Enceladus, Bulan Lautan Es Saturnus

Pesawat antariksa Cassini NASA mengambil mosaik Enceladus dari jarak 25 kilometer pada tanggal 9 Oktober 2008.

Kredit: NASA/JPL/Space Science Institute

Tinjauan

Beberapa anggota terestrial tata surya kita menyembunyikan air cair di bawah permukaan beku. Namun Enceladus, bulan lautan es Saturnus, begitu istimewa di mata para ilmuwan. Ya, Enceladus mengepulkan lautannya ke luar angkasa sehingga pesawat antariksa Cassini NASA dapat terbang melintasinya dan mengumpulkan sampel. Dari sampel ini, para ilmuwan menentukan Enceladus menampung sebagian besar material kimiawi yang dibutuhkan oleh kehidupan, bahkan berpotensi memiliki ventilasi hidrotermal yang memuntahkan air panas kaya mineral dari dasar lautan.

Kurang lebih berukuran setara dengan Arizona, saat mengorbit Saturnus, Enceladus mengepulkan partikel-partikel es yang menyusun cincin E Saturnus.

Arsip gambar yang diambil oleh pesawat antariksa Voyager NASA pada tahun 1980-an mengungkap permukaan es Enceladus yang putih cerah dan sangat halus di beberapa wilayah. Dengan diameter sekitar 500 kilometer, Enceladus adalah anggota tata surya yang paling reflektif. Karena memantulkan sebagian besar cahaya Matahari, suhu permukaan Enceladus sangat dingin, sekitar minus 201 derajat Celcius. Tetapi tidak seperti yang terlihat, Enceladus bukan sekadar tempat yang dingin dan pasif.

Enceladus mengorbit Saturnus dari 238.000 kilometer di antara dua bulan lainnya, Mimas dan Tethys. Enceladus mengalami penguncian pasang surut, sehingga hanya satu sisi yang selalu menghadap planet induk. Enceladus menyelesaikan satu kali orbit setiap 32,9 jam dari wilayah Cincin E.

Sebagaimana beberapa bulan yang menginduk planet-planet raksasa tata surya, Eceladus juga terperangkap dalam resonansi orbit, fenomena ketika dua atau lebih bulan sejajar dengan planet induk secara berkala dan berinteraksi secara gravitasi. Setiap satu kali orbit bulan Dione yang berukuran lebih besar, Enceladus mengorbit Saturnus dua kali. Gaya gravitasi Dione memengaruhi lintasan orbit Enceladus menjadi lebih elips, yang membawa Enceladus terkadang lebih dekat dan terkadang lebih jauh dari Saturnus, sekaligus menyebabkan pemanasan pasang surut di interior Enceladus.

Beberapa wilayah Enceladus didominasi oleh lubang kawah dampak benturan asteroid dengan diameter hingga 35 kilometer. Sementara wilayah lain hanya memiliki sedikit kawah, mengindikasikan aktivitas peremajaan geologis masif di masa lalu. Secara khusus, wilayah kutub selatan Enceladus hampir seluruhnya bebas dari kawah dampak benturan. Wilayah kutub selatan juga dipenuhi bongkahan es seukuran rumah dan area-area yang diukir pola tektonik unik.

Pada tahun 2005, Cassini menemukan partikel-partikel air es dan gas yang mengepul dari permukaan Enceladus dengan kecepatan sekitar 800 mil per jam (400 meter per detik). Letusan partikel air es dan gas terus berlangsung hingga saat ini, menyuplai material yang menyusun cincin E Saturnus. Namun hanya sebagian kecil material yang berakhir di cincin E, sebagian besar material justru jatuh kembali seperti salju ke permukaan, yang membuat permukaan Enceladus selalu putih cerah.

Gambar Enceladus ini diambil oleh Cassini pada tanggal 30 November 2010.

Kredit: NASA/JPL-Caltech/ Space Science Institute

Kepulan air berasal dari retakan-retakan yang relatif hangat di kerak Enceladus, yang secara informal disebut “tiger stripes”. Beberapa gas, termasuk uap air, karbon dioksida, metana, amonia, karbon monoksida dan nitrogen, adalah komposisi kepulan lapisan gas, ditambah garam dan silika. Dan massa jenis material organik di kepulan sekitar 20 kali lebih tinggi daripada perkiraan sebelumnya.

Dari pengukuran gravitasi berdasarkan efek Doppler dan goyangan lemah Enceladus saat mengorbit Saturnus, para ilmuwan menentukan kepulan material berasal dari lautan di bawah permukaan. Ketebalan lapisan es Enceladus sekitar 1-5 kilometer di kutub selatan, sedangkan ketebalan rata-rata permukaan es global sekitar 20-25 kilometer.

Karena kepulan partikel-partikel air es dan gas menyuplai cincin E Saturnus, berarti mempelajari material di cincin E sama dengan mempelajari lautan Enceladus. Sebagian besar Cincin E terdiri dari tetesan-tetesan es, ditambah butiran nano silika yang dihasilkan oleh interaksi antara air cair dan bebatuan pada suhu di atas sekitar 90 derajat Celcius. Komposisi material Cincin E mengindikasikan ventilasi hidrotermal di dasar laut Enceladus, mirip ventilasi hidrotermal di dasar laut Bumi.

