Mengenal laboratorium angkasa New Horizons

Setelah 9 tahun mengangkasa akhirnya wahana New Horizons berhasil mencapai planet katai Pluto dengan terbang melintasi planet tersebut dalam jarak hanya 12500 km. Foto-foto yang sejauh ini dikirimkan wahana tersebut benar-benar membuat kita tercengang. Dunia yang begitu jauh, yang selama ini hanya dapat kita lihat melalui foto-foto buram, kini nampak jelas berkat adanya sistem pengambilan citra dan data yang bekerja dengan efektif. Tentu New Horizons mendatangi Pluto bukan hanya untuk memotret, tetapi juga melakukan pengukuran-pengukuran ilmiah untuk memahami planet katai tersebut dengan lebih baik.

nh_panoramic_600px
Impresi pelukis tentang penerbangan New Horizons melintasi Pluto. Sumber: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)

New Horizons adalah wahana yang didesain dengan massa yang ringan sehingga dapat menempuh perjalanan milyaran kilometer “hanya” dalam waktu sembilan tahun saja. Ukuran New Horizons kurang lebih sama dengan sebuah piano besar, dan berat totalnya juga kurang lebih serupa yaitu sekitar 478 kilogram. Instrumen-instrumen yang ada pada wahana tersebut dipilih berdasarkan daftar hal-hal yang ingin diketahui oleh komunitas peneliti ilmu keplanetan, antara lain: Apa saja penyusun atmosfer Pluto, dan bagaimana perilakunya? Seperti apa permukaan Pluto? Adakah struktur-struktur geologi yang menarik? Bagaimana interaksi angin Matahari dengan atmosfer Pluto?

Setelah pertanyaan-pertanyaan ini dikumpulkan, selanjutnya adalah menyusun instrumen yang dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan ini sekaligus mampu menggantikan yang lain apabila ada instrumen yang rusak. Memiliki cadangan yang dapat menggantikan yang lain adalah satu hal penting dalam misi antariksa. Kerusakan dapat terjadi dan misi tidak boleh gagal hanya karena satu komponen penting yang rusak tidak ada penggantinya.

Ada tujuh instrumen yang kemudian dipasang dalam New Horizons (selain pembangkit energi, sistem pendorong dan pengendali, pengendali suhu, dan komunikasi). Tiga instrumen optik, dua instrumen plasma, sensor pencacah debu, dan radiometer. Ketujuh instrumen ini dirancang agar dapat bekerja dalam suhu dingin dan situasi rendah cahaya di bagian terluar tata surya ini.

Tujuh instrumen New Horizons

New Horizons dan instrumen-instrumennya
New Horizons dan ketujuh instrumennya. Sumber: JHUAPL

Alice: Meneliti penyusun dan struktur atmosfer Pluto

Alice adalah sebuah spektrometer pencitraan dalam panjang gelombang ultraviolet. Sebuah spektrometer adalah sebuah piranti, misalnya sebuah prisma, yang dapat memisahkan cahaya ke dalam komponen-komponen warna yang menyusunnya. Sebuah spektrometer pencitraan tidak hanya memisahkan cahaya ke dalam warna-warna penyusunnya, tetapi juga menghasilkan citra dalam masing-masing warna. Detektor Alice bekerja dalam daerah ultraviolet antara panjang 520 hingga 1870 Ångstrom.

Alice akan digunakan untuk mengamati pijaran udara (airglow) dalam atmosfer Pluto. Pijaran udara adalah peristiwa interaksi atom-atom atmosfer dengan sinar Matahari atau sinar kosmis, dan dari interaksi ini dihasilkan pancaran sinar Ultraviolet. Dengan mengetahui kekuatan emisi ultraviolet ini dapat dipelajari kerapatan dan struktur atmosfer Pluto.

Selain itu, saat New Horizons bergerak menjauhi Pluto, Alice akan mengamati okultasi Matahari oleh Pluto (okultasi adalah peristiwa tertutupnya suatu objek yang lebih jauh dari pengamat, oleh objek yang lewat di depannya) dan mengamati komponen-komponen sinar Matahari yang diserap oleh atmosfer Pluto. Dengan cara ini komposisi atmosfer Pluto dapat diketahui.

Ralph: “Mata” utama New Horizons

Ralph adalah kamera foto yang bertugas memetakan permukaan Pluto, satelit-satelitnya, dan Objek-Objek Sabuk Kuiper. Ralph terdiri atas tiga buah pencitra hitam-putih, empat buah pencitra berwarna, dan sebuah pencitra inframerah.

