Ini malam yang menantang bagi astronomi di Lick Observatory dekat San Jose, California. Lampu-lampu Lembah Silikon berkilauan di bawah puncak Gunung Hamilton setinggi 4.200 kaki, menghanyutkan bintang-bintang yang paling samar. Awan melayang lebih dekat dari utara dengan ancaman hujan. Di puncak gunung ada sepuluh kubah teleskop, dan saya berjalan di jalan yang curam menuju yang terbesar. Ada suara menakutkan, seperti rana longgar yang merintih tertiup angin. Itu adalah kubah itu sendiri, berderit saat berputar untuk menjaga pembukaannya berpusat di atas teleskop yang bergerak perlahan di dalamnya.
Konten terkait
- Blok Bangunan Kehidupan Mungkin Berasal Dari Luar Angkasa
- Apa Arti Penemuan Ratusan Planet Baru untuk Astronomi — dan Filsafat
- Lihatlah, Geminid
Chris McCarthy, seorang astronom di San Francisco State University (SFSU), menyambut saya di pintu samping. Mengenakan cahaya kecil yang diikatkan di kepalanya, dia membawaku menaiki tangga logam melalui bagian dalam kubah, tetap gelap gulita untuk pengamatan malam hari, dan ke ruang kontrol yang hangat. Di sana, Howard Isaacson, seorang senior SFSU, dan Keith Baker, seorang teknisi teleskop, duduk di depan layar komputer di tengah tumpukan tebal kabel dan rak-rak elektronik kuno. McCarthy dan Isaacson mengobrol dan menyesap teh panas sementara Baker menggunakan mouse komputernya untuk menyesuaikan teleskop. Sebelum fajar, para astronom akan mengumpulkan cahaya dari puluhan bintang. Beberapa bintang, mereka berharap, memendam dunia baru.
Di era penjelajah yang menjelajahi Mars dan teleskop berbasis luar angkasa mengambil gambar kosmos yang mempesona dari atas hiruk-pikuk atmosfer Bumi, rutinitas di Lick — menunjuk teleskop berusia 47 tahun pada bintang demi bintang selama berjam-jam — terasa agak aneh. Namun para astronom ini adalah anggota tim yang terbaik dalam bisnis berburu planet. Menggunakan teleskop di Hawaii, Chili, dan Australia, serta yang ada di Lick Observatory, untuk memantau sekitar 2.000 bintang — kebanyakan dari mereka tenang dan setengah baya seperti matahari kita dan cukup dekat dengan Bumi untuk teleskop besar untuk mendapatkan pandangan yang jelas tentang mereka. gerakan - tim telah menemukan sekitar dua pertiga dari sekitar 200 planet yang ditemukan di luar tata surya kita sejauh ini. (Keriuhan baru-baru ini tentang bagaimana mendefinisikan sebuah planet di tata surya kita belum mengancam status planet objek yang jauh ini.)
Beberapa planet ekstrasurya yang baru ditemukan, atau planet ekstrasurya, demikian sebutannya, adalah dunia raksasa seukuran Jupiter yang melingkari bintang-bintangnya pada orbit yang rapat dan terpanggang, jauh lebih dekat daripada orbit Merkurius di sekitar matahari. Yang lain mendekat ke bintang-bintang mereka dan kemudian berayun jauh di jalan berbentuk telur, menghamburkan tubuh yang lebih kecil saat mereka pergi. Beberapa planet yang baru lahir melemparkan planet saudara mereka ke malapetaka yang berapi-api atau ke kedalaman ruang.
Tidak ada tempat untuk dilihat - setidaknya belum - adalah tata surya seperti kita, dengan planet padat di dekat matahari dan planet gas-raksasa pada prosesi teratur lebih jauh. Sistem seperti itu adalah tempat yang paling memungkinkan bagi planet berbatu seperti Bumi untuk bertahan hidup di orbit yang stabil selama miliaran tahun. Mungkin ini parokial, tetapi para astronom mencari tanda-tanda kehidupan di tempat lain di kosmos — sebuah pencarian yang menjiwai pencarian planet ekstrasurya — mencari planet dan tata surya seperti planet kita, dengan sebuah planet yang tidak terlalu jauh dari atau terlalu dekat dengan bintang., dan mungkin dengan air di permukaannya. Tim California mengatakan menemukan planet seperti Bumi hanyalah masalah waktu.
