Data saat ini menunjukkan ada sekitar satu planet seukuran Bumi di zona layak huni dari setiap bintang katai merah. Studi ini kira-kira menggandakan perkiraan itu.
Sebuah studi baru yang menghitung pengaruh perilaku awan terhadap iklim menggandakan jumlah planet yang berpotensi dihuni yang mengorbit katai merah, jenis bintang paling umum di alam semesta. Temuan ini berarti bahwa di galaksi Bima Sakti saja, 60 miliar planet mungkin mengorbit bintang katai merah di zona layak huni.
Para peneliti di University of Chicago dan Northwestern University mendasarkan penelitian mereka, yang muncul dalam Astrophysical Journal Letters, pada simulasi komputer yang ketat tentang perilaku cloud di planet-planet asing. Perilaku awan ini secara dramatis memperluas perkiraan zona layak huni dari katai merah, yang jauh lebih kecil dan lebih redup daripada bintang seperti matahari.
Data terkini dari Misi Kepler NASA, sebuah observatorium ruang angkasa yang mencari planet mirip Bumi yang mengorbit bintang lain, menunjukkan ada sekitar satu planet seukuran Bumi di zona layak huni dari setiap katai merah. Studi UChicago-Northwestern kira-kira menggandakan perkiraan itu. Ini juga menyarankan cara-cara baru bagi para astronom untuk menguji apakah planet-planet yang mengorbit katai merah memiliki tutupan awan.
Ilmuwan iklim berupaya memahami peran awan dalam perubahan iklim. Sementara itu, para astronom menggunakan model cloud untuk memahami planet asing mana yang mungkin menjadi rumah bagi kehidupan. Foto oleh Norman Kuring / NASA GSFC
"Sebagian besar planet di Bima Sakti mengorbit katai merah," kata Nicolas Cowan, seorang rekan pascadoktoral di Northwestern's Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics. "Sebuah termostat yang membuat planet-planet seperti itu lebih sempurna, berarti kita tidak perlu mencari sejauh mungkin untuk menemukan planet yang layak huni."
Cowan bergabung dengan Dorian Abbot dan Jun Yang dari UChicago sebagai rekan penulis dalam penelitian ini. Para ilmuwan juga memberi para astronom sarana untuk memverifikasi kesimpulan mereka dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang dijadwalkan diluncurkan pada 2018.
Zona layak huni mengacu pada ruang di sekitar bintang di mana planet yang mengorbit dapat mempertahankan air cair di permukaannya. Formula untuk menghitung zona itu tetap sama selama beberapa dekade. Tetapi pendekatan itu sebagian besar mengabaikan awan, yang memberikan pengaruh iklim utama.
"Awan menyebabkan pemanasan, dan mereka menyebabkan pendinginan di Bumi," kata Abbot, asisten profesor dalam ilmu geofisika. “Mereka memantulkan sinar matahari untuk mendinginkan benda, dan mereka menyerap radiasi inframerah dari permukaan untuk membuat efek rumah kaca. Itu bagian dari apa yang membuat planet ini cukup hangat untuk menopang kehidupan. "
Sebuah planet yang mengorbit bintang seperti matahari harus menyelesaikan orbit kira-kira setahun sekali agar cukup jauh untuk mempertahankan air di permukaannya. "Jika Anda mengorbit di sekitar bintang bermassa rendah atau kerdil, Anda harus mengorbit sekitar sebulan sekali, sekali setiap dua bulan untuk menerima jumlah sinar matahari yang sama dengan yang kita terima dari matahari," kata Cowan.
Planet yang mengorbit sangat rapat
Planet-planet dalam orbit yang begitu ketat pada akhirnya akan terkunci secara rapi dengan matahari mereka. Mereka akan selalu menjaga sisi yang sama menghadap ke matahari, seperti halnya bulan menuju Bumi. Perhitungan tim UChicago-Northwestern menunjukkan bahwa sisi bintang yang menghadap planet ini akan mengalami konveksi yang kuat dan awan yang sangat reflektif pada titik yang oleh para astronom disebut sebagai wilayah sub-bintang. Di lokasi itu matahari selalu berada tepat di atas kepala, pada siang hari.
Perhitungan global tiga dimensi tim menentukan, untuk pertama kalinya, efek awan air di tepi bagian dalam zona layak huni. Simulasi ini mirip dengan simulasi iklim global yang digunakan para ilmuwan untuk memprediksi iklim Bumi. Ini membutuhkan beberapa bulan pemrosesan, sebagian besar berjalan pada sekelompok 216 komputer jaringan di UChicago. Upaya sebelumnya untuk mensimulasikan tepi bagian dalam zona layak huni planet ekstrasurya adalah satu dimensi. Mereka sebagian besar mengabaikan awan, sebaliknya berfokus pada bagan bagaimana suhu menurun dengan ketinggian.
"Tidak mungkin Anda bisa melakukan cloud dengan benar dalam satu dimensi," kata Cowan. "Tapi dalam model tiga dimensi, Anda benar-benar mensimulasikan cara udara bergerak dan cara kelembaban bergerak di seluruh atmosfer planet ini."
Ilustrasi ini menunjukkan cakupan awan yang disimulasikan (putih) pada planet yang terkunci secara terkunci (biru) yang akan mengorbit bintang katai merah. Ilmuwan planet di UChicago dan Northwestern menerapkan simulasi iklim global untuk masalah astronomi. Ilustrasi oleh Jun Yang
Simulasi baru ini menunjukkan bahwa jika ada air permukaan di planet ini, awan air akan muncul. Simulasi lebih lanjut menunjukkan bahwa perilaku awan memiliki efek pendinginan yang signifikan pada bagian dalam zona layak huni, memungkinkan planet untuk mempertahankan air pada permukaan mereka lebih dekat dengan matahari mereka.
Para astronom yang mengamati dengan Teleskop James Webb akan dapat menguji validitas temuan ini dengan mengukur suhu planet di berbagai titik di orbitnya. Jika sebuah planet ekstrasurya yang terkunci tidak memiliki tutupan awan yang signifikan, para astronom akan mengukur suhu tertinggi ketika siang hari dari planet ekstrasurya menghadap ke teleskop, yang terjadi ketika planet berada di sisi paling jauh dari bintangnya. Setelah planet kembali untuk menunjukkan sisi gelapnya ke teleskop, suhu akan mencapai titik terendahnya.
Tetapi jika awan yang sangat reflektif mendominasi sisi luar planet ekstrasurya, mereka akan memblokir banyak radiasi infra merah dari permukaan, kata Yang, seorang ilmuwan postdoctoral dalam ilmu geofisika. Dalam situasi itu "Anda akan mengukur suhu terdingin ketika planet berada di sisi yang berlawanan, dan Anda akan mengukur suhu terhangat ketika Anda melihat sisi malam, karena di sana Anda benar-benar melihat permukaan daripada awan tinggi ini, "Yang mengatakan.
Satelit yang mengamati bumi telah mendokumentasikan efek ini. "Jika Anda melihat Brasil atau Indonesia dengan teleskop inframerah dari luar angkasa, itu bisa terlihat dingin, dan itu karena Anda melihat dek awan," kata Cowan. "Dek awan berada di ketinggian tinggi, dan sangat dingin di atas sana."
Jika James Webb Telescope mendeteksi sinyal ini dari sebuah planet ekstrasurya, Abbot mencatat, "itu hampir pasti dari awan, dan itu adalah konfirmasi bahwa Anda memang memiliki air cair permukaan."
Melalui Universitas Chicago