Hidup Singkat Philae, 60 Jam di Inti Komet

Drama tujuh jam itu akhirnya berakhir (separuh) bahagia. Setelah berharap-harap cemas semenjak robot pendarat Philae melepaskan diri dan melayang pelan dari wahana takberawak Rosetta, para pengendali misi di pusat operasi European Space Agency (ESA) di Darmstadt (Jerman) bersorak gembira dalam suasana emosional. Badan antariksa gabungan negara-negara Eropa tersebut secara resmi menyatakan bahwa pada Rabu 12 November 2014 pukul 23:08 WIB robot Philae telah berlabuh dengan selamat di tanah intikomet Churyumov-Gerasimenko. Inilah momen bersejarah, untuk pertama kalinya sebuah obyek cerdas buatan manusia berhasil melabuhkan diri secara perlahan (soft-landing) ke permukaan intikomet dan tetap berfungsi. Kini kita hidup di bawah bayang-bayang mendarat dan beroperasinya sebuah robot semi-otomatis di intikomet.

Gambar 1. Simulasi saat-saat robot pendarat Philae tepat menyentuh tanah intikomet Churyumov-Gerasimenko untuk berlabuh. Dalam kenyataannya, akibat tidak berfungsinya dua unit pembantu pendaratan membuat Philae langsung melompat (terpental) kembali ke angkasa hingga dua kali begitu menyentuh tanah intikomet. Philae akhirnya benar-benar berlabuh pada titik yang jauhnya sekitar 1.000 meter dari lokasi yang direncanakan. Sumber: ESA, 2014.

Berlabuhnya Philae bukanlah pendaratan yang sempurna. Kala ESA melakukan pengecekan jarak jauh terakhir sebelum pelepasan Rosetta dan Philae, baru ketahuan sistem pendorong mini di punggung Philae tak berfungsi. Padahal perannya krusial. Seharusnya saat Philae tepat menyentuh tanah intikomet, sistem pendorong akan otomatis menyala selama beberapa saat. Sehingga Philae tetap tertekan ke tanah dan tak berpotensi melompat (terpental) kembali ke langit. Namun begitu pengendali misi tetap memberikan lampu hijau bagi Philae untuk berangkat ke tujuan. Problem ini segera disusul masalah berikutnya yang tak kalah peliknya, yakni tidak berfungsinya sistem penambat otomatis. Seharusnya saat Philae tepat menyentuh tanah intikomet dan sedang tertekan ke bawah seiring aktifnya sistem pendorong punggung, ketiga kakinya akan otomatis menancapkan jangkar tombak berpengait ke tanah. Maka begitu sistem pendorong punggung berhenti beroperasi, Philae telah kokoh berlabuh.

Tak berfungsinya dua unit pembantu pendaratan ini membuat Philae ibarat katak. Begitu menyentuh tanah intikomet, ia melompat-lompat hingga sedikitnya dua kali sebelum benar-benar berhenti. Philae sesungguhnya telah menyentuh tanah intikomet Churyumov-Gerasimenko pukul 22:33 WIB, atau 30 menit lebih awal dari pengumuman resmi ESA. Namun segera ia melesat lagi ke angkasa pada kecepatan 38 cm/detik (1,4 km/jam) untuk melambung setinggi sekitar 1.000 meter di atas tanah intikomet sebelum turun kembali. Begitu menyentuh tanah intikomet yang kedua kalinya, Philae kembali melenting. Namun kali ini dengan kecepatan jauh lebih rendah yakni hanya 3 cm/detik (0,11 km/jam) dan melambung hingga setinggi 20 meter di atas tanah intikomet. Barulah saat turun kembali, Philae sepenuhnya berhenti di posisi terakhirnya, meski dalam kondisi miring dan salah satu kakinya tak menapak tanah. Pendaratan yang melompat-lompat ini juga membuat posisi terakhir Philae meleset hingga sedikitnya 1.000 meter dari titik target pendaratannya semula.