Studi tentang exoplanet masih sangat baru. Lebih awal dari satu dekade yang lalu, para astronom berpendapat bahwa mustahil untuk melihat mereka melawan cahaya bintang mereka yang cemerlang. Jadi, beberapa astronom mencoba menemukan planet ekstrasurya dengan mencari bintang yang tampak goyah, terseret oleh gravitasi benda tak terlihat yang mengorbit di sekelilingnya. Tetapi sebagian besar ahli meragukan pendekatan itu akan berhasil. "Orang-orang berpikir mencari planet tidak berharga, " kata McCarthy. "Itu satu langkah di atas pencarian intelijen luar angkasa, dan itu satu langkah di atas yang diculik oleh alien. Sekarang, itu adalah salah satu kemajuan ilmiah terbesar abad ke-20."
Planet ekstrasurya pertama, yang ditemukan pada tahun 1995 oleh Michel Mayor dan Didier Queloz dari University of Geneva, di Swiss, adalah benda raksasa setengah ukuran Jupiter, berputar di sekitar bintang yang mirip dengan matahari kita di orbit yang hiruk pikuk setiap empat hari. Bintang itu, di konstelasi Pegasus, berjarak sekitar 50 tahun cahaya. Lebih banyak "Jupiters panas", atau planet-planet gas raksasa yang mengorbit dekat bintang-bintang, dengan cepat muncul, jika saja karena benda-benda besar itu memaksakan goyangan yang paling mencolok pada bintang induknya.
Meskipun para astronom belum mengamati planet-planet itu secara langsung, mereka menyimpulkan bahwa mereka berbentuk gas dari ukurannya yang tipis dan apa yang diketahui tentang pembentukan planet. Sebuah planet bersatu dari puing-puing di cakram besar debu dan gas di sekitar bintang. Jika ia mencapai ukuran tertentu — 10 hingga 15 kali ukuran Bumi — ia melakukan tarikan gravitasi sedemikian rupa dan mengisap begitu banyak gas sehingga ia menjadi raksasa gas.
Ketika teknik pengukuran meningkat, para astronom melihat planet yang secara bertahap lebih kecil — pertama-tama ukuran Saturnus, kemudian turun ke Neptunus dan Uranus. Setelah beberapa tahun menemukan exoplanet, para ilmuwan melihat tren yang menjanjikan: ketika ukuran yang dapat mereka deteksi semakin kecil, jumlah mereka semakin banyak. Proses yang membangun planet-planet tampaknya memihak pada anak-anak kecil, bukan para raksasa.
Dalam satu setengah tahun terakhir, tim California dan sebuah kelompok yang dipimpin oleh para peneliti di Paris menemukan exoplanet terkecil yang pernah terlihat di sekitar bintang-bintang seperti matahari: kedua planet itu hanya lima hingga delapan kali massa Bumi. Para astronom mengatakan dunia seperti itu sebagian besar terdiri dari logam dan batu, mungkin dengan atmosfer tebal. Planet ekstrasurya yang ditemukan oleh astronom Geoff Marcy dari University of California di Berkeley dan rekan-rekannya dekat dengan bintangnya dan mungkin terlalu panas untuk ada cairan di permukaannya. Planet lain mengorbit jauh dari bintang yang pingsan dan mungkin sedingin Pluto. Meski begitu, mengetahui bahwa tidak semua exoplanet adalah bola gas raksasa adalah landmark bagi lapangan. "Ini adalah dunia berbatu yang masuk akal, " kata Marcy. "Untuk pertama kalinya, kita mulai menemukan kerabat planet kita di antara bintang-bintang."
Fitur yang paling mengejutkan dari exoplanet sejauh ini, kata Marcy suatu hari di kantornya di kampus Berkeley, adalah orbitnya yang tidak biasa. Dalam diagram "tampilan overhead" klasik tata surya kita, planet-planet (kecuali Pluto, yang baru-baru ini diturunkan ke planet kerdil) melacak lingkaran konsentris yang bagus di sekitar matahari. Marcy meraih di belakang mejanya yang rapi dan mengeluarkan orrery, model mekanis tata surya kita. Bola logam di ujung lengan kurus berputar di sekitar matahari. "Kita semua berharap melihat orbit melingkar fonograf-alur ini, " kata Marcy. "Itulah yang dikatakan oleh buku teks tentang sistem planet. Jadi ketika kita pertama kali mulai melihat orbit eksentrik pada tahun 1996, orang-orang mengatakan bahwa itu bukan planet. Tapi mereka ternyata adalah pertanda dari hal-hal yang akan datang."
