Ketika mencari dunia yang dapat mendukung kehidupan di luar darat, para saintis saat ini bergantung pada pendekatan "buah gantung rendah". Oleh kerana kita hanya mengetahui satu keadaan di mana kehidupan dapat berkembang maju - iaitu apa yang kita miliki di Bumi - masuk akal untuk mencari dunia yang mempunyai keadaan yang sama. Ini termasuk terletak di dalam zon bintang yang dapat dihuni, mempunyai suasana yang stabil, dan dapat mengekalkan air cair di permukaan.
Sehingga kini, saintis bergantung pada kaedah yang menjadikannya sukar untuk mengesan wap air di planet darat di atmosfera. Tetapi berkat kajian baru yang diketuai oleh Yuka Fujii dari Institut Pengajian Angkasa Goddard (GISS) NASA, itu mungkin akan berubah. Dengan menggunakan model tiga dimensi baru yang mengambil kira corak peredaran global, kajian ini juga menunjukkan bahawa eksoplanet yang dapat dihuni mungkin lebih biasa daripada yang kita sangka.
Kajian yang berjudul "Atmosfer Atas Lembab yang Didorong oleh NIR dari Exoplanet Terestrial Berat Berat yang Berputar", baru-baru ini muncul di Jurnal Astrofizik. Selain Dr. Fujii, yang juga anggota Institut Sains Bumi-Kehidupan di Institut Teknologi Tokyo, pasukan penyelidik termasuk Anthony D. Del Genio (GISS) dan David S. Amundsen (GISS dan Columbia University).
Secara sederhana, air cair sangat penting untuk kehidupan seperti yang kita ketahui. Sekiranya sebuah planet tidak mempunyai atmosfer yang cukup hangat untuk mengekalkan air cair di permukaannya untuk jangka waktu yang cukup (mengikut urutan berbilion tahun), maka tidak mungkin kehidupan akan dapat muncul dan berkembang. Sekiranya planet terlalu jauh dari bintangnya, air permukaannya akan membeku; jika terlalu dekat, air permukaannya akan menguap dan hilang ke angkasa.
Walaupun air telah dikesan di atmosfer exoplanet sebelumnya, dalam semua kes, planet-planet itu adalah raksasa gas besar yang mengorbit sangat dekat dengan bintang-bintang mereka. (aka. "Jupiter Panas"). Seperti yang dinyatakan oleh Fujii dan rakan-rakannya dalam kajian mereka:
"Walaupun tanda tangan H2O telah terdeteksi di atmosfer Jupiter panas, mengesan tanda tangan molekul, termasuk H2O, pada planet terestrial sedang sangat mencabar, kerana radius planet kecil dan ketinggian skala kecil (kerana suhu yang lebih rendah dan rata-rata besarnya mungkin lebih besar) berat molekul). "
Ketika datang ke eksoplanet darat (yaitu berbatu), kajian sebelumnya terpaksa bergantung pada model satu dimensi untuk menghitung kehadiran air. Ini terdiri dari pengukuran kehilangan hidrogen, di mana wap air di stratosfer dipecah menjadi hidrogen dan oksigen dari pendedahan kepada radiasi ultraviolet. Dengan mengukur kadar hidrogen hilang ke angkasa, para saintis akan menganggarkan jumlah air cair yang masih ada di permukaan.
Namun, seperti yang dijelaskan oleh Dr. Fujii dan rakan-rakannya, model seperti itu bergantung pada beberapa anggapan yang tidak dapat ditangani, yang merangkumi pengangkutan global haba dan wap wap air, serta kesan awan. Pada dasarnya, model sebelumnya meramalkan bahawa wap air untuk mencapai stratosfera, suhu permukaan jangka panjang pada eksoplanet ini harus lebih dari 66 ° C (150 ° F) lebih tinggi daripada yang kita alami di Bumi.
Suhu ini dapat menimbulkan ribut perolakan kuat di permukaan. Walau bagaimanapun, ribut ini bukanlah sebab air mencapai stratosfer ketika planet berputar perlahan memasuki keadaan rumah hijau lembap - di mana wap air meningkatkan panas. Planet yang mengorbit dekat dengan bintang induknya diketahui mempunyai putaran perlahan atau terkunci dengan pasang surut dengan planetnya, sehingga menjadikan ribut perolakan tidak mungkin.
Ini sering berlaku bagi planet-planet daratan yang terletak di sekitar bintang berjisim rendah, sangat sejuk, jenis M (kerdil merah). Untuk planet ini, jaraknya dengan bintang tuan rumah mereka bermaksud bahawa pengaruh graviti akan cukup kuat untuk melambatkan atau menahan putaran mereka sepenuhnya. Apabila ini berlaku, awan tebal terbentuk di siang hari planet ini, melindunginya dari banyak cahaya bintang.
Pasukan itu mendapati bahawa, walaupun ini dapat membuat kesejukan di siang hari dan mencegah wap air naik, jumlah radiasi Inframerah dekat (NIR) dapat memberikan haba yang cukup untuk menyebabkan planet memasuki keadaan rumah hijau lembap. Hal ini terutama berlaku untuk jenis M dan bintang kerdil sejuk lain, yang diketahui menghasilkan lebih banyak dengan cara NIR. Semasa sinaran ini memanaskan awan, wap air akan naik ke stratosfera.
