Agar dapat dihuni, sebuah planet perlu mempunyai air cair. Sel, unit kehidupan terkecil, memerlukan air untuk menjalankan fungsinya. Agar air cair ada, suhu planet perlu betul. Tetapi bagaimana dengan ukuran planet ini?
Tanpa jisim yang mencukupi, planet tidak akan mempunyai graviti yang cukup untuk menahan airnya. Satu kajian baru cuba memahami bagaimana ukuran mempengaruhi kemampuan planet memegang airnya, dan sebagai hasilnya, kebiasaannya.
Isu mengenai apa yang mungkin menjadikan planet ini dapat dihuni adalah perdebatan yang sedang berlangsung. Bukan hanya untuk eksoplanet, tetapi untuk beberapa bulan di masa depan Sistem Suria kita sendiri. Para saintis mempunyai idea yang cukup baik berapa banyak tenaga yang perlu diterima oleh planet dari bintangnya untuk mengekalkan air cair. Hal ini menimbulkan gagasan popular "Goldilocks Zone" atau zon yang dapat dihuni, rangkaian jarak yang tidak terlalu dekat atau terlalu jauh dari bintang untuk air cair bertahan di planet ini.
Dengan pencarian eksoplanet di zon yang dapat dihuni semakin meningkat, dan ketika kita mendapat teleskop dan teknik yang lebih baik untuk mengkaji eksoplanet dengan lebih terperinci, para saintis memerlukan lebih banyak batasan mengenai planet mana yang perlu dikeluarkan untuk memerhatikan sumber daya. Seperti yang ditunjukkan oleh makalah ini, jisim planet dapat menjadi penapis yang berguna.
Makalah baru ini bertajuk "Atmospheric Evolution on Low-gravity Waterworlds." Ia diterbitkan dalam The Astrophysical Journal. Penulis utama ialah Constantin W. Arnscheidt, Pelajar Grad di MIT.
Untuk mengekalkan air cair di permukaannya, dan atmosfer, exoplanet atau exomoon harus mempunyai jisim yang cukup, jika tidak, air dan atmosfer hanya akan hanyut ke angkasa. Dan ia harus menahan airnya cukup lama sehingga kehidupan dapat muncul. Ahli astronomi menggunakan angka bola sejuta tahun untuk itu berlaku.
"Apabila orang berfikir mengenai bahagian dalam dan luar zon yang dapat dihuni, mereka cenderung hanya memikirkannya secara spasial, yang bermaksud seberapa dekat planet ini dengan bintang," kata Constantin Arnscheidt, pengarang pertama makalah tersebut. "Tetapi sebenarnya, ada banyak pemboleh ubah lain untuk kebiasaan, termasuk jisim. Menetapkan batas yang lebih rendah untuk kebiasaan dari segi ukuran planet memberi kita kekangan penting dalam pencarian berterusan kita untuk eksoplanet dan eksomoon yang dapat dihuni.
Ukuran dan jarak zon yang boleh dihuni bergantung pada bintang. Bintang yang lebih kecil dan kurang bertenaga seperti kerdil merah mewujudkan zon yang dapat dihuni lebih dekat daripada bintang yang lebih besar seperti Matahari kita. Ini difahami dengan baik. Sekiranya planet terlalu jauh dari bintang, air akan membeku. Terlalu dekat, dan kesan rumah hijau yang melarikan diri berlaku, dan air berubah menjadi wap, dan dapat mendidih ke angkasa.
Tetapi untuk planet kecil dan berjisim rendah, masih banyak yang berlaku. Mereka mungkin dapat menahan kesan rumah hijau yang melarikan diri.
Ketika planet berjisim rendah menghangat, atmosfera mengembang. Ia menjadi lebih besar berbanding dengan ukuran planet di sekelilingnya. Itu mempunyai dua kesan: ukuran permukaan yang meningkat bermaksud atmosfer dapat menyerap lebih banyak tenaga daripada sebelumnya, dan juga dapat memancarkan lebih banyak tenaga daripada sebelumnya.
Hasil keseluruhan ini, menurut para penyelidik, adalah bahawa atmosfera yang diperluas menghentikan kesan rumah hijau yang melarikan diri, dan mereka dapat mengekalkan air cair permukaannya. Ini bermakna mereka dapat lebih dekat dengan bintang mereka tanpa kehilangan air, sehingga memperluas zon Goldilocks untuk eksoplanet yang lebih kecil.
Sudah tentu ada hadnya. Sekiranya planet dengan jisim rendah terlalu kecil, ia tidak akan mempunyai graviti yang mencukupi, dan atmosfer akan dilucutkan, dan air akan dilucutkan dengannya, atau dibekukan di permukaan. Itu bermaksud prospek hidup redup. Para penyelidik mengatakan bahawa ada had bawah yang kritikal untuk planet ini dapat dihuni. Itu bermaksud bahawa tidak hanya terdapat sekelompok jarak dengan bintang yang menentukan kebiasaan planet, tetapi ada had ukuran.
Secara sederhana, sebuah planet boleh menjadi terlalu kecil untuk dihuni, walaupun berada di zon Goldilocks.
Ukuran kritikal itu, menurut Arnscheidt dan penulis kajian lain, adalah 2.7 peratus jisim Bumi. Mereka mengatakan bahawa lebih kecil daripada itu, dan planet ini tidak akan dapat menahan atmosfera dan airnya cukup lama sehingga kehidupan dapat muncul. Untuk konteks, Bulan adalah 1.2 peratus daripada jisim Bumi, dan Mercury adalah 5.53 peratus.
Para penyelidik menggunakan planet seperti komet sebagai contoh. Komet mempunyai banyak air, yang tersebar ketika mendekati Matahari. Tetapi mereka tidak mempunyai jisim yang diperlukan untuk menahan wap itu, dan mereka tidak pernah dapat membentuk suasana. Air hilang ke angkasa. Jadi sebuah planet yang terlalu kecil, walaupun memiliki banyak air, tidak akan pernah dapat menahannya.
Para penyelidik menggunakan model untuk menganggarkan zon planet berukuran rendah yang dapat dihuni di sekitar dua jenis bintang: bintang M, atau bintang kerdil merah, dan bintang jenis G seperti Matahari kita.
Mereka juga mungkin telah menyelesaikan satu lagi persoalan kebiasaan lama di Sistem Suria kita sendiri. Bulan Jupiter Ganymede, Callisto, dan Europa semuanya mempunyai banyak air cair, terperangkap di bawah lapisan ais. Ahli astronomi tertanya-tanya apakah mereka akan dapat dihuni ketika Matahari memancarkan lebih banyak tenaga pada suatu ketika di masa depannya yang luar biasa. Tetapi menurut karya penulis, mereka kekurangan jisim untuk menahan air itu, walaupun mereka menjadi cukup hangat. Ganymede mendekati, dengan jisim Bumi 2,5%, tetapi cukup kecil untuk menjadi "seperti komet" dan kehilangan semua airnya ke angkasa.
"Dunia air berjisim rendah adalah kemungkinan menarik dalam mencari kehidupan, dan makalah ini menunjukkan betapa berbeza tingkah laku mereka dibandingkan dengan planet seperti Bumi," kata Robin Wordsworth, Profesor Madya Sains dan Kejuruteraan Alam Sekitar di SEAS dan pengarang kanan kajian. "Setelah pemerhatian untuk kelas objek ini menjadi mungkin, akan menjadi menarik untuk mencuba ramalan ini secara langsung."
Para penyelidik membuat beberapa andaian yang diperlukan dalam kerja mereka. Mereka menganggap bahawa atmosfer dunia rendah massa mereka adalah wap air tulen. Mereka juga menganggap bahawa air terpaku pada 40% dari jisim planet ini. Mereka juga mengabaikan faktor-faktor lain, seperti kitaran CO2, penutup awan, dan kimia lautan. Terlalu banyak pemboleh ubah untuk dimodelkan dalam tahap kerja mereka.
Penulis juga membincangkan idea exomoon yang boleh dihuni daripada exoplanet. Boleh dibayangkan bahawa di sistem suria yang lain, bulan mungkin lebih mudah dihuni daripada planet. Dalam kes itu, faktor lain turut berperanan, seperti kekuatan pasang surut. Itu mungkin benar berlaku di sekitar bintang jenis M, atau kerdil merah. Ini kerana zon yang dapat dihuni di sekitar bintang-bintang bertenaga rendah ini sudah jauh lebih dekat dengan bintang daripada di sekitar bintang jenis-G seperti Matahari kita. Kekuatan graviti gabungan dari exomoon, planetnya, dan bintang mungkin menghilangkan kebiasaan sama sekali.
Mereka juga mengakui beberapa jenis faktor lain yang mempengaruhi kebiasaan. Sebagai contoh, walaupun bulan seperti Ganymede mungkin terlalu kecil untuk dihuni dalam model mereka, mereka mungkin hidup di lautan bawah permukaan mereka, di mana air dihalang keluar dari lapisan es tebal.
Masih banyak kerja yang perlu dilakukan untuk menentukan kebiasaan. Seperti yang penulis katakan dalam makalah mereka, "Karya lebih lanjut dapat mempertimbangkan model pelarian hidrodinamik yang lebih rumit." Terdapat lebih banyak keragaman dan kerumitan dalam eksoplanet daripada yang kita ketahui sekarang, tetapi kajian ini mula menangani sebahagiannya.
Lagi:
- Siaran Akhbar: Zon Goldilocks untuk Ukuran Planet
- Kertas Penyelidikan: Evolusi Atmosfera di Dunia Air dengan graviti rendah
- Space Magazine: Zon mana yang boleh didiami yang terbaik untuk Sebenarnya mencari kehidupan?
