Ilmuwan NASA Mengonfirmasi Keberadaan Uap Air di Europa

Empat puluh tahun yang lalu, wahana antariksa Voyager mengambil citra jarak dekat pertama dari Europa, salah satu dari ke-79 bulan Jupiter.

Gambar kiri merupakan pemandangan Europa yang diambil oleh wahana antariksa Voyager 1 dari jarak 2,9 juta kilometer pada 2 Maret 1979. Gambar berikutnya adalah gambar berwarna Europa yang diambil oleh wahana antariksa Voyager 2 saat pertemuan jarak dekatnya pada 9 Juli 1979. Gambar kanan merupakan pemandangan Europa yang dibuat dari berbagai citra yang diambil oleh wahana antariksa Galileo pada akhir 1990-an. Kredit: NASA / JPL
Gambar kiri merupakan pemandangan Europa yang diambil oleh wahana antariksa Voyager 1 dari jarak 2,9 juta kilometer pada 2 Maret 1979. Gambar berikutnya adalah gambar berwarna Europa yang diambil oleh wahana antariksa Voyager 2 saat pertemuan jarak dekatnya pada 9 Juli 1979. Gambar kanan merupakan pemandangan Europa yang dibuat dari berbagai citra yang diambil oleh wahana antariksa Galileo pada akhir 1990-an.
Kredit: NASA / JPL

Gambar-gambar tersebut menunjukkan retakan-retakan kecokelatan yang menyayat-nyayat permukaan es bulan tersebut, membuat Europa tampak seperti bola mata berurat. Berbagai misi ke tata surya luar dalam beberapa dasawarsa sejak itu telah mengumpulkan informasi tambahan yang memadai tentang Europa untuk menjadikannya target penyelidikan prioritas tinggi dalam pencarian NASA akan kehidupan.

Yang membuat bulan ini begitu memikat adalah kemungkinan bahwa ia memiliki semua bahan yang perlu bagi kehidupan. Para ilmuwan memiliki bukti bahwa salah satu bahan kehidupan tersebut, air dalam bentuk cair, hadir di bawah permukaan es dan kadang-kadang bisa menyembur ke angkasa dalam bentuk geyser raksasa. Tapi, belum ada yang bisa mengonfirmasi keberadaan air dalam semburan-semburan tersebut dengan melakukan pengukuran molekul air secara langsung. Kini, suatu tim peneliti internasional yang dipimpin dari Goddard Space Flight Center milik NASA di Greenbelt, Maryland, untuk pertama kalinya mendeteksi uap air di atas permukaan Europa. Tim ini mengukur uap air dengan mengamati Europa melalui salah satu teleskop terbesar di dunia di Hawaii.

Konfirmasi keberadaan uap air di atas permukaan Europa membantu para ilmuwan lebih memahami mekanisme internal bulan tersebut. Sebagai contoh, temuan ini membantu mendukung suatu ide, yang diyakini oleh para ilmuwan, bahwa ada samudra air cair, mungkin dua kali lebih besar dari samudra di Bumi, berdebur-debur di bawah cangkang es Europa yang setebal berkilo-kilo meter. Beberapa ilmuwan lain menduga sumber air lain bagi semburan-semburan itu bisa jadi berupa reservoir dangkal es yang mencair tidak jauh di bawah permukaan Europa. Ada juga kemungkinan bahwa kuatnya medan radiasi Jupiter merenggut partikel air dari lapisan es Europa, meskipun penyelidikan baru-baru ini memunculkan argumen yang membantah mekanisme tersebut sebagai sumber dari air yang teramati.

“Unsur kimiawi penting (karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosfor, dan belerang) serta sumber energi, dua dari tiga syarat kehidupan, ditemukan di mana-mana dalam tata surya. Tetapi yang ketiga—air dalam bentuk cair—sulit ditemukan di luar Bumi,” ujar Lucas Paganini, ilmuwan keplanetan NASA yang memimpin penyelidikan deteksi air tersebut. “Sementara para ilmuwan belum secara langsung mendeteksi air dalam bentuk cair, kami menemukan hal terbaik berikutnya: air dalam bentuk uap.”

Paganini dan timnya melaporkan dalam jurnal Nature Astronomy pada 18 November bahwa mereka mendeteksi semburan air dari Europa dalam jumlah yang cukup (2.360 kilogram per detik) untuk mengisi kolam renang ukuran Olimpiade dalam beberapa menit. Namun, para ilmuwan juga menemukan bahwa air tersebut jarang muncul, setidaknya dalam jumlah yang cukup besar untuk dapat dideteksi dari Bumi, ungkap Paganini. “Bagi saya, hal yang menarik tentang upaya ini bukan hanya deteksi langsung pertama air di atas permukaan Europa, tetapi juga betapa jarang air tersebut terdeteksi dalam batas-batas metode kami.”