Gambar 2. Estimasi lintasan yang ditempuh Philae kala dua kali melompat di atas tanah intikomet Churyumov-Gerasimenko sebelum benar-benar berlabuh. Dimodelkan melalui gerak parabola dengan asumsi nilai percepatan gravitasi setempatnya tetap meski melambung hingga ketinggian tertentu di atas intikomet. Dalam kenyataannya mungkin tidak demikian. Sumber: Sudibyo, 2014 dengan data dari ESA. Kredit: Ma’rufin Sudibyo

Awalnya Philae direncanakan berlabuh di titik J yang belakangan diberi nama titik Agilkia/Agilika. Namun akibat lompatan-lompatan tersebut, kini Philae diyakini berada di sekitar titik B. Titik B adalah cekungan besar yang dasarnya relatif datar dipagari tebing-tebing melingkar di tepinya yang relatif curam. Sesungguhnya tempat ini ideal untuk pendaratan Philae. Tetapi kombinasi lokasi geografisnya dengan posisi komet Churyumov-Gerasimenko saat ini terhadap Matahari membuat kondisi pencahayaan Matahari di sini sangat buruk, dibandingkan di titik Agilkia.

Hibernasi

Meski dimana persisnya Philae berlabuh belum benar-benar diketahui, namun sejauh ini (hingga Sabtu 15 November 2014) robot pendarat itu dalam kondisi normal. Sejumlah radas ilmiahnya diketahui berfungsi dengan baik. Salah satunya adalah radas MUPUS (Multi Purpose Sensor for Surface and Subsurface Science) yang membawa pasak sehingga akhirnya salah satu kaki Philae bisa tertambat ke tanah setelah pasak berhasil dibenamkan. Radas bor SD2 (drill sample and distribution subsystem) juga berfungsi dan bekerja mengebor hingga kedalaman 23 cm, membuat Philae kian kokoh tertambat. Radas-radas kamera pun berfungsi.

Dari citra-citra yang berhasil dikirimkan diketahui bahwa Philae mendarat di lereng sebuah tebing tinggi di sisi titik B. Ini mendatangkan masalah sangat serius, sebab Philae hanya tersinari cahaya Matahari selama sekitar 1,5 jam saja dari seharusnya 6 jam (periode rotasi intikomet Churyumov-Gerasimenko 12 jam). Akibatnya ia kekurangan sinar Matahari yang mencukupi guna mengisi baterenya lewat panel surya. Tanpa diisi memadai, batere Philae akan kehabisan daya listrik. Problem ini diperparah oleh lokasi titik B yang demikian rupa, sehingga ia baru akan mendapatkan pencahayaan Matahari penuh mulai Agustus 2015 mendatang.

Gambar 3. Sekuens citra (foto) yang diambil wahana Rosetta melalui radas kamera NavCam antara sebelum dan sesudah robot Philae menyentuh tanah intikomet Churyumov-Gerasimenko untuk pertama kalinya (12 November 2014 pukul 22:33 WIB). Philae menyentuh tanah intikomet tepat di sebelah kiri bongkahan batu besar di tengah citra ini. Philae akhirnya baru benar-benar berlabuh di titik sejauh sekitar 1.000 kilometer dari titik ini setelah melompat (melambung) hingga dua kali. Sumber: ESA, 2014.

Maka dalam kondisi tak tersinari cahaya Matahari mencukupi, Philae bakal berhibernasi di permukaan tanah intikomet Churyumov-Gerasimenko begitu tenaga baterenya sangat menipis. Ini bakal terjadi di sekitar 64 jam pasca berlabuh. Tak menutup kemungkinan Philae bisa mati beku, mengingat permukaan intikomet Churyumov-Gerasimenko demikian dinginnya dengan suhu bervariasi antara minus 68 hingga minus 43 derajat Celcius. Sedangkan pemanas di tubuh Philae bergantung pasokan listrik dari baterenya. Bila misalnya pencahayaan Matahari tidak berubah hingga Agustus 2015 mendatang, tenaga listrik yang tersimpan di batere Philae bisa terkuras habis. Pertimbangan politis membuat Philae tak bisa membawa pemanas independen (yang tak tergantung listrik) semisal RHU (radioisotope heater unit) sebagaimana digunakan robot-robot pendarat/penjelajah dari Amerika Serikat. Pertimbangan yang sama juga membuat Philae bergantung sepenuhnya pada cahaya Matahari guna memasok listrik dan mengisi baterenya, ketimbang sumber listrik independen seperti RTG (radioisotope thermoelectric generator). Berhadapan dengan seluruh situasi tak menguntungkan ini, pengendali misi di Darmstadt telah menyiapkan diri untuk mengantisipasi bilamana Sabtu 15 November 2014 menjadi hari terakhir Philae dalam kondisi hidup. Pengendali misi telah mengirimkan perintah kepada robot semi-otomatis itu untuk berputar sedikit (hingga 35 derajat) guna memperbesar kemungkinan mengoptimalkan panel suryanya menghadap ke Matahari.

