AS2105 Astronomi & Lingkungan. Ferry M. Simatupang Prodi Astronomi Fakultas MIPA Institut Teknologi Bandung

AS2105 Astronomi & Lingkungan Ferry M. Simatupang Prodi Astronomi – Fakultas MIPA Institut Teknologi Bandung

Last Updated: 6 December 2012

Bab 6 Pengantar Astrobiologi 2

1. Pencarian Exoplanet & Exolife 2. Habitable Zone & Terraforming

6.1. Pencarian Exoplanet & Exolife 3

6.1.1. Pencarian Exoplanet 4

Planet Dalam Tata Surya 5

Planet Dalam Tata Surya 6

Definisi 7

Resolution 5A, IAU 2006 1. A planet[1] is a celestial body that  is

in orbit around the Sun,  has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and  has cleared the neighbourhood around its orbit.

Definisi 8

Resolution 5A, IAU 2006 2. A "dwarf planet" is a celestial body that  is

in orbit around the Sun,  has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape[2],  has not cleared the neighbourhood around its orbit, and  is not a satellite.

Definisi 9

Resolution 5A, IAU 2006 3. All other objects[3], except satellites, orbiting the Sun shall be referred to collectively as "Small Solar System Bodies".

Resolution 5A, IAU 2006 10

Footnotes: 

The eight planets are: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune.



[2]



These currently include most of the Solar System asteroids, most Trans-Neptunian Objects (TNOs), comets, and other small bodies.

[1]

An IAU process will be established to assign borderline objects into either dwarf planet and other categories.

[3]

Definisi 11

Exoplanet (atau extrasolar planet): planet yang berada di luar tata surya kita, mengitari bintang lain

Definisi 12

Definisi planet (terkait exoplanet) oleh IAU:  Objects with true masses below the limiting mass for thermonuclear fusion of deuterium (currently calculated to be 13 Jupiter masses for objects of solar metallicity) that orbit stars or stellar remnants are "planets" (no matter how they formed). The minimum mass/size required for an extrasolar object to be considered a planet should be the same as that used in our solar system.  Substellar objects with true masses above the limiting mass for thermonuclear fusion of deuterium are "brown dwarfs", no matter how they formed nor where they are located.  Free-floating objects in young star clusters with masses below the limiting mass for thermonuclear fusion of deuterium are not "planets", but are "sub-brown dwarfs" (or whatever name is most appropriate).

Mengapa Sulit Diamati? 13

 Ukuran planet kecil

relatif terhadap bintang induknya  Letaknya jauh dari pengamat, dan kelihatan amat dekat dengan bintang induknya  Perbedaan terang planet terhadap bintang teramat besar.

Cahaya bintang sangatlah terang …

14

… planet sangatlah redup, tersembunyi di balik cahaya bintang yang sangat terang

15

Planet ibarat kunang-kunang yang ukurannya sangat kecil dan cahayanya redup dibandingkan sebuah mercusuar

16

Metode Pencarian Planet Ekstrasolar 17

Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) Astrometri Fotometri Transit Gravitational Microlensing Pencitraan Secara Langsung (Direct Imaging) 6. Pulsar Timing 7. Circumstellar Disk 8. Kontaminasi Atmosfer Bintang 1. 2. 3. 4. 5.

Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 18

 Yang diamati: kecepatan radial bintang

induk (lewat spektrumnya)  Dipengaruhi oleh inklinasi sistem.



Sumber: http://www.astronomynotes.com/


Sumber: http://www.astronomynotes.com/

Tabel Perbandingan Kecepatan Radial 22


r: jarak planet ke bintang induk G: konstanta gravitasi Mstar: massa bintang Pstar: periode bintang yang teramati

Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler): Contoh Hasil Pengamatan 24

Kurva kecepatan radial bintang 51 Pegasi

Sumber: http://cfa-www.harvard.edu/afoe/51Peg.html


 Pergeseran Doppler minimum yang bisa

terdeteksi: 0,97 m/s (⇒ HARPS)  Menghasilkan penemuan lebih dari separuh SKE yang diketahui saat ini.