Tepat setelah tengah malam di Lick Observatory, para astronom membuat kemajuan yang baik pada daftar periksa malam dari 40 bintang. Target mereka biasanya bukan bintang utama rasi bintang, tetapi, meski begitu, banyak yang cukup pintar untuk melihat dengan mata telanjang. "Ketika saya keluar dengan teman-teman saya, saya dapat menunjukkan beberapa bintang yang kita tahu memiliki planet, " kata Howard Isaacson. Satu bintang yang sangat terang di konstelasi Andromeda memiliki tiga.
McCarthy menawarkan untuk mengungkap rahasia keberhasilan tim dalam memata-matai planet ekstrasurya. Kami berjalan ke kubah gelap dan lewat di bawah teleskop, dengan cermin selebar sepuluh kaki yang mengumpulkan dan memfokuskan sinar redup cahaya dari bintang-bintang yang jauh. Saya telah melihat teleskop besar selama tur siang hari, tetapi pada malam hari itu terlihat jauh lebih penting, penyangga logam tebal miring seperti kaki belalang sembah yang menatap ke langit. McCarthy membawa saya ke sebuah ruangan sempit di bawah lantai kubah, tempat cahaya bintang yang terkonsentrasi oleh cermin teleskop mengalir ke dalam silinder yang lebih kecil dari kaleng soda. Terbungkus busa biru, dengan kaca di kedua ujungnya. Kelihatannya kosong di dalam, tapi saya diberitahu itu penuh dengan gas yodium dipanaskan hingga 122 derajat Fahrenheit.
Sel yodium ini dikembangkan oleh Marcy dan mantan muridnya Paul Butler, sekarang menjadi astronom di Carnegie Institution di Washington, DC Ketika cahaya dari sebuah bintang melewati gas panas, molekul yodium menyerap gelombang cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Cahaya yang tersisa tersebar ke pelangi oleh instrumen yang bertindak seperti prisma. Karena yodium mengurangi bit cahaya, garis-garis gelap tersebar di seluruh spektrum seperti bar code supermarket yang panjang. Setiap bintang membawa ciri khas tersendiri dari panjang gelombang cahaya yang telah diserap oleh atmosfer bintang. Panjang gelombang ini sedikit bergeser ketika sebuah bintang bergerak ke arah atau menjauh dari kita. Para astronom membandingkan tanda garis gelap bintang itu sendiri dengan garis yodium stabil dari satu malam ke malam berikutnya, dan dari bulan ke bulan dan dari tahun ke tahun. Karena ada begitu banyak garis-garis halus, dimungkinkan untuk mendeteksi pergeseran genap sekalipun. "Ini seperti memegang bintang di selembar kertas grafik, " kata McCarthy. "Garis yodium tidak pernah bergerak. Jadi jika bintang bergerak, kita menggunakan garis yodium sebagai penggaris untuk mengukur gerakan itu."
Untuk sesuatu yang sebesar bintang, satu-satunya hal yang dapat menyebabkan perubahan teratur dan berulang adalah tarikan gravitasi bintang lain — yang dapat dideteksi dengan mudah oleh para astronom karena tanda tangan cahaya bintang pendamping itu sendiri dan massa yang besar dan kuat — atau planet tersembunyi yang mengorbit di sekitarnya. Sel yodium dapat melacak bintang yang bergerak selambat beberapa kaki per detik — kecepatan berjalan manusia — melintasi kekosongan luas triliunan mil ruang. Sensitivitas ini adalah alasan mengapa banyak tim pemburu planet menggunakan sel yodium.
Aku mengintip ke dalamnya dan melihat beberapa foil berkerut dan kabel pemanas mengular melalui busa biru. Strip lakban tampaknya menyatukan bagian-bagiannya. Setelah kami kembali ke ruang kontrol, McCarthy terkekeh dan menunjukkan slogan pada kemeja keringat Keith Baker: "Ketika keadaan menjadi sulit, gunakan lakban yang sulit."
