LEAP: Sinyal Radio, si Pencari Kehidupan

Artikel terbaik ke-6  Lomba Esai Artikel Astronomi Populer (LEAP) LS
Penulis: Erina Prastyani (Kulon Progo, DI Yogyakarta)

Jika mendengar kata “radio”, apa yang mungkin terpikirkan oleh kita ? Ya, alat yang dapat digunakan untuk mendengarkan siaran berita, musik, talkshow yang dibawakan oleh penyiar radio. Namun, apakah penggunaan radio hanya sebatas itu saja ? Sebelum populer digunakan sebagai media hiburan, penggunaan radio hanya terbatas untuk kepentingan maritim atau perang. Pada masa ini, radio digunakan sebagai alat komunikasi untuk mengirim dan menerima pesan-pesan telegraf dari dan ke daratan oleh kapal-kapal perang yang berada di lautan.

Berdasarkan Kamus Besar Bahasa Indonesia, “radio” adalah siaran (pengiriman) suara atau bunyi melalui udara. Sedangkan menurut Kamus Bahasa Inggris Oxford Living, “radio” memanfaatkan proses penjalaran gelombang elektromagnetik pada frekuensi radio yang membawa pesan-pesan suara. Gelombang elektromagnetik merupakan gelombang yang terdiri dari medan listrik dan medan magnet yang tidak memerlukan medium sebagai media penjalarannya, sehingga gelombang ini mampu melalui ruang angkasa yang hampa udara. Lalu, bagaimana radio mampu menyajikan suara yang dapat kita dengar ? Siaran radio yang dapat kita dengar tentu saja telah mengalami suatu mekanisme hingga pada akhirnya sampai ke telinga kita. Radio tersusun oleh beberapa komponen elektronik yang mampu menangkap sinyal-sinyal radio yang berada di udara dan mengubahnya menjadi suara yang dapat kita dengarkan. Instrumen yang mampu mengirimkan sinyal radio disebut sebagai transmitter (pemancar). Sinyal radio yang dipancarkan oleh transmitter ini kemudian berkelana melalui udara dari tempat yang nun jauh disana untuk mencapai instrumen penerima yang disebut sebagai receiver. Dalam hal ini, radio berperan sebagai instrumen penerima (receiver). Sinyal-sinyal radio yang ditransmisikan dapat memuat informasi berupa konten hiburan maupun komunikasi. Namun, apakah informasi yang mampu dibawa oleh sinyal radio hanya terbatas pada konten hiburan dan komunikasi saja ?

Dalam astronomi, dikenal sebuah istilah berupa “astronomi radio”. Astronomi radio merupakan salah satu cabang ilmu astronomi untuk mendeteksi objek-objek luar angkasa berdasarkan pancaran sinyal radio yang diemisikan oleh objek-objek tersebut. Oleh karena itu, objek-objek di luar angkasa yang memancarkan sinyal radio dapat disebut sebagai transmitter. Kemudian, apa yang dapat disebut sebagai receiver ? Di bumi, alat yang dapat dikategorikan sebagai instrumen penerima emisi sinyal radio yang berasal dari luar angkasa adalah teleskop radio. Berbeda dengan teleskop optik yang dahulu lebih populer di kalangan para astronom untuk “mengamati” alam semesta, kini teleskop radio juga tidak kalah populer digunakan untuk “mendengarkan” alam semesta. Teleskop radio digadang-gadang memiliki kemampuan yang lebih hebat dibandingkan teleskop optik. Hal ini dikarenakan teleskop radio memanfaatkan penjalaran gelombang radio yang termasuk ke dalam spektrum gelombang elektromagnetik yang memiliki frekuensi terkecil dengan panjang gelombang terpanjang (Gambar 1). Oleh karena memiliki panjang gelombang terpanjang, teleskop radio mampu “mendengarkan” sinyal-sinyal radio yang diemisikan oleh alam semesta yang letaknya bisa jadi sangat jauh dari bumi.

Dalam memahami penjalaran sinyal radio dari luar angkasa tentunya tidak terlepas dari perkembangan ilmu pengetahuan mengenai spektrum elektromagnetik. James Clerk Maxwell (1831-1879) berhasil mengembangkan sebuah teori elektromagnetisme yang memuat Hukum Induksi Faraday dan Hukum Ampere-Maxwell yang perumusannya dapat dilihat pada (1.1) dan (1.2).

Persamaan (1.1) merupakan Hukum Induksi Faraday tentang elektromagnetisme yang secara fisis memiliki arti bahwa perputaran medan listrik dapat dihasilkan dari perubahan medan magnetik terhadap waktu.  Hukum Induksi Faraday tentang elektromagnetisme ini menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik.

