[비즈한국] Misi apa yang akan dilakukan NASA di masa depan? Ada tempat di mana kita bisa mengintip masa depan, yaitu misi eksplorasi luar angkasa baru apa yang akan dilakukan dalam beberapa tahun ke depan. National Academy of Sciences (NAS) Amerika Serikat mengumpulkan para astronom setiap tahun untuk menyusun rencana jangka panjang mengenai eksplorasi apa yang akan dilakukan 10 tahun ke depan. Mereka tidak hanya merencanakan apa yang ada di depan mata, tetapi juga rencana untuk 10 tahun, bahkan puluhan tahun ke depan. Oleh karena itu, dengan melihat "Survei Dekadal" (Decadal Survey) yang dirilis setiap sepuluh tahun sekali, kita bisa melihat ke masa depan mana komunitas astronomi saat ini sedang melangkah.
Pada tahun 1972, para astronom merancang teleskop luar angkasa besar yang secara langsung dapat mengamati alam semesta dalam berbagai spektrum cahaya mulai dari ultraviolet, cahaya tampak, hingga inframerah dalam 10 tahun ke depan. Rancangan ini kemudian berlanjut menjadi Teleskop Luar Angkasa Hubble. Pada tahun 2001, mereka mendeklarasikan bahwa target baru adalah teleskop luar angkasa super besar yang berfokus pada pengamatan alam semesta awal tepat setelah Big Bang, dan memprioritaskan pendanaan untuk Next Generation Space Telescope (NGST). Dua puluh tahun setelah deklarasi bersejarah itu, teleskop ini terbang ke luar angkasa dengan nama James Webb.
Lantas, ke mana arah eksplorasi luar angkasa yang diimpikan para astronom untuk 10 hingga 20 tahun ke depan? Minat baru para astronom kini tertuju pada pencarian kehidupan luar angkasa dan planet tempat mereka mungkin tinggal. Mereka tengah merancang teleskop baru yang khusus ditujukan hanya untuk mencari tanda-tanda kehidupan.
Ambisi yang diumumkan pada tahun 2023 sangat besar. Tujuannya adalah mencari planet sebanyak mungkin di sekitar ratusan juta bintang yang mengembara di galaksi kita. Pemburu eksoplanet paling aktif hingga saat ini tentu saja adalah Teleskop Luar Angkasa Kepler. Teleskop Luar Angkasa Kepler pensiun setelah menemukan lebih dari 5.000 eksoplanet. Setelah itu, TESS diluncurkan, dan jika digabungkan dengan kandidat planet lainnya, jumlah eksoplanet yang ditemukan saat ini telah melebihi sepuluh ribu.
Namun, kita tidak bisa puas di sini. Belum pernah ada penemuan eksoplanet yang benar-benar terbukti dihuni makhluk hidup. Para astronom kini merancang teleskop luar angkasa baru yang berfokus khusus pada eksoplanet dan tanda-tanda kehidupan (bio-signatures). Menurut rencana, diameter teleskop ini sekitar 6 meter, mirip dengan James Webb. Namun, ada perbedaan penting: tidak seperti James Webb yang hanya mengamati inframerah, teleskop baru ini dapat mengamati berbagai panjang gelombang cahaya mulai dari inframerah, cahaya tampak, hingga ultraviolet. Ini adalah rencana yang menggabungkan dua proyek berbeda.
Ada proyek dengan nama yang sangat lugas, yaitu LUVOIR (Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor). Tujuannya adalah meluncurkan teleskop luar angkasa raksasa berukuran 10–15 meter untuk mengamati cahaya dengan spektrum luas mulai dari inframerah, cahaya tampak, hingga ultraviolet dalam resolusi tinggi. Ada pula usulan untuk meluncurkannya pada tahun 2034 guna merayakan 100 tahun kelahiran Carl Sagan, namun karena rencananya yang sangat besar, belum dapat dipastikan apakah itu bisa terwujud.