Metode Astrometri 26

 Yang diamati: gerak bintang

di bidang langit  Dipengaruhi oleh:  perbandingan

massa bintang induk terhadap planet  jarak planet-bintang induk  jarak sistem terhadap pengamat.


Contoh: Gerak Matahari yang akan terdeteksi jika diamati dari jarak 10 parsec. Gerak ini disebabkan oleh Jupiter.


Gerak pusat massa (barycenter) tata surya relatif terhadap posisi Matahari


 Metode yang sangat menjanjikan  Keck memberikan resolusi 20 µas, dan bisa

mendeteksi planet bermassa 66 MBumi (untuk kasus a = 1 AU dan MBintang = MMatahari, diamati dari jarak 10 pc)  SIM: 1-2 µas.

Metode Fotometri Transit 30

 Yang diamati:

penurunan fluks cahaya bintang saat transit terjadi  Hanya untuk sistem dengan inklinasi ~90°.

Metode Fotometri Transit 31

 Unggul untuk

mendeteksi planetplanet kecil  Diperoleh juga informasi tentang dimensi planet dan komposisi atmosfer.

Metode Fotometri Transit: Contoh Hasil Pengamatan Kepler 6 b

Intensitas

32

Waktu

Metode Gravitational Microlensing 33


 Yang diamati: kurva cahaya bintang latar

belakang yang mengalami efek penguatan oleh bintang yang memiliki planet  Dari karakteristik lensing yang diamati, keberadaan dan orde massa planet bintang pelensa dapat dideteksi.


 Pertamakali diusulkan tahun 1991 oleh

Shude Mao dan Bohdan Paczyński dari Princeton University  Amat berguna untuk mendeteksi sistem keplanetan yang berada diantara Bumi dan pusat galaksi


 Tahun 2002, grup astronom Andrzej Udalski,

Marcin Kubiak dan Michał Szymański dari Warsaw, dan Bohdan Paczyński melalui proyek OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) membangun workable technique.  Selama satu bulan mereka mendeteksi beberapa kandidat planet, meski keterbatasan dari pengamatan tidak memungkinkan konfirmasi.  Semenjak itu, empat exoplanet telah dikonfirmasi dideteksi dengan microlensing.


 Kejadian lensing jarang terjadi, dan

pengamatan tidak bisa diulang  Cukup sensitif untuk mendeteksi planet seukuran Bumi.

Metode Direct Imaging 38

 Ide: mengurangi perbandingan

terang cahaya dari bintang dan planet  Pengamatan sistem dilakukan dengan memotretnya secara langsung  Metode ini mulai memberikan hasil.


 Sampai tahun 2010, untuk bisa dilakukan

dibutuhkan keadaan khusus:  Planetnya

besar (jauh lebih besar dari Jupiter)  Memiliki orbit yang besar  Temperatur planet tinggi, sehingga memancarkan inframerah yang intensif  Tahun 2010, dengan menggunakan vector

vortex coronagraph, teleskop kecil bisa melakukan direct imaging


A simulated view of the coronagraph for Terrestrial Planet Finder (Courtesy NASA/JPL-Caltech)

Sistem Keplanetan Yang Pertama Ditemukan Pada Bintang Mirip Matahari 41

Michael Mayor dan Didier Queloz (Obs. Geneva - Swiss) (diumumkan pada tanggal 6 Oktober 1995):  Bintang: 51 Pegasi di rasi Pegasus  M = 0,44 massa Jupiter (massa

Jupiter = 1,899 x 1027 kg)

 P = 4,231 hari  a = 0,052 AU  Jarak = 48 tc.

Ditemukan setelah 18 bulan pencarian dengan metode Doppler Didier Queloz and Michel Mayor

Sistem Keplanetan Yang Pertama Ditemukan Pada Brown Dwarf 42

 Citra inframerah dari bintang

2M1207 (kebiruan) dan planetnya 2M1207b (kemerahan)  2M1207b adalah planet pertama yang ditemukan mengorbit brown dwarf, ditemukan tahun 2004  Jarak planet ke bintang induk kurang dari 1 detik busur dilihat dari Bumi  Citra diperoleh dengan menggunakan the European Southern Observatory's 8,2 m Yepun Very Large Telescope

