Ahli astronomi sentiasa meneroka langit untuk perkara yang tidak dijangka. Mereka bersedia menerapkan idea-idea baru yang dapat menggantikan kebijaksanaan bertahun-tahun yang lalu.
Tetapi ada satu pengecualian untuk peraturan: pencarian Earth 2.0. Di sini kita tidak mahu mencari yang tidak dijangka, tetapi yang diharapkan. Kita mahu mencari planet yang serupa dengan planet kita, kita hampir boleh memanggilnya sebagai rumah.
Walaupun, kita tidak dapat membayangkan planet-planet ini dengan cukup terperinci untuk melihat apakah dunia perairan dengan tumbuh-tumbuhan dan peradaban hijau yang lezat, kita dapat menggunakan kaedah tidak langsung untuk mencari planet "Seperti Bumi" - planet dengan jisim yang serupa dan jejari ke Bumi.
Hanya ada satu masalah: teknik semasa untuk mengukur jisim eksoplanet adalah terhad. Hingga kini ahli astronomi mengukur halaju radial - goyangan kecil di orbit bintang kerana ia ditarik oleh tarikan graviti eksoplanetnya - untuk mendapatkan nisbah jisim planet-ke-bintang.
Tetapi memandangkan kebanyakan eksoplanet dikesan melalui isyarat transitnya - penurunan cahaya ketika planet melintas di depan bintang tuan rumahnya - tidakkah lebih baik jika kita dapat mengukur jisimnya berdasarkan kaedah ini sahaja? Nah, ahli astronomi di MIT telah menemui jalan.
Pelajar siswazah Julien de Wit dan MacArthur Fellow Sara Seager telah mengembangkan teknik baru untuk menentukan massa dengan menggunakan isyarat transit eksoplanet sahaja. Apabila planet melintas, cahaya bintang melewati lapisan atmosfera nipis, yang menyerap panjang gelombang cahaya bintang tertentu. Setelah cahaya bintang sampai ke Bumi, ia akan dicetak dengan cap jari kimia komposisi atmosfera.
Spektrum penghantaran yang disebut membolehkan para astronom mengkaji atmosfer dunia asing ini.
Tetapi inilah kuncinya: planet yang lebih besar dapat bertahan dengan suasana yang lebih tebal. Jadi secara teori, jisim planet dapat diukur berdasarkan atmosfera, atau spektrum transmisi saja.
Sudah tentu tidak ada korelasi satu lawan satu atau kita sudah lama mengetahui ini. Tahap atmosfera juga bergantung pada suhu dan berat molekulnya. Hidrogen sangat ringan sehingga menjauh dari atmosfera lebih mudah daripada, katakanlah, oksigen.
Oleh itu, de Wit bekerja dari persamaan standard yang menggambarkan ketinggian skala - jarak menegak di mana tekanan atmosfera menurun. Sejauh mana tekanan turun bergantung pada suhu planet, kekuatan graviti planet (sebilangan besar jisim) dan ketumpatan atmosfera.
Menurut algebra asas: mengetahui tiga parameter ini akan membolehkan kita menyelesaikan yang keempat. Oleh itu daya graviti planet, atau jisim, dapat diturunkan dari suhu atmosfera, profil tekanan dan ketumpatannya - parameter yang mungkin diperoleh dalam spektrum transmisi sahaja.
Dengan karya teori di belakang mereka, de Wit dan Seager menggunakan Jupiter HD 189733b yang panas, dengan jisim yang sudah mapan, sebagai kajian kes. Pengiraan mereka menunjukkan pengukuran jisim yang sama (1.15 kali jisim Musytari) dengan yang diperoleh dengan pengukuran halaju radial.
Teknik baru ini akan dapat mencirikan jisim eksoplanet berdasarkan data transit mereka sahaja. Walaupun Musytari panas tetap menjadi sasaran utama teknik baru, de Wit dan Seager bertujuan untuk menggambarkan planet seperti Bumi dalam waktu dekat. Dengan pelancaran Teleskop Angkasa James Webb yang dijadualkan pada tahun 2018, para astronom seharusnya dapat memperoleh banyak dunia yang lebih kecil.
Makalah ini telah diterbitkan di Science Magazine dan kini boleh dimuat turun dalam bentuk yang lebih lama di sini.