Ralph mengambil citra dua kali sehari saat New Horizons bergerak mendekati Pluto, terbang melintas, dan saat mulai bergerak menjauh. Keseluruhan kamera ini akan mengambil citra resolusi tinggi yang akan digunakan untuk memperbaiki pengukuran jari-jari Pluto dan orbit satelit-satelitnya. Ralph juga akan memotret sisi malam Pluto yang menjauh dari Matahari, dengan dibantu “sinar Charon” yaitu sinar Matahari yang memantul dari permukaan Charon dan menyinari sisi malam Pluto.

Detektor inframerah pada Ralph juga akan mengukur kandungan Nitrogen, Metana, Karbon Monoksida, air beku, dan komponen-komponen organik pada permukaan Pluto.

REX (Radio Science Experiment): Pengukur dan pencari atmosfer

REX hanyalah sebuah sirkuit elektronik yang menjadi bagian dari sistem telekomunikasi New Horizons, dan digunakan untuk menganalisis sinyal-sinyal radio yang diterima antena New Horizons. Saat New Horizons bergerak menjauhi Pluto, REX akan menggunakan okultasi Bumi oleh Pluto untuk meneliti kandungan atmosfer Pluto. Pada saat okultasi tersebut, antena New Horizons akan diarahkan ke Bumi. Di Bumi sendiri akan dipancarkan sinyal radio ke arah Pluto. Sinyal radio ini akan terbiaskan oleh atmosfer Pluto, dan besarnya pembiasan gelombang radio ini bergantung pada berat molekul-molekul penyusun atmosfer Pluto dan suhu atmosfernya.

LORRI (Long Range Reconnaissance Imager)

Pada intinya LORRI adalah sebuah kamera digital yang dilengkapi dengan teleskop berdiameter sekitar 20.8 centimeter, hanya saja LORRI didesain agar dapat beroperasi dalam suasana teramat dingin. Inilah kamera yang menghasilkan citra-citra Pluto yang sudah kita amati selama ini, dan citra-citra ini akan digunakan untuk mempelajari geologi Pluto dan satelit-satelitnya. Karena tingginya resolusi kamera ini, jumlah dan ukuran kawah-kawah dapat diteliti sehingga kita dapat mengetahui riwayat penumbukan Pluto oleh benda-benda luar. Saat ini New Horizons sedang mengarah ke sebuah Objek Sabuk Kuiper (KBO, Kuiper Belt Object) dan akan digunakan untuk memotret objek-objek tersebut.

LORRI tidak dapat digerakkan. Oleh karena itu memotret sesuatu objek, operator di Bumi harus mengarahkan New Horizons agar sisi wahana tempat LORRI berada agar menghadap ke objek yang ingin dipotret. Langkah ini lebih aman karena komponen-komponen yang dapat bergerak untuk mengarahkan kamera punya risiko lebih tinggi untuk rusak dalam perjalanan panjang New Horizons.

SWAP (Solar Wind Around Pluto): Detektor angin Matahari

Angin bintang adalah aliran partikel bermuatan listrik yang dilontarkan dari bintang, termasuk dari Matahari. SWAP adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur interaksi antara atmosfer Pluto dengan angin Matahari. Karena jarak yang luar biasa jauh antara Pluto dan Matahari, maka detektor SWAP harus lebih peka dari detektor-detektor angin Matahari yang ditempatkan di orbit Bumi.

Ketika atmosfer Pluto terkena sinar ultraviolet dari Matahari, akan dihasilkan partikel-partikel bermuatan listrik. Partikel-partikel bermuatan ini akan terbawa oleh angin Matahari, yang juga bermuatan listrik. Interaksi antara partikel-partikel bermuatan listrik dari atmosfer Pluto ini, dengan medan magnetik angin Matahari, akan meningkatkan energi partikel-partikel ini hingga ribuan elektronvolt. Partikel-partikel ini memperoleh energi dari angin Matahari. Akibatnya, angin Matahari di sekitar Pluto akan melambat.

Dengan mengukur gangguan-gangguan yang dialami angin Matahari akibat interaksinya dengan partikel-partikel atmosfer Pluto, SWAP dapat mengukur jumlah partikel atmosfer Pluto yang lepas darinya.

PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)

Instrumen PEPSSI adalah detektor partikel, dan bisa mendeteksi atom-atom netral yang lepas dari atmosfer Pluto dan kemudian menerima muatan listrik melalui interaksi dengan angin Matahari. Karena menyerap sinar Ultraviolet dari Matahari, molekul-molekul yang lepas dari atmosfer Pluto (antara lain Nitrogen, Karbon Monoksida, dan Metana) akan terpecah menjadi ion dan elektron. Karena ion dan elektron bermuatan listrik, mereka dapat berinteraksi dengan angin Matahari dan ikut mengalir.

