Pohon Keluarga Planet Tata Surya

Ilustrasi perbandingan planet tata surya dan tidak menggambarkan skala jarak yang sebenarnya.
(Kredit: Lunar and Planetary Institute)

Tinjauan

Tata surya kita layaknya sebuah keluarga yang terdiri atas planet utama, planet katai, komet dan asteroid yang mengorbit Matahari. Mereka memiliki banyak kesamaan, tetapi juga memiliki karakteristik unik masing-masing.

Meskipun sejarah Bumi telah terhapus karena aktivitas geologi, namun tetangga-tetangga terdekat Bumi, atau tiga planet planet saudara kandung kita, tetap mempertahankan sejarah keluarga. Planet raksasa dan komet, sepupu kita yang ukuran dan komposisinya sangat berbeda, bahkan menjaga rahasia keluarga yang paling kuno: kisah pembentukan tata surya kita.

Para kerabat Bumi menyediakan informasi yang mengarah ke planet tempat tinggal kita dan sejarah keluarga tata surya.

Definisi Planet

Kata “planet” berarti “pengembara”. Para pengamat langit zaman baheula memperhatikan objek mirip bintang (planet) yang posisinya selalu berubah. Selang beberapa abad kemudian, ketika wawasan kita tentang benda langit semakin bertambah, definisi planet telah banyak berubah. Saat itu belum ada definisi yang jelas untuk membedakan asteroid dan komet dengan planet, karena mereka semua mengorbit Matahari, meskipun ukuran planet yang lebih besar daripada asteorid dan komet dapat diterima luas.

Pada tahun 2005, setelah benda langit mirip komet (Eris) yang berukuran lebih besar daripada planet utama Pluto, para astronom menganggap perlunya definisi formal tentang planet. Pada tahun 2006, Himpunan Astronomi Internasional (IAU) mendefinisikan planet sebagai sebuah objek yang mengorbit Matahari, berukuran cukup besar sehingga memiliki gaya gravitasi yang cukup kuat agar berbentuk spheroid, dan telah “membersihkan” orbitnya dari objek-objek yang ukurannya lebih kecil. Berdasarkan definisi baru ini, Pluto, Eris dan objek berukuran relatif setara lainnya tidak memenuhi syarat sebagai sebuah planet. Definisi ini tetap kontroversial hingga saat ini. (Pengukuran terbaru oleh pesawat antariksa New Horizons NASA merevisi ukuran Pluto yang ternyata lebih besar daripada Eris.

Mengapa Planet Terdalam dan Terluar Begitu Berbeda?

Empat planet terestrial (berbatu), Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars terbentuk di wilayah terdalam tata surya yang lebih panas. Wilayah terdalam tata surya lebih panas, sehingga material volatil, unsur yang mudah menguap pada suhu dan tekanan normal, tidak bisa memadat. Banyak molekul gas dan es yang tidak bisa mempertahankan wujud padat saat terpapar suhu panas di wilayah terdalam. Hanya logam dan silikat yang mampu menahan suhu panas Matahari untuk terakumulasi menjadi planet-planet terestrial terdalam tata surya.

Di wilayah terluar yang lebih dingin, material volatil seperti es air, es lainnya dan molekul gas terakumulasi menjadi planet-planet raksasa, Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Keempat planet raksasa diduga memiliki inti batu berukuran kecil dan “gas” padat yang dikelilingi cairan dan gas dalam volume besar yang didominasi hidrogen dan helium. Mereka bahkan memiliki sistem cincin dan puluhan bulan.

Planet Terdalam Tata Surya

Banyak orang yang menganggap Mars lebih besar daripada Bumi, padahal Mars hanya setengah lebar Bumi. Mereka juga menganggap Mars lebih panas (mungkin karena warnanya merah), padahal Mars lebih dingin daripada kutub utara dan selatan Bumi. Termasuk konsep yang membingungkan tentang orbit planet, padahal semua planet di tata surya mengitari Matahari dengan arah orbit yang sama, meskipun kecepatannya berbeda.
(Kredit: Lunar and Planetary Institute)

