Menyingkap Rahasia Atmosfer Pluto

Pluto, yang yang berukuran sekitar seperlima ukuran Bumi, sebagian besarnya tersusun atas batuan dan es. Terletak sejauh 40 kali rata-rata jarak Bumi ke Matahari, Pluto adalah dunia yang sangat dingin dengan suhu permukaan mencapai -220 derajat Celcius.

Sejak dekade 1980-an telah diketahui bahwa Pluto memiliki atmosfer yang tipis yang didominasi oleh nitrogen dengan jejak metana dan kemungkinan karbon dioksida. Tekanan atmosfernya hanya sekitar seperseratus ribu tekanan atmosfer Bumi, atau sekitar 0.015 milibar.

Sampai baru-baru ini, hanya lapisan atas dari Atmosfer Pluto yang dapat dipelajari. Dengan mengamati okultasi bintang (ESO 21/22), fenomena yang terjadi apabila suatu anggota tata surya menghalangi cahaya sebuah bintang di latar belakang, para astronom berhasil menunjukkan bahwa lapisan atas dari atmosfer dari Pluto adalah berkisar -170 derajat Celcius, atau sekitar 50 derajat lebih hangat daripada suhu di permukaannya. Observasi ini dapat memberikan petunjuk mengenai temperatur dan tekanan atmosferik di dekat permukaan Pluto.

Namun uniknya, observasi terkini menggunakan perangkat CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES) yang terpasang pada Very Large Telescope milik European Space Observatory (ESO) kini telah mengungkapkan bahwa atmosfer Pluto secara keseluruhan, bukan hanya di lapisan atasnya, memiliki suhu rata-rata sekitar -180 derajat Celcius, dan dengan demikian “jauh lebih panas” daripada suhu permukaannya.

Berkebalikan dengan atmosfer Bumi, di Pluto temperatur justeru meningkat seiring bertambahnya ketinggian. Perubahan suhunya berkisar 3 hingga 15 derajat per kilometer. Di Bumi, dalam kondisi normal, temperatur berkurang sekitar 6 derajat setiap kilometer ketinggian.

Alasan mengapa permukaan Pluto sedemikian dingin berhubungan dengan eksistensi atmosfer Pluto, yakni karena terjadinya sublimasi es di permukaan; analog dengan keringat yang mendinginkan tubuh saat menguap dari permukaan kulit kita, sublimasi ini memiliki efek pendinginan pada permukaan Pluto. Dari segi ini, Pluto memiliki sifat yang sama dengan komet, dimana bagian coma dan ekornya juga terbentuk dari es yang menyublim saat komet mendekati Matahari.

Observasi menggunakan CRIRES juga mengindikasikan bahwa metana adalah gas paling berlimpah nomor dua di atmosfer Pluto, merepresentasikan setengah persen dari molekul-molekul yang ada. “Kami berhasil menunjukkan bahwa jumlah sebesar itu memainkan peranan penting dalam proses pemanasan di atmosfer dan dapat menjelaskan peningkatan suhu atmosferik,” jelas Emmanuel Lellouch, penulis utama makalah yang melaporkan penemuan ini.

“Menarik untuk dipikirkan bahwa dengan CRIRES kami dapat mengukur secara presisi jejak suatu gas dalam atmosfer 100.000 kali lebih tipis daripada di Bumi, pada objek yang lima kali lebih kecil dari planet kita dan terletak di tepi tata surya,” ungkap co-author, Hans-Ulrich Käufl. “Kombinasi CRIRES dan VLT adalah seperti memiliki satelit penelitian atmosfer yang mengorbit Pluto.”

Dua model yang berbeda dapat menjelaskan properti atmosfer Pluto. Dalam model pertama, para astronom mengasumsikan bahwa permukaan Pluto dilingkupi oleh lapisan tipis metana, yang menempati sublimasi bekuan nitrogen. Skenario kedua melibatkan keberadaan metana murni di permukaan Pluto.

Menentukan mana yang paling tepat diantara keduanya akan membutuhkan studi yang lebih intensif saat Pluto bergerak menjauh dari Matahari. “Dan tentu saja, wahana antariksa New Horizon milik NASA akan menyediakan lebih banyak petunjuk saat mencapai planet kerdil itu pada 2015 nanti,” tukas Lellouch.

Penemuan ini telah dilaporkan dalam jurnal Astronomy and Astrophysics pada Februari lalu dalam makalah berjudul Pluto’s lower atmosphere structure and methane abundance from high-resolution spectroscopy and stellar occultations oleh E. Lellouch et al. (www.eso.org)

READ MORE - Menyingkap Rahasia Atmosfer Pluto

Bukti Keberadaan Air di Permukaan Bulan

Data baru dari wahana Deep Impact dan Moon Mineralogy Mapper (M3), instrumen yang dibawa oleh wahana milik India yang baru saja menghakhiri misinya di Bulan, Chandrayaan-1, untuk pertama kalinya menyajikan bukti yang jelas bahwa air ternyata eksis di permukaan Bulan.