Meski nampaknya bakal berumur singkat, namun robot Philae bersama wahana Rosetta bakal menulis bab baru yang mempertebal buku pengetahuan tata surya kita khususnya bagi salah satu anggota eksotisnya, komet. Lewat radas APXS (Alpha Proton X-ray Spectrometer), kita akan mengetahui komposisi unsur-unsur secara langsung di tanah intikomet. Dengan radas Ptolemy, rasio isotop-isotop stabil dalam substansi mudah menguap (volatil) di tanah komet bisa diketahui. Bagaimana sifat-sifat fisis tanah intikomet bisa terkuak melalui kinerja radas-radas MUPUS dan SD2. Struktur internal intikomet pun bisa diungkap melalui aksi radas CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission), dengan mendeteksi gelombang radar yang dipancarkan wahana Rosetta dan dipantulkan oleh internal inti komet. Dan seperti apa karakteristik medan magnet lemah di intikomet beserta interaksinya dengan angin Matahari menjadi subyek penyelidikan radas ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor). Serta bagaimana panorama permukaan intikomet Churyumov-Gerasimenko telah diabadikan oleh radas kamera CIVA (Comet Nucleus Infrared and Visible Analyzer) dan ROLIS (Rosetta Lander Imaging System). Seluruh radas tadi telah bekerja dan telah mengirim data-data hasil kerjanya ke Bumi.

Gambar 4. Pemandangan di sekitar titik berlabuhnya Philae di permukaan intikomet Churyumov-Gerasimenko seperti diabadikan radas kamera CIVA. Karena kedudukan Philae miring dengan salah satu kakinya tidak menapak tanah, maka salah satu dari 6 kamera CIVA mengarah ke langit. Ia memperlihatkan butir-butir debu yang beterbangan dari tanah, sebuah ciri khas intikomet. Citra ini pun memperlihatkan betapa Philae mendarat di lokasi yang remang-remang, dengan sinar Matahari hanya terlihat di bagian kanan bawah citra. Sumber: ESA, 2014 dengan label oleh Sudibyo, 2014.

Butuh waktu berbulan-bulan ke depan bagi para astronom dan geolog keplanetan untuk menganalisis seluruh data yang dikirim Philae tersebut sebelum dipublikasikan. Namun jika dihitung semenjak Juni 2014, yakni semenjak wahana Rosetta mulai mendekati inti komet Churyumov-Gerasimenko hingga sedekat 100 kilometer atau lebih dekat lagi, sejumlah fakta baru yang menarik tentangnya telah terungkap. Benda langit ini terkesan sebagai dua bulatan besar yang melekat menjadi satu membentuk geometri mirip bebek. Bulatan yang kecil berperan sebagai ‘kepala bebek’ yang dimensinya 2,5 km 2,5 km x 2 km. Sedangkan bulatan yang besar membentuk ‘badan bebek’ dan berukuran 4,1 km x 3,2 km x 1,3 km. Antara ‘kepala bebek’ dan ‘badan bebek’ dihubungkan oleh ‘leher’ yang adalah kawasan yang paling aktif mengemisikan gas dan debu di intikomet itu. Akankah bentuk unik ini dikarenakan ia sebagai benda langit kembar dempet (contact binary) ataukah sebagai benda langit biasa (tunggal) yang terpahat bagian tengahnya oleh semburan gas dan debu yang terfokus di sini sampai membentuk ‘leher’, masih menjadi bahan perdebatan.

