Kita memang memiliki benda-benda seperti ini di Tata Surya kita—terutama bulan Europa, yang memiliki inti berbatu yang dikelilingi oleh cangkang berair yang tertutup es. Tetapi planet-planet baru ini jauh lebih dekat dengan bintang inangnya, yang berarti permukaannya mungkin merupakan batas buram antara lautan luas dan atmosfer yang dipenuhi uap
Mari kita tinjau kembali itu
Ada dua metode utama untuk menemukan exoplanet. Salah satunya adalah untuk mengawasi penurunan cahaya dari bintang mereka, yang disebabkan oleh planet-planet dengan orbit yang membawa mereka antara bintang dan Bumi. Yang kedua adalah melacak apakah cahaya bintang secara berkala bergeser ke panjang gelombang yang lebih merah atau lebih biru, yang disebabkan oleh bintang yang bergerak karena tarikan gravitasi planet yang mengorbit.
Salah satu dari metode tersebut dapat memberi tahu kita apakah sebuah planet ada atau tidak. Tetapi memiliki keduanya memberi kita banyak informasi tentang planet ini. Jumlah cahaya yang diblokir oleh planet ini dapat memberi kita perkiraan ukurannya. Jumlah pergeseran cahaya bintang berwarna merah dan biru dapat menunjukkan massa planet. Dengan keduanya, kita bisa mengetahui kepadatannya. Dan kepadatan membatasi jenis bahan apa yang dapat terdiri darinya — kepadatan rendah berarti kaya akan gas, kepadatan tinggi berarti berbatu dengan inti yang kaya logam
Itulah yang dapat kami lakukan di sistem Kepler-138. Data dari kedua metode ini menunjukkan bahwa sistem berisi tiga planet. Kepler-138b tampaknya merupakan tubuh berbatu kecil seukuran Mars. Kepler-138c dan Kepler-138d keduanya termasuk dalam kategori super-Bumi: planet berbatu yang agak lebih besar dari Bumi dan jauh lebih masif. Semuanya mengorbit cukup dekat dengan Kepler-138a, bintang katai merah, dengan yang paling jauh (Kepler-138d) mengorbit pada 0,15 unit astronomi (AU adalah jarak khas antara Bumi dan Matahari).
Dalam skema besar, tidak ada yang aneh tentang sistem ini yang akan menuntut pandangan kedua. Tetapi para peneliti berpikir bahwa itu membuat kandidat yang baik untuk studi atmosfer planet ini. Sementara planet ini akan memblokir semua cahaya saat transit di depan bintang inangnya, sejumlah kecil cahaya akan melewati atmosfer dalam perjalanannya ke Bumi. Dan molekul-molekul di atmosfer itu akan menyerap beberapa panjang gelombang tertentu, memungkinkan
Untuk melakukan studi itu, tim peneliti memperoleh data dari teleskop luar angkasa Hubble dan Spitzer, yang waktunya ketika Kepler-138d sedang transit di depan bintang. Dan saat itulah segalanya mulai menjadi aneh
Revisi demi revisi
Dengan tiga planet yang dikemas ke dalam area kecil di dekat katai merah, mereka cukup dekat satu sama lain sehingga mereka dapat mempengaruhi orbit mereka. Ini menciptakan apa yang disebut "variasi waktu transit," yang berarti bahwa sebuah planet tidak muncul di depan inangnya mulai tepat pada waktu orbitnya biasanya membawanya ke sana. Misalnya, salah satu planet mungkin berada dalam posisi di mana tarikan gravitasinya akan memperlambat yang lain, menyebabkan transitnya dimulai sedikit lebih lambat daripada yang disarankan oleh perhitungan.
Ini juga dapat memberikan batasan untuk perkiraan massa planet, sehingga pengukuran yang tepat dari variasi waktu transit baik untuk dimiliki. Dan, karena pengamatan Hubble dan Spitzer datang cukup lama setelah data Kepler, itu berarti kita dapat menghitung variasi dalam rentang tujuh tahun
Namun, ternyata, kami tidak bisa. Jika Anda memperkirakan massa berdasarkan pengukuran Kepler dan kemudian mencoba menggunakannya untuk memprediksi transit dalam pengukuran selanjutnya, Anda akan gagal. Faktanya, semuanya kacau balau. "Tidak ada model tiga planet yang dapat secara bersamaan mereproduksi waktu transit Kepler, HST, dan Spitzer dari Kepler-138 d," para peneliti menyimpulkan.