“Observasi oleh wahana Deep Impat terhadap permukaan bulan tidak hanya tegas-tegas mengkonfirmasi keberadaan OH/H2O di permukaan bulan, melainkan juga mengungkap bahwa keseluruhan permukaan bulan terbasahi setidaknya pada sebagian sisi permukaan bulan yang mengalami siang hari,” demikian tulis Jessica Sunshine, astronom dari University of Maryland yang juga penulis utama dari paper mengenai data dari wahana Deep Impact yang diterbitkan pada jurnal Science pada 24 September lalu.

Sejumlah kecil air menghasilkan kegembiraan besar. “Menemukan air di bulan di siang hari adalah kejutan besar, bahkan apabila hanya sedikit air dan hanya dalam bentuk molekul yang menempel di tanah,” jelas Sunshine. Pandangan ilmiah selama ini menyatakan bahwa kemungkinan tidak ada air di permukaan Bulan, dan sekalipun ada, hanya dapat ditemui di kawah yang berbayang dan dingin secara permanen di kutub bulan.

“Dalam data dari Deep Impact, kita pada dasarnya menyaksikan molekul air membentuk dan kemudian menghilang tepat di depan mata kita,” kata Sunshine, yang mengatakan reaksi pertamanya terhadap data M3 adalah skeptis.

“Kami tidak yakin bagaimana hal ini terjadi,” katanya, “tapi temuan kami menunjukkan sebuah siklus yang didorong oleh matahari dimana lapisan air yang hanya setebal beberapa molekul membentuk, menghilang dan kembali membentuk setiap hari di permukaan bulan. Kami berpendapat bahwa ion hidrogen dari matahari yang dibawa oleh angin matahari ke Bulan telah berinteraksi dengan mineral yang kaya oksigen dalam tanah bulan untuk menghasilkan molekul air [H2O] dan hidroksil [OH] yang ditunjukkan secara meyakinkan melalui analisa spektral. Dalam sebuah siklus yang terjadi seluruhnya di siang hari, air ini terbentuk di pagi hari, secara substansial hilang pada tengah hari, dan kembali terbentuk saat permukaan bulan mendingin menjelang malam hari.

“Jika hal ini benar, maka hidrasi melalui angin surya diperkirakan akan terjadi di seluruh Tata Surya bagian dalam pada semua objek hampa udara dengan mineral yang mengikat oksigen pada permukaannya,” kata Sunshine.

“Dalam konteks sains Bulan, ini adalah penemuan besar,” tegas Paul G. Lucey, seorang ilmuwan planet dari University of Hawaii dalam sebuah artikel yang dimuat di  harian Los Angeles Times.

“Tidak ada bukti yang dapat diterima bahwa terdapat air di permukaan bulan, [tapi] kini telah ditunjukkan bahwa hal itu dengan mudah dapat dideteksi melalui metode yang sangat sensitif. Sebagai ilmuwan yang mempelajari bulan, saat saya membaca tentang ini, saya merasa sangat senang,” jelas Lucey, yang tidak terlibat dalam riset tersebut.

Walaupun instrumen M3 dan tim sainsnya telah membuat penemua awal mengenai keberadaan air di sejumlah area di permukaan Bulan, Sunshine dan para co-author dari paper Deep Impact menyatakan bahwa bukti konklusif dari penemuan air, pemahaman bahwa itu adalah fenomena yang terjadi di seluruh permukaan, dan pengetahuan bahwa itu adalah proses yang bergantung pada suhu hanya dimungkinkan berkat data yang dikumpulkan oleh wahana Deep Impat dalam misi lanjutannya saat ini (dengan nama Extrasolar Planet Observation and Deep Impact Extended Investigation, EPOXI).

Deep Impact tidak didesain untuk mempelajari Bulan, namun untuk misi yang terkenal pada 2005, dimana wahana ini berhasil melubangi permukaan komet Tempel 1 untuk mencari tahu apa yang ada didalamnya. Data mengenai air di permukaan bulan diambil sebagai bagian dari kesempatan melakukan kalibrasi pada perlintasan dengan Bumi dan Bulan yang terjadi pada Juni 2009 dan Desember 2007 guna mendapatkan dorongan gravitasi untuk mencapai komet kedua dalam misinya, Hartley 2, yang akan dicapainya pada November 2010 mendatang.

“Tanpa rentang spektral dari instrumen Deep Impact, penemuan air di permukaan oleh M3 tidak akan sampai sedemikian definitif, dan karena wahana Deep Impact melakukan observasi pada waktu-waktu yang berbeda dari siang hari di Bulan, efek dari temperatur menjadi lebih jelas terlihat,” jelas Sunshine.

