Cara-cara astronom mencari planet lain — Bagian 1: Metode transit


124
124 points
Cara-cara astronom mencari planet lain — Bagian 1: Metode transit

Karena kita manusia sudah dapat berharap dan melihat bintang-bintang di langit, kita telah mempertanyakan, apakah ada kehidupan lain di luar Bumi. Karena kita menyadari posisi kita di alam semesta, yang merupakan bola raksasa yang kita sebut planet, mengorbit bola gas raksasa yang kita sebut bintang (dan kita beri nama Matahari dalam bahasa Indonesia), maka pastilah muncul pertanyaan apakah bintang-bintang itu adalah tersebar di langit malam juga memiliki planet, dan apakah ada kehidupan di sana?

Jawaban atas pertanyaan ini mungkin tidak banyak membantu dalam memecahkan masalah kiwari di Bumi kita seperti bagaimana kita dapat menghilangkan kesenjangan antara kaya dan miskin, bagaimana kita menghadapi pemanasan global, dan pertanyaan penting lainnya. Namun keingintahuan tentang dunia di sekelilingnya adalah salah satu ciri dasar manusia dan manusia selalu pintar membangun peralatan yang dapat memperluas cakrawala pengetahuan mereka, termasuk menjelajahi ruang angkasa. Menemukan planet lain adalah salah satu cara untuk memuaskan rasa ingin tahu manusia tentang apakah kita sendirian di alam semesta yang luas ini.

Pada saat ini kita tidak dapat sepenuhnya menjawab pertanyaan ini tetapi suatu hari nanti, jawaban yang muncul dapat mengubah wajah manusia selamanya … Bagaimana Anda menggambarkannya?

Coba bayangkan peristiwa yang paling mengejutkan dalam hidup Anda kemudian gandakan seribu … Mungkin ini: Bayangkan bahwa suatu hari Anda dihubungi oleh seseorang yang ternyata menjadi saudara tiri Anda yang belum pernah Anda kenal sebelumnya. Ia adalah putra ayah Anda dari wanita lain yang dinikahinya secara sembunyi-sembunyi dan selama beberapa dekade terakhir ternyata ia diam-diam memiliki keluarga kedua (rupanya itulah sebabnya ia sering tahu kehilangan karena alasan lembur)! Wow, Anda bisa membayangkan betapa terguncangnya kita dan bagaimana mengubah pandangan kita terhadap dunia. Nah semoga ini bisa menjadi gambaran. Intinya adalah penemuan kehidupan di planet lain akan mengguncang dunia dengan luar biasa dan berpotensi merombak tatanan yang ada di dunia ini.

Karena potensi penting itu, saat ini pencarian planet lain adalah salah satu topik terseksi di dunia sains. Selama ratusan tahun kami telah berusaha menemukan teknologi terbaik, tetapi percaya atau tidak, kami hanya dapat menemukan planet ekstrasurya pertama (istilah untuk planet yang mengorbit bintang lain) secara meyakinkan pada tahun 1995. Sampai sekarang, dengan berbagai teknik kami telah menemukan lebih banyak dari 4000 exoplanet dan jumlah ini akan terus bertambah. Bagaimana angka fantastis itu tercapai? Tentunya ada berbagai teknik yang diterapkan oleh para astronom untuk dapat menemukan berbagai exoplanet dengan berbagai karakteristik. Mari kita bahas beberapa di antaranya. Di bagian pertama ini, mari kita mulai dengan menemukan exoplanet menggunakan metode transit.

Kesulitan utama dalam menemukan exoplanet adalah mereka sangat redup dan terletak sangat dekat dengan bintang induknya sehingga cahaya yang dipancarkannya kurang terang daripada cahaya yang dipancarkan oleh bintang induknya. Situasi ini dapat dibandingkan ketika kami mencoba mengamati kunang-kunang yang terbang di sekitar mercusuar yang sangat terang di tengah malam. Ini akan sangat sulit karena cahaya redup kunang-kunang ditelan oleh cahaya mercusuar, yang jauh lebih terang.

