Cincin Baru Hasil “Mengayak” Debu Tata Surya

Sama halnya dengan debu yang menumpuk di pojok rumah atau rak buku, debu juga menumpuk di ruang angkasa. Namun ketika debu-debu ini “mengendap” di Tata Surya, biasanya mereka mengendap dalam bentuk cincin.

Ilustrasi cincin debu di tata Surya. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith
Ilustrasi cincin debu di tata Surya. Kredit: NASA Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith

Beberapa cincin debu diketahui mengelilingi Tata Surya. Cincin debu ini mengikuti orbit planet, yang gravitasinya menarik debu menuju tempatnya di sekeliling Matahari, ketika debu tersebut melayang-layang dalam perjalanannya menuju pusat Tata Surya.

Debu tersebut terdiri dari remukan sisa-sisa pembentukan Tata Surya, sekitar 4,6 milyar tahun yang lalu – puing-puing tabrakan asteroid atau remahan komet yang melintas. Debu akan menyebar di seluruh Tata Surya, namun mereka akan berkumpul pada cincin kasar yang melapisi orbit Bumi dan Venus, yang dapat dilihat dengan teleskop dari Bumi. Dengan mempelajari debu ini – komposisi, asal, dan pergerakannya di ruang angkasa – para ilmuwan berharap dapat menemukan petunjuk untuk memahami kelahiran planet dan komposisi dari semua hal yang kita lihat di Tata Surya.

Dua penelitian terbaru melaporkan ditemukannya cincin debu di bagian dalam Tata Surya. Penelitian pertama menggunakan data NASA untuk memaparkan bukti adanya cincin debu yang mengelilingi Matahari di orbit Merkurius. Penelitian kedua dari NASA mengidentifikasi sumber yang paling memungkinkan dari cincin debu di orbit Venus: sekelompok asteroid yang belum pernah dideteksi sebelumnya yang mengorbit bersama dengan planet tersebut.

Marc Kuchner, penulis dari penelitian Venus dan astrofisikawan Pusat Penerbangan Antariksa Goddard di Greenbelt, Maryland, mengatakan bahwa penemuan sesuatu yang baru di Tata Surya dalam sangat tidak biasa. Terutama di lingkungan kita sendiri.

Satu Cincin Lagi Di Sekeliling Matahari

Guillermo Stenborg dan Russell Howard, keduanya ilmuwan matahari pada Laboratorium Penelitian Angkatan Laut di Washington, D.C., mulanya tidak secara khusus mencari cincin debu. Mereka menemukannya secara tidak sengaja.

Mereka memaparkan bukti adanya kabut debu kosmis halus pada orbit Merkurius, membentuk cincin selebar sekitar 15 juta km. Merkurius – yang memiliki lebar sebesar 4876 km, cukup besar untuk bisa membentangkan daratan Amerika Serikat di atasnya – mengarungi jalur debu yang luas in dalam perjalanannya  mengelilingi Matahari.

Ironisnya, kedua ilmuwan tersebut menemukan cincin debu ini ketika sedang mencari bukti adanya wilayah bebas-debu di dekat Matahari. Menurut prediksi yang sudah berusia puluhan     tahun, pada jarak tertentu dari Matahari panas sang bintang yang luar biasa akan menguapkan semua debu, menyapu bersih sepetak ruang di ruang angkasa. Dengan mengetahui di mana batas wilayah inilah para ilmuwan dapat  mengenali komposisi debu itu sendiri, dan mendapatkan petunjuk bagaimana planet-planet terbentuk di Tata Surya muda.

Sejauh ini belum ditemukan bukti akan adanya wilayah bebas-debu, namun hal itu sebagian disebabkan oleh sulitnya mendeteksi wilayah tersebut dari Bumi. Tidak peduli bagaimana para ilmuwan mengamati dari Bumi, semua debu yang ada di antara kita dan Matahari akan menghalangi pengamatan, membuat mereka berpikir bahwa wilayah di dekat Matahari lebih berdebu daripada keadaan yang sebenarnya.

Stenborg dan Howard menemukan bahwa mereka dapat memecahkan masalah ini dengan membangun model berdasarkan foto-foto ruang antarbintang dari satelit NASA STEREO – kependekan dari Solar and Terrestrial Relations Observatory (Observatorium Hubungan Bumi dan Matahari)

Pada akhirnya, kedua ilmuwan tersebut ingin menguji model baru mereka sebagai persiapan untuk proyek Parker Solar Probe (Wahana Matahari Parker) NASA yang saat ini terbang mengelilingi Matahari dengan orbit yang sangat elips, yang lintasannya akan semakin mendekati sang bintang dalam tujuh tahun ke depan. Mereka ingin menerapkan teknik mereka pada gambar-gambar yang akan Parker kirimkan kembali ke Bumi dan mengamati sifat debu-debu di dekat Matahari ini.

