 |
| Ilustrasi sebuah eksopanet. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA/Chris Smith |
Di
sebuah gedung yang terletak di sebelah barat laut kampus Pusat Penerbangan
Antariksa Goddard NASA di Greenbelt Maryland, ribuan komputer menghasilkan
paduan suara yang “memekakkan telinga”. Disebut NASA’s Discover supercomputer, ribuan komputer ini mampu
menghasilkan 7 kuadriliun perhitungan per detik. Mereka menjalankan model iklim
canggih untuk memprediksi iklim Bumi di masa depan.
Tetapi,
saat ini mereka juga dimanfaatkan untuk menjalankan model yang lebih sulit,
untuk menjawab pertanyaan apakah di antara lebih dari 4.000 planet di luar tata
surya yang ditemukan dalam kurun waktu dua dekade terakhir ada yang mampu
menopang kehidupan.
Para
ilmuwan NASA terkejut mengetahui hasil perhitungan dari model yang dijalankan
oleh Discover supercomputer.
Jawabannya tak sekadar, “IYA”,
tetapi juga dalam berbagai kondisi yang jauh lebih ekstrem dibandingkan
lingkungan di Bumi. Simulasi ini telah mendorong para ilmuwan untuk kembali
bergulat dengan pertanyaan penting dalam upaya pencairan kehidupan di luar
Bumi. Mungkinkah gagasan kita tentang kondisi yang dibutuhkan oleh planet untuk
menopang kehidupan terlalu terbatas?
Teleskop
dan observatorium generasi masa depan diharapkan memberi para ilmuwan lebih
banyak petunjuk, seperti analisis lapisan atmosfer planet berbatu mirip Bumi
yang barangkali memiliki unsur terpenting bagi kehidupan, yaitu air cair yang
mengalir di permukaan planet.
Untuk
saat ini, mustahil meneliti atmosfer dunia-dunia jauh. Mengirim pesawat antariksa
ke planet terdekat di luar tata surya (eksoplanet), membutuhkan waktu 75.000
tahun dengan teknologi saat ini. Bahkan dengan teleskop terkuat saat ini
sekalipun, hampir tidak mungkin mempelajari eksoplanet terdekat secara
mendetail. Selain berukuran kecil, mereka juga disembunyikan oleh kilau cahaya
bintang induk, sehingga para ilmuwan kesulitan untuk mengamati refleksi cahaya
bintang dari planet yang dapat mengungkap unsur kimiawi kehidupan di permukaan.
Dengan
kata lain, mendeteksi unsur-unsur kimiawi di lapisan atmosfer eksoplanet bagaikan melihat secara sekilas kunang-kunang di sebelah lampu sorot di Los Angeles
dari Washington, D.C. Fakta ini membuat model iklim dianggap penting untuk upaya
eksplorasi, ungkap kepala ilmuwan eksoplanet Karl Stapelfeldt dari Laboratorium
Propulsi Jet NASA di Pasadena California.
“Model
memberikan prediksi spesifik yang dapat diuji tentang apa yang harus kita
lihat,” katanya. “Oleh karena itu, model dianggap sangat penting untuk merancang
teleskop masa depan dan strategi observasi.”
Apakah Tata Surya Kita
adalah Model Ideal?
Dalam
upaya pemindaian kosmos menggunakan jajaran teleskop berbasis darat dan antariksa,
para astronom telah menemukan berbagai citra dunia yang imajinatif.
“Untuk
waktu yang lama, para ilmuwan memfokuskan diri untuk menemukan sistem mirip Matahari
dan Bumi, sebab hanya sistem ini yang kita ketahui,” jelas penanggung jawab
studi astrofisikawan Elisa Quintana dari Goddard yang turut terlibat dalam
penemuan planet seukuran Bumi Kepler-186f pada tahun 2014. “Tapi, kami juga menemukan
semua keragaman aneh pada sistem eksoplanet, ada planet yang hanya seukuran Bulan,
planet raksasa yang melampaui ukuran Jupiter, termasuk beberapa planet yang
mengorbit bintang katai, bintang raksasa dan yang mengorbit beberapa bintang
sekaligus.”