Sistem HR8799: Sistem Multiplanet Pertama Yang Ditemukan Dengan Direct Imaging 43

Kappa And b, Ditemukan Tahun 2012 44

Bintang: • Massa: 2,40 Ms • Jarak: 168,3 th Planet: • Massa: 12,80 Mj • a: 61 au

Hasil: Statistik Global 45

SK ekstrasolar (sampai 06 Desember 2012):  848 buah planet secara total (yang sudah di

konfirmasi):  488

RV

 292

transit

 18

pulsar timing

 19

microlensing

 31

direct imaging

Hasil: Statistik Global 46

SK ekstrasolar (sampai 06 Desember 2012):  328 planet pada bintang sekelas Matahari (Kelas

Spektrum G)  317 planet berada dalam 125 buah sistem

multiplanet  161 planet dalam habitable zone sistem yang

bersangkutan

Hasil Awal 47

Karakteristik menonjol yang teramati:  planet-planet raksasa cenderung berada dekat dengan bintang induknya  sebagian besar memiliki eksentrisitas orbit yang besar

Hasil Awal 48

Kemungkinan besar adalah efek dari bias observasi, karena:  Planet-planet gas raksasa lebih mudah diamati dibandingkan planet yang lebih kecil  Planet yang lebih dekat dengan bintang induknya dan memiliki periode orbit yang pendek lebih mudah diamati dibandingkan planet yang lebih jauh dan periode lebih panjang

Hasil Awal 49

Mengutip dari laporan dari 43 hari pertama misi Kepler: "imply that small candidate planets with periods less than 30 days are much more common than large candidate planets with periods less than 30 days and that the groundbased discoveries are sampling the large-size tail of the size distribution"

Penemuan Exoplanet Berdasarkan Tahun Penemuan (Data sampai 07 Juli 2011) 50

Plot Massa vs. Periode Orbit (Data sampai 03 Oktober 2010) 51

Hasil: Perbandingan Beberapa Sistem 52

Hasil: Distribusi Massa Minimum (06 Desember 2012) 53

Hasil: Distribusi Jarak Orbit (06 Desember 2012) 54

Hasil: Minimum-Mass vs Semi-Major Axis (06 Desember 2012) 55

Hasil: Distribusi Periode Orbit (06 Desember 2012) 56

Hot Jupiter Jupiter-like

Hasil (Data sampai 06 Desember 2012) 57

Hal menarik (untuk bintang normal):  M terbesar: min. 37,5 MJupiter (DH Tau b)  M terkecil: min. 0,28 MEarth (Gliese 436 c)  e terbesar: 0,970 (HD 20782 b)  a terbesar: 2 500 AU (WD 0806-661B b)  a terkecil: 0,006 AU (KOI-961 c & KOI-55 b)  P terpanjang: 730 000 hari (Oph 11 b)  P terpendek: 0,24 hari (KOI-55 b).

Kandidat Planet 58

Prediksi Ukuran Berbagai Jenis Planet 59

Sistem Seperti Tata Surya? 60

55 Cancri (jarak: 41 tc):  M: 3.5 – 5 MJ [1]  P: ~ 13 tahun [11.86]  a: 5.5 AU [5.2]

Sistem Seperti Tata Surya? 61

Target Misi Berikutnya: Mencari Bumi-bumi Baru 62

Misi Kepler (2009), NASA 63

“Didesain khusus untuk melakukan survey extended solar neighbourhood untuk mendeteksi dan mengkarakterisasi ratusan planet terestrial dan yang lebih besar di dalam dan di sekitar habitable zone.” (Kasting et al, 1993)

Diluncurkan: 07 Maret 2009 Lama misi: min. 3,5 tahun



Sasaran:  Mengeksplor struktur dan keragaman sistem keplanetan melalui: 

Penentuan frekuensi keberadaan planet (terutama terestrial) di dalam / sekitar habitable zone pada berbagai kelas spektrum bintang



Penentuan rentang ukuran dan bentuk orbit planet-planet tersebut



Mengestimasi berapa banyak planet yang ada dalam sistem multibintang



Menentukan rentang ukuran orbit, kecerlangan, ukuran, massa dan densitas dari planet raksasa periode pendek



Mengidentifikasi anggota tambahan dari tiap sistem keplanetan yang telah ditemukan sebelumnya menggunakan teknik yang berbeda



Penentuan properti bintang yang bisa memiliki planet.

