalu panas untuk dihuni. Sebaliknya, jika kita tidak melihat tanda-tanda kesetimbangan termokimia dan juga melihat tanda-tanda gas yang larut dalam lautan cair-air, kita akan menganggapnya sebagai indikasi kuat kelayakhunian,” kata Renyu Hu, seorang peneliti di Jet Propulsion Laboratory NASA, yang memimpin penelitian tersebut.

“Kami tidak memiliki bukti pengamatan langsung untuk memberi tahu kami apa karakteristik fisik umum dari sub-Neptunus. Namun, banyak yang mungkin memiliki atmosfer hidrogen masif, tetapi beberapa masih bisa menjadi 'planet laut'. Saya harap makalah ini akan memotivasi lebih banyak pengamatan untuk segera mengetahuinya,” ujar Hu.

Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA, yang akan diluncurkan 18 Desember nanti, akan membawa spektrometer yang mampu mempelajari atmosfer planet ekstrasurya. Misi ini bertujuan untuk melihat atmosfer tersebut dan apa yang dapat mereka ungkapkan tentang dunia yang jauh ini.