Hingga beberapa dekade yang lalu, satu-satunya planet yang kita ketahui ada di tata surya kita, dan itu membentuk cara kita berpikir tentang pembentukan planet dan kimia planet. Sekarang, dengan begitu banyak exoplanet yang teridentifikasi, kami memiliki banyak contoh hal-hal yang belum pernah kami lihat sebelumnya: Neptunus kecil, super-Bumi, Jupiter panas.

Mencari tahu apa yang dikatakan semua barang baru ini kepada kita adalah sedikit campuran tas. Relatif mudah untuk menentukan kepadatan sebuah planet dan berapa banyak energi yang akan diterimanya dari bintang induknya. Tetapi kepadatan tertentu biasanya sesuai dengan berbagai bahan — batuan padat dapat dianalogikan dengan inti mineral besar dan atmosfer yang membengkak, misalnya. Dan suhu planet akan sangat bergantung pada hal-hal seperti komposisi atmosfernya dan seberapa banyak cahaya yang dipantulkan permukaannya.

Jadi mengetahui apa yang kita lihat saat kita melihat data di planet ekstrasurya itu sulit. Namun dengan keberhasilan pengoperasian Teleskop Luar Angkasa Webb, kami mulai melangkah lebih jauh. Dalam jurnal Nature edisi Rabu, para ilmuwan menggunakan data dari teleskop baru untuk menyimpulkan sifat kimia raksasa gas panas dan menemukan bahwa ada hal-hal yang terjadi yang tidak akan kita lihat di tata surya kita sendiri.

Besar dan panas

Tujuan investigasi Exoplanet WASP-39b, yaitu sekitar 700 tahun cahaya dari Bumi. Itu adalah raksasa gas, tetapi massanya jauh lebih kecil dari Jupiter, dua pertiga. Meskipun demikian, itu jauh lebih besar dari Jupiter, dengan radius 1,7 kali lipat. Kontributor terbesar untuk ini adalah fakta bahwa planet ini panas. Jari-jari orbitnya kurang dari 5 persen dari jari-jari Bumi, dan dibutuhkan waktu lebih dari empat hari Bumi untuk menyelesaikan satu orbit. Bintang yang diorbitnya juga bukan katai redup; Ukurannya kira-kira sama dengan Matahari dan memanaskan planet ini hingga hampir 900 derajat Celcius.

Oleh karena itu, WASP-39b tidak seperti planet mana pun di tata surya kita. Yang menjadikannya pilihan tepat untuk melihat hal-hal yang tidak akan kita lihat di dekat rumah. Ini juga merupakan target pengamatan yang menarik karena atmosfernya yang begitu besar. Artinya, saat planet melintas di antara bintang induknya dan Bumi, lebih banyak cahaya dari bintang tersebut akan melewati atmosfer WASP-39b. Saat itu terjadi, bahan kimia di atmosfer akan menyerap panjang gelombang tertentu, menciptakan tanda yang dapat kita baca untuk mempelajari lebih lanjut tentang pembentukan planet.

Karena alasan ini, WASP-39b adalah salah satu planet pertama yang ditargetkan untuk diamati oleh teleskop Webb. Data yang diperoleh menunjukkan bahwa atmosfer planet tersebut mengandung karbon dioksida dan sulfur dioksida.

Kedua bahan kimia tersebut muncul di atmosfer Bumi, jadi kehadirannya tidak terlalu mengejutkan. Tapi atmosfer bumi adalah lingkungan pengoksidasi, jadi bahan kimia pengoksidasi adalah kuncinya. Sebaliknya, raksasa gas kaya akan hidrogen, yang membuat atmosfer berkurang. Kita harus melihat air, metana dan hidrogen sulfida, bukan karbon dioksida dan sulfur dioksida.

kimia planet

Untuk mengetahui apa yang sedang terjadi, tim peneliti besar mengadaptasi beberapa perangkat lunak yang memodelkan reaksi kimia untuk bekerja dengan kondisi dan prekursor yang mungkin ada di atmosfer WASP-39b. Kondisi diciptakan dengan menggunakan model sirkulasi umum atmosfer planet, dengan fokus pada ekstrem pagi dan sore hari — lokasi di mana sisi siang dan malam planet bertemu.

Model-model ini menunjukkan bahwa ada jalur di mana sulfur dioksida dapat terbentuk. Tapi mereka mulai dengan penguraian air oleh sinar ultraviolet dari bintang terdekat. Sinar UV membagi air menjadi dua bahan kimia reaktif yang disebut radikal (radikal H dan OH, khususnya). Pada awalnya, radikal hidrogen melepaskan hidrogen, meninggalkan belerang. Kemudian bereaksi dengan radikal OH, mengoksidasinya.

Model memperkirakan bahwa belerang dioksida akan lebih banyak terjadi di pagi hari, yang lebih dingin daripada sisi malam planet ini. Mereka juga menyarankan agar kita melihat prekursor seperti belerang dan belerang dioksida, tetapi ini tidak akan meninggalkan jejak pada cahaya bintang yang melewati atmosfer.

Salah satu hal yang paling menarik tentang ini adalah ada beberapa alasan mengapa ini tidak bekerja dengan baik di tata surya kita. Pertama, semua raksasa gas berada sangat jauh di tata surya dan tidak menerima banyak radiasi ultraviolet. Tetapi masalah yang lebih besar adalah bahwa proses tersebut sangat sensitif terhadap rasio unsur berat terhadap hidrogen di atmosfer planet (disebut oleh para astronom sebagai metalisitas planet). Bahkan pada logam lima kali lebih banyak dari matahari kita, Anda tidak membuat cukup belerang dioksida untuk menghasilkan tanda tangan yang dapat kita deteksi dari Bumi. Anda memerlukan kira-kira 10 kali lebih banyak logam matahari untuk menghasilkan kecocokan yang baik dengan data Webb.

Sebaliknya, produksi SO2 tampaknya tidak terlalu sensitif terhadap suhu. Jadi WASP-39b yang sangat panas sepertinya tidak berperan dalam produksinya. Tetapi di raksasa gas tata surya, suhunya cukup rendah sehingga meskipun belerang dioksida terbentuk, ia akan dengan cepat mengembun menjadi partikel aerosol atau mengalami reaksi kimia dengan adanya amonia. Salah satu dari dua hal itu akan mencegah jenis tanda spektral kehadirannya yang kita lihat dalam cahaya yang melewati atmosfer WASP-39b.

di luar tata surya

Jadi, untuk semua alasan ini, atmosfer WASP-39b tampaknya menampung lingkungan kimiawi yang seharusnya tidak kita temui di tata surya kita sendiri. Saat kita mulai membayangkan atmosfer planet tambahan, penting untuk mengingat hal ini. Sebagian besar atmosfer yang kita amati kemungkinan memiliki campuran bahan kimia, tekanan, suhu, dan paparan radiasi yang berbeda satu sama lain, sehingga dapat menjadi tuan rumah kimia yang tidak kita ketahui.

Alam, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-05902-2 (tentang DOI).