Cara Baru Mencari Air di Atmosfer Jupiter Panas

Mencari planet serupa Bumi di alam semesta memang tidak mudah. Untuk menemukan planet seukuran Bumi saja butuh instrumentasi yang punya tingkat ketelitian tinggi. Kehadiran Wahana Kepler tak pelak meningkatkan jumlah kandidat planet seukuran Bumi. Tapi untuk bisa menemukan planet serupa Bumi atau planet yang laik huni, para astronom terus mencari kehadiran air dalam wujud cair di sebuah planet.
Pertanyaannya bagaimana bisa mengetahui planet itu punya air? Sebuah planet ditengarai memiliki air jika ia berada di zona laik huni sebuah bintang. Tapi bagaimana astronom bisa mengetahui disitu benar-benar ada air? Nah ini dia tantangannya.

Ada beberapa planet yang sudah bisa dideteksi keberadaan uap air di atmosfernya, khususnya planet Jupiter panas. Lautan di Bumi memang mengisi sebagian besar planet biru ini, tapi itu justru menjadi daya tarik tersendiri untuk bisa menemukan air di planet lain. Apalagi air merupakan komponen utama yang menjadi syarat sebuah planet untuk mendukung terbentuknya kehidupan.

Pertanyaannya bagaimana para astronom bisa menemukan air?

Data simulasi planet tau Boötes b oleh Alexandra Lockwood/Caltech. Latar merupakan ilustrasi sistem tau Boötes yang dibuat oleh David Aguilar dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Data simulasi planet tau Boötis b oleh Alexandra Lockwood/Caltech. Latar merupakan ilustrasi sistem tau Boötis yang dibuat oleh David Aguilar dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Uap air di atmosfr sebuah exoplanet dapat dideteksi tapi tentu saja dengan kondisi tertentu. Ketika planet melintas di hadapan bintang atau yang kita sebut transit atau menggerhanai, maka informasi dari peristiwa transit dapat digunakan untuk mendeteksi kehadiran uap air di dan senyawa kimia lainnya di atmosfer planet tersebut.  Atau cara lainnya, ketika sebuag planet berada cukup jauh dari bintag induknya maka astronom masih bisa mempelajari komposisi atmosfernya dari citra yang diambil.

Tapi, sebagian besar planet ekstrasolar tidak memenuhi salah satu dari dua prasyarat untuk bisa dipelajari atmosfernya. Perlu diingat, exoplanet itu bukan saja jauh tapi “tak mungkin” dilihat langsung. Itulah sebabnya sebagian besar penemuan exoplanet merupakan hasil deteksi langsung. Jika bintang saya tampak seperti titik di langit, bagaimana kita bisa melihat planet yang jauhhhh lebih kecil dari si bintang dan jauh lebih redup dari bintang. Apalagi mempelajari atmosfernya.

Jelas solusinya tidak mudah, tapi para peneliti dari Caltech, Penn State University, Naval Research Laboratory, University of Arizona, dan Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics membangun metode baru untuk mengidentifikasi kehadiran air di atmosfer extrasolar planet.  Metode tersebut memanfaatkan teknik kecepatan radial (RV), teknik yang umum digunakan untuk menemukan planet ekstrasolar yang tidak pernah melakukan transit pada bintang induknya.

Dalam metode penemuan exoplanet dengan teknik RV, para pengamat menggunakan efek Doppler untuk melihat gerak bintang yang terganggu akibat gaya tarik gravitasi planet yang mengitarinya. Bintang akan tampak bergerak berlawanan arah dari gerak orbit planet dan hasilnya ditunjukkan lewat pergeseran pada panjang gelombang. Planet yang besar atau yang lebih dekat ke bintang induk akan menghasilkan pergeseran yang lebih besar.

Para astronom tersebut, mengembangkan tekni RV yang biasanya digunakan pada panjang gelombang visual ke panjang gelombang inframerah untuk menentukan orbit tau Boötis b di sekeliling bintangnya. Setelah itu, dilakukan pengamatan spektroskopi untuk melakukan analisa pergeseran cahaya pada spektrum. Setiap komponen kimia memancarkan cahaya pada panjang gelombang yang berbeda dan inilah yang jadi sidik jari bintang untuk dianalisa oleh para astronom.  Sidik jari berupa cahaya tersebut yang kemudian dianalisa untuk dicari tahu molekul apakah yang menjadi penyusun atmosfer planet.