Saudara kandung kecil Merkurius memang hanya sepertiga ukuran Bumi, tetapi menyembunyikan kisah menarik yang belum terungkap. Pesawat antariksa MESSENGER NASA yang memasuki orbit Merkurius pada tahun 2011, mengungkap banyak kejutan baru. Karena sangat dekat dengan Matahari, suhu permukaannya begitu ekstrem, mulai dari 450 °C di sisi yang menghadap Matahari hingga -170 °C di sisi sebaliknya. Permukaannya yang dipenuhi banyak kawah mencatat sejarah panjang fenomena bombardir oleh asteroid dan objek-objek lainnya, sementara pengamatan terbaru MESSENGER menunjukkan aktivitas gunung berapi yang terjadi jauh lebih lama daripada yang diperkirakan.

Meskipun selalu terpapar angin surya, Merkurius tetap mempertahankan lapisan atmosfer yang sangat tipis dari penyebaran atom yang terpengaruh angin surya dan berusaha meninggalkan planet. Inti cair padat Merkurius menghasilkan medan magnet bagi planet terdalam yang paling kecil ini.

Venus adalah kembaran Bumi dalam hal ukuran, tetapi diselubungi oleh formasi awan. Lapisan atmosfernya yang tebal terdiri dari karbon dioksida, air dan asam sulfat. Tekanan atmosfer Venus sekitar 90 kali tekanan atmosfer Bumi, menciptakan efek rumah kaca intens yang memerangkap panas di atmosfer. Temperatur permukaan Venus berkisar dari 377 °C hingga 487 °C, bahkan lebih panas daripada Merkurius!

Ilustrasi interior planet terestrial dan Bulan, satelit Bumi.
(Kredit: Lunar and Planetary Institute)

Venus memiliki banyak gunung berapi, beberapa di antaranya mungkin masih aktif. Rotasinya sangat lambat. Venus menyelesaikan satu kali rotasi setiap 243 hari Bumi dan berotasi berlawanan dengan arah rotasi sebagian besar planet tata surya. Durasi rotasi bahkan lebih lama daripada waktu yang dibutuhkan untuk mengitari Matahari.

Bumi adalah planet yang dinamis, satu-satunya planet yang kita ketahui memiliki kehidupan. Bumi berotasi setiap satu hari dan mengorbit Matahari setiap satu tahun. Kemiringan poros rotasi Bumi menghasilkan musim yang bervariasi. Temperatur permukaan berkisar antara -73 °C hingga 48 °C dengan kandungan air cair yang berlimpah. Atmosfer Bumi memerangkap energi dari sinar Matahari, menciptakan efek rumah kaca yang menghangatkan permukaan, memoderasi iklim dan melindungi permukaan dari radiasi berbahaya Matahari.

Mars memiliki banyak kemiripan dengan Bumi. Hanya sekitar setengah ukuran Bumi, geologi Mars mirip dengan Bumi, lapisan atmosfernya tipis, dan diduga masih menyimpan deposit air. Lama satu hari hampir setara dengan hari di Bumi, tetapi dibutuhkan sekitar dua tahun Bumi untuk mengorbit Matahari. Kemiringan poros rotasi Mars juga menghasilkan musim yang bervariasi.

Mars memiliki gunung berapi tertinggi di tata Surya kita, tingginya sekitar 22 kilometer. (Bandingkan dengan Mauna Loa Hawaii yang tingginya 9 kilometer, namun jika diukur dari dasar laut). Beberapa gunung berapi di Mars baru-baru ini menunjukkan aktivitas. Namun planet ini sangat kering dan suhu permukaannya dingin, -87 °C hingga -5 °C. Lapisan atmosfernya tipis dan sebagian besar terdiri dari karbon dioksida.

Tidak ditemukan air cair yang terkumpul atau mengalir di permukaan, tetapi berbagai misi antariksa telah menemukan deposit air beku di bawah permukaan dan es di kedua kutub, yang terdiri dari karbon dioksida beku dan es air. Ditemukan pula bukti yang mengindikasikan Mars pernah memiliki aliran air dan lautan di permukaan selama sejarah awal tata surya, sekitar 3,5 miliar tahun yang lalu.