Molekul air memancarkan frekuensi cahaya inframerah spesifik saat berinteraksi dengan radiasi matahari. Kredit: Michael Lentz/NASA Goddard
Molekul air memancarkan frekuensi cahaya inframerah spesifik saat berinteraksi dengan radiasi matahari.
Kredit: Michael Lentz/NASA Goddard

Tim Paganini mendeteksi sinyal uap air yang samar namun khas hanya sekali sepanjang 17 malam pengamatan antara 2016 dan 2017. Saat mengamati bulan tersebut dari Observatorium WM Keck di atas gunungapi dorman Mauna Kea di Hawaii, para ilmuwan melihat molekul air di belahan depan Europa, atau sisi bulan yang selalu menghadap ke arah orbit bulan tersebut mengelilingi Jupiter. (Europa, seperti bulan Bumi, secara gravitasi terkunci ke planet induknya, sehingga belahan depannya selalu menghadap ke arah orbit, sedangkan belahan belakangnya selalu menghadap ke arah yang berlawanan.)

Para ilmuwan menggunakan spektograf di Keck Observatory yang mengukur komposisi kimia atmosfer planet melalui cahaya inframerah yang dipancarkan atau diserap atmosfer tersebut. Molekul air memancarkan frekuensi cahaya inframerah spesifik saat berinteraksi dengan radiasi matahari.

Bukti yang Terus Bertambah tentang Keberadaan Air

Sebelum deteksi uap air baru-baru ini, telah banyak temuan menggoda di Europa. Yang pertama berasal dari wahana antariksa Galileo milik NASA, yang mengukur gangguan pada medan magnet Jupiter dekat Europa saat wahana tersebut mengorbit sang planet gas raksasa antara 1995 dan 2003. Pengukuran menyiratkan kepada para ilmuwan bahwa fluida berkonduktivitas listrik, yang mungkin berupa samudra garam di bawah lapisan es Europa, menyebabkan gangguan magnetik. Saat para peneliti menganalisis gangguan magnetik secara lebih teliti pada 2018, mereka menemukan bukti kemungkinan adanya semburan.

Sementara itu, pada 2013 para ilmuwan mengumumkan bahwa mereka telah menggunakan Teleskop Antariksa Hubble NASA  untuk mendeteksi unsur-unsur kimia hidrogen (H) dan oksigen (O)—komponen air (H2O)—pada konfigurasi menyerupai semburan dalam atmosfer Europa. Beberapa tahun kemudian, para ilmuwan lain menggunakan Hubble untuk mengumpulkan lebih banyak bukti kemungkinan erupsi semburan saat mereka menangkap citra pancaran menyerupai jemari yang terlihat dalam siluet  saat bulan tersebut lewat di depan Jupiter.

“Identifikasi langsung pertama terhadap uap air di Europa ini merupakan konfirmasi penting terhadap deteksi awal kami terhadap spesies atom, dan menyoroti jarangnya kemunculan semburan besar di dunia beku ini,” ungkap Lorenz Roth, astronom dan ahli fisika dari KTH Royal Institute of Technology di Stockholm yang memimpin studi Hubble pada 2013 dan merupakan penulis pendamping dari penyelidikan baru-baru ini.

Penelitian Roth, bersama dengan temuan Europa lain sebelumnya, hanya mengukur komponen air di atas permukaan. Masalahnya, deteksi uap air di planet-planet lain sulit dilakukan. Wahana antariksa yang ada memiliki kemampuan terbatas untuk mendeteksi uap air, dan para ilmuwan yang menggunakan teleskop di Bumi untuk mencari air di luar angkasa harus memperhitungkan efek distorsi air dalam atmosfer Bumi. Untuk meminimalkan efek ini, tim Paganini menggunakan pemodelan matematika dan komputer yang rumit untuk menjalankan simulasi kondisi atmosfer Bumi sehingga mereka dapat membedakan air di atmosfer Bumi dari air di atmosfer Europa dalam data yang diberikan oleh spektograf Keck.

“Kami dengan teliti menjalankan pemeriksaan keamanan untuk menyingkirkan kemungkinan kontaminan dalam pengamatan di Bumi,” kata Avi Mandell, ilmuwan keplanetan Goddard di tim Paganini. “Tapi, pada akhirnya, kita harus mendekati Europa untuk melihat apa yang sebenarnya terjadi.”

Para ilmuwan akan segera bisa mengamati Europa dengan cukup dekat untuk menuntaskan pertanyaan mereka yang masih tersisa tentang mekanisme internal dan eksternal dunia yang mungkin laik huni ini. Misi Europa Clipper  yang akan datang, yang diperkirakan akan diluncurkan pada pertengahan tahun 2020-an, akan melengkapi setengah abad penemuan ilmiah yang dimulai dengan foto sederhana berupa bola mata berurat yang misterius.

Saat tiba di Europa, pengorbit Clipper akan melakukan survei terperinci terhadap permukaan Europa, bagian dalam bulan tersebut, atmosfer tipisnya, samudra di bawah permukaan, dan semburan-semburan aktif yang mungkin lebih kecil. Clipper akan mencoba mengambil gambar semburan serta sampel molekul yang ditemukannya di atmosfer dengan spektrometer massanya. Pengorbit ini juga akan mencari tapak yang menjanjikan yang bisa menjadi tempat pengambilan sampel oleh pendarat Europa di masa depan. Upaya-upaya ini akan lebih lanjut menyingkapkan rahasia Europa dan potensinya bagi kehidupan.

Peneliti Goddard lainnya di tim Paganini termasuk Geronimo Villanueva, Michael Mumma, dan Terry Hurford. Kurt Retherford, dari Southwest Research Institute, juga berkontribusi dalam penelitian ini.

Sumber: NASA

Tinggalkan Balasan