Rosetta menunjukkan intikomet Churyumov-Gerasimenko bermassa sekitar 10 milyar metrik ton. Namun kerapatannya (massa jenisnya) cukup kecil, yakni hanya ~~4 gram~~ 0,4 gram dalam setiap sentimeter kubiknya. Maka bila benda langit ini dibawa ke Bumi dan diletakkan dengan hati-hati di perairan Samudera Indonesia (Hindia) ataupun Pasifik, ia akan terapung. Sebagai imbasnya percepatan gravitasi di permukaan intikomet Churyumov-Gerasimenko ini pun sangat kecil. Akibat bentuknya yang mirip bebek, gravitasinya bervariasi di setiap titik di permukaanya. Konsekuensinya kecepatan lepas dari intikomet ini pun kecil, yakni sekitar 40 cm/detik (1,5 km/jam) atau lebih sedikit.

Gambar 5. Geometri intikomet Churyumov-Gerasimenko yang mirip bebek lengkap dengan ‘kepala’, ‘leher’ dan ‘badan’-nya, berdasarkan observasi wahana Rosetta melalui radas kamerta NavCam. Agilkia terlerak di ‘kepala’ dan menjadi lokasi yang paling diunggulkan untuk berlabuhnya Philae. Namun tidak berfungsinya dua unit pembantu pendaratan membuat Philae berlabuh di luar dari kawasan ideal ini dan justru kemungkinan berlokasi di lereng tebing terjal sejauh sekitar 1.000 meter dari pusat Agilkia. Sumber: ESA, 2014 dengan label oleh Sudibyo, 2014.

Morfologi intikomet Churyumov-Gerasimenko terdiri atas lima bagian utama, yakni depresi (cekungan) berskala besar, kawasan terkonsolidasi, kawasan singkapan, kawasan dataran halus dan kawasan rapuh yang tertutupi debu tipis. Kekuatan tarik tanahnya sangat kecil yakni hanya sekitar 20 Pascal. Kolam-kolam material terlihat dimana-mana, mengingatkan pada bentuk gunung lumpur (mud volcano) di Bumi. Terdapat banyak retakan panjang hingga sepanjang ratusan meter, yang diduga terbentuk akibat pemuaian termal. Namun tidak terjadi perubahan bentang lahan di intikomet ini sepanjang kurun Juni hingga Oktober 2014. Ada juga sejumlah bukit pasir, yang nampaknya terbentuk melalui proses saltasi saat debu-debu halus tertiup aliran gas hingga melayang ke satu tempat. Tapi tak ada singkapan/massa es di permukaan tanah intikomet. Bongkahan-bongkahan es hanya terlihat tatkala terjadi tanah longsor di lereng. Dan sebagai ciri khasnya, tanah intikomet Churyumov-Gerasimenko pun melepaskan uap air dalam jumlah yang dinamis, sebanding dengan jaraknya ke Matahari.

Pada Juni 2014 silam, Rosetta mendeteksi intikomet Churyumov-Gerasimenko melepaskan 0,3 liter uap air dalam setiap detiknya. Dua bulan kemudian, yakni Agustus 2014 saat komet berjarak 538 juta kilometer (3,6 SA) dari Matahari, uap air yang diproduksi setiap detiknya meningkat menjadi 1 liter. Dan dalam tiga bulan kemudian yakni November 2014, jumlah uap air setiap detiknya melonjak jadi 6 liter, dengan komet berjarak 431 juta kilometer (2,9 SA) dari Matahari. Rosetta juga memperlihatkan produksi uap air ini dipengaruhi oleh kondisi siang ataupun malam di intikomet, dengan produksi uap air di kala siang lebih besar. Uniknya, benda langit ini memiliki albedo 5,3 % atau hanya memantulkan 5,3 % cahaya Matahari yang menerpanya. Dengan demikian intikomet Churyumov-Gerasimenko sama gelapnya dengan batubara ataupun aspal di jalan raya. Ini juga menjadikan benda langit ini sebagai salah satu benda langit tergelap dalam tata surya kita. Sebagai pembanding, Bulan masih memantulkan 12 % cahaya Matahari yang mengenainya sementara Bumi bahkan lebih besar lagi, yakni 30 %.