Dengan mendeteksi ion-ion dan elektron ini, kita dapat mengetahui komposisi atmosfer Pluto. Rentang energi PEPSSI lebih tinggi SWAP, sehingga keduanya saling melengkapi dalam mempelajari susunan atmosfer Pluto.

Pencacah Debu Venetia Burney (SDC, Student Dust Counter)

Venetia Burney ketika berusia 11 tahun.
Venetia Burney ketika berusia 11 tahun. Pada tahun 1930 ia mengusulkan agar planet yang baru ditemukan Clyde Tombaugh itu dinamakan Pluto. Sumber: Wikipedia.

SDC adalah instrumen yang dibangun oleh sekelompok mahasiswa Universitas Colorado di Boulder, dan digunakan untuk mendeteksi debu yang beterbangan di antariksa yang dilewati New Horizons dalam perjalanannya. Debu-debu antariksa ini dihasilkan dari tumbukan antar asteroid, komet, atau objek-objek Sabuk Kuiper. SDC adalah instrumen pertama yang diterbangkan NASA, yang dirancang dan dibangun oleh mahasiswa.

SDC terdiri atas film plastik yang terbuat dari Polyvinylidine Fluoride (PVDF). Film ini dibingkai oleh rangka aluminium, dan dipasang di bagian luar wahana New Horizons.

Apabila ada debu menumbuk film plastik ini, akan dikirim sinyal ke prosesor. Prosesor kemudian mengolah sinyal ini dan meneruskannya ke pemancar New Horizons. Selanjutnya pemancar New Horizons akan mengirimkan data ke Bumi. Sinyal yang dikirimkan antara lain massa dan kecepatan debu yang menumbuk detektor.

Detektor SDC ini kemudian dinamakan Venetia Burney, untuk menghormati seorang perempuan yang pada tahun 1930, ketika masih berusia 11 tahun, mengusulkan agar planet yang pada waktu itu baru ditemukan Clyde Tombaugh agar diberi nama Pluto.

Sembilan kenang-kenangan

Perangko 29 sen terbitan Jawatan Pos Amerika Serikat
Perangko senilai 29 sen, cetakan tahun 1991 oleh Jawatan Pos Amerika Serikat. Perangko ini adalah bagian dari serial penjelajahan tata surya, dan menyatakan bahwa Pluto belum dijelajahi. Sumber: astronomy.com
Tempat menempelkan perangko
Bagian wahana New Horizons tempat perangko itu ditempelkan. Sumber: astronomy.com

Selain tujuh instrumen, New Horizons juga membawa sembilan barang kenang-kenangan. Salah satunya, sebuah prangko 29 sen Amerika yang diterbitkan oleh Jawatan Pos Amerika Serikat (USPS, United States Postal Service) tahun 1991. Perangko ini mengesalkan banyak astronom karena muka perangko ini bertuliskan: Pluto: Not yet explored (Pluto: Belum dijelajahi), dan menjadi motivator untuk mengirimkan wahana ke Pluto. Perangko itu kini menempel di New Horizons sebagai tanda bahwa perangko itu sudah tidak lagi relevan.

Wadah penyimpanan abu Clyde Tombaugh
Wadah penyimpanan abu Clyde Tombaugh, penemu Pluto. Pada permukaan wadah tertulis, Interred herein are remains of American Clyde W. Tombaugh, discoverer of Pluto and the solar system’s ‘third zone’ Adelle and Muron’s boy, Patricia’s husband, Annette and Alden’s father, astronomer, teacher, punster, and friend: Clyde W. Tombaugh (1906-1997). Sumber: Alan Stern/JHUAPL.

Selain itu, sekitar 30 gram abu Clyde Tombaugh juga dibawa oleh New Horizons. Clyde Tombaugh, penemu Pluto, meninggal dunia pada tahun 1997 dalam usia 91 tahun, sembilan tahun dan dua hari sebelum peluncuran New Horizons. Sebelum meninggal Clyde Tombaugh berharap abunya bisa dibawa bersama wahana yang akan meneliti Pluto, dan keinginan ini berusaha dipenuhi oleh para ilmuwan yang bekerja dalam New Horizons.

Tujuh memento lain yang dibawa New Horizons adalah sebuah cakram padat yang berisi 434.738 nama dan cakram padat berisi foto-foto ilmuwan yang terlibat New Horizons, uang 25 sen bergambar negara bagian Florida untuk menghormati tempat peluncuran New Horizons, uang 25 sen bergambar negara bagian Maryland untuk menghormati tempat pembangunan wahana, potongan pesawat antariksa SpaceShip One, dan dua helai bendera Amerika Serikat. Mengapa semuanya ada sembilan? Coba tebak… 🙂

Bahan bakar dan lintasan perjalanan

Sebagaimana banyak wahana antariksa, New Horizons tidak membawa banyak bahan bakar pendorong. Seluruh daya dorong yang ada diberikan dari roket peluncur pada tahap-tahap awal peluncuran dan dengan memanfaatkan energi gravitasi. Walaupun demikian, New Horizons dilengkapi dengan 16 roket kecil pendorong yang diletakkan di 8 tempat di luar wahana, yang digunakan untuk koreksi arah. Ada bensin secukupnya.

