Menurut sebuah studi baru, sebagian besar air di sebuah planet umumnya tidak berada di permukaannya, tetapi tersembunyi jauh di bagian dalamnya.

Hal ini memengaruhi potensi kelayakhunian dunia yang jauh, seperti yang ditunjukkan oleh perhitungan model para peneliti.

Kita tahu bahwa Bumi memiliki inti besi yang dikelilingi oleh mantel batuan dasar silikat dan air (lautan) di permukaannya.

Ilmu pengetahuan telah menggunakan model planet sederhana ini hingga saat ini untuk menyelidiki eksoplanet—planet yang mengorbit bintang lain di luar tata surya kita.

"Baru dalam beberapa tahun terakhir kita mulai menyadari bahwa planet lebih kompleks daripada yang kita duga," kata Caroline Dorn, profesor eksoplanet di ETH Zurich.

Sebagian besar eksoplanet yang diketahui saat ini terletak dekat dengan bintangnya. Ini berarti bahwa mereka terutama terdiri dari dunia panas dari lautan magma cair yang belum mendingin untuk membentuk mantel padat dari batuan dasar silikat seperti Bumi.

Air larut dengan sangat baik di lautan magma ini—tidak seperti, misalnya, karbon dioksida, yang dengan cepat mengeluarkan gas dan naik ke atmosfer.

Inti besi terletak di bawah mantel silikat yang meleleh. Jadi, bagaimana air didistribusikan antara silikat dan besi?

Inilah yang diteliti Dorn bekerja sama dengan Haiyang Luo dan Jie Deng dari Universitas Princeton dengan bantuan perhitungan model berdasarkan hukum dasar fisika.

Sup magma

Untuk menjelaskan hasilnya, Dorn harus menjelaskan secara terperinci: "Inti besi membutuhkan waktu untuk berkembang.

Sebagian besar besi awalnya terkandung dalam sup magma panas dalam bentuk tetesan." Air yang tersimpan dalam sup ini bergabung dengan tetesan besi ini dan tenggelam bersama mereka ke inti.

"Tetesan besi berperilaku seperti daya angkat yang dihantarkan ke bawah oleh air," jelas Dorn.

Hingga saat ini, perilaku ini hanya diketahui terjadi pada tekanan sedang seperti yang juga terjadi di Bumi.

Tidak diketahui apa yang terjadi pada planet yang lebih besar dengan kondisi interior bertekanan lebih tinggi.

"Ini adalah salah satu hasil utama dari penelitian kami," kata Dorn.

"Semakin besar planet dan semakin besar massanya, semakin besar pula kecenderungan air untuk mengikuti tetesan besi dan menyatu dengan inti."

"Dalam keadaan tertentu, besi dapat menyerap hingga 70 kali lebih banyak air daripada silikat. Namun, karena tekanan yang sangat besar di inti, air tidak lagi berbentuk molekul H2O tetapi hadir dalam bentuk hidrogen dan oksigen."

Di dalam bumi

Penelitian ini dipicu oleh penyelidikan kandungan air Bumi, yang menghasilkan hasil yang mengejutkan empat tahun lalu: lautan di permukaan Bumi hanya mengandung sebagian kecil dari keseluruhan air di planet kita.

Kandungan lebih dari 80 lautan Bumi dapat disembunyikan di bagian dalamnya. Hal ini ditunjukkan oleh simulasi yang menghitung bagaimana air berperilaku dalam kondisi seperti yang terjadi saat Bumi masih muda. Eksperimen dan pengukuran seismologi karenanya kompatibel.

Penemuan baru mengenai distribusi air di planet memiliki konsekuensi dramatis bagi interpretasi data observasi astronomi.

Dengan menggunakan teleskop mereka di luar angkasa dan di Bumi, para astronom dapat mengukur berat dan ukuran sebuah eksoplanet dalam kondisi tertentu.

Mereka menggunakan perhitungan ini untuk membuat diagram massa-radius yang memungkinkan kesimpulan diambil tentang komposisi planet.

Jika dalam melakukannya—seperti yang terjadi sejauh ini—kelarutan dan distribusi air diabaikan, volume air dapat diremehkan secara drastis hingga sepuluh kali lipat.

“Planet jauh lebih berlimpah air daripada yang diasumsikan sebelumnya,” kata Dorn.

Bagaimana planet terbentuk dan berevolusi

Distribusi air juga penting jika kita ingin memahami bagaimana planet terbentuk dan berkembang.

Air yang telah tenggelam ke inti tetap terperangkap di sana selamanya. Namun, air yang terlarut di lautan magma mantel dapat mengalami degas dan naik ke permukaan selama pendinginan mantel.

“Jadi, jika kita menemukan air di atmosfer planet, mungkin ada lebih banyak lagi di bagian dalamnya,” jelas Dorn.

Inilah yang dicari oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang selama dua tahun telah mengirimkan data dari luar angkasa ke Bumi. Ia mampu melacak molekul-molekul di atmosfer eksoplanet.

“Hanya komposisi atmosfer atas eksoplanet yang dapat diukur secara langsung,” jelas ilmuwan tersebut.

“Kelompok kami ingin membuat hubungan dari atmosfer ke kedalaman bagian dalam benda-benda angkasa.”

Data baru dari eksoplanet yang disebut TOI-270d tersebut sangat menarik.

“Bukti telah dikumpulkan di sana tentang keberadaan sebenarnya dari interaksi semacam itu antara lautan magma di bagian dalamnya dan atmosfer,” kata Dorn, yang terlibat dalam publikasi terkait tentang TOI-270d.

Daftar objek menarik yang ingin ditelitinya lebih dekat juga mencakup planet K2-18b, yang menjadi berita utama karena kemungkinan adanya kehidupan di sana.

Pencarian kehidupan

Air merupakan salah satu prasyarat bagi kehidupan untuk berkembang. Telah lama ada spekulasi tentang potensi kelayakhunian Bumi-super yang berlimpah air—yaitu, planet-planet dengan massa beberapa kali lebih besar dari Bumi dan dengan permukaan yang ditutupi oleh lautan global yang dalam.

Kemudian perhitungan menunjukkan bahwa terlalu banyak air dapat membahayakan kehidupan.

Argumennya adalah bahwa di dunia air ini lapisan es bertekanan tinggi yang eksotis akan mencegah pertukaran zat-zat penting di antarmuka antara lautan dan mantel planet.

Studi baru sekarang mencapai kesimpulan yang berbeda: planet-planet dengan lapisan air yang dalam kemungkinan merupakan kejadian langka karena sebagian besar air di Bumi-super tidak terletak di permukaan, seperti yang diasumsikan selama ini, tetapi terperangkap di dalam inti.

Hal ini membuat para ilmuwan berasumsi bahwa bahkan planet-planet dengan kandungan air yang relatif tinggi dapat memiliki potensi untuk mengembangkan kondisi layak huni seperti Bumi.

Seperti yang disimpulkan Dorn dan rekan-rekannya, penelitian mereka memberikan pandangan baru tentang potensi keberadaan dunia yang kaya air yang dapat mendukung kehidupan.

Penelitian Dorn merupakan bagian dari National Centre of Competence in Research PlanetS (NCCR) dan Centre for Origin and Prevalence of Life (COPL) di ETH.

Penelitian ini muncul di Nature Astronomy.