Para ilmuwan belum pernah menggunakan data yang dikumpulkan dari wilayah yang belum pernah dieksplorasi ini, yang begitu dekat dengan Matahari. Model seperti milik Stenborg dan Howard menyediakan konteks yang krusial untuk memahami hasil pengamatan Wahana Matahari Parker, dan juga memberikan petunjuk lingkungan ruang angkasa seperti apa yang akan dihadapi oleh wahana tersebut – berlapis jelaga atau bersih.

Ada dua jenis cahaya yang nampak di gambar-gambar dari STEREO: cahaya dari atmosfer luar matahari yang menyilaukan – yang disebut korona – dan cahaya yang dipantulkan oleh debu-debu yang melayang di ruang angkasa. Cahaya Matahari yang dipantulkan oleh debu-debu ini, yang dengan perlahan mengorbit Matahari, adalah 100 kali lebih cemerlang daripada cahaya korona.

Howard mengatakan, mereka bukan orang-orang yang ahli dalam hal debu antarbintang. Menurut ilmuwan utama untuk kamera dalam STEREO dan Wahana Matahari Parker ini, debu-debu yang dekat dengan Matahari muncul begitu saja dalam pengamatan mereka, dan biasanya, informasi ini mereka buang. Ilmuwan Matahari seperti Howard – yang mempelajari aktivitas Matahari untuk keperluan perkiraan cuaca ruang angkasa, termasuk ledakan besar bahan Matahari yang kadang terarah langsung kepada Bumi – telah selama bertahun-tahun mengembangkan teknik untuk menghilangkan efek debu tersebut. Hanya dengan menghilangkan kontaminasi cahaya dari debu itulah mereka dapat melihat keadaan korona yang sebenarnya.

Kedua ilmuwan tersebut mengembangkan model mereka sebagai sarana bagi ilmuwan lainnya untuk menghilangkan debu yang mengganggu pada gambar-gambar dari  STEREO – dan juga dari Wahana Matahari Parker nantinya – namun prediksi adanya wilayah bebas-debu tetap ada di pikiran mereka. Apabila mereka dapat memikirkan suatu cara untuk memisahkan dua jenis cahaya tersebut dan mengisolasi cahaya dari debu, mereka dapat memperkirakan berapa banyak debu di luar sana. Temuan bahwa semua cahaya dalam sebuah gambar adalah cahaya dari korona saja, misalnya, adalah indikasi bahwa akhirnya mereka telah menemukan wilayah bebas-debu tersebut.

Cincin debu Merkurius adalah temuan murni karena keberuntungan, sebuah temuan sampingan oleh Stenborg dan Howard ketika mereka mengerjakan model mereka. Ketika mereka menggunakan teknik baru mereka pada gambar-gambar STEREO, mereka menemukan sebuah pola peningkatan kecemerlangan sepanjang orbit Mekurius – debu – dalam cahaya yang mereka rencanakan untuk dibuang.

Menurut Howard, peristiwa ini bukanlah peristiwa yang terisolasi. Di sekeliling Matahari, tak peduli di mana posisi wahana, mereka dapat melihat peningkatan sebesar lima persen dari kecemerlangan debu, atau kerapatannya. Hal ini menunjukkan bahwa ada sesuatu di situ, dan hal ini meluas ke sekeliling Matahari.

Para ilmuwan tidak pernah memikirkan adanya cincin di sepanjang orbit Merkurius, dan mungkin inilah sebabnya cincin tersebut tidak pernah terdeteksi hingga sekarang. Banyak orang berpikir bahwa Merkurius, tidak seperti Bumi atau Venus, terlalu kecil dan terlalu dekat ke Matahari untuk bisa menangkap cincin debu. Mereka beranggapan bahwa angin matahari dan gaya-gaya magnetik dari Matahari akan meniup debu pada orbit Merkurius hingga menghilang.

Dengan temuan tak terduga dan sarana baru yang peka yang mereka miliki, para ilmuwan masih sangat tertarik pada konsep adanya zona bebas-debu. Dengan Wahana Matahari Parker melanjutkan eksplorasinya untuk mempelajari korona, model mereka dapat membantu ilmuwan lainnya untuk mengungkapkan adanya debu yang tersembunyi di dekat Matahari.