Perjalanan Panjang
Berlabuhnya Philae menjadi kulminasi dari perjuangan panjang dalam seperempat abad terakhir guna mewujudkannya dari mimpi menjadi nyata. Perjuangan keras itu secara akumulatif melibatkan tak kurang dari 2.000 orang serta terus-menerus berhadapan dengan perubahan konsep, cekaknya anggaran, problem teknis, berbagai penundaan, rute yang kompleks, manuver-manuver yang menyerempet bahaya dan waktu yang panjang dalam mengarungi langit sebelum tiba di tujuan.

Gambar 6. Lintasan kompleks yang harus ditempuh wahana Rosetta dan robot pendarat Philae semenjak diluncurkan dari Bumi hingga tiba di intikomet Churyumov-Gerasimenko. Perjalanan panjang ini menempuh jarak tak kurang dari 7.100 juta kilometer dan memakan waktu tak kurang dari 10,5 tahun. Sumber: ESA, 2014 dengan modifikasi ke bahasa Indonesia oleh Sudibyo, 2014.

Semula ESA merancang misi antariksa ke komet sebagai program yang lebih ambisius, yakni pergi ke intikomet lantas mengebor tanahnya untuk mengambil sampel dan membawanya pulang kembali ke Bumi sehingga sampel tersebut bisa dianalisis leluasa. Namun pada 1993 ambisi ini berbenturan dengan terbatasnya dana. Sementara di seberang Samudera Atlantik badan antariksa Amerika Serikat (NASA) yang sedang mengembangkan misi antariksa sejenis di bawah tajuk CRAF (Comet Rendezvous Asteroid Flyby) bahkan memutuskan untuk membatalkan rencananya, juga atas alasan terbatasnya dana. Situasi ini memaksa ESA mengubah desain misi antariksanya secara radikal, sehingga hanya akan mendarat dan menganalisis sampel di tempat (in-situ) saja. Mulai saat inilah misi tersebut menemukan bentuknya dan diberi nama Rosetta, mengacu pada prasasti berhuruf hiroglif yang ditemukan di kota Rosetta (Mesir) dan menjadi kunci terpenting guna memahami peradaban Mesir Kuno. Sementara robot pendaratnya diberi nama Philae, yang merujuk pada nama sebuah pulau kecil di tengah-tengah Sungai Nil, di kompleks Bendungan Aswan, yang kaya akan bangunan-bangunan purbakala era Mesir Kuno namun kini sudah terendam air. Jauh kemudian hari, sebuah titik di intikomet dimana Philae direncanakan hendak berlabuh pun diberi nama Agilkia/Agilika, berdasarkan nama sebuah pulau kecil di dekat pulau Philae yang menjadi tempat bangunan-bangunan kuno dari pulau Philae dipindahkan dan direkonstruksi.

Masalah berikutnya yang menghantam Rosetta adalah bencana yang menimpa roket Ariane 5 pada 11 Desember 2002 saat roket jumbo ini terpaksa diledakkan kala terbang hingga ketinggian 69 km akibat gangguan mesin. Padahal roket ini yang akan mengantar Rosetta menuju orbit Bumi pada 12 Januari 2003. Akibatnya peluncuran Rosetta terpaksa ditunda hingga dua kali guna memastikan masalah yang menghinggapi Ariane 5 bisa dibereskan. Penundaan ini memaksa pengendali misi mengubah sasaran Rosetta dari semula komet Wirtanen (46P) menjadi komet Churyumov-Gerasimenko (67P), dengan waktu berlabuh pun berubah dari semula 2011 menjadi 2014.

