Teleskop James Webb Selidiki Senyawa Kimia Gas Panas Raksasa Dekat Tata Surya
Sekarang, dengan identifikasi populasi besar planet ekstrasurya, kami memiliki banyak contoh hal yang belum pernah kami lihat sebelumnya: Neptunus mini, Bumi super, dan Jupiter panas berlimpah.
Mencari tahu apa yang dikatakan semua hal baru ini kepada kita adalah sedikit campuran tas. Relatif mudah untuk menentukan kepadatan planet dan berapa banyak energi yang akan diterimanya dari bintang induknya.
Tetapi kerapatan tertentu biasanya kompatibel dengan berbagai bahan—batuan padat bisa jadi sama dengan inti logam besar dan atmosfir yang menggembung, misalnya. Dan suhu planet akan sangat bergantung pada hal-hal seperti komposisi atmosfernya dan seberapa banyak cahaya yang dipantulkan permukaannya.
Jadi mencari tahu apa yang kita lihat saat kita melihat data di planet ekstrasurya itu sulit. Namun dengan suksesnya commissioning Webb Space Telescope, kami mulai melangkah lebih jauh. Dalam edisi Rabu Nature, para ilmuwan menggunakan data dari teleskop baru untuk menyimpulkan kimia dari gas raksasa panas dan menemukan bahwa ada hal-hal yang terjadi yang tidak akan kita lihat di Tata Surya kita sendiri.
Besar dan panas
Target penyelidikan adalah exoplanet WASP-39b yang berjarak sekitar 700 tahun cahaya dari Bumi. Ini adalah raksasa gas, tetapi massanya jauh lebih kecil dari Jupiter, dua pertiga. Meski begitu, itu jauh lebih besar dari Jupiter, dengan radius 1,7 kali lebih panjang. Kontributor besar untuk itu adalah fakta bahwa planet ini panas.
Jari-jari orbitnya kurang dari 5 persen dari Bumi, dan hanya membutuhkan sedikit 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 kira-kira 900° C.
Jadi, WASP-39b tidak seperti planet mana pun di Tata Surya kita. Yang menjadikannya pilihan yang bagus untuk menemukan hal-hal yang tidak kita lihat lebih dekat ke rumah. Itu juga merupakan target yang menarik untuk pengamatan karena atmosfernya sangat besar.
Artinya, saat planet melintas di antara bintang induknya dan Bumi, lebih banyak cahaya dari bintang tersebut akan melewati atmosfer WASP-39b. Ketika itu terjadi, bahan kimia di atmosfer akan menyerap panjang gelombang tertentu, menciptakan tanda yang dapat kita baca untuk mempelajari lebih lanjut tentang komposisi planet.
Karena alasan itu, 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 keberadaannya tidak terlalu mengejutkan. Tapi atmosfer bumi adalah lingkungan pengoksidasi, jadi bahan kimia teroksidasi adalah defaultnya. Raksasa gas, sebaliknya, kaya hidrogen, yang seharusnya membuat atmosfer berkurang. Kita seharusnya melihat air, metana, dan hidrogen sulfida, bukan karbon dioksida dan sulfur dioksida.
Kimia skala planet
Untuk mencari tahu apa yang sedang terjadi, tim peneliti besar mengadaptasi beberapa perangkat lunak yang memodelkan reaksi kimia untuk bekerja dengan kondisi dan bahan awal yang mungkin ada di atmosfer WASP-39b. Kondisi tersebut dihasilkan menggunakan model sirkulasi umum atmosfer planet, dengan fokus pada terminator pagi dan sore—lokasi pertemuan sisi siang dan malam planet.
Model ini menunjukkan bahwa ada jalur yang dapat membentuk sulfur dioksida. Tapi mereka mulai dengan disosiasi air oleh sinar UV dari bintang terdekat. Radiasi UV membagi air menjadi dua bahan kimia reaktif yang disebut radikal (radikal H dan OH, khususnya). Awalnya, radikal hidrogen melepas hidrogen, meninggalkan belerang. Itu kemudian bereaksi dengan radikal OH, mengoksidasi itu.
Model memprediksi bahwa belerang dioksida akan lebih umum di terminator pagi, 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 tanda pada cahaya bintang yang melewati atmosfer.
Salah satu hal yang lebih menarik tentang ini adalah bahwa ada beberapa alasan mengapa hal ini tidak bekerja dengan baik di Tata Surya kita. Pertama, raksasa gas semuanya berada cukup jauh di Tata Surya dan tidak menerima radiasi UV sebanyak itu. Tetapi masalah yang lebih besar adalah bahwa proses tersebut sangat sensitif terhadap rasio unsur yang lebih berat terhadap hidrogen di atmosfer planet (disebut oleh para astronom sebagai metalisitas planet).
Bahkan pada lima kali metalitas Matahari kita, Anda tidak cukup membentuk belerang dioksida untuk menghasilkan tanda tangan yang dapat kita deteksi dari Bumi. Anda membutuhkan kira-kira 10 kali metalisitas matahari untuk menghasilkan data Webb yang cocok.
Sebaliknya, produksi sulfur dioksida tampaknya tidak terlalu sensitif terhadap suhu. Jadi fakta bahwa WASP-39b sangat panas sepertinya tidak berperan dalam produksinya.
Tetapi pada gas raksasa Tata Surya, suhunya cukup rendah sehingga, bahkan jika belerang dioksida terbentuk, ia akan dengan cepat mengembun menjadi partikel aerosol atau mengalami reaksi kimia dengan adanya amonia. Salah satu dari ini akan mencegah jenis tanda spektral dari keberadaannya yang kita lihat dalam cahaya yang melewati atmosfer WASP-39b.
Di luar Tata Surya
Jadi, untuk semua alasan tersebut, tampaknya atmosfer WASP-39b memiliki lingkungan kimiawi yang seharusnya tidak kita temui di Tata Surya kita. Saat kita mulai membayangkan atmosfer planet tambahan, penting untuk mengingatnya.
Sebagian besar atmosfer yang kita lihat mungkin memiliki kombinasi bahan kimia, tekanan, suhu, dan paparan radiasi yang berbeda, sehingga mereka dapat menjadi tuan rumah bagi kimia yang tidak kita kenal.
Sumber jurnal ilmiah: Alam, 2023. Nature Journal