Semakin banyak orbit berbentuk aneh dan aneh yang ditemukan para astronom, semakin mereka menyadari bahwa proses alami pembentukan planet mengundang kekacauan dan kekacauan. "Menjadi jelas bahwa tata surya kita, dengan dinamika dan arsitekturnya yang indah, jauh lebih stabil daripada yang ada di sekitar bintang-bintang lain, " kata ahli teori astrofisika Greg Laughlin dari University of California di Santa Cruz, yang bekerja sama dengan tim Marcy dan Butler. Mencoba mencari tahu bagaimana planet-planet baru memperoleh jalur aneh mereka merupakan tugas yang menakutkan. Laughlin mendesain model-model komputer orbit planet ekstrasurya untuk mencoba menciptakan kembali sejarah planet-planet dan memprediksi nasib mereka. Dia fokus pada peran gravitasi dalam mendatangkan malapetaka. Misalnya, ketika sebuah planet besar bergerak pada orbit yang eksentrik, gravitasinya dapat bertindak seperti katapel dan melemparkan dunia-dunia terdekat yang lebih kecil. "Dalam beberapa sistem ini, " kata Laughlin, "jika Anda memasukkan planet mirip Bumi ke orbit yang dapat dihuni, ia dapat dikeluarkan dalam beberapa minggu."
Interaksi di antara planet-planet mungkin umum di kosmos, kata Laughlin dan rekan-rekannya. Hampir 20 bintang diketahui memiliki lebih dari satu planet yang mengorbit di sekelilingnya, dan beberapa dari planet saudara kembar ini dikunci dalam tarian yang disebut "resonansi." Sebagai contoh, satu planet yang mengitari bintang yang disebut Gliese 876 membutuhkan waktu 30 hari untuk mengorbit, sementara planet lain memakan waktu hampir dua kali lebih lama. Perhitungan Laughlin menunjukkan bahwa gaya tarik gravitasi timbal balik mereka mempertahankan pengaturan yang stabil dan mirip jarum jam antara kedua planet.
Resonansi adalah petunjuk kuat bahwa planet-planet bermigrasi jauh dari tempat kelahiran mereka. Piringan debu dan gas yang menghasilkan planet-planet embrionik memiliki gravitasi tersendiri. Disk menyeret planet-planet, secara bertahap menariknya ke arah bintang atau, dalam beberapa kasus, memaksa mereka keluar. Ketika migrasi ini berlangsung selama ratusan ribu tahun, beberapa planet ekstrasurya terjebak dalam resonansi dengan tetangga mereka. Ketika planet besar berakhir dalam jarak dekat, mereka saling mencambuk dan menciptakan beberapa orbit eksentrik yang terlihat oleh tim. Setidaknya, itulah tebakan terbaik saat ini.
Planet-planet lain tidak lama untuk dunia ini. Model komputer Laughlin menunjukkan bahwa beberapa planet yang paling dekat dengan bintang-bintang mereka akan terjun ke dalamnya ketika planet-planet yang lebih jauh menggertak jalan mereka menjadi orbit yang lebih kecil, mungkin dalam hitungan ratusan ribu tahun. Penelitian tentang tata surya yang jauh ini telah mengangkat skenario yang menarik tentang tata surya kita. Beberapa astronom berteori bahwa Venus, Bumi, dan Mars adalah planet "generasi kedua", penerus benda-benda sebelumnya yang dilahirkan lebih dekat ke matahari dan bermigrasi ke dalam hingga dikonsumsi.
Apakah semua kekacauan yang diamati di alam semesta menandakan konsekuensi mengerikan bagi planet berbatu yang kecil? Tidak sama sekali, kata Laughlin. Teknik mengukur goyangan bintang bolak-balik, sensitif seperti itu, harus sekitar sepuluh kali lebih halus untuk mengungkapkan objek ukuran Bumi. Tetapi teleskop satelit yang dijadwalkan untuk diluncurkan dalam beberapa tahun ke depan mungkin dapat mendeteksi "bayangan" bumi alien ketika planet-planet kecil lewat di depan bintang-bintang mereka. Laughlin memperkirakan satelit akan menemukan tubuh seperti itu berbondong-bondong, bahkan di sekitar bintang di mana belum ada planet besar yang terlihat. "Sangat mungkin bahwa bintang-bintang seperti matahari ditemani oleh planet-planet terestrial, " katanya. "Perasaan intuitif saya adalah bahwa tata surya kita tidak jarang sama sekali."