Adanya fenomena penjalaran spektrum elektromagnetik yang terjadi pada sinyal radio dari luar angkasa memungkinkan sinyal radio ini menempuh jarak yang jauh hingga sampai di bumi meskipun tanpa medium perambatan. Sinyal radio yang berasal dari luar angkasa pertama kali dideteksi oleh Karl Jansky pada 1930an (Gambar 2). Sejak saat itu, perkembangan ilmu astronomi radio dimulai.

Pada 1933, ketika sedang bekerja di Bell Telephone Laboratory, Karl Jansky, seorang teknisi komunikasi, menemukan adanya emisi sinyal radio “aneh” yang menganggu komunikasi antar negara dan antar benua kala itu. Emisi sinyal radio ini berupa sinyal radio tak terduga yang amplitudonya selalu memuncak pada waktu-waktu tertentu (Gambar 4). Oleh karena kelakuannya yang aneh, Jansky menduga sinyal radio ini berasal dari luar angkasa dan menyebutnya sebagai emisi radio kosmik. Namun, selain Jansky, kebanyakan rekan-rekannya tidak percaya akan “suara” alam semesta yang mungkin sedang diamati oleh Jansky. Pada 1937, Grote Reber (Gambar 3) membangun sebuah piringan parabola sebesar 32 kaki di Wheaton, Illinois dan mulai mencoba mencari sinyal radio yang sebelumnya ditemukan oleh Jansky. Pada 1940, Reber berhasil mendeteksi adanya emisi kosmik statis yang mirip dengan temuan Jansky di frekuensi 160 MHz (frekuensi terkecil dari berbagai rentang frekuensi yang diamati oleh Reber). Reber menemukan bahwa emisi radio ini semakin kuat dideteksi pada frekuensi terkecil yang memiliki panjang gelombang terpanjang (Ekers, R. D., 2014). Pembangunan piringan parabola yang diinisiasi oleh Reber pada 1937 menjadi titik awal perkembangan teknologi astronomi radio yang berupa teleskop radio. Bagaimana gambaran struktur sebuah piringan parabola yang selanjutnya disebut sebagai teleskop radio ini mampu “mendengarkan” sinyal-sinyal radio dari alam semesta?

Berdasarkan Gambar 4, secara sederhana, sebuah teleskop radio terdiri dari beberapa komponen diantaranya : antena, receiver, piringan parabola, amplifier, dan komputer. Antena dan receiver pada teleskop berfungsi untuk mencari dan menangkap sinyal-sinyal radio, sedangkan piringan parabola berfungsi untuk memfokuskan sinyal-sinyal radio yang diterima oleh antena untuk diteruskan ke receiver. Amplifier berfungsi untuk memperkuat sinyal-sinyal radio yang berhasil diterima oleh receiver. Komputer berfungsi sebagai instrumen yang digunakan untuk menampilkan hasil observasi astronomi melalui teleskop radio (Dallacasa, n.d).

Setelah Perang Dunia II berakhir, banyak teleskop radio yang berhasil dibangun di bumi, bahkan beberapa di antaranya memiliki diameter yang sangat besar (Baez, n.d). Teleskop radio Dwingeloo yang terletak di Belanda dibangun pada 1956 dengan diameter sebesar 25 meter. Pada 1957, di UK (tepatnya di Observatorium Jodrell Bank) juga dibangun sebuah teleskop radio dengan diameter 76 meter yang terkenal dengan nama teleskop radio Lovell. Sedangkan di Australia, teleskop radio Parkes dibangun pada 1961 dengan diameter sebesar 64 meter. Bersamaan dengan dibangunnya teleskop radio Parkes, di Afrika Selatan juga dibangun sebuah teleskop radio yang diberi nama HartRAO dengan diameter sebesar 26 meter. Teleskop radio Arecibo dibangun pada 1963 di USA dengan diameter mencapai 305 meter ! Teleskop Arecibo menjadi salah satu teleskop radio terbesar yang berhasil dibangun di bumi. Sembilan tahun kemudian, di Jerman, dibangun sebuah teleskop radio dengan diameter 100 meter yang diberi nama teleskop radio Effelsberg. Selain teleskop radio Arecibo, pada 1991-2000, di USA juga dibangun teleskop radio lain yang diberi nama Teleskop Green Bank yang memiliki diameter 100 meter (El Bouchefry, 2018). Teleskop-teleskop radio ini berhasil mendeteksi sinyal-sinyal radio hasil emisi benda-benda di luar angkasa. Beberapa observasi yang dilakukan menggunakan teleskop radio telah memberikan hasil pengamatan berupa kenampakan pulsar, quasar, dan radio galaksi (Baez, n.d). Namun, para astronom masih “haus” akan informasi mengenai alam semesta yang bisa dikuak melalui teleskop radio. Meskipun dapat dikatakan bahwa kemampuan teleskop radio dalam menguak alam semesta jauh lebih baik dibandingkan teleskop optik, kendala yang dialami teleskop radio kala itu adalah keterbatasan resolusi yang ditampilkan pada hasil observasi. Resolusi sangat penting dalam observasi untuk menampilkan hasil pengamatan terhadap benda-benda luar angkasa, terutama yang letaknya sangat jauh. Berdasarkan persamaan (1.3), resolusi akan semakin bagus jika diameter piringan teleskop diperbesar. Tetapi, untuk memperbesar diameter teleskop tentunya membutuhkan biaya pembangunan dan perawatan yang tidak sedikit. Belum lagi kekuatan pondasi yang harus diperhitungkan untuk menopang teleskop dengan diameter piringan yang besar.