Memang,
sebagian besar tipe planet yang berhasil ditemukan sejauh ini tidak ada di tata
surya kita. Mereka diklasifikasikan di antara planet terestrial Bumi dan planet
gas Uranus. Ketika sebuah planet melintas di depan bintang induk dari sudut
pandang kita, maka cahaya bintang meredup karena planet menghalangi sebagian
cahaya bintang. Perhitungan penurunan skala kecerahan bintang adalah teknik
yang disebut metode transit dan sering diterapkan untuk mengidentifikasi
eksoplanet.
 |
| Para ilmuwan membuat “kurva cahaya” yang menunjukkan skala kecerahan bintang dari waktu ke waktu. Melalui kurva ini, para ilmuwan dapat melihat berapa persen cahaya bintang yang dihalangi planet dan berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh planet untuk melintas di depan bintang. Informasi ini menyediakan prediksi massa dan jarak planet dari bintang induk. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA |
Eksoplanet
yang ukurannya hampir mirip Bumi secara teori berpotensi layak huni, dan
hingga saat ini hanya ditemukan mengorbit bintang katai merah, populasi terbesar bintang di galaksi Bima Sakti. Mengingat katai merah lebih kecil dan
lebih redup daripada Matahari, sinyal dari sistem planet di sekitarnya relatif
mudah dideteksi teleskop.
Namun
karena ukurannya lebih kecil, zona layak huni katai merah terletak di wilayah
yang lebih dekat daripada jarak Merkurius-Matahari. Ditambah suhunya lebih
dingin, planet yang mengorbit katai merah harus terpisah tidak terlalu jauh
untuk mendapatkan panas yang menopang air cair di permukaan.
 |
| Pada tahun 2014, misi Swift NASA mendeteksi serangkaian aktivitas suar sinar-X bintang DG CVn, sistem biner terdekat yang terdiri dari dua bintang katai merah. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA |
Di
antara penemuan-penemuan terbaru, yang paling membangkitkan minat para ilmuwan
adalah planet yang mengorbit katai merah, seperti eksoplanet terdekat Proxima
Centauri b. Termasuk tujuh planet berbatu seukuran Bumi yang mengorbit bintang TRAPPIST-1.
Apakah mereka menampung kehidupan masih menjadi perdebatan. Para ilmuwan mengetahui
katai merah dapat memuntahkan radiasi berbahaya ultraviolet dan sinar-X hingga
500 kali lipat lebih kuat daripada Matahari. Radiasi dahsyat ini dapat melucuti
atmosfer planet, menguapkan lautan dan menggoreng DNA kehidupan di planet mana
pun yang berada terlalu dekat.
Tetapi
model iklim Bumi menunjukkan kebalikannya. Eksoplanet berbatu di sekitar katai
merah mungkin berpotensi layak huni meskipun diterpa radiasi berbahaya.
Keajaiban Awan
Anthony
Del Genio, seorang pensiunan ilmuwan iklim planet dari Goddard
Institute for Space Studies NASA di New York City, selama karirnya telah mensimulasikan
iklim Bumi dan planet-planet lain, termasuk Proxima b.
Belum
lama berselang, Del Genio bersama tim telah mensimulasikan kemungkinan iklim planet
Proxima b untuk mengetahui potensi habitabilitas. Upaya pemodelan iklim semacam
ini membantu para ilmuwan NASA mengidentifikasi sejumlah planet yang berpotensi
layak huni untuk dipelajari lebih lanjut menggunakan teleskop antariksa masa depan James Webb besutan NASA.
“Meskipun
studi kami tidak bisa menentukan apakah sebuah planet layak huni, kami dapat
menyediakan kandidat untuk studi tindak lanjut,” kata Del Genio.
Kredit:
Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA
Hanya
terletak 4,2 tahun cahaya dari Matahari, Proxima b mengorbit bintang Proxima
Centauri yang tergabung dalam sistem triple. Selain itu, para ilmuwan tidak memiliki
banyak informasi. Mereka yakin Proxima b adalah planet terestrial (berbatu),
berdasarkan perkiraan massa yang sedikit lebih besar dibandingkan Bumi. Para
ilmuwan dapat menyimpulkan massa dengan mengamati seberapa kuat tarikan
gravitasi planet terhadap bintang saat mengorbit, sebuah teknik yang disebut
metode kecepatan radial.