Astronom dari University of Maryland, Michael A’Hearn, pimpinan tim sains Deep Impact dan EPOXI, dan salah satu dari empat co-author Sunshine menyatakan, “Saya pikir, adalah sangat hebat bahwa wahana Deep Impact, yang pernah menjadi yang pertama mendeteksi es pada inti sebuah komet, kini mendemonstrasikan eksistensi keberadaan air di Bulan.”

“Wahana dan instrumen yang hebat ini terus membuat penemuan yang penting dan tak terduga, lama setelah misi utamanya selesai,” lanjutnya. (newsdesk.umd.edu)

READ MORE - Bukti Keberadaan Air di Permukaan Bulan

Cakram Debu di 51 Ophiuchi

Menggunakan teleskop kembar berdiameter 10 meter di Observatorium W.M. Keck, Hawaii, para astronom telah menemukan salah satu dari cakram debu paling kompak yang mengedari sebuah bintang. Apabila berada di dalam tata surya kita, maka cakram itu akan membentang sekitar empat kali jarak Bumi ke Matahari, hingga mendekati orbit planet Jupiter. Cakram bagian dalam yang kompak tersebut juga ditemani oleh cakram luar yang terentang hingga ratusan kali lebih jauh.

Kunci keberhasilan studi ini adalah Keck Interferometer Nuller (KIN), suatu perangkat yang mengkombinasikan cahaya yang tertangkap oleh masing-masing teleskop raksasa tersebut, sedemikian rupa sehingga memungkinkan para peneliti mempelajari objek redup yang biasanya tenggelam oleh cemerlangnya cahaya bintang di dekatnya. “Ini adalah cakram kompak pertama yang dideteksi oleh KIN, dan menunjukkan kemampuannya untuk mendeteksi kabut debu yang ratusan kali lebih kecil daripada yang bisa dilihat oleh teleskop konvensional,” jelas Christopher Stark, astronom di Goddard Space Flight Center, NASA, di Greenbelt, Madison, yang memimpin tim peneliti.

Dengan menggabungkan pancaran cahaya yang diterima oleh kedua teleskop dengan cara tertentu, KIN pada dasarnya membuat suatu “blind spot” yang menghalangi pancaran cahaya bintang yang tak diperlukan namun memungkinkan sinyal redup yang berdekatan â€" seperti cahaya dari cakram debu yang melingkupi bintang â€" untuk menembusnya.

Pada bulan April 2007, tim yang sama mengamati bintang target, 51 Ophiuchi, bintang tipe B yang muda dan panas sejauh 410 tahun cahya di konstelasi Ophiuchus. Para astronom menduga bahwa bintang tersebut beserta cakram yang melingkupinya merepresentasikan contoh yang langka dan dekat dari sistem planeter muda yang sedang memasuki fase terakhir dari pembentukan planet-planetnya, walaupun masih belum diketajio apakah planet-planet tersebut benar-benar telah membentuk.

“Observasi terkini kami menunjukkan bahwa 51 Ophiuchi adalah sistem protoplanet (calon planet) yang indah dengan suatu kabut debut dari komet dan asteroid yang sangat dekat dengan bintang induknya,” timpal Marc Kuchner, astronom di Goddard yang juga anggota dari tim peneliti.

Sistem planeter adalah tempat yang sangat berdebu. Kebanyakan diantara debu di tata surya kita terbentuk didalam garis orbit Jupiter, saat komet-komet mengalami kehancuran di dekat Matahari dan asteroid dalam berbagai ukuran saling berbenturan. Kabut ini merefleksikan cahaya matahari dan sewaktu-waktu dapat dilihat sebagai pendar cahaya di langit â€" dikenal sebagai cahaya zodiak (zodiacal light) â€" sebelum matahari terbit atau terbenam.

Kabut debu di sekeliling bintang lain yang terbentuk melalui proses yang sama disebut sebagai kabut “exozodiacal”. “Studi kami menunjukkan bahwa cakram di 51 Ophiuchi lebih dari 100.000 kali lebih tebal daripada kabut zodiak di tata surya kita,” jelas Stark. “Hal ini menunjukkan bahwa sistem ini masih relatif muda, dengan banyak benda angkasa yang saling berbenturan yang menghasilkan sejumlah besar debu.”

Untuk menguraikan struktur dari kabut debu bintang tersebut, tim peneliti mengkombinasikan hasil observasi KIN pada berbagai panjang gelombang dengan studi sebelumnya yang memanfaatkan Teleskop Antariksa Spitzer dan perangkat Very Large Telescope Interferometer di European Southern Observatory di Chile.

