[비즈한국] TRAPPIST-1 adalah salah satu sistem planet luar surya yang paling menarik perhatian. Pada tahun 2017, para astronom menemukan tujuh planet di sistem ini. Jumlah ini setara dengan delapan planet yang mengelilingi Matahari kita. Penampakan begitu banyak planet yang mengorbit secara bersamaan ini memicu harapan bahwa terdapat lebih banyak sistem multi-planet di seluruh alam semesta. Bahkan, ketujuh planet tersebut merupakan planet berbatu yang mirip dengan Bumi.
Yang lebih mengejutkan lagi, empat dari planet tersebut berada di zona laik huni (Goldilocks zone), di mana kehidupan mungkin dapat berkembang. TRAPPIST-1d berada di batas terdalam zona laik huni, e dan f berada di tengah, dan g berada di batas terluar. Jika beruntung, ini adalah tempat di mana kita bisa menemukan beberapa planet luar surya yang memiliki kehidupan sekaligus. Sejak Teleskop Luar Angkasa James Webb diluncurkan, banyak pengamatan dilakukan terhadap sistem TRAPPIST-1. Terutama karena untuk menopang kehidupan, planet harus diselimuti oleh atmosfer seperti Bumi.
Sebelumnya, hasil yang cukup mengecewakan telah diumumkan bahwa dua planet terdalam, b dan c, tidak menunjukkan tanda-tanda keberadaan atmosfer yang berarti. Planet b tampak hampir tidak memiliki atmosfer seperti Merkurius, dan planet c hanya menunjukkan data yang samar mengenai kemungkinan adanya atmosfer yang sangat tipis. Namun, empat planet lainnya yang berada di zona laik huni belum dianalisis secara mendalam. Di saat James Webb melakukan pengamatan, terjadi ledakan suar (flare) yang kuat sehingga analisis data membutuhkan waktu lebih lama.
Kini, hasil analisis pengamatan James Webb terhadap planet TRAPPIST-1d yang dinanti-nantikan akhirnya diumumkan. Bagaimana hasilnya? Apakah sesuai dengan harapan semua orang, bahwa planet di zona laik huni TRAPPIST-1 juga memiliki atmosfer?
Keberadaan planet-planet di TRAPPIST-1 diketahui melalui metode transit, yaitu saat planet melintas di depan bintang induknya sehingga cahaya bintang meredup. Karena ketujuh planet melintas di depan bintang dengan periode yang berbeda-beda, cahaya bintang induk berubah kecerahan dengan pola yang sangat rumit. Setelah menganalisis pola tersebut secara cermat, para astronom berhasil mengetahui berapa jumlah planet dan periode orbit masing-masing saat melintasi bintang.
Metode transit, di mana planet luar surya dan bintang induk berada dalam satu garis lurus, dapat digunakan untuk mengetahui ada tidaknya atmosfer planet. Pada tahun 2018, upaya untuk mengidentifikasi atmosfer di sana telah dilakukan melalui pengamatan Teleskop Luar Angkasa Hubble. Namun, tidak seperti James Webb, Hubble terutama mengamati cahaya tampak dan memiliki ukuran teleskop yang lebih kecil, sehingga pengamatan atmosfer yang presisi menjadi sulit. Dengan performa seperti Hubble, atmosfer hanya bisa terdeteksi jika itu adalah planet gas raksasa yang memiliki atmosfer tebal seperti Uranus atau Neptunus. Jika itu adalah planet berbatu dengan atmosfer tipis, sulit bagi pengamatan Hubble untuk menentukan keberadaannya.
Dalam pengamatan Hubble tahun 2018, para astronom menyimpulkan bahwa setidaknya planet d, e, dan f tidak memiliki atmosfer hidrogen yang tebal. Namun, untuk planet g yang berada di batas terluar zona laik huni, terdapat kecurigaan samar bahwa mungkin ada atmosfer. Selain itu, muncul kemungkinan bahwa planet g bukanlah planet berbatu, melainkan planet gas kecil seperti mini-Neptunus.