Itu mungkin tampak canggung. Tetapi jika model tiga planet gagal, para peneliti memiliki cadangan yang jelas: mencoba model empat planet sebagai gantinya. Dan itu berhasil memahami data. Ini juga memberikan perkiraan lokasi dan massa planet keempat: sekitar setengah ukuran Bumi, mengorbit sekitar 0, 2 unit astronomi dari bintang. Planet ini, Kepler-138e, tampaknya tidak transit di depan bintang inang, jadi keberadaannya belum dikonfirmasi
Namun, dengan asumsi itu akurat, kehadiran Kepler-138e memiliki konsekuensi. Itu juga akan mengerahkan tarikan gravitasi pada bintang, yang akan berkontribusi pada semua pergeseran merah dan biru dalam cahaya bintang yang digunakan untuk menentukan massa planet lain. Jadi semua perkiraan massa berdasarkan data sebelumnya harus sepenuhnya direvisi mengingat keberadaan planet lain. Dan hal-hal terus menjadi aneh ketika itu dilakukan
Air, air, di mana-mana
Dua planet yang lebih besar, Kepler-138c dan Kepler-138d, pada awalnya dianggap sangat berbeda: keduanya berbatu tetapi dengan inti logam yang ukurannya sangat berbeda. Namun, dengan pengukuran yang direvisi, mereka pada dasarnya kembar. Dan mereka jauh lebih padat daripada perkiraan sebelumnya.
Salah satu cara agar itu berhasil adalah jika mereka memiliki atmosfer yang besar dan kaya hidrogen. Tetapi planet-planet sangat dekat dengan bintang inangnya sehingga ini bukan pilihan yang layak; Radiasi dari bintang cukup kuat sehingga atmosfer akan dilucuti dalam waktu 50 juta tahun, dan sistem ini diperkirakan berusia lebih dari satu miliar tahun
Alternatifnya adalah planet yang kaya akan apa yang disebut volatil, hal-hal seperti air atau amonia yang dapat ditemukan sebagai gas, es, dan cairan dalam kondisi yang ditemukan di berbagai bagian Tata Surya. Sementara sejumlah bahan kimia potensial dapat menjelaskan kepadatan planet, para peneliti berpikir dalam hal air karena ada beberapa dunia yang kaya air di Tata Surya kita, terutama bulan Jupiter, Europa
Mencocokkan kepadatan kedua planet menghasilkan model yang memiliki sedikit lebih dari 10 persen massa planet yang terdiri dari air. Namun, ini berarti bahwa sekitar setengah volume planet ini adalah air. Sementara beberapa di antaranya mungkin dimasukkan ke dalam inti berbatu, kemungkinan itu berarti lautan di seluruh planet yang dalamnya berkilo-kilometer. Dan, tidak seperti bulan es, planet ini cukup dekat sehingga sebagian besar air akan menjadi cair, dan atmosfer akan dipenuhi dengan uap air. Karena massa planet, tekanan atmosfer akan sangat besar dan dapat menciptakan lapisan air superkritis antara atmosfer dan lautan
Bulan-bulan yang dipenuhi air dari Tata Surya luar mudah dijelaskan, karena mereka terbentuk di wilayah di mana air akan ada sebagai es, dan dengan demikian dapat mengembun ke benda-benda yang lebih kecil yang bergabung untuk membentuk bulan. Tetapi planet-planet ini mengorbit di daerah di mana air cair atau, lebih mungkin, tetap berbentuk gas. Bagaimana mungkin mereka bisa terbentuk?
Para peneliti menyarankan bahwa periode orbit planet-planet memberikan petunjuk. Mereka berada dalam resonansi, yang berarti bahwa rasio periode orbital mereka dapat dinyatakan sebagai rasio dua angka satu digit (yaitu, 5:3). Orbit resonansi dianggap stabil, karena interaksi gravitasi reguler di antara planet-planet membuat mereka tidak sejajar. Jadi para peneliti menyarankan bahwa planet-planet kemungkinan terbentuk di area sistem eksosolar mereka di mana es mendominasi dan kemudian bermigrasi ke dalam menuju bintang sampai resonansi menstabilkan orbit mereka dan menghentikan migrasi.
Jelas, mengingat bahwa kita belum mengkonfirmasi bahwa planet keempat ada, ada banyak hal di sini yang perlu diverifikasi sebelum kita dapat merasa nyaman mengatakan bahwa kita pasti telah menemukan dunia air. Tetapi bahkan dalam keadaan tentatif saat ini, hasilnya menunjukkan bahwa masih ada banyak potensi untuk temuan baru di tempat-tempat di mana data tampaknya menunjukkan kumpulan planet yang agak run-of-the-mill. Mengingat bahwa Kepler mengidentifikasi ribuan sistem exosolar seperti itu, tampaknya ada potensi besar untuk meninjau kembali data dan mencari kejutan
