Tanya Jawab Astronomi 4

Bagaimana Mengetahui Karakteristik Exoplanet?

Oleh: Yunus Adiantor SL

Bagaimana ilmuwan bisa memprediksi kondisi exoplanet di luar angkasa dan bisa membuat ilustrasinya? Padahal mereka belum pernah kesana,

Untuk bisa membuat ilustrasi benda langit, dalam hal ini exoplanet atau planet di bintang lain, tentu terlebih dahulu harus mengetahui planet seperti apa yang ditemukan.

Masalahnya, para astronom belum pernah ke planet itu. Jadi bagaimana mereka bisa mengetahui kondisi planet tersebut dan menggambarkannya?

Ilustrasi Proxima b. Kredit: M. Kornmesser/ESO

Ilustrasi planet yang dilihat selama ini dibuat dari data planet yang ditemukan dan disesuaikan dengan contoh planet yang kita kenal selama ini. Contoh yang kita punya tak lain planet-planet yang ada di Tata Surya.  Dari planet di Tata Surya, kita mengetahui bahwa planet yang padat dengan komposisi batuan terbentuk di dekat Matahari, karena batuan dan logam berkondensasi pada suhu tinggi. Sedangkan planet gas raksasa dan planet es raksasa yang kerapatannya lebih renggang terbentuk jauh dari Matahari, karena senyawa hidrogen berkondensasi pada suhu yang rendah.

Informasi lainnya, planet yang terbentuk di dekat Matahari itu sangat panas. Semakin jauh dari Matahari, temperatur akan turun dan ada area yang hangat dimana air bisa tetap berwujud cair dan semakin jauh lagi, suhunya sangat dingin. Di area ini air akan berbentuk padatan es.

Planet – planet di Tata Surya jadi model utama untuk perbandingan dengan data exoplanet di bintang lain.

Masalah lainnya, jangankan berkunjung ke exoplanet di bintang lain. Sebagian besar exoplanet yang kita ketahui saat ini justru ditemukan dari metode tidak langsung. Dari 3541 planet yang ditemukan, baru 22 exoplanet ditemukan lewat pengamatan secara langsung. Itu artinya, para astronom tidak melihat keberadaan planet di bintang lain secara langsung. Mereka mengembangkan teknik tertentu untuk bisa menemukan ada planet yang mengitari bintang.

Mencari Planet dari Perilaku Bintang

Sebagai gambaran, kita melihat bintang di langit hanya berupa titik cahaya karena jaraknya yang sangat jauh. Planet, yang mengelilingi bintang itu ukurannya luar biasa kecil dibanding bintang. Jadi bagaimana kita bisa melihat planet secara langsung? Tentu tidak mudah.

Untuk planet yang mengitari bintang-bintang dekat Matahari, pengamatan langsung masih bisa dilakukan dengan teleskop yang ada di luar angkasa. Tapi, untuk planet di bintang yang sangat jauh, tentu saja sangat sulit.

Karena itulah, para astronom mencari planet dengan cara tidak langsung. Dua metode yang paling berhasil untuk menemukan planet di bintang lain adalah metode kecepatan radial dan metode transit.

Ketika pengamat mencari planet baru dengan metode kecepatan radial, yang diamati adalah goyangan bintang. Interaksi gravitasi antara planet dan bintang akan menyebabkan bintang tampak bergoyang mendekat ataupun menjauhi pengamat. Kita memang tidak bisa secara langsung melihat pergerakan bintang yang sangat kecil dan jauh itu. Tapi kita bisa mengetahui perubahan geraknya dari pergeseran pada spektrum cahaya yang diterima pengamat.

Untuk metode transit, para pengamat justru mencari perubahan pada cahaya bintang. Kalau bintang itu memiliki planet, maka saat planet melintas di depan bintang atau di antara bintang induknya dan pengamat di Bumi, maka cahaya bintang akan berkedip. Lebih tepatnya, cahaya bintang akan meredup sesaat. Peredupannya juga sangat kecil dibanding kecerlangan bintang yang sangat terang.

Informasi dari Exoplanet

Setelah exoplanet ditemukan keberadaannya, para astronom kemudian melakukan identifikasi untuk menentukan ciri-ciri setiap planet. Informasi planet ini didapat dari hasil pengamatan yang dilakukan sebelumnya. Dari sinilah para astronom bisa mengetahui komposisi planet, temperatur, atmosfer maupun kemungkinan exoplanet yang ditemukan untuk mendukung kehidupan.

Dalam mencari exoplanet, bukan hanya karakteristik planet yang perlu diketahui. Karakteristik bintang juga sangat diperlukan. Karena dengan mengetahui bintang induknya kita juga bisa mengetahui seperti apa evolusi planet yang ada di bintang itu. Informasi yang bisa diperoleh tentang bintang biasanya dimulai dari penentuan jarak bintang. Setelah jarak diketahui, kita bisa menentukan massa bintang. Pada akhirnya, kita juga bisa mengetahui kelas spektrum bintang.

Dengan mengetahui kelas spektrum bintang, kita bisa memperkirakan evolusi dari planet yang ada di dekatnya. Terutama untuk evolusi planet yang berpotensi laik huni.

Meskipun sebagian besar pendeteksian exoplanet dilakukan lewat metode tidak langsung, informasi yang diperoleh bisa memberitahu pengamat tentang karakteristik planet seperti massa, ukuran, jarak planet dari bintang dan kerapatan.