Dengan lautan global di bawah permukaan, senyawa kimia dan panas internal, Enceladus dianggap sebagai tempat yang paling menjanjikan untuk mencari kehidupan di luar Bumi.

Penemuan dan Penyematan Nama

Enceladus ditemukan oleh astronom Inggris William Herschel pada tanggal 28 Agustus 1789. Bersama tujuh bulan pertama Saturnus yang telah ditemukan, John Herschel, putra William Herschel, mengajukan nama Enceladus dalam publikasi Results of Astronomical Observation yang dihasilkan selama observasi di Cape of Good Hope. Mengingat Saturnus dalam mitologi Yunani dikenal sebagai Cronus, pemimpin para Titan, John Herschel memilih Enceladus yang diambil dari nama raksasa dalam mitologi Yunani.

Fakta Singkat

• Ditemukan oleh astronom Inggris William Hershel pada tahun 1789.
• Jarak rata-rata orbit: 238.037 km
• Kecepatan orbit: 45.487,3 km/jam
• Eksentritas orbit: 0,0047
• Radius khatulistiwa: 252,1 km
• Lingkar khatulistiwa: 1.584 km
• Volume: 67.113.076 km3
• Massa jenis: 1.608 g/cm3
• Massa: 107.944.591.230.692.000.000 kg
• Luas permukaan: 798.648,27 km2
• Gravitasi permukaan: 0,113 m/dtk2
• Kecepatan lepas: 861 km/jam 

Instrumen Baru NASA untuk Mencari Kehidupan di Enceladus

Ilustrasi aktivitas hidrotermal di bawah permukaan dan di dasar lautan Enceladus.

Kredit: NASA/JPL

Sejak misi Cassini memasuki sistem Saturnus, Enceladus telah menjadi sumber perhatian sains. Begitu pesawat antariksa besutan NASA ini mendeteksi kepulan air dan molekul organik dari wilayah kutub selatan, para ilmuwan memprediksi Enceladus memiliki lautan air yang hangat di interior.

NASA telah menyatakan harapannya untuk mengirim misi ke Enceladus guna mengeksplorasi kepulan air dan interior Enceladus. Misi masa depan ini akan mencakup instrumen terbaru yang diberi nama Submillimeter Enceladus Life Fundamentals Instrument (SELFI). Instrumen yang diusulkan oleh satu tim ilmuwan dari Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA, telah memperoleh dukungan untuk pengembangan lebih lanjut.

Sebelum misi Cassini, para ilmuwan hanya menduga permukaan Enceladus beku dan padat. Namun data yang dikumpulkan oleh Cassini menunjukkan sedikit goyangan pada orbit Enceladus yang mengindikasikan lautan di bawah permukaan. Sama seperti di Europa, salah satu bulan Jupiter, goyangan disebabkan oleh gaya pasang surut gravitasi yang melenturkan inti, sekaligus menghasilkan panas yang cukup untuk menjaga air dalam wujud cair di interior Enceladus. Gaya pasang surut gravitasi di kutub selatan Enceladus memicu retakan di permukaan dan membuka celah bagi air untuk mengepul ke luar angkasa.

Ilustrasi aktivitas hidrotermal yang memicu kepulan air di Enceladus.

Kredit: NASA-GSFC/ SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute

Misi Cassini juga menemukan kepulan-kepulan air dari sekitar 100 celah yang terus-menerus memuntahkan partikel-partikel es, uap air, karbon dioksida, metana, dan molekul gas lainnya ke luar angkasa. Untuk mempelajarinya, NASA telah mengembangkan beberapa instrumen gelombang milimeter atau frekuensi radio untuk menentukan komposisi kepulan air dan mengungkap misteri lautan di interior Enceladus.

Menurut peneliti utama SELFI Gordon Chin, SELFI adalah peningkatan signifikan dari perangkat gelombang submillimeter yang telah ada sebelumnya. Setelah ditempatkan di lokasi, SELFI akan mengukur kandungan kimiawi kepulan air dan partikel es yang secara periodik memancar dari celah kutub selatan Enceladus yang disebut “Tiger Stripes”. Selain mengungkap komposisi kimiawi lautan, SELFI juga akan mendeteksi potensi habitabilitas Enceladus.

Di Bumi, ventilasi hidrotermal adalah rumah bagi ekosistem biologis, bahkan diduga menjadi tempat yang pertama kali memunculkan kehidupan. Oleh karena itu, para ilmuwan sangat tertarik untuk mempelajari aktivitas hidrotermal di bulan-bulan wilayah terluar tata surya seperti Enceladus, karena mereka adalah satu-satunya tempat di tata surya kita yang berpotensi menampung kehidupan sederhana seperti mikroba. Sebagaimana disampaikan oleh Chin dalam rilis pers NASA: "Panjang gelombang submilimeter yang berada dalam rentang panjang gelombang radio frekuensi tinggi, menyediakan cara untuk mengukur berbagai jenis molekul gas dingin. Kita dapat memindai semua kepulan untuk menentukan apa yang sebenarnya keluar dari Enceladus. Uap air dan molekul-molekul lain dapat mengungkap beberapa kandungan kimiawi lautan dan membimbing pesawat antariksa ke jalur terbaik untuk terbang melalui kepulan guna pengukuran secara langsung.