New Horizons diarahkan menuju Jupiter agar dapat terbang melintas (fly-by) dan memanfaatkan energi gravitasi Jupiter untuk mempercepat wahana. Dengan cara inilah New Horizons dapat memperoleh kecepatan tinggi yang memungkinkan wahana ini dapat mencapai Pluto dalam waktu 9 tahun.

Dengan memanfaatkan potensial gravitasi Jupiter, New Horizons dapat dipercepat hingga mencapai kecepatan sekitar 80 000 km/jam. Karena kecepatan yang tinggi inilah New Horizons hanya melintas Pluto dan tidak mengorbit planet katai tersebut. Pasalnya karena untuk memperlambat diri sehingga bisa mengorbit Pluto, dibutuhkan energi yang besar sekali. Di dekat Pluto, kecepatan New Horizons sudah “melambat” jadi sekitar 45000 km/jam namun itupun harus dikurangi hingga lebih dari 90%, dan ini membutuhkan 1000 kali bahan bakar yang dibawa New Horizons.

Ilustrasi pelukis mengenai perjumpaan New Horizons dengan Jupiter.
Ilustrasi pelukis mengenai penerbangan New Horizons melintasi Jupiter. Sumber: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI).

Komunikasi

New Horizons berkomunikasi dalam pita-X, yaitu gelombang mikro dalam frekuensi antara 7 hingga 11.2 GigaHertz. Karena jaraknya yang jauh, laju hantaran data sangat rendah dengan bandwidth yang hanya 1 kilobit/detik[1]. Selain itu juga, pada jarak Pluto, sinyal yang dikirimkan dari wahana membutuhkan waktu sekitar 4.5 jam untuk mencapai Bumi. Untuk menerima sinyal dan mengirimkan perintah, NASA memanfaatkan jaringan antena radio Deep Space Network, dengan garis tengah masing-masing antena sekitar 70 meter.

Karena lambatnya transmisi sinyal dari New Horizons, maka data yang sudah diambil disimpan dalam buffer memori padat (solid state). Ada sepasang memori yang masing-masing memiliki kapasitas 8 gigabytes. Dibutuhkan waktu 16 bulan untuk menghantarkan data tersebut dari New Horizons ke Bumi. Oleh karena itu saat ini belum semua data kita terima, dan hasil akhir masih kita nantikan.

Di mana New Horizons saat ini?

Saat ini New Horizons sudah bergerak meninggalkan Pluto (tak lupa mengambil foto perpisahan terlebih dahulu) dan mengarah ke daerah objek-objek Sabuk Kuiper. Karena daerah ini mencakup volume yang besar sekali dan kurang banyak dijelajahi, maka dicarilah objek-objek yang kemungkinan besar akan dilewati New Horizons. Teleskop Antariksa Hubble telah menemukan tiga KBO yang potensial untuk dapat dilintasi. Objek ini kecil sekali, berdiameter antara 30–55 kilometer, dengan jarak antara 43–44 Satuan Astronomi, terlalu kecil untuk dapat diamati oleh teleskop landas Bumi. Diharapkan New Horizons akan melintasi objek-objek ini antara tahun 2018–2019.

Berkat New Horizons kita telah mempelajari banyak hal tentang Pluto, namun wahana ini akan terus memberikan lebih banyak informasi mengenai daerah terluar tata surya kita.

Kesan pelukis mengenai perjumpaan New Horizons dengan sebuah Objek Sabuk Kuiper.
Kesan seniman mengenai penerbangan New Horizons melintasi sebuah Objek Sabuk Kuiper. Teleskop Hubble telah menemukan tiga KBO yang potensial untuk dilintasi antara tahun 2018–2019. Sumber: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI).

[divider_line]

1. ^ Kecepatan modem pada akhir tahun 90an saja, sewaktu ramai-ramainya demonstrasi melawan rejim Orde Baru dan informasi alternatif dapat diperoleh dari mailing list, sudah mencapai 56 kilobit/detik.

Ditulis oleh

Tri L. Astraatmadja

Tri L. Astraatmadja

Setelah 10 tahun bermukim di Eropa untuk mengambil gelar pascasarjana dan mengerjakan riset postdoktoral, Tri kini bekerja di Department of Terrestrial Magnetism, Carnegie Institution for Science, Washington DC, Amerika Serikat, untuk mencari eksoplanet dengan menggunakan metode astrometri landas Bumi.