Proyek lainnya adalah HabEx (Habitable Exoplanet Observatory). Ini juga merupakan teleskop luar angkasa baru yang khusus mencari eksoplanet. Dalam banyak pengamatan sebelumnya termasuk Teleskop Luar Angkasa Kepler, metode yang digunakan utamanya adalah transit, di mana cahaya bintang tampak sedikit redup saat eksoplanet melintas di depannya. Namun, HabEx merancang metode yang lebih aktif, yaitu dengan meluncurkan pelindung buatan raksasa di depan bintang yang diincar oleh teleskop untuk meminimalkan gangguan cahaya bintang sejak awal. Dengan begitu, kita bisa melihat gambar eksoplanet yang tadinya tersembunyi di balik cahaya bintang yang terang dengan lebih jelas.
Rencana yang baru saja diumumkan kali ini adalah penggabungan harmonis dari dua proyek, LUVOIR dan HabEx. Proyek ini disebut 'Habitable Worlds Observatory' atau disingkat HWO. Tujuan HWO bukan sekadar mencari ada atau tidaknya planet di sebelah bintang lain. Tujuannya adalah untuk secara akurat mengidentifikasi hingga ke tanda-tanda kehidupan.
Karena James Webb sudah beroperasi, apakah perlu meluncurkan HWO? Meskipun James Webb hebat, ada batasan nyata yang penting. James Webb bukanlah teleskop yang hanya ditujukan untuk eksoplanet. Ia adalah teleskop serbaguna yang melakukan berbagai tugas astronomi seperti mengamati alam semesta awal setelah Big Bang, planet di tata surya, serta tempat kelahiran bintang dan galaksi. Eksoplanet hanyalah sebagian kecil dari keseluruhan misi James Webb. Oleh karena itu, sulit untuk mengalokasikan cukup waktu untuk mencari eksoplanet dan tanda-tanda kehidupan.
Ada juga masalah ilmiah. Untuk mengidentifikasi tanda-tanda kehidupan, kita pada akhirnya harus mengetahui komposisi atmosfer eksoplanet. James Webb, seperti pengamatan lainnya, menentukan komposisi atmosfer saat momen transit. Sebagian cahaya bintang melewati atmosfer eksoplanet, dan kita memperkirakan komposisinya melalui jejak kimia yang tertinggal di spektrum.
Namun, metode ini membutuhkan penantian lama. Sulit mendapatkan data yang cukup baik hanya dengan satu kali pengamatan. Kita harus menunggu satu siklus orbit lagi sampai eksoplanet melintas di depan bintang lagi. Kita harus menyaksikan transit berulang kali seperti ini untuk mengumpulkan data yang signifikan secara statistik.
Metode transit sendiri memiliki masalah bawaan. Seperti dijelaskan tadi, untuk mengumpulkan cukup data, kita harus menyaksikan transit berkali-kali. Oleh karena itu, lebih mudah untuk mengamati eksoplanet dengan periode orbit yang singkat di sekitar bintangnya. Kita hanya perlu menunggu beberapa hari atau minggu untuk melihat transit berikutnya. Namun, ini memicu masalah lain. Periode orbit yang singkat berarti eksoplanet berada sangat dekat dengan bintang pusatnya. Orbitnya terlalu kecil. Karena terlalu dekat dengan bintang, eksoplanet mudah terpapar suar (flare) yang meledak dari permukaan bintang. Bahkan jika suhu eksoplanet ideal karena bintangnya redup, sekali terkena suar, kehidupan bisa segera musnah. Akhirnya, mengandalkan metode transit saja dapat menyebabkan bias, di mana kita hanya melihat eksoplanet yang sejak awal tidak mungkin memiliki tanda-tanda kehidupan.
