Petunjuk Baru untuk Komposisi Planet TRAPPIST-1

Ilustrasi tujuh planet terestrial (berbatu) yang ditemukan mengorbit bintang katai merah TRAPPIST-1. Orbit sistem planet ini sangat rapat, bahkan lebih sempit daripada orbit Merkurius mengitari Matahari. Proporsi sistem TRAPPIST-1 lebih menyerupai sistem Jupiter beserta bulan-bulannya.
Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech

Dari tujuh planet terestrial seukuran Bumi di sistem TRAPPIST-1, beberapa diantaranya diduga berpotensi menampung air cair dalam jumlah yang lebih besar daripada air cair di Bumi, menurut sebuah penelitian terbaru yang makalah studinya telah dipublikasikan di jurnal Astronomy and Astrophysics. Massa jenis sistem planet dapat diketahui secara lebih akurat daripada sebelumnya, dan tim astronom memprediksi 5% massa dari beberapa planet adalah air cair, yang berarti 250 kali lipat lebih banyak daripada lautan di Bumi.

Wujud air di sistem planet TRAPPIST-1 sangat bergantung pada jumlah panas yang diterima dari bintang induk yang massanya hanya 9% Matahari kita. Planet-planet terdekat cenderung menyimpan air dalam wujud uap atmosfer, sedangkan air di planet-planet terjauh kemungkinan terkunci di dalam permukaan es. Sementara TRAPPIST-1e diyakini paling berpotensi menampung air cair.

Tim astronom menggunakan Teleskop Antariksa Hubble NASA untuk melakukan survei spektroskopi pertama terhadap planet-planet seukuran Bumi yang mengorbit dari zona layak huni sistem TRAPPIST-1. Hubble mengungkap setidaknya lima planet wilayah terdalam tampaknya tidak mengandung lapisan atmosfer yang sangat tebal maupun melimpah dengan unsur hidrogen serupa planet gas Neptunus. Berarti atmosfer mereka mungkin lebih dangkal dan melimpah dengan molekul gas yang lebih berat seperti karbon dioksida, metana, dan oksigen.

“Kita sekarang memiliki lebih banyak informasi tentang TRAPPIST-1 daripada sistem planet lain, selain tata surya kita sendiri,” ungkap rekan penulis makalah studi Sean Carey, manajer Pusat Sains Spitzer di Caltech/IPAC, Pasadena, California. “Peningkatan informasi massa jenis dalam studi kami secara dramatis memperbaiki pemahaman kita tentang sifat sistem planet ini.”

Sejak sistem TRAPPIST-1 diumumkan kepada publik pada bulan Februari 2017, para ilmuwan telah bekerja keras untuk melakukan karakterisasi dan mengumpulkan lebih banyak informasi tentang mereka. Studi terbaru menawarkan perkiraan yang lebih baik daripada sebelumnya untuk faktor massa jenis planet.

Apa Itu TRAPPIST-1?

Sistem TRAPPIST-1 menyandang nama teleskop yang menemukannya, Planet Transiting dan Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) di Chili, yang menemukan dua dari tujuh planet dan mempublikasikan penemuannya pada tahun 2016. Kemudian Teleskop Antariksa Spitzer NASA, bekerja sama dengan jajaran teleskop berbasis darat, mengkonfirmasi lima planet tambahan di dalam sistem.

Sejak saat itu, Teleskop Antariksa Kepler NASA turut mengamati sistem TRAPPIST-1, sementara Spitzer memulai program 500 jam ekstra observasi terhadap TRAPPIST-1 yang akan berakhir pada bulan Maret. Data-data terbaru telah membantu para penulis makalah studi untuk mempelajari sistem secara lebih jelas daripada sebelumnya, meskipun masih banyak yang harus dipelajari dari sistem TRAPPIST-1.

Planet-planet TRAPPIST-1 berjubel begitu dekat, sehingga seseorang yang berdiri di permukaan salah satu planet akan melihat pemandangan langit spektakuler dari planet-planet lainnya, yang terkadang ukurannya lebih besar daripada Bulan di langit Bumi. Mereka diduga mengalami penguncian pasang surut, yang berarti hanya satu sisi planet yang selalu menghadap bintang induk dan menghasilkan siang dan malam permanen. Meskipun jarak ketujuh planet dari bintang induk lebih dekat daripada jarak Merkurius-Matahari, TRAPPIST-1 adalah bintang yang dingin, sehingga secara teori beberapa planet berpotensi menampung deposit air cair.

Dalam penelitian terbaru ini, tim ilmuwan yang dipimpin oleh Simon Grimm dari Universitas Bern di Swiss, membuat model komputer untuk mensimulasikan sistem planet berdasarkan semua informasi yang tersedia. Untuk setiap planet, tim harus membuat model berdasarkan pengukuran massa terbaru, periode orbital dan berbagai faktor lainnya, yang menjadi kendala terbesar untuk model 3D komputasi, menurut Grimm. Dibutuhkan sebagian besar waktu sepanjang tahun 2017 untuk menciptakan teknik baru dan menjalankan simulasi demi mengkarakterisasi komposisi planet.

Bagan ini menunjukkan perbandingan periode orbital, jarak dari bintang, radius, massa, massa jenis dan gravitasi permukaan sistem TRAPPIST-1 dibandingkan planet terestrial tata surya.
Kredit: NASA/JPL-Caltech

Komposisi Sistem Planet TRAPPIST-1

Mustahil mengetahui secara akurat bagaimana setiap planet akan terlihat, mengingat jaraknya yang sangat jauh. Bahkan di tata surya kita sendiri, massa jenis Bulan dan Mars hampir sama, namun permukaan mereka sangat berbeda.