Misi SIM – Space Interferometry Mission (2016-17), NASA/JPL 66

Tujuan:  Planet Hunting: Mendeteksi keberadaan planet seukuran Bumi yang mengorbit bintang mirip-Matahari  Stellar Mass: Mencari batas bawah dan batas atas massa bintang  Galactic Mapping  Dark Matter

Misi Terrestrial Planet Finder (20??), NASA 67

Misi:  Mempelajari planet di luar tatasurya kita dengan berbagai cara: 



Formasi dan evolusi dari planetary disk Jumlah, ukuran, dan lokasi planet yang cocok untuk mendukung kehidupan.

Studi Misi Darwin (20??), ESA 68

 Tujuan: 

Mendeteksi keberadaan planet seukuran Bumi yang mendukung tumbuhnya kehidupan

 Bintang target: 

300 bintang sekelas Matahari dalam radius 50 tahun cahaya dari Matahari.

It’s Full Of Stars AND Planets…! 69

6.1.2. Pencarian Exolife 70

Definisi 71

Exolife: bentuk kehidupan yang ada di luar Bumi

Persamaan Drake 72

 Diajukan oleh Frank Drake tahun 1961,

dalam sebuah pertemuan di Green Bank (West Virginia), untuk membangun landasan bagi penelitian SETI sebagai sebuah disiplin ilmu  Persamaan yang digunakan untuk mengestimasi potensi jumlah peradaban ekstraterrestrial dalam Bima Sakti

Persamaan Drake 73

𝑁 = 𝑅 ∗ × 𝑓𝑝 × 𝑛𝑒 × 𝑓𝑙 × 𝑓𝑖 × 𝑓𝑐 × 𝐿



N = jumlah peradaban dalam Bima Sakti dimana komunikasi dengannya dimungkinkan



R* = laju kelahiran bintang pertahun dalam Bima Sakti



fp = fraksi bintang tersebut yang memiliki planet



ne = rata-rata jumlah planet yang berpotensi mendukung kehidupan untuk bintang yang memiliki planet



fl = fraksi dari faktor di atas yang benar akan menumbuhkan kehidupan pada suatu waktu



fi = fraksi dari faktor di atas yang benar akan menumbuhkan kehidupan berintelegesi tinggi



fc = fraksi peradaban yang bisa mengembangkan teknologi yang menghasikan sinyal yang bisa dideteksi ke luar angkasa



L = jangka waktu peradaban tersebut menghasilkan sinyal yang bisa dideteksi ke angkasa luar.

Persamaan Drake 74

 Berdasarkan pengetahuan kita saat ini, nilai dari masing-

masing parameter:       

R* = 7/tahun fp = 0,5 ne = 2 fl = 0,33 fi = 0,01 fc = 0,01 L = 10 000 tahun

 N = 7 × 0,5 × 2 × 0,33 × 0,01 × 0,01 × 10 000 = 2,1

Paradoks Fermi 75

Dasar pemikiran: dengan umur alam semesta yang cukup panjang dan jumlah bintang yang amat banyak, kemungkinan adanya planet yang mendukung kehidupan seperti Bumi mestinya juga banyak.

Paradoks Fermi 76

Enrico Fermi tahun 1950 mempertanyakan: “Mengapa, jika peradaban tinggi extraterrestrial ada dalam galaksi kita, bukti keberadaan mereka seperti pesawat ruang angkasa atau probe tidak kita temukan”.

Paradoks Fermi 77

 Peradaban berkembang secara eksponensial  Dengan penerbangan antariksa

berkecepatan 1% kecepatan cahaya, seluruh galaksi Bima Sakti dikolonisasi dalam waktu hanya 10 juta tahun  Usia Bima Sakti sekitar 10 miliar tahun  Kehidupan di Bumi pertama kali muncul sekitar 4 miliar tahun yang lalu.

Paradoks Fermi 78

Where are they…???!!!