Untuk mengatasi hal ini, Fujii dan pasukannya bergantung pada model peredaran umum tiga dimensi (GCM) yang menggabungkan peredaran atmosfera dan heterogenitas iklim. Demi model mereka, pasukan ini memulai dengan planet yang memiliki atmosfer seperti Bumi dan seluruhnya diliputi oleh lautan. Ini membolehkan pasukan melihat dengan jelas bagaimana variasi jarak dari pelbagai jenis bintang akan mempengaruhi keadaan di permukaan planet.
Andaian ini membolehkan pasukan melihat dengan jelas bagaimana mengubah jarak orbital dan jenis sinaran bintang mempengaruhi jumlah wap air di stratosfera. Seperti yang dijelaskan oleh Dr. Fujii dalam siaran akhbar NASA:
"Dengan menggunakan model yang lebih realistik mensimulasikan keadaan atmosfera, kami menemui proses baru yang mengawal kebiasaan eksoplanet dan akan membimbing kami dalam mengenal pasti calon untuk kajian lebih lanjut ... Kami menemui peranan penting untuk jenis sinaran yang dikeluarkan bintang dan kesannya mempunyai peredaran atmosfera eksoplanet dalam menjadikan rumah hijau lembap. "
Pada akhirnya, model baru pasukan menunjukkan bahawa kerana bintang berjisim rendah memancarkan sebahagian besar cahaya mereka pada panjang gelombang NIR, keadaan rumah hijau lembap akan menghasilkan planet yang mengorbit dekat mereka. Ini akan mengakibatkan keadaan di permukaannya setanding dengan apa yang dialami Bumi di kawasan tropika, di mana keadaannya panas dan lembap, bukannya panas dan kering.
Lebih-lebih lagi, model mereka menunjukkan bahawa proses yang didorong oleh NIR meningkatkan kelembapan di stratosfer secara beransur-ansur, sehingga eksoplanet yang mengorbit lebih dekat ke bintang-bintang mereka tetap dapat dihuni. Pendekatan baru ini untuk menilai kemungkinan kebiasaan akan memungkinkan para astronom untuk mensimulasikan peredaran atmosfer planet dan ciri khas peredaran itu, yang merupakan sesuatu yang tidak dapat dilakukan oleh model satu dimensi.
Di masa depan, pasukan itu merancang untuk menilai bagaimana variasi ciri-ciri planet - seperti graviti, ukuran, komposisi atmosfera, dan tekanan permukaan - dapat mempengaruhi peredaran dan kebiasaan wap air. Ini, bersama dengan model 3 dimensi mereka yang mengambil kira pola peredaran planet, memungkinkan para astronom menentukan kemungkinan kebiasaan planet yang jauh dengan ketepatan yang lebih besar. Seperti yang ditunjukkan oleh Anthony Del Genio:
“Selagi kita mengetahui suhu bintang, kita dapat menganggarkan sama ada planet yang dekat dengan bintangnya berpotensi berada dalam keadaan rumah hijau lembap. Teknologi semasa akan didorong ke had untuk mengesan sejumlah kecil wap air di atmosfer eksoplanet. Sekiranya terdapat cukup air yang dapat dikesan, itu mungkin bermaksud bahawa planet berada dalam keadaan rumah hijau lembap. "
Selain menawarkan ahli astronomi kaedah yang lebih komprehensif untuk menentukan kebiasaan eksoplanet, kajian ini juga merupakan berita baik bagi pemburu eksoplanet yang berharap dapat mencari planet yang dapat dihuni di sekitar bintang jenis M. Bintang berjisim rendah, ultra-sejuk, jenis M adalah bintang yang paling biasa di Alam Semesta, merangkumi kira-kira 75% daripada semua bintang di Bima Sakti. Mengetahui bahawa mereka dapat menyokong eksoplanet yang dapat dihuni akan meningkatkan kemungkinan mencari satu.
Di samping itu, kajian ini adalah berita yang sangat baik memandangkan kajian baru-baru ini yang menimbulkan keraguan serius terhadap kemampuan bintang jenis M untuk menampung planet yang dapat dihuni. Penyelidikan ini dilakukan sebagai tindak balas terhadap banyak planet terestrial yang telah ditemukan di sekitar kerdil merah terdekat dalam beberapa tahun terakhir. Apa yang mereka nyatakan adalah, secara umum, bintang kerdil merah mengalami suar terlalu banyak dan dapat menghilangkan planet atmosfer masing-masing.
Ini termasuk sistem TRAPPIST-1 7-planet (tiga daripadanya terletak di zon tempat tinggal bintang) dan eksoplanet terdekat dengan Sistem Suria, Proxima b. Banyaknya planet seperti Bumi yang ditemui di sekitar bintang jenis M, ditambah dengan umur panjang semula jadi bintang ini, telah menyebabkan banyak komuniti astrofizik meneroka bahawa bintang kerdil merah mungkin merupakan tempat yang paling mungkin untuk mencari eksoplanet yang dapat dihuni.
Dengan kajian terbaru ini, yang menunjukkan bahawa planet-planet ini dapat dihuni, nampaknya bola kembali efektif di gelanggang mereka!