Untuk mengatasi kendala mengenai keterbatasan resolusi pada teleskop radio, para astronom menggunakan interferometer radio. Interferometer radio merupakan susunan beberapa teleskop radio tunggal yang digunakan untuk pengamatan astronomi secara simultan atau bersamaan. Interferometer radio dibangun dengan maksud untuk menyimulasikan sebuah teleskop radio dengan diameter parabola besar. Berbeda dengan teleskop radio tunggal, interferometer radio akan menghasilkan resolusi yang semakin bagus jika baseline atau jarak susunan antar teleskop dibuat semakin besar (Gambar 5).

Beberapa interferometer radio yang pernah dibangun dan dioperasikan adalah Australia Telescope Compact Array (ACTA) yang dibangun di Narrabri, Australia yang terdiri dari susunan 6 teleskop radio dengan diameter masing-masing teleskop sebesar 22 meter. Pada 1970, di Belanda juga dibangun interferometer radio Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) yang tersusun dari 14 teleskop radio dengan diamter masing-masing teleskop sebesar 25 meter. Sedangkan di USA, tepatnya di Soccoro, interferometer radio Very Large Array (VLA)  juga dibangun pada 1973-1980 dengan susunan 27 teleskop radio tunggal dengan masing-masing diameter sepanjang 25 meter. Pada 1995, di India, interferometer radio Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) dibangun dengan memanfaatkan 30 susunan teleskop radio tunggal dengan masing-masing diameter sebesar 45 meter. Berbeda dengan mayoritas susunan teleskop radio di berbagai belahan dunia, Belanda membangun sebuah interferometer radio bernama Low-Frequency Array (LOFAR) yang terdiri dari 20000 susunan antena dipol yang mencapai diameter sebesar 1000 km. Selain VLA, di USA juga dibangun interferometer radio yang menggunakan teknik Very Long Baseline Array (VLBA). VLBA tersusun dari 10 teleskop radio tunggal yang tersebar di berbagai negara bagian USA dengan masing-masing diameternya sebesar 25 meter. Selain VLBA, untuk meningkatkan resolusi hasil observasi interferometer radio, teknik yang digunakan adalah Very Long Baseline Interferometry (VLBI) yang memanfaatkan susunan teleskop yang tersebar di seluruh dunia untuk “mendengarkan” secara simultan sinyal-sinyal radio yang berasal dari alam semesta. Saat ini, para ilmuwan dan astronom sedang merencanakan sebuah proyek bersama yang bernama The Square Kilometre Array (SKA). Proyek SKA ini merupakan proyek internasional untuk membangun sebuah susunan teleskop radio terbesar yang pernah ada dengan memanfaatkan satu juta meter kubik area penangkapan sinyal radio. Pembangunan proyek SKA ini berlokasi di Afrika Selatan dan Australia bagian barat.

Perkembangan dan pembangunan teleskop radio juga tidak terlepas dari tujuan para astronom untuk mencari kehidupan lain di luar angkasa. Komunikasi dengan “makhluk” luar angkasa sudah dibangun oleh para astronom sejak Nikola Tesla pada 1899 secara tidak sengaja “menangkap” sinyal radio berpola dan sistematis yang diduga berasal dari “makhluk” luar angkasa. Salah satu teleskop radio yang pernah digunakan oleh para astronom untuk membantu “berkomunikasi” dengan “makhluk” luar angkasa adalah Allen Telescope Array yang berlokasi di Pegunungan Cascade, daerah utara Puncak Lassen, California. Allen Telescope Array termasuk ke dalam kategori interferometer radio yang disusun oleh beberapa teleskop untuk menangkap sinyal radio, sinyal yang dapat menunjukkan keberadaan kehidupan lain selain di bumi. Meskipun rekaman-rekaman sinyal radio yang diterima oleh Allen Telescope Array belum menunjukkan adanya tanda-tanda keberadaan “makhluk hidup” di luar bumi, para astronom tidak patah arang untuk mencari. Melalui proyek Kepler Space Observatory yang juga menggunakan sinyal radio, para astronom berusaha mencari planet selain bumi yang memiliki karakteristik layak huni seperti bumi. Dari 974 planet kandidat (2014), sebanyak 86 di antaranya yang memiliki suhu di antara -50 sampai 100 derajat Celsius, memiliki radius yang lebih kecil daripada bumi, dan periode orbit lebih dari 50 hari. Kondisi-kondisi tersebut diduga dapat membuat planet tersebut menjadi planet yang dapat dihuni oleh makhluk hidup.