Paradoks Fermi 79

Pencarian Jejak Kehidupan 80

Pencarian jejak kehidupan di dalam tata surya dilakukan dengan langkah-langkah:  Penelitian in-situ, mencari jejak air  Menentukan limit dari kehidupan dan pencarian jejak kehidupan di lokasi-lokasi dengan berbagai kondisi/situasi

Pencarian Jejak Kehidupan 81

Pencarian jejak kehidupan di luar tata surya dilakukan dengan langkah-langkah:  Mendeteksi exoplanet  Mencari planet terrestrial dalam habitable zone  Mendeteksi jejak uap air, metana, ozon lewat spektroskopi

SETI: Search for Extra-Terrestrial Intelligence 82

 Mengirim pesan ke bintang-bintang yang

diduga memiliki peradaban.  Memantau radiasi EM pada frekuensi sekitar 1420 MHz (λ = 21 cm), frekuensi natural yang kemungkinan besar digunakan oleh ETI.  SETI@Home: distribusi computing power untuk mengolah data hasil pengamatan pencarian sinyal artifisial

The Arecibo Message 83

 Disusun oleh Frank Drake, dibantu antara

lain oleh Carl Sagan  Dikirim pada 16 November 1974 ke globular cluster M13 yang berjarak 25.000 tahun cahaya  Menurut Cornell News press release, tujuan 12 November 1999, tujuan sebenarnya dari pengiriman pesan ini adalah untuk mendemonstrasikan kemampuan instrumen yang baru dipasang, bukan melakukan kontak.

The Arecibo Message 84 000000101010100000000000010100000101000000010010001000100010010110010101010101 010101001001000000000000000000000000000000000000011000000000000000000011010000 000000000000000110100000000000000000010101000000000000000000111110000000000000 000000000000000000011000011100011000011000100000000000001100100001101000110001 100001101011111011111011111011111000000000000000000000000001000000000000000001 000000000000000000000000000010000000000000000011111100000000000001111100000000 000000000000000110000110000111000110001000000010000000001000011010000110001110 011010111110111110111110111110000000000000000000000000010000001100000000010000 000000011000000000000000100000110000000000111111000001100000011111000000000011 000000000000010000000010000000010000010000001100000001000000011000011000000100 000000001100010000110000000000000001100110000000000000110001000011000000000110 000110000001000000010000001000000001000001000000011000000001000100000000110000 000010001000000000100000001000001000000010000000100000001000000000000110000000 001100000000110000000001000111010110000000000010000000100000000000000100000111 110000000000001000010111010010110110000001001110010011111110111000011100000110 111000000000101000001110110010000001010000011111100100000010100000110000001000 001101100000000000000000000000000000000000111000001000000000000001110101000101 010101010011100000000010101010000000000000000101000000000000001111100000000000 000001111111110000000000001110000000111000000000110000000000011000000011010000 000001011000001100110000000110011000010001010000010100010000100010010001001000 100000000100010100010000000000001000010000100000000000010000000001000000000000 00100101000000000001111001111101001111000


 Terdiri dari 1679 binary digit (~210 bytes),

dipancarkan pada frekuensi 2380 MHz dengan power 1000 kW  1679 adalah perkalian dua bilangan prima 23 dan 73


Kemungkinan penyusunan pesan


 Pesan berisi: 1.

Bilangan 1 – 10 dalam binary

2.

Nomor atom unsur H, C, N, O, P yang menyusun DNA

3.

Formulas dari sugars dan bases dalam nukleotid DNA

4.

Jumlah nukleotid dalam DNA dan struktur heliks ganda DNA

5.

Bentuk manusia dengan ukuran tipikal dan populasi Bumi

6.

Gambaran grafis Tata Surya

7.

Gambaran grafis Teleskop Radio Arecibo dengan dimensi dan piringan antena

You’ve Got Message…!!! 88



Lokasi Exoplanet Yang Saat Ini Dideteksi 91

Stellar Carthography Dalam Star Trek 92

To improve life here, to extend life to there, to find life beyond

93

AS2105 Astronomi & Lingkungan. Ferry M. Simatupang Prodi Astronomi Fakultas MIPA Institut Teknologi Bandung

Recommend Documents