LHS 3844b adalah sebuah planet ekstrasurya yang sedikit lebih besar dari Bumi yang mengorbit bintang katai merah LHS 3884, terletak 48,5 tahun cahaya dari tata surya kita. Berbeda dengan Bumi, planet ini terkunci pasang surut, artinya ia berputar satu kali pada porosnya dan waktu yang sama persis dengan waktu yang dibutuhkan untuk mengorbit bintangnya. Akibatnya, satu belahan bumi mengalami siang hari yang terus-menerus terik, sementara belahan bumi lainnya tetap berada dalam kegelapan permanen yang sangat dingin hingga mendekati nol mutlak (nol Kelvin).
Pada pandangan pertama, lingkungan ekstrem seperti itu tampak sangat tidak ramah. Suhu siang hari bisa mencapai sekitar 1.000 hingga 2.000 Kelvin, sedangkan suhu malam hari sangat dingin sehingga pergerakan partikel terhenti secara efektif. Namun penelitian baru menunjukkan bahwa dunia ini mungkin tidak seburuk yang terlihat.
“Hanya dengan melihat suhu ekstrim pada siang dan malam hari – seperti 1.000 hingga 2.000 Kelvin pada siang hari dan nol mutlak pada malam hari – mungkin akan membuat kita menyimpulkan bahwa planet ekstrasurya ini terlalu keras untuk kehidupan. Namun,” kata Daisuke Noto, peneliti pascadoktoral di Penn GEFLOW Lab milik Hugo Ulloa di Universitas Pennsylvania, “kehidupan mungkin akan menemukan jalan keluarnya.”
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Komunikasi alamiNoto dan kolaborator dari Badan Sains dan Teknologi Kelautan dan Bumi Jepang serta Universitas Hokkaido menemukan bahwa “planet ekstrasurya tersebut mungkin lebih toleran dalam mempertahankan kehidupan karena ‘penguncian pasang surut’ dapat membantu menjaga lingkungan termal moderat secara lokal dengan mendistribusikan aliran panas secara lateral.”
Mengapa planet ekstrasurya yang terkunci pasang surut begitu umum terjadi
Temuan ini menantang asumsi umum bahwa planet selalu menunjukkan wajah yang sama terhadap bintangnya. Menurut Noto, dunia dengan siang dan malam permanen sebenarnya jauh lebih umum dibandingkan planet seperti Bumi, yang mengalami siklus siang dan malam teratur.
“Banyak benda langit, seperti bulan dan planet, yang letaknya sangat dekat dengan bintang induknya kita sebut terkunci pasang surut,” jelasnya. Artinya, saat mereka berputar pada sumbunya dan mengelilingi induknya, kecepatan/frekuensinya sama, sehingga menyebabkan fenomena seperti kita hanya melihat satu sisi bulan saja.
Orientasi konstan ini menciptakan kontras suhu yang dramatis di seluruh planet. Alih-alih hanya berfokus pada kondisi permukaan, para peneliti ingin memahami apa yang terjadi jauh di dalam planet ini, khususnya di mantel, lapisan batuan tebal antara kerak bumi dan inti bumi.
Menciptakan planet asing di laboratorium
Daripada hanya mengandalkan simulasi komputer, tim membangun model laboratorium fisik untuk meniru bagian dalam planet yang mengalami pasang surut.
“Membangun planet ekstrasurya yang sebenarnya di laboratorium tidak termasuk dalam anggaran,” canda Noto.
Sebagai gantinya, para peneliti menggunakan tangki persegi panjang di atas meja yang diisi dengan gliserol kental dan kristal cair termokromik kecil yang berubah warna seiring perubahan suhu. Sistem eksperimental serupa telah lama digunakan untuk mempelajari bagaimana panas berpindah melalui material yang bergerak lambat, menjadikannya pengganti yang berguna untuk interior planet yang berbatu.
Berbeda dengan cuaca atau arus laut, yang sangat dipengaruhi oleh rotasi dan gravitasi bumi, konveksi di dalam mantel batuan terutama didorong oleh perbedaan suhu dan kepadatan. Untuk meniru kondisi ini, tim memasang empat termostat di sekitar tangki untuk memanaskan dan mendinginkan wilayah yang berbeda, menciptakan gradien suhu serupa dengan yang diharapkan antara sisi yang menyala secara permanen, sisi yang gelap secara permanen, permukaan, dan bagian dalam planet ekstrasurya yang terkunci pasang surut.
Mesin panas planet
Eksperimen tersebut mengungkapkan tren yang sangat stabil. Materi panas terus-menerus naik ke bawah sisi siang hari, mengalir melalui wilayah atas, mendingin ketika mencapai sisi malam, kemudian mengalir sebelum kembali melalui mantel bawah. Hasilnya adalah putaran sirkulasi berkelanjutan yang berperilaku seperti detak jantung planet biasa.
“Ini tidak semrawut seperti mantel bumi,” kata Noto. “Ini lambat dan stabil. Dapat diprediksi. Sedikit membosankan – tetapi dalam arti yang baik.”
Para peneliti juga sesekali mengamati gumpalan berbentuk jamur yang muncul dari dasar reservoir yang panas. Berbeda dengan titik api vulkanik di Bumi, seperti di bawah Hawaii atau Islandia, gumpalan ini tetap berada di satu tempat dan tidak melayang seiring berjalannya waktu.
Pengukuran perpindahan panas, yang dikenal sebagai bilangan Nusselt, sebanding dengan pengukuran yang diamati pada mantel bumi. Penemuan ini menunjukkan bahwa beberapa planet ekstrasurya yang mengalami pasang surut dapat mempertahankan lingkungan panas bumi lokal yang menyediakan kondisi yang menguntungkan bagi kehidupan, khususnya di garis lintang tengah yang lebih beriklim sedang.
Apa dampaknya bagi kehidupan di luar bumi
Pola sirkulasi yang stabil dapat mempengaruhi lebih dari sekedar suhu permukaan. Noto berpendapat hal itu juga dapat mempengaruhi pergerakan inti cair sebuah planet, berpotensi menghasilkan medan magnet yang berbeda dari medan dipol yang biasa kita jumpai di Bumi.
“Itu adalah sesuatu yang tidak dapat kami uji dalam eksperimen ini,” katanya, “tetapi ini merupakan arah yang menarik untuk pekerjaan di masa depan.”
Melihat melampaui dunia lain
Noto dan Ulloa terus mengembangkan model laboratorium serupa untuk mempelajari berbagai proses geofisika. Penelitian sebelumnya dari laboratorium Penn GEFLOW telah mengeksplorasi bagaimana panas dan massa bergerak di ruang terbatas, memberikan wawasan baru mengenai peran fluida dalam sistem hidrotermal.
“Kami berencana untuk lebih memperluas metode eksperimental untuk menggali lebih dalam berbagai sistem di planet kita dalam konteks yang berbeda. Kemungkinannya benar-benar luar biasa,” kata Noto.
Daisuke Noto adalah peneliti postdoctoral di School of Arts & Sciences di University of Pennsylvania.
Hugo Ulloa adalah asisten profesor di Departemen Ilmu Bumi dan Lingkungan di Penn Arts & Sciences.
Penulis lain termasuk Takehiro Miyagoshi dan Takatoshi Yanagisawa dari Badan Sains dan Teknologi Kelautan dan Bumi Jepang; dan Tomomi Terada dan Yuji Tasaka dari Universitas Hokkaido.