Peneitian ini dilakukan dengan data tau Boötis b yang diambil oleh Near Infrared Echelle Spectrograph (NIRSPEC) di Observatorium W.M. Keck di Hawaii. Dari data tersebut, para astronom melakukan perbandingan antara molekul air dengan spektrum cahaya yang dipancarkan planet. Hasil perbandingan inilah yang kemudian digunakan untuk mengkonfirmasi keberadaan uap air.

Masih penasaran bagaimana para astronom ini bisa memisahkan dan mengidentifikasi garis cahaya tersebut?

Sekarang bayangkan kamu datang ke sebuah pertunjukkan orkestra. Dalam sebuah orkestra tentu ada berbagai alat musik yang dimainkan untuk menghasilkan harmonisasi sebuah lagu. Dan semua alat musik itu dimainkan secara bersama-sama. Tapi kamu tentunya akan dapat mengenali dan memisahkan suara yang dihasilkan biola, cello, terompet, dll dari suaranya jika kamu mendengarkan dengan seksama. Sekarang aplikasikan hal tersebut pada pengamatan. Informasi yang diterima dari spektograf merupakan sebuah pertunjukkan orkestra, dimana para pengamat bisa membedakan setiap informasi yang diterima dan memisahkannya dalam komponen kimiawi yang mengisi atmosfer planet tersebut.  Bagaimana membedakannya? Setiap panjang gelombang punya cerita yang berbeda. Misalnya pada panjang gelombang x terdapat sodium dan pada panjang gelombang lainnya terdapat molekul air.

Selain menentukan komposisi atmosfer planet. metode yang sama juga dapat digunakan untuk menganalisa massa planet. Pada saat dilakukan perhitungan untuk bisa menemukan komponen atmosferik, maka gerrak 3-D bintang dan planet bisa diketahui. Informasi tersebut bisa digunakan untuk mengetahui massa sebuah planet jika massa bintang sudah diketahui. Penentuan massa planet juga merupakan hal yang penting karena teknik kecepatan radial yang digunakan sebelumnya oleh para astronom hanya bisa menentukan massa minimum sebuah planet dan bukan massa sebenarnya. Pengembangan metode RV yang dilakukan Alexandra Lockwood, Geoffrey Blake dan timnya bisa digunakan untuk mengukur massa sebenarnya sebuah planet, karena cahaya yang diterima untuk dianalisa berasal dari bintang dan planet. Informasi inilah yang kemudian bisa digunakan juga untuk memahami pembentukan sistem keplanetan dan evolusinya.

Sayangnya, teknik kecepatan radial tersebut masih punya keterbatasan. Saat ini teknik tersebut hanya bisa diaplikasikan pada planet gas raksasa yang dikenal sebagai Jupiter panas seperti tau Boötis b, planet – planet raksasa dengan orbit dekat dengan bintang induknya. Selain itu saat ini, pengamatan juga masih terbatas pada bintang-bintang terang.  Planet serupa Bumi di sekeliling bintang serupa Matahari masih belum bisa dideteksi dan dianalisa dengan tekni RV tersebut. Tapi bukan berarti tidak mungkin.

Tapi, kehadiran teleskop seperti James Webb Space Telescope dan Thirty Meter Telescope (TMT) di masa depan akan menjadi babak baru dalam penelitian dengan metode RV yang dikembangkan oleh tim astronom tersebut. Setidaknya di masa depan, planet yang lebih dingin dan berada jauh dari bintang induk dan memiliki air akan dapat dianalisa lebih lanjut.

Sumber: Caltech

Ditulis oleh

Avivah Yamani

Avivah Yamani

Tukang cerita astronomi keliling a.k.a komunikator astronomi yang dulu pernah sibuk menguji kestabilan planet-planet di bintang lain. Sehari-hari menuangkan kisah alam semesta lewat tulisan dan audio sambil bermain game dan sesekali menulis makalah ilmiah terkait astronomi & komunikasi sains.

Avivah juga bekerja sebagai Project Director 365 Days Of Astronomy di Planetary Science Institute dan dipercaya IAU sebagai IAU OAO National Outreach Coordinator untuk Indonesia.