Asteroid Tersembunyi di Orbit Venus

Ini bukan pertama kalinya para ilmuwan menemukan cincin debu di Tata Surya dalam. Dua puluh lima tahun yang lalu, mereka menemukan bahwa Bumi mengelilingi matahari di dalam cincin debu raksasa. Ilmuwan lainnya menemukan cincin serupa di dekat orbit Venus, pertama dengan menggunakan data arsip dari wahana ruang angkasa Helios milik Jerman-Amerika pada tahun 2007, dan kemudian dikonfirmasi dengan data dari STEREO pada tahun 2013.

Sejak saat itu, para ilmuwan menemukan bahwa cincin debu pada orbit Bumi kebanyakan berasal dari sabuk asteroid, yaitu area berbentuk donat di antara orbit Mars dan Jupiter di mana asteroid di Tata Surya berada. Asteroid batuan ini terus menerus saling bertabrakan satu sama lain, melepaskan debu yang melayang menuju arah gravitasi Matahari, kecuali bila gravitasi Bumi berhasil menariknya ke dalam orbit planet kita.

Pada awalnya, sangat mungkin kalau cincin debu Venus terbentuk sama dengan Bumi, dari debu yang dihasilkan di tempat lain di Tata Surya. Namun ketika astrofisikawan dari Goddard, Petr Pokorny memodelkan debu yang terbang menuju Matahari dari sabuk asteroid, simulasi beliau menghasilkan cincin yang sesuai dengan hasil pengamatan cincin Bumi –  namun tidak demikian halnya dengan Venus.

Perbedaan ini memunculkan pertanyaan: kalau bukan dari sabuk asteroid, maka dari manakah debu di orbit Venus berasal? Setelah melalui berbagai simulasi, Pokorny dan partner penelitiannya Marc Kuchner memberikan hipotesis bahwa debu orbit Venus berasal dari sekelompok asteroid yang belum pernah dideteksi sebelumnya yang mengorbit Matahari bersama Venus.

Kuchner mengatakan bahwa temuan ini sangat menarik, karena mengindikasikan adanya populasi baru asteroid yang mungkin memiliki petunjuk tentang proses terbentuknya Tata Surya. Bila Pokorny dan Kuchner dapat mengamatinya, keluarga asteroid ini dapat menjelaskan sejarah awal Bumi dan Venus. Apabila diamati dengan perangkat yang tepat, asteroid tersebut juga dapat membuka rahasia kekayaan kimiawi Tata Surya.

Karena tersebar di orbit yang lebih besar, cincin debu Venus berukuran jauh lebih besar dari cincin yang baru ditemukan di Merkurius. Berukuran sekitar 16 juta mil dari atas ke bawah dengan lebar sebesar 6 juta mil, cincin ini dipenuhi debu yang butiran terbesarnya kurang lebih seukuran butiran pasir di kertas amplas kasar. Cincin ini memiliki kerapatan 10 persen lebih besar daripada ruang angkasa di sekitarnya. Meskipun demikian, debu tersebut tersebar luas – apabila seluruh debu di cincin tersebut dipadatkan, kita akan mendapatkan satu asteroid berukuran dua mil.

Menggunakan selusin perangkat modeling yang berbeda untuk menyimulasikan bagaimana debu bergerak di Tata Surya, Pokorny memodelkan semua sumber debu yang diketahuinya, berharap mendapatkan simulasi cincin Venus yang sesuai dengan hasil pengamatan. Daftar sumber yang dicobanya meliputi hampir semua objek batuan di Tata Surya: Sabuk Asteroid, komet Awan Oort, komet tipe Halley, komet keluarga Jupiter, dan tabrakan teranyar di sabuk asteroid.

Namun, tidak ada satupun yang berhasil. Karenanya, Kuchner mulai menciptakan sumber-sumber debu baru untuk modelnya.

Kedua ilmuwan mempertimbangkan kemungkinan debu tersebut berasal dari asteroid yang lebih dekat ke Venus daripada sabuk asteroid. Kemungkinan ada sekelompok asteroid yang mengorbit Matahari bersama Venus – dalam arti mereka berada di orbit yang sama dengan Venus, tapi berjarak cukup jauh dari sang planet, seringkali di sisi lain dari Matahari. Pokorny dan Kuchner berpendapat bahwa sekelompok asteroid di orbit Venus bisa jadi tidak terdeteksi hingga sekarang karena sulit untuk mengarahkan teleskop di Bumi ke arah tersebut yang begitu dekat dengan Matahari, tanpa gangguan cahaya dari Matahari.