“Tiger Stripes” Enceladus yang diambil oleh Cassini.

Kredit: NASA/JPL/ESA

Molekul seperti air, karbon dioksida dan unsur-unsur lainnya memancarkan frekuensi radio tertentu, spektrometer submillimeter sensitif terhadap frekuensi radio tersebut. Garis spektral (garis gelap atau terang dalam spektrum) saling berjauhan dan sangat berbeda. Intensitas elemen ketika memancarkan frekuensi radio tertentu dapat digunakan untuk pengukuran. Dengan kata lain, instrumen seperti SELFI tak sekadar mampu menentukan komposisi kimiawi lautan interior Enceladus, tapi juga kelimpahan unsur kimiawi.

Selama beberapa dekade, spektrometer telah digunakan oleh untuk mengukur komposisi kimiawi planet, bintang, komet, dll. Belum lama ini, para ilmuwan mencoba untuk mendapatkan spektrum dari planet-planet jauh untuk menentukan komposisi kimiawi atmosfer mereka. Teknik ini sangat penting untuk menemukan eksoplanet yang berpotensi layak huni, karena uap air, nitrogen dan oksigen merupakan senyawa yang dibutuhkan bagi kehidupan.

Melakukan pemindaian di pita submillimeter adalah proses yang relatif baru, mengingat instrumen submilimeter yang sensitif sangat kompleks dan sulit dibuat. Namun, ditunjang oleh anggaran penelitian dan pengembangan NASA, Chin bersama para kolega berhasil meningkatkan tingkat sensitivitas instrumen menggunakan amplifier untuk meningkatkan sinyal menjadi 557 GHz. Instrumen submilimeter yang telah diupgrade ini memungkinkan SELFI untuk mendeteksi jejak air dan molekul gas yang berasal dari permukaan Enceladus.

Perbaikan lainnya termasuk efesiensi energi untuk data frekuensi radio, pemrosesan sistem yang lebih fleksibel dan spektrometer digital canggih untuk sinyal frekuensi radio. Upgrade spektrometer digital memanfaatkan sirkuit pemrograman berkecepatan tinggi untuk mengubah data frekuensi radio menjadi sinyal digital yang dapat dianalisis untuk mengukur jumlah gas, suhu dan kecepatan kepulan Enceladus.

Contoh data pengukuran spekstroskopi dari salah satu kepulan di Europa yang dihasilkan oleh Webb. Kredit: NASA-GSFC/SVS, Teleskop Antariksa Hubble, Stefanie Milam, Geronimo Villanueva

Perangkat tambahan akan membantu SELFI untuk mendeteksi dan menganalisis 13 jenis molekul secara simultan, mencakup berbagai isotop air, metanol, amonia, ozon, hidrogen peroksida, sulfur dioksida dan natrium klorida (garam). Di luar Enceladus, Chin yakin tim dapat meningkatkan instrumen untuk misi masa depan. “SELFI benar-benar baru,” katanya. “Inilah salah satu instrumen submillimeter paling ambisius yang pernah dibuat.”

Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan juga telah melihat aktivitas kepulan yang berasal dari permukaan Europa, yang diyakini sebagai hasil aktivitas geothermal. NASA berhasrat untuk mempelajari kepulan air di Europa dan Enceladus menggunakan Teleskop Antariksa James Webb yang akan segera diluncurkan.

Upaya sains lain yang digagas adalah mempersenjatai pesawat antariksa Clipper, yang masih dalam tahap pengusulan dan direncanakan meluncur antara tahun 2022 hingga 2025 ke Europa, dengan instrumen seperti SELFI. Clipper telah diusulkan untuk membawa rangkaian instrumen spektrometer, namun perangkat gelombang submillimeter dan frekuensi radio yang telah diupgrade dapat mengungkap kepulan di Europa secara lebih mendetail. Data sains yang dikumpulkan Europa Clipper akan menyelesaikan perdebatan yang telah berlangsung puluhan tahun: Apakah interior Europa layak huni?

Dalam beberapa dekade mendatang, salah satu prioritas terbesar eksplorasi antariksa adalah mempelajari “Dunia Lautan” Tata Surya untuk menemukan tanda-tanda kehidupan. Untuk mencapai tujuan ini, NASA dan badan antariksa lainnya sibuk mengembangkan peralatan yang diperlukan untuk mengendus semua indikator kimiawi dan biologis. Dengan sedikit keberuntungan, mungkin hanya dalam satu dekade kita akan menemukan bahwa kehidupan di Bumi hanyalah bagian dari kehidupan di alam semesta yang lebih besar.

Ditulis oleh: solarsystem.nasa.gov dan Matt Williams, www.universetoday.com

Sumber: Enceladus dan Check Out Nasa’s New Instrument That Will Look For Life On Enceladus

#terimakasihgoogle