Ketika melakukan pengamatan untuk mencari exoplanet baik secara langsung maupun tidak langsung, kita bisa memperoleh informasi terkat periode orbit dari planet yang ditemukan tersebut. Dari Hukum ke-3 Kepler, kita bisa mengetahui jarak rata-rata planet ke bintang. Setelah jarak diketahui, massa planet juga bisa ditentukan lewat persamaan gravitasi Newton. Untuk pengamatan dengan kecepatan radial, yang bisa diketahui adalah massa minimum sebuah planet.

Untuk mengetahui ukuran planet, para pengamat melakukan pengukuran pada peredupan cahaya bintang yang terjadi saat transit. Peredupan yang terjadi bisa memberi informasi rasio perbandingan radius planet dan radius bintang. Pada akhirnya, radius planet bisa diketahui. Dengan mengetahui radius planet, kita bisa menentukan volume dan pada akhirnya kerapatan planet bisa diketahui dari hubungan massa dan volume.

Dengan mengetahui kerapatan planet, kita bisa mengetahui komposisi planet dan informasi terkait atmosfernya.

Merangkai Informasi Untuk Ilustrasi Indah

Jadi, apa pentingnya seluruh informasi exoplanet tersebut?

Ilustrasi Corot 7b. Kredit: Luis Calçada / ESO

Yang pertama, jarak planet ke bintang.

Jarak planet ke bintang menentukan temperatur planet tersebut. Jika exoplanet berada terlalu dekat dengan bintang, maka planet akan sangat panas. Akibatnya, planet yang terlalu dekat dengan bintang tidak akan dapat mempertahankan air dalam bentuk cair apalagi berpotensi untuk kehidupan. Planet yang dekat bintang juga biasanya tidak memiliki atmosfer karena terus menerus dilucuti oleh angin bintang.

Di sisi lain, jika planet berada terlalu jauh dari bintang, temperaturnya pun sangat dingin. Pada kondisi ini, air pun membeku. Tapi, jika planet berada pada jarak menengah dimana temperatur cukup hangat, air bisa dipertahankan dalam wujud cair. Di area inilah planet yang berpotensi memiliki kehidupan bisa ditemukan.

Yang kedua, massa planet. 

Dengan mengetahui massa planet, maka bisa ditentukan apakah planet tersebut bisa mendukung keberadaan atmosfer. Planet yang massanya kecil, gravitasinya juga lemah untuk bisa mempertahankan keberadaan atmosfer. Massa planet yang besar juga menandai gaya tarik yang sangat kuat di planet. Artinya planet mampu untuk mempertahankan keberadaan atmosfernya.

Yang terakhir adalah kerapatan planet.

Dari informasi kerapatan, komposisi planet dan keberadaan atmosfer. Sebagai contoh, planet – planet besar yang tidak terlalu padat pada umumnya memiliki atmosfer dengan komposisi es dan gas. Di sisi lain, planet yang padat memiliki ukuran yang lebih kecil dengan komposisi batuan. Bahkan beberapa di antaranya justru disusun oleh grafit atau bahkan berlian.

Setelah mengetahui ciri-ciri planet, kita bisa bandingkan dengan planet yang ada di Tata Surya untuk memperoleh gambaran exoplanet yang ditemukan.

Tapi, ada yang menarik. Exoplanet yang ditemukan tidak semuanya mirip dengan yang ada di Tata Surya. Sebagai contoh, planet 51 Pegasi b. Planet ini memiliki kerapatan yang renggang, ukurannya setengah ukuran Jupiter, tapi planet ini berada dekat sekali dengan bintang. Dan planet seperti ini tidak cuma satu. Planet serupa yang kemudian diberi kategori planet Jupiter panas rupanya cukup umum ditemukan di bintang lain.

Data karakteristik bintang dan exoplanet menjadi panduan utama bagi para ilustrator untuk memperoleh gambaran mengenai exoplanet dan bintang indukyang akan dibuat ilustrasinya. Ini penting karena ilustrasi yang dihasilkan harus bisa memberi ciri khas planet yang ditemukan beserta lingkungannya.  Dari informasi inilah ilustrasi sebuah sistem exoplanet dibangun. Tapi tentunya gambarnya tidak persis sama dengan planet-planet yang ada di Tata Surya. Para ilustrator juga memberikan interpretasi sesuai data planet. Ilustrasi yang dibuat harus bisa memberikan gambaran besar seperti apa planet yang ditemukan, tanpa membuat pembaca memiliki persepsi yang salah.

Contohnya, exoplanet laik huni. Dari data yang ada, planet tersebut merupakan planet batuan berpotensi laik huni yang memiliki air sebagai ciri khasnya. Akan tetapi, ilustrasi yang dibuat harus memperlihatkan sebuah planet laik huni yang punya air tapi tidak boleh membuat masyarakat beprikir bahwa planet lain yang persis Bumi dan memiliki kehidupan sudah ditemukan. Karena memang belum ditemukan. Untuk itu harus ada faktor pembeda.

Contoh lain, planet yang diduga memiliki air tapi sepertinya sudah lenyap akibat efek rumah kaca berlebihan. Untuk itu, penggambarannya pun dibuat memiliki banyak gunung berapi dan mulai kehilangan air.

Jadi untuk bisa membuat ilustrasi exoplanet, para ilustrator tidak bekerja sendiri. Mereka juga bekerja sama dan berdiskusi dengan para astronom untuk bisa memahami planet dan bintang yang akan mereka gambar. Informasi awal inilah yang kemudian mereka gunakan untuk membangun ilustrasi exoplanet seperti yang kamu lihat saat ini. Tiap planet tentu memiliki ciri khas yang berbeda-beda. Tidak ada yang persis sama. Inilah yang dibuat oleh para ilustrator dalam memperkenalkan setiap exoplanet yang ditemukan.