Masalahnya,
Proxima b mengorbit 20 kali lebih dekat daripada orbit Bumi-Matahari dan hanya membutuhkan
waktu 11,2 hari untuk menyelesaikan satu kali orbit (Bumi membutuhkan waktu 365
hari untuk menyelesaikan satu kali orbit mengitari Matahari). Jarak yang
terlalu dekat ini mungkin membuat Proxima b mengalami penguncian pasang surut,
seperti Bulan yang secara gravitasi terikat oleh Bumi. Jika benar, maka satu
sisi Proxima b selalu menghadapi radiasi intens bintang induk, sementara sisi lain
membeku dalam kegelapan abadi, kondisi yang tidak ideal bagi kehidupan.
Tapi,
simulasi yang dihasilkan Del Genio menunjukkan Proxima b, atau planet apa pun
dengan karakteristik serupa, justru berpotensi layak huni. “Awan dan lautan memainkan
peran fundamental,” kata Del Genio.
Del
Genio bersama tim memutakhirkan model iklim Bumi yang pertama kali dikembangkan
pada tahun 1970-an untuk membuat simulator planet yang diberi nama ROCKE-3D.
Apakah Proxima b memiliki atmosfer adalah pertanyaan terbuka dan kritis, yang akan
diselesaikan oleh teleskop masa depan. Tetapi, tim berasumsi Proxima b memiliki
atmosfer.
Dengan
setiap simulasi, tim memvariasikan jenis dan jumlah gas rumah kaca di udara
Proxima b. Mereka juga mengubah kedalaman, ukuran, salinitas lautan dan
menyesuaikan rasio daratan dengan air untuk melihat bagaimana perubahan ini
memengaruhi iklim planet.
Model
ROCKE-3D dimulai hanya dengan informasi dasar eksoplanet: ukuran, massa, dan
jarak dari bintang induk. Para ilmuwan dapat menyimpulkan informasi dasar ini
melalui observasi penurunan skala kecerahan bintang induk saat sebuah planet melintas
di depannya, atau melalui pengukuran tarikan gaya gravitasi planet terhadap
bintang induk saat mengorbit.
Rincian
fisik yang minim ini menginformasikan persamaan yang terdiri dari sejuta baris
kode komputer untuk membangun model iklim paling canggih. Kode tersebut
menginstruksikan komputer seperti Discover
supercomputer NASA untuk menerapkan hukum fisika guna mensimulasikan sistem
iklim global. Di antara banyak faktor lain, model iklim mempertimbangkan tentang
bagaimana awan dan lautan bersirkulasi dan berinteraksi dan bagaimana radiasi
dari bintang induk berinteraksi dengan atmosfer dan permukaan planet.
Ketika
menjalankan ROCKE-3D di Discover
supercomputer, tim melihat awan hipotetis Proxima bertindak layaknya payung
besar yang membelokkan radiasi dan bisa menurunkan suhu di sisi Proxima b yang
menghadap bintang dari terlalu panas menjadi hangat.
Ilmuwan
lain juga telah menemukan kemungkinan awan Proxima b yang begitu besar sehingga
menutupi seluruh langit jika seseorang melihatnya dari permukaan.
 |
| Kutipan kode dari model ROCKE-3D yang menghitung rincian orbit planet mana pun di sekitar bintang induk. Perhitungan telah dimodifikasi dari model original Bumi sehingga dapat diterapkan ke semua tipe planet di segala jenis orbit, termasuk planet-planet yang mengalami “penguncian pasang surut”. Kode diperlukan untuk memprediksi seberapa tinggi posisi bintang induk di langit planet setiap saat. Dengan demikian dapat dikumpulkan informasi tentang seberapa kuat planet dipanaskan, durasi siang dan malam, apakah planet memiliki musim, dan jika memang memiliki musim, berlangsung berapa lama. Kredit: NASA’s Goddard Institute for Space Studies/Anthony Del Genio |
“Jika
sebuah planet mengalami penguncian pasang surut dan berputar perlahan pada porosnya,
maka lingkaran awan dapat terbentuk di sisi yang selalu menghadap bintang,
menurut efek Coriolis yang menyebabkan konveksi di lokasi bintang memanaskan
atmosfer,” ujar ilmuwan planet Ravi Kopparapu dari Goddard yang juga memodelkan
iklim eksoplanet. “Model kami menunjukkan iklim Proxima b bisa seperti ini.”
Selain
menjadikan sisi siang hari Proxima lebih hangat,
kombinasi atmosfer dan sirkulasi lautan akan menggerakkan udara dan air
hangat di sekitar planet, sehingga memindahkan panas ke sisi malam hari yang dingin.