Namun, planet ekstrasurya itu terus bergerak dalam orbitnya di sekitar bintang induknya. Dalam gerakan ini akan ada waktu ketika planet ekstrasurya ini lewat di depan bintang induknya (dari perspektif kita di Bumi). Peristiwa lewatnya benda langit di depan benda langit yang lebih besar ini disebut transit. Dari Bumi, misalnya, kita bisa mengamati peristiwa lewatnya Merkurius di depan Matahari, dan lewatnya Venus di depan Bumi. Sekarang pada saat peristiwa transit planet ekstrasurya ini, cahaya bintang induknya akan redup sedikit setelah diblokir oleh planet ekstrasurya yang lewat di depannya. Jika kita terus mengukur kecerahan bintang induk, kita dapat mengikuti peristiwa peredupan bintang induk dan keberadaan planet ekstrasurya dapat dideteksi.

<img src = "https://i0.wp.com/langitsel.com/.com/pp-content/uploads/2020/01/OSNanimkurzloop.gif?resize=600%2C420&ssl=1" alt = "Gambar 1. Contoh pengamatan planet ekstrasurya dengan mempelajari kurva cahaya bintang induknya. Ketika sebuah planet ekstrasurya lewat di depan bintang induknya, cahaya bintang induknya akan sedikit redup sekitar 1–2 persen (tergantung pada ukuran planet ekstrasurya). Sumber: Hans-Jörg Deeg, Instituto de Astrofísica de Canarias. "width =" 600 "height =" 420 "data-recalc-dims =" 1 "/>Gambar 1. Contoh pengamatan planet ekstrasurya dengan mempelajari kurva cahaya bintang induknya. Saat sebuah planet ekstrasurya lewat di depan bintang induknya, cahaya bintang induk akan sedikit redup sekitar 1-2 persen (tergantung pada ukuran planet ekstrasurya). Sumber: Hans-Jörg Deeg, Instituto de Astrofísica de Canarias.

Contoh pengamatan exoplanet dalam perjalanan dapat dilihat pada Gambar 1 di atas. Bagian atas gambar adalah ilustrasi tahapan transit dari waktu ke waktu. Bagian bawah gambar adalah grafik perubahan kecerahan bintang induk dari waktu ke waktu. Perlu diingat bahwa jarak bintang sangat jauh, menggunakan teleskop terkuat dan teknik terbaik yang kami belum mampu mengamati bintang sebagai disk seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 1. Sekarang kita bisa melihat pada grafik di bawah ini, ketika exoplanet lewat di depan bintang induknya, cahaya bintang redup sedikit menjadi sekitar dua persen, sebelum akhirnya kembali normal ketika planet ekstrasurya pergi. Acara ini akan diulangi lagi dan kami akan dapat mengamati acara ini berulang kali.

<img src = "https://i2.wp.com/langitsel.com/.com/pp-content/uploads/2020/01/starsizedepth.png?resize=600%2C300&ssl=1" alt = "Gambar 2 Perhatikan kurva cahaya untuk bintang di sebelah kiri dan untuk bintang di sebelah kanan. Misalkan kedua exoplanet itu berukuran sama. Untuk bintang besar di sebelah kiri, kurva cahaya tidak dalam, sedangkan untuk bintang kecil di sebelah kanan, kurva cahaya dalam. Dengan mengukur kedalaman transit, jari-jari sebuah planet ekstrasurya relatif terhadap jari-jari bintang induknya dapat ditentukan. Sumber: Andrew Vandenburg, Tutorial Kurva Transit Ringan. "width =" 600 "height =" 300 "data-recalc-dims =" 1 "/>Gambar 2 Perhatikan kurva cahaya untuk bintang di sebelah kiri dan untuk bintang di sebelah kanan. Misalkan kedua exoplanet itu berukuran sama. Untuk bintang besar di sebelah kiri, kurva cahaya tidak dalam, sedangkan untuk bintang kecil di sebelah kanan, kurva cahaya dalam. Dengan mengukur kedalaman transit, jari-jari sebuah planet ekstrasurya relatif terhadap jari-jari bintang induknya dapat ditentukan. Sumber: Andrew Vandenburg, Tutorial Kurva Transit Light.

Grafik perubahan kecerahan dari waktu ke waktu ini disebut kurva cahaya. Dengan mempelajari karakteristik kurva cahaya ini kita dapat mengetahui karakter planet ekstrasurya yang menyebabkan peredupan ini. Sebagai contoh, dengan mengukur kedalaman transit, yaitu berapa banyak exoplanet yang meredupkan cahaya bintang, jari-jari exoplanet relatif terhadap radius bintang induknya dapat diketahui (Gambar 2). Jika kita tahu seberapa besar jari-jari bintang induknya (ada cara lain untuk mengetahui hal ini), maka jari-jari sebenarnya dari planet ekstrasurya dapat ditentukan. Dengan mengukur berapa lama proses transit ini berlangsung, periode orbit planet ekstrasurya di sekitar bintang induk dapat ditentukan.