Raksasa Gas

Banyak orang yang menganggap planet raksasa gas terutama terdiri dari gas, seolah-olah mereka adalah awan di luar angkasa. Meskipun didominasi oleh molekul yang akan menjadi gas di Bumi (hidrogen, helium, karbon dioksida, air, amonia), massa jenisnya membuat molekul gas berwujud cair, bukannya padat yang membentuk sebagian besar interior planet. Demikian pula dengan anggapan bahwa interior mereka dingin, karena para astronom kerap menggambarkan mereka (terutama Uranus dan Neptunus) terbuat dari es beku pada suhu rendah (air, karbon dioksida, amonia).
(Kredit: Lunar and Planetary Institute)

Komposisi

Massa Jupiter melampaui dua kali massa gabungan seluruh planet di tata surya. Tumbuh cukup besar untuk mengakumulasi material nebula surya, komposisi Jupiter terdiri dari sekitar 90% hidrogen, 10% helium, dengan beberapa metana, air, dan campuran amonia, sekaligus mencerminkan campuran material purba yang menghasilkan semua planet. Namun, komposisi Jupiter tidak terlalu identik dengan campuran purba, sehingga para ilmuwan belum yakin tentang proses yang membentuk Jupiter. Mempelajari jejak sejarah Jupiter dari metana, air dan amonia akan membantu para ilmuwan untuk menyimpulkan bagaimana gas dan debu terakumulasi untuk membentuk planet-planet yang kita lihat hari ini.

Meskipun massa jenisnya jauh lebih rendah, komposisi dan atmosfer Saturnus mirip dengan Jupiter. Raksasa bercincin ini akan mengapung jika ada lautan yang cukup besar untuk menampungnya.

Karena Uranus dan Neptunus terletak lebih jauh dari Matahari, suhu yang dingin menghasilkan karakteristik unik di antara para raksasa. Ukuran mereka sangat besar, sekitar empat kali diameter Bumi, meskipun tidak mampu bertumbuh cukup besar melalui akumulasi nebula surya embrionik seperti yang dilakukan Jupiter dan Saturnus. Persentase komposisi air, amonia dan metana lebih tinggi daripada dua saudara mereka yang lebih besar. Metana menyerap cahaya merah dan oranye dari sinar Matahari, memantulkan cahaya biru dan hijau ke mata kita untuk memberikan warna biru yang unik. Interior planet adalah lapisan lumpur padat panas yang menutupi inti batu dan “gas” padat, seperti amonia.

Atmosfer dan Cuaca

Awan Jupiter menutupi wilayah-wilayah yang sangat bergejolak. Tekanan luar biasa Jupiter menghancurkan interior saat terbentuk (dan mungkin masih berlangsung saat Jupiter terus berkontraksi) dan panas yang dihasilkan masih terlepas dari planet terbesar tata surya ini. Terletak cukup jauh dari Matahari, panas internal yang dihasilkan oleh Jupiter mampu menghangatkan planet dan memainkan peran utama dalam variasi cuaca. Jupiter memancarkan emisi inframerah dua kali lebih besar daripada yang diterimanya dari Matahari! Suhu inti mungkin sekitar 24.000 °C, bahkan lebih panas daripada permukaan Matahari! Panas dilepas melalui hidrogen metalik cair dan lapisan hidrogen cair untuk memasok energi ke atmosfer. Seperti panci sup di atas kompor yang panas membara, molekul gas di atmosfer mendidih dari lapisan bawah yang hangat ke lapisan atas yang lebih dingin. Sementara suhu di atas atmosfer sekitar -163 °C.

Sembari mengorbit Matahari setiap 12 tahun, Jupiter berotasi setiap 10 jam. Rotasi yang cepat menghasilkan lima aliran jet di setiap belahan planet dan memberikan pemandangan pita-pita unik Jupiter. Bumi hanya memiliki sekitar empat aliran jet dinamis, dua, kadang-kadang tiga, di setiap belahan planet, yang kesemuanya melaju dari arah barat ke timur. Kecepatan angin di Jupiter sangat tinggi, mencapai 530 kilometer per jam, sementara arah alternatif pergerakan angin dari timur ke barat sejajar dengan garis lintang. Kilatan petir kerap terjadi, dihasilkan oleh gesekan antara partikel-partikel es di dalam badai. Bintik Merah Raksasa Jupiter adalah sistem badai masif yang ukurannya melampaui diameter Bumi dan telah berkecamuk setidaknya selama beberapa ratus tahun.