Poin pentingnya adalah, mereka tidak menyimpulkan bahwa planet d, e, dan f 'sama sekali tidak memiliki atmosfer'. Intinya adalah mereka tidak memiliki atmosfer tebal seperti Jupiter. Sekilas ini tampak seperti kesimpulan yang mengecewakan karena gagal menemukan atmosfer, namun belum tentu demikian. Sebaliknya, ini bisa menjadi kesimpulan yang penuh harapan. Planet-planet ini diduga sebagai planet berbatu seperti Bumi, yang berarti bisa jadi mereka memiliki atmosfer tipis seperti Bumi.
Untuk mengonfirmasi atmosfer tipis, diperlukan James Webb. Terutama karena James Webb mengamati panjang gelombang inframerah, sehingga lebih unggul dalam mendeteksi komponen yang berkaitan langsung dengan kehidupan Bumi seperti air dan karbon dioksida. James Webb membidik momen ketika planet TRAPPIST-1d melintas di depan bintang induknya. Meskipun jaraknya hanya 2% dari jarak Matahari ke Bumi, karena bintang induknya sangat kecil (katai), cahaya yang menyinari planet tersebut mirip dengan cahaya matahari yang menyinari Bumi.
Jika planet TRAPPIST-1d memiliki atmosfer yang mengandung berbagai senyawa kimia, maka spektrum bintang seharusnya menunjukkan jejak penyerapan oleh senyawa tersebut saat planet melintas di depan bintang. Namun, spektrum yang diamati kali ini tampak cukup datar. Tingkat penyerapan oleh senyawa kimia sangatlah minim. Para astronom mencoba mengasumsikan keberadaan berbagai senyawa kimia seperti metana, karbon dioksida, dan air untuk mencari skenario yang paling menjelaskan spektrum yang diamati. Namun, tidak satu pun dari senyawa tersebut (metana, karbon monoksida, air, karbon dioksida, sulfur dioksida) menunjukkan sinyal yang jelas. Saat analisis awal, amonia tampak menunjukkan sinyal yang signifikan, namun analisis tambahan menyimpulkan bahwa itu bukan berasal dari komposisi atmosfer, melainkan ilusi akibat perubahan kecerahan yang disebabkan oleh ketidakstabilan bintang induk selama proses transit berlangsung.
Hasil analisis kali ini menyisakan dua kemungkinan menarik. Pertama, kemungkinan adanya atmosfer yang sangat padat namun tipis dan berada di lapisan rendah, mirip dengan Mars. Kondisi ini paling menjelaskan data pengamatan. Kemungkinan kedua adalah, seperti Venus, atmosfer tersebut tertutup awan tebal di lapisan atas yang menyembunyikan jejak penyerapan spektrum dari komposisi atmosfer. Meskipun kemungkinan ini relatif lebih rendah, hal tersebut tidak bisa sepenuhnya diabaikan. Kita berharap planet ini menyerupai Bumi, namun kenyataannya kemungkinan besar planet ini adalah dunia yang mirip dengan Mars atau Venus. Tentu saja, keduanya adalah dunia yang tidak bisa kita tinggali. Sayangnya, para astronom yang belum bisa melepaskan harapan pada TRAPPIST-1 harus kembali menelan kekecewaan.
Ada alasan mengapa penemuan ini terasa sangat pahit bagi para astronom. Bintang TRAPPIST-1 adalah katai merah yang jauh lebih kecil dan kerdil dibandingkan Matahari. Tipe bintang seperti ini adalah yang paling umum di alam semesta. Katai merah yang jauh lebih kecil dan redup dibanding bintang seperti Matahari jauh lebih banyak ditemukan. Faktanya, sebagian besar bintang yang memiliki planet luar surya yang ditemukan selama ini adalah katai merah. Namun, penemuan kali ini mengarah pada kesimpulan yang mengecewakan bahwa kehidupan mungkin tidak akan bisa bertahan di sekitar katai merah. Kita mungkin harus merelakan sebagian besar planet luar surya di sekitar katai merah yang telah kita temukan selama ini.