Berkeley's Geoff Marcy setuju, karena dia mengatakan setiap bintang dilahirkan dengan bahan baku yang cukup di sekitarnya untuk membuat banyak planet. Banyak planet padat seperti Bumi seharusnya terbentuk, katanya, ketika debu menyatu menjadi kerikil, yang bertabrakan berulang-ulang untuk membuat asteroid, bulan, dan planet. "Mungkin Jupiters jarang, " katanya, "tapi planet berbatu hampir pasti adalah hal biasa. Aku hanya tidak melihat bagaimana membuat bumi bisa sulit."
Planet ekstrasurya kecil yang baru-baru ini terdeteksi oleh tim Marcy dan Butler mendukung pandangan itu. Mereka menemukannya saat memantau dua planet resonansi dalam sistem Gliese 876, yang berjarak 15 tahun cahaya. Ada sesuatu yang menarik-narik kapal tunda ekstra halus pada orbit planet-planet, dan penjelasan terbaik untuk itu adalah planet ketiga mungkin 7, 5 kali lebih besar dari Bumi. Mengingat ukurannya, planet ini cenderung berbatu, seperti Bumi, bukan raksasa gas. Penemuan ini merupakan langkah besar menuju menjawab pertanyaan di benak setiap orang: Bisakah kita menemukan habitat potensial untuk kehidupan di tempat lain?
Para astronom berharap pertanyaan itu akan dijawab oleh misi satelit NASA yang disebut Terrestrial Planet Finder. Itu seharusnya melampaui mendeteksi planet ekstrasurya: ia akan mengambil gambar planet ekstrasurya yang paling menggoda dan menganalisis atmosfernya. Tetapi awal tahun ini, NASA menunda misi, sebagian besar karena kelebihan anggaran dari stasiun ruang angkasa dan pesawat ulang-alik dan biaya yang diharapkan dari rencana untuk mengirim orang ke Mars.
Sementara itu, tim yang berbasis di California terus mencari lebih banyak exoplanet. Dalam beberapa bulan, Marcy dan rekan kerja Debra Fischer dari SFSU akan mulai bekerja dengan teleskop baru di Lick yang disebut Automated Planet Finder yang akan menampilkan instrumen analisis cahaya paling sensitif yang belum dibuat untuk pencarian planet ekstrasurya. Instrumen robot akan memindai sekitar 25 bintang yang menjanjikan setiap malam yang cerah, dengan potensi untuk mendeteksi planet sekecil tiga hingga lima kali lebih besar dari Bumi. "Ini akan menjadi teleskop pertama di dunia yang sepenuhnya didedikasikan untuk perburuan planet, " kata Fischer. "Orang-orang mengira akan dibutuhkan misi luar angkasa jutaan dolar untuk menemukan planet lain seperti Bumi, tetapi saya pikir kita memiliki kesempatan untuk melakukannya dari tanah."
Marcy mengatakan menemukan planet dari bumi hanyalah permulaan. "Pada akhirnya, kita harus pergi, dengan pesawat ruang angkasa robot dan kamera digital kecil, dan mengirim anak anjing kecil itu ke Tau Ceti atau Epsilon Eridani, " kata Marcy, menamai dua bintang terdekat dengan janji khusus untuk menjadi tuan rumah planet mirip Bumi. Mereka masing-masing berjarak 12 dan 10, 5 tahun cahaya. "Tentu itu akan memakan waktu 100 tahun [untuk mengembangkan teknologi], tetapi itu adalah tujuan yang luar biasa untuk spesies kita, dan itu berada dalam genggaman kita. Sepenuhnya secara teknologi layak untuk mendapatkan gambar pertama dari permukaan sebuah planet di sekitar bintang lain Kita dapat meluncurkan misi global, utusan dari Bumi. Upaya yang kita lakukan sekarang hanyalah pengintaian untuk misi itu, tetapi merupakan pengintaian yang mulia untuk menemukan oasis pertama di gurun kosmik. "
Robert Irion mengarahkan Program Komunikasi Sains di Universitas California di Santa Cruz. Fotografer Peter Menzel ikut menulis Hungry Planet: What the World Eats .
