Ada jauh lebih sedikit air di permukaan planet yang jauh di luar tata surya kita daripada yang diperkirakan sebelumnya. Exoplanet ini tidak memiliki lapisan air yang tebal, seperti yang sering berspekulasi. Itulah kesimpulan dari studi internasional yang dipimpin oleh ETH Zurich.
Sebuah exoplanet yang mengorbit bintang kerdil 124 tahun cahaya dari Bumi menjadi berita utama di seluruh dunia pada bulan April 2025. Para peneliti di University of Cambridge melaporkan bahwa Planet K2-18b bisa menjadi dunia laut dengan lautan global yang mendalam dengan kehidupan. Namun, sebuah penelitian sekarang menunjukkan bahwa apa yang disebut sub-neptune seperti K2-18b sangat tidak mungkin menjadi dunia yang didominasi oleh air dan bahwa kondisi ada jauh dari kondusif ke kehidupan. “Air di planet -planet jauh lebih terbatas daripada yang diyakini sebelumnya,” kata Caroline Dorn, profesor exoplanet di ETH Zurich.
Studi ini dilakukan di bawah kepemimpinan ETH Zurich, bekerja sama dengan para peneliti dari Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg dan University of California di Los Angeles. K2-18b lebih besar dari Bumi tetapi lebih kecil dari Neptunus, menempatkannya di kelas planet yang tidak ada di tata surya kita. Namun, pengamatan menunjukkan bahwa mereka umum di luar angkasa. Beberapa sub-neptun ini mungkin terbentuk jauh dari bintang tengahnya, di luar garis salju yang disebut air membeku menjadi es dan kemudian bermigrasi ke dalam.
Sampai sekarang, telah diasumsikan bahwa beberapa planet ini mampu mengumpulkan air dalam jumlah besar selama pembentukannya dan sekarang menampung lautan global yang dalam di bawah atmosfer yang kaya hidrogen. Para ahli menyebut ini sebagai planet hycean: kombinasi “hidrogen” dan “lautan”.
Memperhitungkan kimia
“Perhitungan kami menunjukkan bahwa skenario ini tidak mungkin,” kata Dorn. Ini karena kerentanan mendasar dari penelitian sebelumnya adalah bahwa mereka mengabaikan kopling kimia antara atmosfer dan interior planet ini. “Kami sekarang telah memperhitungkan interaksi antara interior planet dan suasananya,” jelas Aaron Werlen, seorang peneliti di tim Dorn dan penulis utama penelitian yang diterbitkan dalam The Astrophysical Journal Letters.
Para peneliti berasumsi bahwa, pada tahap awal pembentukan mereka, para sub-neptune melewati fase di mana mereka ditutupi oleh lautan magma yang dalam dan panas. Cangkang gas hidrogen memastikan bahwa fase ini dipertahankan selama jutaan tahun.
“Dalam penelitian kami, kami menyelidiki bagaimana interaksi kimia antara lautan magma dan atmosfer mempengaruhi kadar air exoplanet sub-neptun muda,” kata Werlen.
Untuk melakukan ini, para peneliti menggunakan model yang ada yang menggambarkan evolusi planet selama periode waktu tertentu. Mereka menggabungkan ini dengan model baru yang menghitung proses kimia yang terjadi antara gas di atmosfer, dan logam dan silikat di magma.
Air menghilang ke bagian dalam
Para peneliti menghitung keadaan keseimbangan kimia dari 26 komponen berbeda untuk total 248 planet model. Simulasi komputer menunjukkan bahwa proses kimia menghancurkan sebagian besar h2O Molekul air. Hidrogen (H) dan oksigen (O) menempel pada senyawa logam, dan ini sebagian besar menghilang ke inti planet ini.
Meskipun keakuratan perhitungan tersebut memiliki beberapa keterbatasan, para peneliti yakin dengan hasilnya. “Kami fokus pada tren utama dan dapat dengan jelas melihat dalam simulasi bahwa planet -planet memiliki air yang jauh lebih sedikit daripada yang mereka kumpulkan,” jelas Werlen. “Air yang benar -benar tetap di permukaan sebagai h2O terbatas pada beberapa persen paling banyak. “
Dalam publikasi sebelumnya, grup Dorn sudah dapat menunjukkan bagaimana sebagian besar air planet disembunyikan di pedalaman. “Dalam penelitian ini, kami menganalisis berapa banyak air yang ada secara total pada sub-neptune ini,” jelas peneliti, “menurut perhitungan, tidak ada dunia yang jauh dengan lapisan air besar-besaran di mana air membentuk sekitar 50 persen dari massa planet ini, seperti yang diperkirakan sebelumnya. Dunia selaput dara dengan 10-90 persen air karena itu sangat tidak suka.”
Ini membuat pencarian kehidupan ekstra-terestrial lebih sulit daripada yang diharapkan. Kondisi yang kondusif untuk kehidupan, dengan air cair yang cukup di permukaan, cenderung hanya ada di planet yang lebih kecil, yang mungkin hanya akan dapat diamati dengan observatorium bahkan lebih baik daripada teleskop ruang angkasa James Webb.
Bumi bukan kasus khusus
Dorn menemukan peran bumi kita sangat menarik mengingat perhitungan baru yang menunjukkan bahwa sebagian besar planet yang jauh memiliki kadar air yang sama dengan planet kita. “Bumi mungkin tidak luar biasa seperti yang kita pikirkan. Dalam penelitian kami, setidaknya, tampaknya merupakan planet yang khas,” katanya.
Para peneliti juga terkejut dengan perbedaan yang tampaknya paradoks: planet-planet dengan atmosfer yang paling kaya air bukanlah yang telah mengumpulkan es terbanyak di luar garis salju, melainkan planet yang terbentuk di dalam garis salju. Di planet -planet ini, air tidak berasal dari kristal es, tetapi diproduksi secara kimia ketika hidrogen di atmosfer planet bereaksi dengan oksigen dari silikat di lautan magma untuk membentuk h2O Molekul.
“Temuan ini menantang hubungan klasik antara pembentukan yang kaya es dan atmosfer yang kaya air. Sebaliknya, mereka menyoroti peran dominan dari keseimbangan antara samudera magma dan atmosfer dalam membentuk komposisi planet,” simpul Werlen. Ini akan memiliki implikasi yang luas untuk teori pembentukan planet dan interpretasi atmosfer exoplanet di zaman teleskop James Webb.
Referensi
Werlen A, Dorn C, Burn R, Schlichting H, Grimm S, Young E: Sub-neptunes lebih kering daripada yang terlihat: memikirkan kembali asal-usul dunia yang kaya air. The Astrophysical Journal Letters 2025, doi: 10.3847/2041-8213/adff73