Cakram bagian luar mulai membentuk pada sekitar dimana cakram bagian dalam berakhir dan mencapai jarak sekitar 1.200 AU. Penanda inframerahnya menunjukkan bahwa cakram tersebut terutama tersusun atas partikel debu dengan volume hanya 1 persen dari ukuran debu yang sama di cakram bagian dalam, atau setara dengan partikel pada asap. Perbedaan lainnya: cakram bagian luar terlihat lebih menyebar, hingga jauh keluar dari bidang orbitnya ketimbang cakram bagian dalam.

“Kami menduga bahwa cakram bagian dalam mendorong pengembangan cakram bagian luar,” jelas Kuchner. Saat asteroid dan komet saling berbenturan hingga menghasilkan debu, partikel yang lebih besar secara alami berpilin ke arah bintang. Namun tekanan dari cahaya bintang menekan partikel-partikel yang lebih kecil keluar dari sistem. Proses ini, yang juga terjadi di tata surya kita, nampaknya bekerja lebih baik di sekitar 51 Ophiuchi, bintang yang 260 kali lebih cemerlang daripada Matahari.

Penemuan ini telah dipublikasikan melalui Astrophysical Journal edisi 1 Oktober lalu. (www.nasa.gov/goddard)

READ MORE - Cakram Debu di 51 Ophiuchi

Untaian Mutiara Kosmik

Teleskop antariksa Herschel baru-baru ini telah menyajikan pemandangan spektakular dari kabut gas yang terbentang di dekat bidang galaksi Bima Sakti. Citra yang diambil mengungkapkan adanya aktifitas yang intens dan tak terduga. Daerah yang gelap dan dingin dengan titik-titik tempat bintang dilahirkan ibarat untaian mutiara kosmik.

Pada 3 September lalu, Herschel diarahkan ke suatu reservoir kabut gas dingin di konstelasi Salib Selatan (Southern Cross) di dekat bidang galaksi. Saat teleskop tersebut memindai langit, perangkat Spectral and Photometric Imaging REceiver, SPIRE, dan Photoconductor Array Camera and Spectrometer, PACS mengambil sejumlah citra dari daerah yang terletak di sekitar 60° dari pusat galaksi, ribuan tahun cahaya dari bumi.

Lima panjang gelombang inframerah telah dikodekan dalam bentuk warna-warni untuk memungkinkan para ilmuwan membedakan material yang sangat dingin (merah) dengan lingkungan sekitarnya yang sedikit lebih hangat (biru).

Citra ini mengungkap struktur pada material di Galaksi kita, dalam bentuk yang belum pernah disaksikan sebelumnya. Bahkan sebelum ada analisis yang lebih rinci, para ilmuwan telah mengumpulkan informasi mengenai kuantitas material, massa, temperatur, komposisi, dan apakah struktur tersebut sedang runtuh untuk membentuk bintang-bintang baru.

Citra dari instrumen SPIRE (atas) dan PACS (bawah) yang diambil oleh teleskop Herschel (Gambar: ESA)

Bahwa area yang gelap dan dingin semacam ini ternyata penuh dengan aktifitas adalah hal yang tak terduga. Namun citra-citra itu juga mengungkapkan adanya gejolak yang mengejutkan: material antarbintang berkondensasi menjadi filamen yang memalar (continous) dan saling terhubung yang berpendar dari cahaya yang dipancarkan oleh bintang-bintang yang baru lahir pada berbagai tingkat perkembangan. Galaksi kita adalah galaksi yang secara konstan melahirkan bintang-bintang generasi baru.

Bintang-bintang terbentuk dari lingkungan yang digin dan padat, dan dalam citra-citra tersebut, mudah untuk menemukan tempat dimana terdapat filamen bintang yang tengah membentuk, suatu pekerjaan yang sangat sulit untuk dilakukan pada citra dengan panjang gelombang tunggal.

Biasanya, dalam daerah yang penuh sesak semacam ini, terletak di bidang galaksi kita dan mengandung banyak kabut molekular sejauh mata memandang, para astronom akan mengalami kesulitan untuk melihat secara lebih detail. Namun instrumen inframerah Herschel yang canggih memudahkan pekerjaan itu, melihat kedalam kabut yang suram dalam cahaya kasatmata, dan menyaksikan pendar dari debu itu sendiri. Observasi ini tidak mungkin untuk dilakukan dengan peralatan yang berbasis di darat.

Hasilnya adalah pemandangan dari struktur jejaring filamen yang menakjubkan, dan fitur-fitur yang mengindikasikan rantai peristiwa formasi bintang yang hampir simultan, gemerlap laksana rangkaian mutiara, jauh di kedalaman galaksi kita. (www.esa.int)

READ MORE - Untaian Mutiara Kosmik