Untuk mengatasi keterbatasan ini, HWO berencana menggunakan dua metode utama. Pertama adalah koronagraf. Ini memanfaatkan prinsip pelindung cahaya bintang yang dirancang oleh HabEx. Sebuah pelindung kecil berbentuk bulat disisipkan di tengah jalur masuk cahaya bintang ke dalam teleskop. Dengan begitu, cahaya bintang akan tertutup dan eksoplanet redup yang tersembunyi di sekitarnya akan terlihat. Faktanya, metode ini sudah dicoba oleh James Webb, dan akan digunakan oleh teleskop luar angkasa generasi berikutnya yang akan segera diluncurkan, yaitu Teleskop Nancy Grace Roman.
Keuntungan terbesar dari metode ini adalah tidak harus bergantung pada transit eksoplanet. Faktanya, transit memiliki masalah fatal lain, yaitu hanya bisa digunakan jika sudut orbit eksoplanet cukup miring sehingga tampak melintas di depan bintang. Jika kemiringan orbitnya sedikit saja bergeser, maka tidak peduli seberapa sering eksoplanet mengorbit, ia tidak akan pernah melintas di depan bintang, sehingga kita tidak bisa melihat pengurangan cahaya bintang yang signifikan.
Namun, koronagraf adalah metode memotret langsung eksoplanet yang tersembunyi di sekitar bintang dengan menutupi bintangnya saja. Oleh karena itu, metode ini bisa digunakan tanpa bergantung pada kemungkinan transit. Kita akan mampu menemukan lebih banyak eksoplanet yang sebelumnya terlewatkan karena orbitnya terlalu miring sehingga keberadaannya tidak bisa dikonfirmasi melalui transit.
Hanya saja, masih ada tantangan teknis yang harus diselesaikan. Target utama kita bukanlah planet raksasa seperti Jupiter, melainkan planet batuan yang kecil seperti Bumi. Jika ukuran eksoplanet kecil, tentu saja cahaya bintang yang dipantulkan dari permukaannya pun redup. Untuk mendeteksi eksoplanet yang tersembunyi di balik cahaya bintang yang terang, diperlukan sensitivitas ekstrem yang mampu membedakan cahaya yang sangat terang dan yang sangat redup. Kita harus mampu mendeteksi noda kecil yang 10 miliar kali lebih redup dibandingkan cahaya bintang terang di foto yang sama. Teknologi saat ini hanya mampu mendeteksi benda langit 100 juta kali lebih redup, jadi perjalanan kita masih panjang. Ini adalah salah satu tugas penting yang harus diselesaikan dengan mengerahkan seluruh teknologi optik.
Teknologi khusus lain yang akan digunakan HWO adalah IFU (Integral Field Unit). Pengamatan konvensional menganalisis spektrum cahaya eksoplanet secara utuh. Namun, IFU dapat mengamati gambar dan spektrum eksoplanet seolah-olah membaginya menjadi banyak piksel yang lebih kecil. Bukan melihat cahaya eksoplanet sebagai satu kesatuan, kita dapat memeriksa secara detail di bagian mana dari permukaan eksoplanet tanda-tanda kehidupan terlihat lebih jelas.
NASA telah mengalokasikan anggaran untuk HWO dan sedang mendiskusikan jadwal peluncuran. Rencananya adalah meluncurkannya ke luar angkasa pada tahun 2040-an. Mungkin terasa seperti rencana masa depan yang jauh, tetapi jika kita mempertimbangkan situasi saat ini di mana peluncuran James Webb yang dianggap mustahil akhirnya terwujud dan hasilnya terus bermunculan setiap hari, saya yakin hari di mana HWO menjadi kenyataan akan segera tiba.
Sementara itu, ESA (European Space Agency) juga sedang merancang teleskop luar angkasa baru yang khusus menjelajahi eksoplanet dan tanda-tanda kehidupan. Meskipun ukurannya lebih kecil dibandingkan HWO milik NASA, diskusi yang dilakukan jauh lebih intensif, dan menurut rencana, teleskop ini akan diluncurkan jauh lebih awal sekitar tahun 2029. Nama teleskop eksplorasi eksoplanet yang disiapkan ESA adalah Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey, disingkat ARIEL. Nama ini sama dengan karakter dari film animasi 'The Little Mermaid'. Nama yang cukup cocok mengingat tujuannya adalah mencari eksoplanet yang berpotensi memiliki samudera cair seperti Bumi.