Misalkan kita alien yang tinggal di planet yang sangat jauh dan mengamati transit Matahari, Bumi kita (lintasan Bumi di depan Matahari) akan meredupkan cahaya matahari sekitar 1/10000 bagian (sekitar 0,01%) . Peredupan hanya 0,01% ini sangat, sangat kecil sehingga sulit dideteksi. Wajar jika pada awalnya exoplanet yang ditemukan dengan cara ini adalah exoplanet yang sangat besar sehingga dapat meredupkan 1-2 persen dari cahaya bintang induknya.

Hingga saat ini, sekitar 3100 exoplanet telah ditemukan menggunakan metode transit. Sebagian besar exoplanet yang ditemukan menggunakan metode ini ditemukan oleh kendaraan Kepler, yaitu sekitar 2700 exoplanet.

<img class = "" src = "https://i0.wp.com/langitselatan.com/wp-content/uploads/2020/01/kepler-k2_artistconcept.jpg?resize=350%2C280&ssl=1" alt = "Gambar 3 Ilustrasi wahana Kepler. Sumber: NASA Ames / JPL-Caltech / T Pyle. "width =" 350 "height =" 280 "data-recalc-dims =" 1 "/>

Kepler (Gambar 3) adalah pesawat ruang angkasa yang dioperasikan oleh Badan Antariksa Amerika Serikat (NASA) pada tahun 2009 dan dioperasikan selama 9 tahun. Mengendarai Kepler ditempatkan di orbit yang mengikuti Bumi mengelilingi Matahari, dan teleskop diarahkan ke satu arah tertentu secara terus menerus. Dengan demikian, semua bintang dalam arah pandang ini dapat diamati kapan saja dan kurva cahayanya dapat terus dipantau untuk mendeteksi keberadaan planet ekstrasurya yang lewat. Selama perjalanan misi ini Kepler telah mengamati sekitar setengah juta bintang dan akhirnya mendeteksi hampir 2700 exoplanet.

Mengendarai Kepler bisa sangat berhasil karena pengamatan di ruang bebas dari gangguan atmosfer Bumi. Saat seberkas cahaya bintang memasuki atmosfer Bumi, ia dibiaskan dan tersebar, sehingga pengukuran kecerahan cahaya bintang menjadi kurang akurat. Akibatnya sulit untuk menentukan apakah peredupan cahaya bintang disebabkan oleh efek atmosfer atau karena memang ada planet ekstrasurya yang lewat di depan bintang.

Jika kita sedikit pintar, kita dapat memodelkan efek atmosfer ini dengan komputer sehingga kita dapat sedikit mengatasi efek ini, tetapi sebenarnya solusi yang paling optimal adalah mengirimkan teleskop ke luar angkasa sehingga tidak ada gangguan atmosfer. Masalahnya adalah bahwa pengiriman teleskop ke ruang angkasa menghabiskan banyak uang (Misi Kepler membutuhkan sekitar 600 juta dolar termasuk biaya operasional untuk 3,5 tahun pertama. Berikutnya 20 juta dolar per tahun) dan teknologi yang tidak sederhana. Mengingat pentingnya misi ini untuk mencari tahu apakah ada planet lain seperti Bumi di luar sana, maka NASA menyetujui misi ini. Angka 600 juta dolar itu terdengar fantastis (kira-kira setara dengan 9 triliun rupiah) tetapi mengingat bahwa ada sekitar 140 juta pembayar pajak di Amerika Serikat, yang berarti bahwa rata-rata pembayar pajak Amerika Serikat hanya usaha patungan sekitar 4,5 dolar untuk membiayai misi ini atau kira-kira – setara dengan segelas kopi di Starbucks.

<img src = "https://i1.wp.com/langitselatan.com/wp-content/uploads/2020/01/aas2010-1wblightcurves2-full.jpg?resize=640%2C346&ssl=1" alt = "Gambar 4 Kurva ringan dari lima exoplanet pertama ditemukan pada kendaraan Kepler. Lihatlah panel paling kiri: planet Kepler 4b hanya meredup sekitar 0,1% dari cahaya bintang induknya! Sumber: Misi NASA / Kepler. "width =" 640 "height =" 346 "data-recalc-dims =" 1 "/>Gambar 4 Kurva ringan dari lima exoplanet pertama ditemukan pada kendaraan Kepler. Lihatlah panel paling kiri: planet Kepler 4b hanya meredup sekitar 0,1% dari cahaya bintang induknya! Sumber: Misi NASA / Kepler.

