Semasa memburu eksoplanet yang berpotensi dapat dihuni, salah satu perkara paling penting yang dicari oleh para astronom adalah sama ada calon exoplanet mengorbit dalam zon tempat tinggal bintang mereka atau tidak. Ini diperlukan agar air cair ada di permukaan planet, yang pada gilirannya merupakan prasyarat hidup seperti yang kita ketahui. Namun, ketika menemui eksoplanet baru, para saintis telah menyedari kes ekstrem yang dikenal sebagai "dunia air".
Dunia air pada dasarnya adalah planet yang berjisim hingga 50% air, menghasilkan lautan permukaan yang dapat mencapai kedalaman ratusan kilometer. Menurut kajian baru oleh pasukan astrofizik dari Princeton, University of Michigan dan Harvard, dunia perairan mungkin tidak dapat bertahan lama di perairan mereka. Penemuan ini mungkin sangat penting ketika memburu planet yang dapat dihuni di leher kosmos kita.
Kajian terbaru ini, berjudul "Dehidrasi Dunia Air melalui Kehilangan Atmosfera", baru-baru ini muncul dalam The Astrophysical Journal Letters. Diketuai oleh Chuanfei Dong dari Jabatan Sains Astrofizik di Universiti Princeton, pasukan tersebut melakukan simulasi komputer yang mengambil kira keadaan seperti apa yang akan dihadapi oleh dunia air.
Kajian ini banyak didorong oleh banyaknya penemuan exoplanet yang dibuat mengenai sistem bintang berjisim rendah, tipe M (kerdil merah) dalam beberapa tahun terakhir. Planet-planet ini didapati memiliki ukuran yang sebanding dengan Bumi - yang menunjukkan bahawa mereka mungkin daratan (iaitu berbatu). Di samping itu, banyak planet ini - seperti Proxima b dan tiga planet dalam sistem TRAPPIST-1 - didapati mengorbit di zon bintang yang boleh dihuni.
Namun, kajian selanjutnya menunjukkan bahawa Proxima b dan planet berbatu lain yang mengorbit bintang kerdil merah sebenarnya boleh menjadi dunia air. Ini berdasarkan anggaran besar-besaran yang diperoleh oleh tinjauan astronomi, dan anggapan bawaan bahawa planet seperti itu berbatu dan tidak mempunyai atmosfera besar. Pada masa yang sama, banyak kajian telah dihasilkan yang menimbulkan keraguan tentang apakah planet-planet ini dapat menahan air mereka atau tidak.
Pada asasnya, semuanya bergantung kepada jenis bintang dan parameter orbit planet. Walaupun bintang kerdil merah yang berumur panjang dikenali sebagai berubah-ubah dan tidak stabil dibandingkan dengan Matahari kita, yang mengakibatkan suar berkala yang akan menghilangkan atmosfer planet dari masa ke masa. Selain itu, planet-planet yang mengorbit di zon yang dapat dihuni kerdil merah kemungkinan terkunci pasang surut, yang bermaksud satu sisi planet ini akan sentiasa terkena radiasi bintang.
Oleh kerana itu, saintis fokus untuk menentukan seberapa baik eksoplanet dalam pelbagai jenis sistem bintang dapat bertahan di atmosfer mereka. Seperti yang dikatakan oleh Dr. Dong kepada Space Magazine melalui e-mel:
“Adalah adil untuk mengatakan bahawa kehadiran atmosfera dianggap sebagai salah satu syarat untuk kebiasaan planet. Walaupun begitu, konsep kebiasaan adalah kompleks dengan pelbagai faktor yang terlibat. Oleh itu, suasana dengan sendirinya tidak akan mencukupi untuk menjamin kebiasaan hidup, tetapi dapat dianggap sebagai bahan penting bagi planet yang dapat dihuni. "
Untuk menguji apakah dunia perairan dapat bertahan atau tidak, atmosfera melakukan simulasi komputer yang mempertimbangkan pelbagai kemungkinan senario. Ini termasuk kesan medan magnet bintang, pelepasan jisim koronal, dan pengionan dan pelepasan atmosfera untuk pelbagai jenis bintang - termasuk bintang jenis G (seperti Matahari kita) dan bintang jenis M (seperti Proxima Centauri dan TRAPPIST-1).
Dengan kesan ini, Dr. Dong dan rakannya menghasilkan model komprehensif yang mensimulasikan berapa lama atmosfera eksoplanet akan bertahan. Seperti yang dijelaskannya:
"Kami mengembangkan model magnetohidrodinamik multi-bendalir. Model ini mensimulasikan ionosfera dan magnetosfer secara keseluruhan. Oleh kerana adanya medan magnet dipol, angin bintang tidak dapat menyapu atmosfera secara langsung (seperti Mars kerana ketiadaan medan magnet dipol global), sebaliknya, kehilangan ion atmosfera disebabkan oleh angin kutub.