Karena katai merah adalah bintang kecil, konveksi yang mencampur bagian dalam dan luar bintang terjadi dengan sangat kuat. Akibatnya, partikel bermuatan bergejolak dengan kompleks di luar permukaan bintang, dan medan magnet di permukaan bintang menjadi kusut. Materi permukaan bintang menyembur keluar dengan cepat mengikuti medan magnet tersebut, dan bintang menciptakan suar (flare) yang memuntahkan energi ke ruang angkasa. Saat suar menyapu planet di sekitarnya, atmosfer yang tersisa di planet akan terus terkikis, dan pada akhirnya planet tidak akan bisa mempertahankan atmosfer dalam waktu lama. Angin bintang yang menghantam dari bintang induk akan langsung memaparkan radiasi kosmik yang besar ke permukaan planet, sehingga kehidupan apa pun tidak akan bisa bertahan. Terutama planet d yang diamati James Webb kali ini, karena berada di batas terdalam zona laik huni, ia paling dekat dengan bintang induk dan paling rentan terhadap angin bintang.
Lalu, apakah kita bisa menaruh harapan pada planet e, f, dan g yang jaraknya sedikit lebih jauh? Tentu saja, karena jaraknya sedikit lebih jauh dari bintang induk, ada kemungkinan mereka masih mempertahankan atmosfer. Namun, semakin jauh jaraknya dari bintang induk, pengamatan menjadi semakin sulit. Periode orbit planet mengelilingi bintang menjadi lebih lama, sehingga jika kita melewatkan satu kali transit, diperlukan penantian yang lebih lama hingga transit berikutnya terjadi. Selain itu, karena jarak antara bintang dan planet jauh, intensitas cahaya bintang yang melewati atmosfer planet menjadi lemah, sehingga mengidentifikasi spektrum juga menjadi lebih sulit. Untuk mengumpulkan lebih banyak cahaya yang kurang, diperlukan teleskop yang lebih besar dari James Webb, namun saat ini hal itu tidak mungkin. Oleh karena itu, kita tidak bisa hanya mengamati sekali, melainkan harus mengamati berkali-kali untuk mengumpulkan data keseluruhan dan memperkuat sinyal yang lemah. Akibatnya, semakin jauh planet e, f, dan g, semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan data yang bisa dianalisis, dan waktu pengamatan James Webb yang dibutuhkan pun menjadi semakin banyak.
Menghadapi batasan realitas ini, para astronom mulai mengajukan pertanyaan yang lebih mendasar. Apakah dengan teknologi pengamatan yang ada saat ini, kita bisa memastikan bukti nyata kehidupan luar angkasa yang kita cari? Selama ini kita terutama mencari tempat-tempat yang diduga memiliki lingkungan mirip Bumi. Mirip Bumi berarti dunia berupa planet berbatu kecil dengan atmosfer yang jauh lebih tipis, tidak setebal Jupiter. Namun, sayangnya, dengan teknologi kita saat ini, kita hanya bisa mengonfirmasi keberadaan atmosfer jika planet tersebut diselimuti atmosfer tebal seperti Jupiter. Untuk kondisi planet dengan atmosfer tipis seperti Bumi, teknologi pengamatan kita saat ini masih sulit untuk memberikan kesimpulan yang pasti.
Padahal bintang yang paling umum di alam semesta adalah katai merah, apakah sekarang kita harus membuang semua harapan terhadap planet luar surya di sekitar katai merah? Langit malam yang tadinya terasa penuh dengan berbagai kehidupan dan terdengar berisik, tiba-tiba terasa hening.
Referensi
https://www.nature.com/articles/s41467-024-52642-6
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adf207
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adf62e
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adf42e
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06232-z
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini ia bekerja sebagai asisten profesor di Departemen Studi Umum Universitas Sejong, melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Everyday a Piece of the Universe', 'Scientists in the Starry Universe', 'Can't Go But Can Know', 'Strange Questions That Come to Mind When Looking at the Universe', dan menerjemahkan 'The Hitchhiker's Guide to the Galaxy', 'How I Killed Pluto', 'Quantum Life', 'Cosmigraphics', dan lainnya.