Wahana Rosetta dan robot pendarat Philae akhirnya terbang ke langit dengan digendong roket Ariane 5 pada 2 Maret 2004, setahun lebih telat dari jadwal semula. Awalnya menempati orbit lonjong dengan perigee 200 km dan apogee 4.000 km, mesin roket pendorong lantas dinyalakan penuh yang membawa Rosetta keluar dari pengaruh gravitasi Bumi. Namun kecepatannya tidaklah cukup untuk menjangkau komet Churyumov-Gerasimenko. Rosetta harus bolak-balik di antara Bumi dan Mars guna memperoleh tambahan kecepatan dengan memanfaatkan gravitasi kedua planet tersebut, dimana Rosetta layaknya dilontarkan dari ketapel dan melesat lebih cepat tanpa harus menyalakan mesin roketnya. Rosetta harus lewat di dekat Bumi hingga tiga kali (masing-masing 4 Maret 2005, 13 November 2007 dan 13 November 2009) serta sekali di dekat Mars (25 Februari 2007). Barulah selepas perlintasan dekat Bumi-nya yang ketiga, Rosetta menyusuri orbit yang langsung mengantarnya ke komet Churyumov-Gerasimenko. Saat itu Rosetta mendapatkan tambahan kecepatan 13.000 km/jam dan telah menempuh 4.500 juta kilometer dari 7.100 juta kilometer jarak yang harus direngkuhnya untuk tiba di tujuan.

Gambar 7. Wajah intikomet Churyumov-Gerasimenko dari dekat khususnya pada kawasan 'leher'-nya, diabadikan oleh wahana Rosetta dengan radas kamera Osiris yang beresolusi tinggi. Nampak tebing curam dengan garis-garis paralel membatasi 'kepala' dengan 'leher.' Garis-garis tersebut adalah retakan dan diduga merupakan kekar kolom. Didasarnya terdapat kolam-kolam material yang mengesankan menyerupai tumpukan sedimen gunung lumpur (mud volcano) di Bumi. Sumber: ESA, 2014. — Gambar 7. Wajah intikomet Churyumov-Gerasimenko dari dekat khususnya pada kawasan ‘leher’-nya, diabadikan oleh wahana Rosetta dengan radas kamera Osiris yang beresolusi tinggi. Nampak tebing curam dengan garis-garis paralel membatasi ‘kepala’ dengan ‘leher.’ Garis-garis tersebut adalah retakan dan diduga merupakan kekar kolom. Didasarnya terdapat kolam-kolam material yang mengesankan menyerupai tumpukan sedimen gunung lumpur (mud volcano) di Bumi. Sumber: ESA, 2014.

Pada 7 Mei 2014 silam, saat tinggal berjarak 2 juta kilometer saja dari intikomet Churyumov-Gerasimenko, kecepatan relatif Rosetta terhadap sang komet masih sebesar 775 meter/detik (2.790 km/jam). Mulailah Rosetta menyalakan mesin roketnya yang diposisikan berlawanan dengan arah gerak Rosetta, sehingga kecepatannya melambat. Secara keseluruhan Rosetta menyalakan dan mematikan mesin roketnya secara berulang-ulang hingga 8 kali, sehingga pada 23 Juli 2014 kecepatan relatifnya terhadap intikomet tinggal 7,9 meter/detik (28,5 km/jam) dengan jarak tinggal 4.000 km. Pengereman terakhir berlangsung pada 6 Agustus 2014, sehingga kecepatan relatif Rosetta tinggal 1 meter/detik (3,6 km/jam) terhadap intikomet dengan jarak tinggal 100 km.

Meski kini Philae telah terlelap dalam hibernasinya dan bahkan berkemungkinan akan tertidur hingga mati, namun Rosetta akan terus melanjutkan penyelidikannya hingga setahun mendatang. Wahana ini akan terus mengawal intikomet Churyumov-Gerasimenko hingga setahun ke depan sembari memonitor segala perubahan di sang intikomet kala ia terus mendekat ke Matahari hingga melintasi titik perihelionnya.

[divider_line]

Catatan: dipublikasikan pula di Ekliptika.