“Faktor massa jenis untuk sementara menjadi petunjuk penting untuk mengetahui komposisi planet, jangan katakan apapun tentang habitabilitas. Namun studi kami merupakan sebuah langkah maju karena kita terus mengeksplorasi apakah planet-planet ini berpotensi menampung kehidupan,” ujar rekan penulis makalah studi Brice-Olivier Demory dari Universitas Bern.

Berdasarkan data yang tersedia, berikut prediksi terbaik bagaimana sistem TRAPPIST-1 terlihat:

TRAPPIST-1b adalah planet terdalam yang intinya cenderung berbatu dan diselimuti oleh atmosfer yang jauh lebih tebal daripada Bumi. Interior TRAPPIST-1c juga cenderung berbatu, tapi lapisan atmosfernya lebih tipis daripada planet b. TRAPPIST-1d adalah planet yang massanya paling kecil, hanya sekitar 30% massa Bumi. Para ilmuwan tidak yakin apakah TRAPPIST-1d memiliki lapisan atmosfer yang tebal, lautan atau lapisan es, karena ketiga karakteristik ini akan memberikan “lapisan” unsur volatil yang dirasa masuk akal menurut faktor massa jenis planet.

Para ilmuwan terkejut setelah mengetahui TRAPPIST-1e adalah satu-satunya planet di dalam sistem yang sedikit lebih padat daripada Bumi, mengindikasikan kemungkinan inti besi yang lebih padat daripada Bumi. Seperti planet c, TRAPPIST-1e diduga tidak tidak memiliki lapisan atmosfer yang tebal, lautan atau es, yang membedakan mereka berdua dari ketujuh planet di dalam sistem. Juga belum diketahui mengapa komposisi TRAPPIST-1e jauh lebih berbatu dibandingkan planet-planet lainnya. Dalam hal ukuran, massa jenis dan jumlah radiasi yang diterima dari bintang induk, TRAPPIST-1e adalah planet yang paling mirip Bumi.

TRAPPIST-1f, g dan h berada cukup jauh dari bintang induk sehingga molekul air membeku sebagai permukaan es. Jika memiliki lapisan atmosfer yang tipis, mereka tidak mungkin mengandung molekul-molekul berat, seperti karbon dioksida.

“Sangat menarik, planet terpadat bukanlah yang paling dekat dengan bintang induk, sedangkan planet terdingin tidak memiliki lapisan atmosfir yang tebal,” tambah rekan penulis makalah studi Caroline Dorn dari Universitas Zurich di Swiss.

Grafik yang menyajikan karakteristik ketujuh planet TRAPPIST-1 (diberi label b hingga h), yang dibandingkan dengan planet-planet berbatu di wilayah terdalam tata surya kita sendiri.
Kredit: NASA/JPL-Caltech

Bagaimana Kita Mengetahuinya?

Para ilmuwan dapat mengukur massa jenis sistem planet TRAPPIST-1 karena posisi mereka kebetulan sejajar saat melintas di depan bintang induk, sehingga jajaran teleskop berbasis darat dan antariksa dapat mendeteksi penurunan skala kecerahan cahaya bintang induk. Metode ini disebut transit, yang mengukur seberapa banyak cahaya bintang meredup untuk menentukan radius planet.

Untuk mendapatkan perkiraan massa jenis, para ilmuwan memanfaatkan “variasi waktu transit”. Jika tidak ada gaya gravitasi lain yang memengaruhi saat transit, maka planet akan selalu melintas di depan bintang induk secara periodik, misalnya, Bumi yang mengorbit Matahari setiap 365 hari sekali, yang juga menjadi cara kita untuk mendefinisikan satu tahun. Tapi karena sistem planet TRAPPIST-1 tersusun begitu rapat, maka mereka saling memengaruhi durasi “tahun” (orbit) satu sama lain. Variasi orbital digunakan untuk memperkirakan massa planet, kemudian massa dan radius digunakan untuk menghitung faktor massa jenis.

Ilustrasi ketujuh planet TRAPPIST-1 yang seukuran Bumi. Gambar memang tidak menunjukkan skala orbit, namun menyoroti kemungkinan bagaimana permukaan mereka terlihat.
Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech

Langkah Selanjutnya

Langkah selanjutnya untuk mengeksplorasi TRAPPIST-1 adalah menggunakan Teleskop Antariksa James Webb NASA yang akan segera diluncurkan. Webb mumpuni untuk mengungkap apakah sistem planet memiliki atmosfer, dan jika memang benar ada, seperti apa lapisan atmosfer mereka. Studi terbaru menggunakan Hubble tidak mendeteksi atmosfer yang didominasi oleh unsur hidrogen di planet TRAPPIST-1d, e dan f, bukti lain bahwa komposisi mereka berbatu, meskipun atmosfer yang didominasi hidrogen tidak dapat dikesampingkan untuk TRAPPIST-1g.

Ilustrasi sistem planet TRAPPIST-1 akan berubah seiring observasi tindak lanjut untuk mengungkap sifat alamiah mereka.

“Ilustrasi kami yang menggambarkan seperti apa sistem planet terlihat saat ini, mungkin akan berubah secara dramatis dari waktu ke waktu,” pungkas Robert Hurt, seorang ilmuwan senior bidang visualisasi di Pusat Sains Spitzer. “Seiring upaya kita untuk mempelajari mereka secara lebih mendalam, ilustrasi yang kami buat tentunya akan berubah sebagai respons terhadap pemahaman kita yang semakin baik.”

Ditulis oleh: Elizabeth Landau, Laboratorium Propulsi Jet NASA, www.jpl.nasa.gov

Sumber: New Clues to Compositions of TRAPPIST-1 Planets

#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa