[비즈한국] Sistem planet TRAPPIST-1 telah menarik banyak perhatian sejak pertama kali ditemukan. Sebenarnya, bintang pusatnya adalah bintang kerdil yang sangat ringan, hanya 9% dari massa Matahari. Suhu permukaan bintang pusatnya pun hanya mencapai 2.500 derajat. Meskipun demikian, alasan sistem ini sangat diperhatikan adalah karena sebanyak tujuh planet ditemukan mengorbit di sekitarnya secara bersamaan.
Planet-planet tersebut diberi nama TRAPPIST-1 b, c, d, e, f, g, dan h secara berurutan dari yang terdalam. Khususnya, empat planet di antaranya, yakni d, e, f, dan g, berada pada jarak yang tepat dari bintang pusatnya sehingga mengorbit di zona di mana laut yang terdiri dari air cair mungkin ada di permukaannya. Karena ada empat planet yang mengorbit di zona layak huni di sekitar satu bintang secara bersamaan, tempat ini dianggap sebagai kandidat kuat untuk mencari tanda-tanda kehidupan di luar bumi.
Namun, agar kehidupan dapat bertahan, diperlukan keberuntungan yang lebih besar. Planet tersebut harus tertutup oleh atmosfer yang cukup tebal. Karena jika tidak ada atmosfer, tidak ada makhluk hidup yang bisa bernapas di sana.
Sebagai objek yang sudah lama mendapat perhatian, TRAPPIST-1 adalah salah satu tempat yang paling banyak diobservasi oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb. Tahun lalu, hasil observasi untuk planet b dan c yang mengorbit di bagian dalam sistem planet tersebut telah dirilis. Sayangnya, menurut hasil observasi, tidak ditemukan tanda-tanda atmosfer yang tebal pada kedua planet tersebut. Diperkirakan atmosfernya sangat tipis atau bahkan tidak ada sama sekali.
Namun, masih terlalu dini untuk merasa kecewa. Sejak awal, planet b dan c berada terlalu dekat dengan bintang pusatnya, sehingga harapan akan adanya kehidupan di sana memang tidak terlalu besar. Planet-planet yang berada di bagian luar jauh lebih penting.
Jika melihat jadwal observasi Teleskop Luar Angkasa James Webb yang terbuka untuk umum, para astronom sebenarnya sudah lama menyelesaikan observasi planet-planet TRAPPIST-1. Namun, hasil analisis yang berarti belum juga diumumkan. Apakah mereka menyembunyikan sesuatu?
TRAPPIST-1 adalah bintang kerdil merah yang jauh lebih kecil dan redup daripada Matahari. Sebenarnya, apakah kondisi yang memungkinkan kehidupan bisa tercipta di sekitar kerdil merah masih menjadi perdebatan yang tajam. Jika berpikir secara sederhana, selama planet berada pada jarak yang tepat dari bintang pusatnya, suhunya tidak akan terlalu panas atau dingin, sehingga kehidupan dianggap bisa bertahan. Namun, kenyataannya tidak sesederhana itu.
Khususnya, kerdil merah cukup kompleks. Pada tahap awal pembentukannya, ketika awan gas sedang menyatu dan mulai memancarkan cahaya, kerdil merah dapat memberikan pengaruh fatal bagi sekitarnya. Karena ukuran bintang itu sendiri sangat kecil, terjadi konveksi hebat di mana materi naik dan turun di dalam bintang. Hal ini membentuk medan magnet yang kuat di sekitar bintang. Banyak materi dalam bentuk plasma ditarik naik dari permukaan bintang oleh medan magnet. Mengikuti medan magnet yang terpilin rumit di sekitar bintang, sejumlah besar materi mengalir keluar dari permukaan bintang. Saat kumpulan medan magnet kusut dan terputus, materi yang ikut terbawa terpancar ke ruang angkasa di sekitar bintang dengan kecepatan tinggi dan memicu suar (flare) yang kuat.
Terutama karena kerdil merah sendiri redup, planet harus berada sangat dekat dengan bintang untuk mendapatkan suhu yang cukup. Zona Goldilocks atau zona layak huni yang terbentuk di sekitar bintang pun menjadi sangat kecil. Oleh karena itu, dibandingkan bintang besar, planet di sekitar bintang kecil justru lebih banyak terpapar ancaman suar.
Akibat suar bintang yang menghantam planet, sebagian besar atmosfer yang menyelimuti planet bisa terlepas. Tidak hanya molekul ringan seperti hidrogen dan helium, tetapi molekul yang jauh lebih berat seperti karbon dioksida, oksigen, dan nitrogen juga ikut hilang. Sebagai contoh, jika itu adalah planet batuan yang dikelilingi atmosfer yang relatif tipis seperti Bumi, hampir seluruh atmosfernya bisa terkelupas dan hilang akibat suar kuat yang dimuntahkan kerdil merah.
Agar planet bisa bertahan dari ancaman tersebut dan mempertahankan atmosfernya, planet harus memiliki pelindung medan magnet terpisah yang cukup kuat untuk melindungi dirinya dari suar bintang yang ganas. Faktanya, Mars yang letaknya lebih jauh dari Matahari dibandingkan Bumi, diperkirakan kehilangan lautan dan atmosfernya sejak lama karena tidak memiliki perisai medan magnet.
Bukan hanya planet batuan yang sulit bertahan di sekitar kerdil merah. Planet gas yang besar seperti Jupiter juga berisiko. Terutama atmosfer planet gas yang sebagian besar terdiri dari komponen gas ringan juga sulit selamat dari serangan suar bintang. Seiring dengan terkelupasnya atmosfer bagian luar secara perlahan, ukuran planet itu sendiri bisa mengecil.
Satu hal yang menarik adalah banyak eksoplanet yang ditemukan hingga saat ini merupakan planet gas besar yang berada terlalu dekat dengan bintang pusatnya. Jenis planet ini diklasifikasikan sebagai planet Jupiter panas. Tidak ada satu pun planet jenis ini di tata surya kita. Di tata surya, semua planet gas raksasa hanya ada di bagian luar tata surya.
Saat menemukan eksoplanet di luar tata surya, keberadaan Jupiter panas menjadi misteri lain yang belum sepenuhnya terpecahkan. Ada kemungkinan mereka awalnya lahir di bagian luar yang jauh dari bintang, namun orbitnya berubah karena interaksi gravitasi dengan planet lain di sekitarnya sehingga mendekati bintang. Ini adalah kemungkinan migrasi planet. Namun, meskipun begitu, tetap sulit menjelaskan bagaimana planet tersebut bisa mempertahankan atmosfer yang tebal untuk waktu yang lama.
Tahun lalu, para astronom memastikan keberadaan atmosfer pada dua planet terdalam, b dan c, yang mengorbit di sekitar TRAPPIST-1 melalui observasi James Webb. Cara paling tradisional untuk memastikan keberadaan atmosfer pada planet adalah dengan memanfaatkan transit, yaitu saat planet melintas di depan bintang. Jika planet tertutup atmosfer, saat planet melintas di depan bintang, kita bisa melihat cahaya bintang yang melewati atmosfer planet. Dalam proses ini, sebagian cahaya bintang diserap oleh komponen atmosfer. Dengan membandingkannya dengan spektrum cahaya bintang yang tidak melewati atmosfer planet, kita bisa mengetahui komponen apa saja yang ada di atmosfer. Namun, jika atmosfer planet terlalu tipis, metode ini sulit digunakan karena kemungkinan cahaya bintang melewati lapisan atmosfer yang tipis sangat rendah.
Teleskop Luar Angkasa James Webb jauh lebih sensitif dibandingkan Hubble. Berkat itu, para astronom menggunakan metode lain yang sedikit khusus dalam observasi terakhir. Bukan hanya mengamati saat planet melintas di depan bintang, tetapi juga mengamati saat planet berputar setengah lingkaran ke sisi seberang di mana cahaya bintang terpantul di permukaan planet. Jika planet memiliki atmosfer tipis, atmosfer akan bersirkulasi secara merata sehingga variasi suhu harian planet berkurang. Perbedaan antara suhu sisi malam planet yang membelakangi bintang dan suhu sisi siang yang menghadap bintang tidak terlalu besar. Sebaliknya, jika tidak ada atmosfer sama sekali, variasi suhu harian planet menjadi lebih ekstrem. Sayangnya, observasi James Webb terakhir menunjukkan bahwa kedua planet TRAPPIST-1 b dan c menunjukkan variasi suhu harian yang ekstrem. Tampaknya kedua planet ini bahkan tidak memiliki atmosfer tipis.
Namun, tokoh utamanya adalah yang lain. Sejak awal, orbit kedua planet ini mengelilingi bintang pusat terlalu kecil sehingga suhunya terlalu tinggi. Sulit untuk mengharapkan adanya kehidupan. Namun, empat planet d, e, f, dan g berada pada orbit di zona layak huni.
Baru-baru ini, para astronom melakukan analisis terhadap planet TRAPPIST-1e dengan mengasumsikan berbagai lingkungan. Ini adalah planet batuan seperti Bumi. Sama halnya, setelah mengalami tabrakan asteroid, permukaannya pasti sempat mendidih dengan lava cair. Dalam proses pendinginan lava, bintang pusat terus memberikan cahaya dalam berbagai bentuk seperti sinar ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah. Lingkungan geologis dan pengaruh gabungan cahaya bintang ini dapat memengaruhi jumlah dan komposisi kimia atmosfer planet. Para astronom membuat model bagaimana suhu permukaan planet dan tekanan atmosfer bisa berubah dengan mengasumsikan berbagai kondisi ini.
Pertama, jika diasumsikan TRAPPIST-1e awalnya memiliki atmosfer yang mirip dengan atmosfer Bumi saat ini, hasilnya menunjukkan bahwa planet tersebut tetap dapat mempertahankan atmosfernya bahkan setelah ratusan juta tahun sejak terbentuk. Setelah lava cair di permukaan membeku dan membentuk permukaan padat, komponen utama atmosfer terdiri dari karbon dioksida. Sebagian molekul oksigen dan air juga tersisa. Karena terus menyimpan atmosfer, efek rumah kaca terjadi dan permukaan planet dapat terus mempertahankan suhu hangat. Jika komposisi atmosfer planet ini mirip dengan Bumi sejak awal, ia tetap dapat mempertahankan atmosfer meskipun mendapat ancaman suar dari kerdil merah di pusatnya.
Ada juga kemungkinan bahwa TRAPPIST-1e memiliki atmosfer tebal yang terdiri dari hidrogen, seperti Uranus dan Neptunus, berbeda dari Bumi. Menariknya, dalam kasus ini, butuh waktu lebih lama bagi permukaan yang mendidih dengan lava cair untuk membeku menjadi batuan padat. Dalam proses planet membeku menjadi permukaan padat, lebih banyak hidrogen yang terlepas ke ruang angkasa, dan molekul yang relatif lebih berat seperti air, karbon dioksida, dan oksigen tetap tinggal membentuk komponen utama atmosfer planet. Menurut model ini, planet mempertahankan komposisi atmosfer yang cukup baik untuk kehidupan, dan suhu permukaan planet juga turun ke tingkat di mana kehidupan bisa bertahan. Hasil yang sangat menggembirakan. Bahkan jika TRAPPIST-1e tidak memiliki komposisi atmosfer yang mirip Bumi sejak awal dan dimulai dengan atmosfer hidrogen yang tebal seperti Uranus dan Neptunus, lingkungan yang mendukung kehidupan tetap tercipta karena pengaruh gabungan proses geologis dan radiasi bintang pusat.
Di sisi lain, untuk TRAPPIST-1b yang berada jauh lebih dekat dengan bintang pusat, hasilnya suram. Jika diasumsikan ia awalnya memiliki atmosfer hidrogen tebal yang sama, sebagian besar atmosfernya terlepas ke ruang angkasa akibat angin bintang dan radiasi yang terlalu kuat dari bintang pusat. Hanya atmosfer oksigen yang sangat tipis dan langka yang tersisa. Karena hanya terdiri dari oksigen tanpa komponen lain, atmosfer ini sangat tipis sehingga tidak cocok untuk menunjang kehidupan. Akhirnya, planet TRAPPIST-1b yang berada dekat dengan bintang sulit menciptakan atmosfer yang dapat diharapkan menopang kehidupan dalam skenario apa pun.
Dibandingkan dengan itu, TRAPPIST-1e jauh lebih menjanjikan. Terlepas dari apakah komposisi atmosfernya awalnya mirip Bumi atau mirip Uranus dan Neptunus, ada kemungkinan besar kondisi saat ini masih cukup mendukung untuk kehidupan.
Sebenarnya, TRAPPIST-1e sudah diobservasi dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb. Namun, saat diobservasi untuk memastikan keberadaan atmosfer di TRAPPIST-1e, bintang pusat kebetulan memicu suar yang dahsyat. Suar yang menyilaukan tiba-tiba menutupi cahaya planet sehingga cahaya suar dan cahaya bintang yang terpantul di permukaan planet tidak bisa dibedakan. Oleh karena itu, beberapa astronom memperkirakan bahwa hasil analisis planet TRAPPIST-1d atau f mungkin akan dirilis lebih dulu daripada hasil analisis TRAPPIST-1e.
TRAPPIST-1 telah lama dinantikan karena tujuh planet ditemukan sekaligus di sekitarnya, dan sebanyak empat di antaranya berada di zona layak huni. Akan sangat mengecewakan jika bahkan di tempat seperti itu tidak ditemukan satu pun tanda-tanda kehidupan.
Mengamati momen saat cahaya bintang terpantul di permukaan planet ketika ia beralih ke orbit seberang, bukan hanya saat eksoplanet melintas di depan bintang, adalah metode observasi baru yang dicoba untuk pertama kalinya. Observasi planet-planet di sekitar TRAPPIST-1 selama ini sebenarnya hanya hasil yang diperoleh dari sedikit data melalui satu atau dua kali percobaan observasi. Akhirnya, yang dibutuhkan untuk membuat penilaian yang lebih presisi dan pasti hanyalah melakukan observasi berulang kali terhadap planet-planet di sekitar TRAPPIST-1 dalam jangka waktu yang lebih lama.
TRAPPIST-1 adalah objek observasi yang menarik, tetapi Teleskop Luar Angkasa James Webb bukanlah alat yang ada hanya untuk melihat sistem eksoplanet ini saja. Mulai dari benda langit di tata surya hingga banyak bintang dan galaksi, ada terlalu banyak jadwal observasi yang menumpuk. Tergantung pada berapa kali kita bisa menargetkan planet TRAPPIST-1 kembali di tengah jadwal yang sibuk, harapan dan kesimpulan kita akan berubah.
Referensi
https://academic.oup.com/mnras/article/531/1/468/7659831
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Saat masih kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Observatorium yang Sedang PDKT', 'Berpikir Tentang Alam Semesta Sepanjang Hari', dan 'Bintang, Sains Cahaya'.