“Jadi, simulasi tidak sekadar menjaga atmosfer di sisi malam agar tidak
membeku, tetapi juga menghasilkan air cair di permukaan meskipun tidak pernah
terpapar cahaya,” Del Genio menjelaskan.
Pelajari
lebih lanjut tentang studi Del Genio di artikel: Proxima B, Eksoplanet Terdekat Kemungkinan Berpotensi Layak Huni
Visi Baru dari Model Lama
Atmosfer
adalah lapisan molekul yang menyelimuti planet. Selain membantu mempertahankan
dan mengedarkan panas, atmosfer mendistribusikan gas yang dibutuhkan kehidupan
atau yang diproduksi oleh kehidupan itu sendiri.
Molekul
gas ini disebut “biosignatures” dan akan terus dicari oleh para ilmuwan di
atmosfer eksoplanet. Tapi, apa yang sebenarnya harus dicari masih membingungkan
para ilmuwan.
Kimiawi
atmosfer Bumi adalah satu-satunya bukti yang dimiliki oleh para ilmuwan yang
menopang kehidupan. Namun, mereka harus berhati-hati ketika menggunakan kimiawi
Bumi sebagai model untuk seluruh galaksi. Misalnya simulasi yang dijalankan oleh
ilmuwan planet Giada Arney dari Goddard, menunjukkan sesuatu yang sesederhana
oksigen, tanda klasik dari kehidupan tanaman dan fotosintesis di Bumi modern, dapat
menghadirkan jebakan.
 |
| Ilmuwan NASA kini memiliki gambaran global paling lengkap tentang kehidupan di Bumi. Dari sudut pandang keunikan alam semesta, tidak hanya daratan dan lautan Bumi yang diamati oleh NASA, tetapi juga organisme yang hidup di antara mereka. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA |
Karya
Arney menyorot sesuatu yang menarik. Seandainya peradaban asing mengarahkan
teleskop ke Bumi miliaran tahun lalu dengan harapan bisa menemukan planet biru
yang melimpah unsur oksigen, mereka akan kecewa. Sebab, 3,8 hingga 2,5 miliar
tahun yang lalu, Bumi justru melimpah dengan unsur metana, biosignature terbaik
untuk ditemukan. Metana kemungkinan diproduksi oleh mikroorgnanisme yang
berkembang biak di lautan.
“Yang
menarik tentang fase sejarah Bumi adalah Bumi purba sangat berbeda dengan Bumi
modern,” kata Arney. “Belum ada oksigen, jadi Bumi saat itu bukanlah titik biru
pucat, melainkan titik oranye pucat,” katanya, merujuk ke kabut oranye yang
dihasilkan kabut metana yang mungkin telah menyelubungi Bumi purba.
Temuan
seperti ini, Arney menjelaskan, “telah memperluas konsep kita tentang apa yang
mungkin terjadi di antara eksoplanet,” membantu memperluas daftar biosignatures
yang akan dicari oleh para ilmuwan di atmosfer planet-planet jauh.
Cetak Biru Studi Atmosfer
Sementara
studi model iklim planet hanya bersifat teoritis dan belum bisa diuji di dunia
nyata, namun tetap menawarkan cetak biru untuk observasi masa depan.
Salah
satu tujuan utama dalam mensimulasikan iklim adalah untuk mengidentifikasi
planet paling menjanjikan untuk dipelajari oleh teleskop masa depan seperti
James Webb, sehingga para ilmuwan dapat menggunakan masa operasional teleskop
berbiaya besar secara efisien. Selain itu, simulasi iklim membantu para ilmuwan
untuk membuat katalog biosignatures yang
nantinya akan mereka deteksi. Memiliki basis data seperti itu dapat membantu
para ilmuwan untuk menentukan dengan cepat tipe planet yang akan mereka lihat dan
memutuskan apakah harus terus diteliti atau mengarahkan teleskop ke tempat
lain.
Menemukan
kehidupan di planet-planet jauh layaknya berjudi, pungkas Del Genio. “Jika ingin
mempelajarinya, maka kita harus mengambilnya dari rekomendasi model iklim untuk
meningkatkan peluang.”
Ditulis
oleh: Lonnie Shekhtman, Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA, www.nasa.gov,
editor: Svetlana Shekhtman
Komentar
Posting Komentar