"Elektron kurang besar daripada ion induknya, dan sebagai hasilnya, lebih mudah dipercepat hingga dan di luar halaju pelarian planet ini. Pemisahan cas ini antara elektron berjisim rendah yang melarikan diri dan ion yang bermuatan positif yang lebih berat dan signifikan akan membentuk medan elektrik polarisasi. Medan elektrik itu, pada gilirannya, bertindak untuk menarik ion bermuatan positif di belakang elektron yang melarikan diri, keluar dari atmosfera pada penutup kutub. "
Apa yang mereka dapati adalah bahawa simulasi komputer mereka sesuai dengan sistem Bumi-Matahari semasa. Walau bagaimanapun, dalam beberapa kemungkinan yang melampau - seperti eksoplanet di sekitar bintang jenis M - keadaannya sangat berbeza dan kadar pelarian mungkin seribu kali lebih besar atau lebih. Hasilnya bermaksud bahawa bahkan dunia perairan, jika mengorbit bintang kerdil merah, dapat kehilangan suasananya setelah kira-kira satu gigayear (Gyr), satu miliar tahun.
Mengingat bahawa kehidupan seperti yang kita tahu memerlukan sekitar 4,5 miliar tahun untuk berkembang, satu miliar tahun adalah jendela yang agak singkat. Sebenarnya, seperti yang dijelaskan oleh Dr. Dong, hasil ini menunjukkan bahawa planet-planet yang mengorbit bintang jenis M akan sukar ditekan untuk mengembangkan kehidupan:
"Hasil kajian kami menunjukkan bahawa planet laut (mengorbit bintang seperti Matahari) akan mengekalkan atmosferanya lebih lama daripada skala waktu Gyr kerana kadar pelepasan ion terlalu rendah, oleh itu, ia memungkinkan jangka masa yang lebih lama untuk hidup berasal dari planet-planet ini. dan berkembang dari segi kerumitan. Sebaliknya, bagi eksoplanet yang mengorbit orang-orang kerdil M, mereka dapat membuat lautan mereka habis di atas skala waktu Gyr kerana persekitaran zarah dan radiasi yang lebih kuat yang dialami oleh eksoplanet di zona yang dapat dihuni. Sekiranya atmosfera habis pada skala waktu yang lebih rendah daripada Gyr, ini dapat terbukti menjadi masalah bagi asal usul kehidupan (abiogenesis) di planet ini. "
Sekali lagi, hasil ini menimbulkan keraguan terhadap kemungkinan kebiasaan sistem bintang kerdil merah. Pada masa lalu, para penyelidik telah menunjukkan bahawa umur panjang bintang kerdil merah, yang dapat kekal dalam urutan utamanya sehingga 10 trilion tahun atau lebih lama, menjadikan mereka calon terbaik untuk mencari eksoplanet yang dapat dihuni. Walau bagaimanapun, kestabilan bintang-bintang ini dan cara di mana mereka cenderung untuk melepaskan planet atmosfer mereka nampaknya menunjukkan sebaliknya.
Oleh itu, kajian seperti ini sangat penting kerana kajian ini dapat membantu menangani seberapa lama planet yang berpotensi dapat dihuni di sekitar bintang kerdil merah berpotensi untuk dihuni. Dong menunjukkan:
"Memandangkan pentingnya kehilangan atmosfer pada kebiasaan planet, ada banyak minat untuk menggunakan teleskop seperti Teleskop Angkasa James Webb (JWST) yang akan datang untuk menentukan sama ada planet-planet ini mempunyai atmosfera dan, jika demikian, seperti apa komposisi mereka . JWST diharapkan dapat mencirikan atmosfera ini (jika ada), tetapi mengukur kadar pelarian dengan tepat memerlukan tahap ketepatan yang jauh lebih tinggi dan mungkin tidak dapat dilaksanakan dalam waktu dekat. "
Kajian ini juga penting sejauh mana pemahaman kita mengenai Sistem Suria dan evolusinya. Pada satu masa, para saintis telah menjelajah bahawa Bumi dan Venus mungkin adalah dunia perairan. Bagaimana mereka membuat peralihan dari menjadi sangat berair ke keadaan sekarang - dalam kes Venus, kering dan neraka; dan dalam hal Bumi, mempunyai banyak benua - adalah persoalan yang sangat penting.
Pada masa akan datang, tinjauan yang lebih terperinci dijangka dapat membantu menjelaskan teori-teori yang bersaing ini. Apabila Teleskop Angkasa James Webb (JWST) digunakan pada musim bunga 2018, ia akan menggunakan keupayaan inframerahnya yang kuat untuk mengkaji planet di sekitar kerdil merah berdekatan, Proxima b menjadi salah satu daripadanya. Apa yang kita pelajari mengenai ini dan eksoplanet lain yang jauh akan memberi maklumat mengenai pemahaman kita tentang bagaimana Sistem Suria kita juga berkembang.