Asteroid yang mengorbit bersama planet adalah salah satu contoh dari apa yang disebut resonansi: pola orbit yang mengunci berbagai orbit bersama, tergantung dari bagaimana pengaruh gravitasi mereka berinteraksi. Pokorny dan Kuchner memodelkan banyak potensi resonansi: asteroid yang mengorbit Matahari dua kali untuk setiap tiga kali orbit Venus, misalnya, atau sembilan kali untuk setiap sepuluh orbit Venus, dan satu untuk satu. Dari semua kemungkinan tersebut, hanya satu kelompok yang menghasilkan simulasi realistis dari cincin debu Venus: sekelompok asteroid yang menempati orbit Venus, dengan rasio perjalanan mengelilingi matahari satu banding satu.

Meskipun demikian, para ilmuwan tidak puas hanya dengan mendapatkan satu solusi hipotetik yang sesuai. Mereka memang menemukan populasi asteroid tersebut, namun kini mereka harus membuktikannya dan menunjukkan bahwa hasil ini sesuai dengan kenyataannya.

Mereka harus membuktikan bahwa kehadiran asteroid ini mungkin di dalam Tata Surya. Mereka menyadari bahwa kecil kemungkinannya asteroid di dalam orbit sirkular khusus di dekat Venus ini datang dari tempat lain seperti sabuk asteroid. Hipotesis mereka akan lebih masuk akal bila asteroid tersebut sudah berada di situ sejak awal terbentuknya Tata Surya.

Para ilmuwan membuat model lain, kali ini dimulai dengan 10.000 asteroid di sekitar Venus. Mereka menjalankan simulasi melewati 4,5 miliar tahun sejarah Tata Surya, dengan memperhitungkan semua pengaruh gravitasi dari setiap planet. Ketika model tersebut mencapai masa sekarang, sekitar 800 dari asteroid tersebut masih bertahan.

Pokorny menganggap hasil ini sangat optimis. Hasil tersebut mengindikasikan bahwa asteroid dapat terbentuk di dekat orbit Venus di dalam kekacauan Tata Surya muda, dan sebagian masih mungkin untuk bertahan hingga saat ini, berkontribusi pada pembentukan cincin debu di dekatnya.

Langkah selanjutnya adalah mencari dan mengamati asteroid tersembunyi ini. Apabila asteroid tersebut ada di sana, maka mereka akan bisa menemukannya. Keberadaan asteroid ini dapat diverifikasi dengan teleskop berbasis ruang angkasa seperti Hubble, atau mungkin pengambil gambar antar planet serupa STEREO. Kemudian, para ilmuwan akan memiliki lebih banyak pertanyaan untuk dicari jawabannya: Berapa jumlah asteroid tersebut, dan berapa ukurannya? Apakah mereka terus menerus melepaskan debu, atau hanya ada satu peristiwa pecahan yang menghasilkan debu?

Cincin Debu di Sekeliling Bintang Lain

Cincin debu di orbit Merkurius dan Venus hanyalah berjarak satu atau dua planet saja, namun para ilmuwan telah menemukan banyak cincin debu lainnya di sistem bintang yang jauh dari Tata Surya. Cincin debu yang luas lebih mudah dikenali daripada eksoplanet, dan kehadirannya dapat menjadi indikasi adanya planet tersembunyi berikut sifat orbitnya.

Namun mengenali cincin debu ekstrasolar bukan perkara mudah. Untuk memodelkan dan membaca keberadaan cincin debu di bintang lain secara akurat, para ilmuwan harus memahami fisika debu di dalam sistem kita sendiri. Dengan mempelajari cincin debu di sekeliling Merkurius, Venus dan Bumi, di mana debu tersebut memberikan jejak pengaruh gravitasi di dalam Tata Surya, para ilmuwan dapat mengembangkan teknik untuk membaca yang apa yang tersembunyi di dalam cincin debu ini, baik dekat maupun jauh.

Sumber: NASA

Ni Nyoman Ayu Cinde Dhitasari

Ditulis oleh Ni Nyoman Ayu Cinde Dhitasari

Berlatar belakang pendidikan Teknik Lingkungan dan musik (piano), Dhita telah jatuh cinta pada dunia Astronomi sejak kecil, terutama Astronomi Budaya. Astronomi telah menjadi hobby utamanya hingga saat ini. Dhita adalah seorang guru piano dan pianis di Denver, Amerika Serikat, dan sempat aktif sebagai tenaga sukarela di Denver Museum of Nature and Science (DMNS), bagian Space Odyssey.

Tinggalkan Balasan