Pencarian makhluk hidup lain selain manusia di luar angkasa bukan tidak mungkin dilakukan. Bukan tidak mungkin pula kita, sebagai manusia, hidup sendirian di alam semesta yang luar biasa luas ini. Namun sayangnya, seperti yang pernah Frank Drake katakan, kendala utama yang dialami kita, sebagai observer astronomi adalah, kita tidak bisa mengarahkan antena teleskop kita ke arah yang tepat dengan frekuensi yang tepat untuk mendeteksi adanya “makhluk hidup” lain di alam semesta. Lagipula, komunikasi berupa sinyal radio yang dikirimkan oleh para astronom ke luar angkasa, mungkin baru akan sampai ke tujuan selama puluhan tahun cahaya. Mungkin inilah yang menyebabkan “panggilan” para astronom tersebut belum mendapatkan jawaban dari penerima, karena bahkan “panggilan” tersebut belum mencapai tujuan. Sekalipun jika para astronom akhirnya mendapatkan jawaban dari “mereka”, ketika jawaban tersebut sampai di bumi -yang telah melewati masa puluhan tahun cahaya-, para astronom tidak dapat meyakinkan apakah kehidupan yang menjawab panggilan tersebut masih ada.

Daftar Pustaka:

Astrobiology Magazine. 2014. “SETI Searches Kepler Candidates for Signals of Life”. 18 Agustus 2014. Diakses pada 22 Februari 2019. https://www.astrobio.net/alien-life/seti-searches-kepler-candidates-signals-life/.
Baez, Getsemary. n.d. History of Radio Astronomy : Reading for Highschool Students.
Dallacasa, D. n.d. Instruments for Radioastronomy (current and future).
Ekers, R. D. 2014. The Growth of Radio Astronomy. ASI Conference Series, 13, 1-11.
El Bouchefry, Khadija. 2018. Slide Kuliah The History of Astronomy Radio : Past to Present. Leiden/Swinburne : ASTRON.
Fleisch, D. 2008. A Student’s Guide to Maxwell Equation. Cambridge : Cambridge University Press.
Garrett, Mike. n.d. Slide Kuliah Radio Astronomy : Couse Overview, introduction to Radio Astronomy (historical perspective). Hartebeesthoek Radio Astronomi Observatory.
George, M., Orchiston, W. 2015. The History of Early Low Frequency Radio Astronomy in Australia. Journal of Astronomical History and Heritage, 18, 14-22.
Kamus Bahasa Inggris Oxford Living. n.d. “Radio”. n.d. Diakses pada 15 April 2019. https://en.oxforddictionaries.com/definition/radio.
Kamus Besar Bahasa Indonesia. n.d. “Radio”. n.d. Diakses pada 22 Februari 2019. https://kbbi.web.id/radio.
McKean, John. n.d. Introduction to Radio Astronomy. Netherlands : Netherlands Institute fo Radio Astronomy.
Murdin, Paul. 2013. Are We Being Watched ? The Search For Life in The Cosmos. London: Thames & Hudson Ltd.
National Radio Astronomy Observer. n.d. “Radio Waves Tell Us Universe”. n.d. Diakses pada 15 April 2019. https://public.nrao.edu/blogs/radio-waves-tell-us-universe/.
Science News for Students. 2012. “Life Beyond Earth”. 27 Juni 2012. Diakses pada 22 Februari 2019. https://www.sciencenewsforstudents.org/article/life-beyond-earth.
SETI Institute. n.d. “Allen Telescope Array Overview”. n.d. Diakses pada 22 Februari 2019. https://www.seti.org/ata.
SKA Telescope. n.d. “What is Radio Astronomy”. n.d. Diakses pada 22 Februari 2019. https://www.skatelescope.org/radio-astronomy/.
Sky and Telescope. 2014. “What is Radio Astronomy”. 14 Juli 2014. Diakses pada 22 Februari 2019. https://www.skyandtelescope.com/astronomy-resources/radio-astronomy/