Hasilnya luar biasa. Karena keberadaan Kepler dalam ruang menghilangkan gangguan atmosfer, pengukuran kurva cahaya bisa lebih tepat. Bahkan peredupan sedikit pun kurang dari 1% atau bahkan hingga 0,1% dari cahaya bintang dapat dideteksi dan diukur dengan hati-hati (Gambar 4). Itu berarti Kepler dapat mendeteksi exoplanet kecil yang kira-kira seukuran Bumi.

Ada sekitar 30 exoplanet yang ditemukan Kepler memiliki massa di bawah 3 kali massa Bumi kita. Salah satunya, planet bernama Kepler 452b, memiliki massa sekitar 5 kali massa Bumi kita dan jari-jarinya sekitar 1,5 kali radius Bumi. Ini berarti bahwa planet ini memiliki karakteristik yang mirip dengan Bumi kita. Apalagi bintang induk dari planet ini mirip dengan Matahari dan planet ini mengorbit bintang induknya dalam jarak yang tidak terlalu dekat sehingga air akan menguap dan juga tidak terlalu jauh sehingga air akan membeku. Jarak "benar" dari bintang induk sehingga air pada permukaan planet ekstrasurya ini dapat berada dalam kondisi cair adalah apa yang kita sebut zona layak huni. Singkatnya, Kepler 452b disebut-sebut sebagai "sepupu jauh" Bumi yang lebih besar. Hanya saja planet ini berjarak jauh, yaitu sekitar 1400 tahun cahaya dari kita, artinya komunikasi antara bintang-bintang yang menggunakan gelombang radio akan memakan waktu sekitar 2800 tahun untuk mendapatkan jawaban. Namun, jarak yang jauh ini tidak menghentikan harapan kami dan beberapa astronom yang berjuang di bidang SETI (Pencarian untuk Intraterrestrial Intelligence, pencarian kehidupan cerdas di luar Bumi) telah mengarahkan teleskop radio mereka ke arah planet, berusaha mencari tahu apakah ada adalah peradaban di sana yang memancarkan sinyal radio. Sejauh ini belum ada hasil.

Metode transit merupakan metode pencarian planet ekstrasurya yang paling sukses dalam hal jumlah penemuan. Dengan mengirimkan pesawat ruang angkasa untuk melakukan pengamatan yang bebas dari gangguan atmosfer Bumi, metode ini menjadi lebih kuat karena dapat melakukan pengukuran cahaya lebih dekat sehingga dapat mendeteksi exoplanet yang semakin kecil. Namun, kelemahan dari metode ini menjadi jelas ketika kita mengingat bahwa metode ini hanya dapat berhasil jika bidang orbit planet ekstrasurya paralel dengan kita sehingga planet ekstrasurya dapat melewati kita dan bintang induknya. Jika bidang orbit planet ekstrasurya tegak lurus terhadap kita, planet ekstrasurya tidak lewat sebelum kita dan dengan demikian tidak dapat dideteksi. Jadi jika kita menggunakan metode ini pada bintang dan tidak menemukan peredupan dalam kurva cahaya, itu tidak berarti bahwa bintang ini tidak memiliki exoplanet. Bisa jadi orientasi bidang orbit planet ekstrasurya membuat planet ini tidak terdeteksi. Metode lain diperlukan untuk dapat menemukan exoplanet yang bidang orbitnya tidak sejajar dengan kita.

Pada bagian selanjutnya kita akan membahas metode lain untuk menemukan exoplanet, yaitu dengan mengukur pengaruh gravitasi exoplanet pada bintang induknya.

Artikel ini sebelumnya telah dipublikasikan di Indoprogress dan diterbitkan ulang oleh penulis di Selatan tanpa perubahan.

Seperti ini:

Suka Memuat …


What's Your Reaction?

hate hate
0
hate
confused confused
0
confused
fail fail
0
fail
fun fun
0
fun
geeky geeky
0
geeky
love love
0
love
lol lol
0
lol
omg omg
0
omg
win win
0
win
admin

0 Comments

Your email address will not be published. Required fields are marked *