ARIEL rencananya akan dikirim ke titik L2 di luar orbit Bulan, seperti James Webb saat ini. Ukuran ARIEL tidak terlalu besar. Uniknya, di dalamnya terdapat cermin berbentuk elips yang agak penyok ke samping, dengan diameter panjang sekitar 1 meter dan diameter pendek sekitar 70 cm. ARIEL akan meneliti komposisi atmosfer lebih dari 1.000 eksoplanet secara mendetail, mencakup spektrum cahaya tampak dan inframerah. Seperti survei dekadal NAS, ESA juga setiap tahun menyajikan gambaran besar rencana eksplorasi luar angkasa masa depan yang disebut "Cosmic Vision", dan ARIEL akhirnya menjadi rencana yang telah dikonfirmasi.
Baik HWO maupun ARIEL memiliki perbedaan penting dengan teleskop darat dan luar angkasa lainnya yang sudah ada. Fokus utamanya adalah sepenuhnya pada eksoplanet, terutama dalam mengidentifikasi komposisi atmosfernya. Misalnya, meskipun James Webb tentu mengamati inframerah, karena ia harus mengamati berbagai benda langit lainnya seperti galaksi atau bintang, teleskop itu tidak dirancang untuk melihat panjang gelombang inframerah yang lebih luas yang dapat membantu mengidentifikasi komposisi atmosfer eksoplanet yang lebih bervariasi. Ia berkompromi untuk mencapai berbagai tujuan sekaligus. Namun, karena HWO dan ARIEL sejak awal ditujukan terutama untuk atmosfer eksoplanet, mereka dapat memperoleh desain yang dikhususkan untuk area tersebut.
Sangat menarik bahwa sebagian besar komunitas astronomi menetapkan eksplorasi eksoplanet dan kehidupan luar angkasa sebagai target utama yang harus diperhatikan dan diusahakan oleh umat manusia dalam 10 hingga 20 tahun ke depan. Hal ini menunjukkan betapa meningkatnya status bidang eksoplanet dan kehidupan luar angkasa, yang bahkan hingga belum lama ini masih dianggap sebagai cerita fiksi ilmiah.
Jika menengok ke belakang, meskipun banyak eksoplanet baru ditemukan dan jumlah astronom yang secara serius mempertimbangkan kemungkinan adanya kehidupan luar angkasa terus bertambah, hampir tidak ada teleskop luar angkasa profesional yang dibuat hanya untuk target eksoplanet dan tanda-tanda kehidupan. (Teleskop Luar Angkasa Kepler memang ada, tetapi Kepler pun tidak melihat atmosfer eksoplanet secara mendetail.) Bisa dibilang, kita mungkin belum pernah benar-benar meneliti tanda-tanda kehidupan luar angkasa sebelumnya. Sekaranglah saatnya kita harus menganggap bahwa kita sudah menyiapkan segala sesuatunya dan mulai memimpikan eksplorasi nyata yang pertama.
Referensi
https://science.nasa.gov/about-us/science-strategy/decadal-surveys/
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Ariel_moves_from_blueprint_to_reality
https://arielmission.space/index.php/press-releases/
https://nap.nationalacademies.org/catalog/26141/pathways-to-discovery-in-astronomy-and-astrophysics-for-the-2020s
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia memiliki mimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi galaksi melalui interaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta aktif melakukan komunikasi sains melalui kuliah dan penulisan. Ia telah menulis buku seperti 'Obsrvatorium yang Sedang PDKT', 'Berpikir Tentang Alam Semesta Sepanjang Hari', dan 'Bintang, Sains Cahaya'.