Seperti Jupiter, Saturnus adalah bola hidrogen dan helium raksasa yang bergejolak dan diselimuti medan magnet, tetapi planet terbesar kedua ini dihiasi sistem cincin yang indah. Angin bertiup kencang hingga 1.770 kilometer per jam! Kabut asap di lapisan tinggi atmosfernya menutupi pita-pita aliran jet serupa di Jupiter.

Tumbukan raksasa mungkin telah membuat "bakal" planet Uranus lepas kendali dan berkontribusi terhadap karakteristiknya. Berbeda dengan seluruh planet lainnya, poros rotasi Uranus begitu miring sehingga ia berputar pada sisinya, menggelinding setiap 17 jam sekali. Mengingat periode panjang orbit Uranus (84 tahun), durasi siang atau malam berlangsung selama 20 tahun! Ketika belahan utara mulai keluar dari malam musim dingin yang panjang, para astronom melihat fenomena unik di atmosfer ketika suhu menghangat. Lapisan teratas atmosfer sangat redup dan menyelimuti lapisan-lapisannya yang lebih dalam, tetapi observasi terbaru juga telah mengamati badai yang bertahan cukup lama.

Sebagai planet terjauh dari Matahari, hanya sedikit kehangatan yang mencapai Neptunus. Seperti Uranus, Neptunus memiliki metana di atmosfer yang menciptakan rona biru dan berfungsi layaknya selimut bagi planet yang sangat dingin ini. Sisa panas dari proses pembentukan planet mungkin terperangkap oleh metana dan membantu mengendalikan cuaca ekstrem. Rata-rata kecepatan angin adalah 2.000 kilometer per jam, bahkan lebih cepat daripada kecepatan angin di Saturnus dan sistem badai skala besar bergerak di dalam atmosfer. Aktivitas atmosfer menyulitkan para ilmuwan untuk menentukan laju rotasi Neptunus, tetapi pesawat antariksa Voyager NASA telah mendeteksi emisi radio yang dihasilkan medan magnet dan memperoleh perhitungan 16 jam. 1 dari 13 bulan Neptunus, Triton, sangat beku dengan suhu -200 °C.

Ilustrasi interior planet-planet raksasa.
(Kredit: Lunar and Planetary Institute)

Magnetosfer dan Interior

Seperti Bumi, planet raksasa terluar juga memiliki medan magnet. Kita telah familiar dengan efek medan magnet Bumi, misalnya kompas yang menunjuk ke kutub magnet dan melindungi atmosfer dari angin surya. Saat berinteraksi dengan medan magnet Bumi, partikel angin surya menghasilkan cahaya indah aurora.

Medan magnet berasal dari proses yang terjadi jauh di dalam interior setiap planet. Bumi menghasilkan medan magnet dari arus listrik yang dihasilkan oleh aliran material logam cair di dalam lapisan terluar inti. Molekul gas di interior Jupiter dan Saturnus mengalami tekanan yang luar biasa kuat, sehingga memadat. Salah satu lapisan di dalam Jupiter dan Saturnus adalah hidrogen metalik dan arus listrik yang dihasilkan oleh aliran hidrogen menciptakan medan magnet. Magnetosfer Jupiter begitu besar, bahkan ujung medan magnet (magnetotail) melampaui orbit Saturnus.

Hidrogen logam cair mungkin membentuk sebagian besar interior Jupiter. Mungkin ada inti padat yang lebih besar daripada Bumi di pusat Jupiter. Atmosfer yang tebal menyatu dengan lapisan hidrogen cair; tidak ada permukaan padat di Jupiter atau raksasa gas mana pun.

Medan magnet Uranus dan Neptunus tidak dihasilkan oleh lapisan hidrogen logam cair, tetapi dari arus yang mengalir melalui lumpur asin di interior planet.

Ditulis oleh: Staf mobile.arc.nasa.gov

Sumber: The Planets, Investigating Our Planetary Family Tree: A Family Affair

#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa