2017
Asal muasal gunung api di Io dan keberadaan cincin Jupiter
Suryadi Siregar Astronomy Research Group Center for Advances Sciences Bld Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha 10, Bandung 40132 Indonesia
Asal muasal gunung api di Io dan keberadaan cincin Jupiter Suryadi Siregar Astronomy Research Group Center for Advances Sciences Bld Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha 10, Bandung 40132 Indonesia Email:
[email protected]
Pendahuluan Perhatian pertama terhadap keluarga Jupiter bermula pada tahun 1610 ketika Galilei mengarahkan teropongnya ke planet Jupiter sebagai bagian upayanya untuk mengetahui hakekat alam semesta. Konsep yang lebih jelas mengenai Jupiter tampaknya baru dimulai pada beberapa dasawarsa terakhir ini. Era penjelajahan angkasa luar, terutama dengan ditemukannya fenomena baru di Jupiter dan satelitnya, lewat penginderaan dekat misi Pioneer dan Voyager. Artikel ini mencoba menceritakan apa yang telah dilakukan kedua wahana dan interprestasi ilmiah.
Tatanan Jupiter Banyak teori telah diungkapkan orang mengenai sifat dan tatanan planet Jupiter. Pendapat yang sering didengar dan merupakan teori yang paling dapat diandalkan adalah Jupiter dibangun oleh material ringan. “Bintik merah” (red spot) berbentuk oval berlokasi di sekitar ekuator merupakan sesuatu khas Jupiter, telah lama diamati sejak zaman Galilei Galileo. Pengamatan landas Bumi memperlihatkan bahwa bintik merah tersebut berpindah dari saat ke saat dalam interval waktu tertentu dan ritme teratur. Dahulu para astronom menduga bahwa bintik merah itu adalah gumpalan molekul Hidrogen padat, tetapi penginderaan oleh Pioneer 11 pada tahun 1
1975 menunjukkan bahwa tempat tersebut tak lain merupakan jejak-jejak cyclon, akibat tekanan atmosfer dua daerah berbeda. Belahan utara dan belahan selatan. Gerak dan perpindahan tempat bintik ini dijadikan speedometer oleh astronom untuk menghitung periode rotasi Jupiter. Jupiter hanya memerlukan waktu 9 jam 50 menit untuk melengkapi rotasinya (bandingkan dengan rotasi Bumi 24 jam). Oleh sebab itu dapat dimengerti kenapa Jupiter terlihat lebih lonjong dari Bumi. Pepat di kutub melebar ke ekuator, manifestasi adanya aliran massa dari daerah kutub ke ekuator. Jejarinya 11,2 kali jejari Bumi atau 71400 kilometer. Walaupun besar volumenya tapi rapat massanya kecil sama dengan air. Namun demikian planet ini mempunyai gaya tarik gravitasi tiga kali lebih besar gravitasi Bumi. Temperaturnya 150 derajad lebih rendah dari suhu ratarata Bumi. Inilah sebabnya kenapa hanya molekul berat seperti methan dan amoniak yang ada. Gerak partikel semacam ini masih dapat dikontrol oleh gaya tarik Jupiter. Kecepatan thermal methan dan amoniak masih lebih kecil dibanding kecepatan lepas Jupiter. Azas ini pula, dipakai orang untuk menjelaskan kenapa Hidrogen dan unsur ringan lainnya absen di atmosfer Bumi. Disamping itu beberapa komet tertangkap oleh gaya gravitasi Jupiter . Komet ini beredar mengitari Matahari dalam lintasan berbentuk ellip, dalam posisi sedemikian rupa sehingga kala edarnya ekivalen dengan periode revolusi Jupiter. Paling sedikit ada 40 komet terperangkap oleh medan gravitasi ini, semua komet ini dikenal sebagai komet keluarga Jupiter. Ciri komet ini, aphelium (jarak terjauh dari Matahari) disekitar planet raksasa, periode kurang dari 20 tahun dan kemiringan bidang orbit terhadap ekliptika dibawah 30 derajad, asal muasal di kawasan Centaurus dan sabuk Kuiper. Planet Jupiter yang jaraknya 5 sa (sa= satuan astronomi, jarak rata-rata Bumi-Matahari, yaitu 150 juta km) hanya menerima energy sebesar 25% panas Matahari yang diterima Bumi. Dengan demikian tidaklah mengherankan kalau suhu Jupiter rendah sekali. Dari Jupiter Matahari tampak sebesar bola tenis. Jupiter sebagai dunia yang dingin dan gelap telah lama diketahui lewat pengamatan optis di Bumi. Empat buah satelit besar Io, Europa, Ganymede dan Callisto ditemukan oleh Galilei Galileo pada tahun 1610. Satelit ke lima baru dideteksi pada tahun 1892 oleh Barnard, sedangkan 2
bulannya yang ke-enam sampai dua belas ditemukan pada tahun 1951 oleh astronom amerika, Nicholson. Satelit ke tiga belas oleh Charles T.Kowal seorang pelacak planet terkenal dengan penemuannya planet kerdil Chiron di tahun 1977. Kini dengan semakin seringnya wahana antariksa yang mendekati Jupiter terungkap planet ini mempunyai 64 satelit dan ini terus bertambah.
Gambar-1 Satelit Jupiter Io, dengan dua juntaian lava yang terlempar dari permukaan
Eksistensi Cincin Jupiter Karl Jensky seorang insinyur Bell Telephone Laboratory, boleh berbangga melihat perkembangan radio astronomi dewasa ini. Derau kosmik yang didengarnya secara tidak disengaja, 86 tahun yang lalu ternyata dapat 3
memberikan aselerasi bagi perkembangan ilmu pengetahuan astronomi, lewat pengejawantahan sinyal-sinyal benda langit. Pengukuran suhu Jupiter dengan teknik radio astronomi, mendapatkan bahwa temperature Jupiter -110 derajad Celcius. Namun bila digunakan frekuensi yang lebih pendek ternyata diperoleh temperature lebih tinggi. Bertolak dari kenyataan ini orang menduga bahwa tentu ada mekanisme lain yang menyebabkan disparitas. Jupiter tidak hanya mempunyai sumber thermal, tetapi juga radiasi synchroton (radiasi akibat adanya gerak partikel yang dipercepat oleh medan maknet). Indikasi ini diperkirakan berasal dari konsentrasi partikel yang mengorbit disekitar Jupiter. Oleh sebab itu dapat dimengerti kenapa diawal tahun tujuh puluhan terdengar beberapa pendapat tentang eksistensi cincin Jupiter. Dan ini semua telah dibuktikan oleh pengamatan terbang lintas Voyager beberapa waktu tahun lalu. Pertanyaannya bagaimanakah mekanisme pembentukan cincin tersebut? Diskursus mengenai asal mula partikel yang tersebar disekitar Jupiter akan lebih mudah kalau kita tinjau kemungkinan itu dari berbagai aspek; Pertama, sisa kehancuran satelit akibat gaya pasang surut . Kedua, anasir kosmik atau komet keluarga Jupiter yang terperangkap oleh gravitasi. Ketiga, sisa-sisa ledakan planet ke 10 anggota Tata Surya terletak diantara Mars dan Jupiter (eksistensi planet ke-10 diajukan astronom Sovyet A.N Savaritski) untuk menjelaskan asal muasal asteroid bentuk tak beraturan diantara Mars dan Jupiter. Telaah Dr. Smith dan kelompok University of Hawaii atas foto dan data yang dikirim oleh Voyager ke Bumi memperlihatkan bahwa semua zarah terletak pada suatu kawasan berjarak sekitar 1,8 kali radius Jupiter, suaru posisi yang sangat dekat ke planet induk. Dalam jargon astronomi dikenal sebagai ruang lingkup Roche. Kalau satelit alami berada pada jarak sama atau lebih kecil 2,5 kali radius planet akan mengalami destruksi total sebagai akibat gaya pasang surut yang ditimbulkan oleh planet induk. (Bulan akan hancur berantakan bila jaraknya dari Bumi,15000 km atau lebih kecil. Dengan demikian pendapat yang mengatakan bahwa cincin berasal dari sisa satelit yang telah hancur, bisa jadi bukan sesuatu yang mustahil. 4
Fakta adanya cincin Jupiter Dua hari sebelum penemuan cincin itu dipublish oleh NASA, E.E.Becklin dan C.G Wynn-Williams dua astronom Mauna Kea Observatory, telah mencoba untuk membuktikannya. Penelitian astrometri yang dilakukan adalah mengukur refleksi cahaya Matahari disekeliling Jupier, pada panjang gelombang 2,2 mikron. Akibatnya serapan methan yang ada di atmosfer Jupiter praktis terlihat gelap. Dr. Becklin kemudian membandingkannya dengan telaah 2,2 mikron atas cincin Saturnus. Hasilnya ternyata terang cincin Jupiter adalah 10 magnitudo lebih lemah dari cincin saturnus. Ini berkorelasi dengan fakta bahwa partikel yang membangun cincin Jupiter hampir 1000 kali lebih sedikit dari partikel yang terdapat di cincin Saturnus. Apa komentar A.J.R Perentice dari Departemen Matematika. Monash University, Australia dan D.Teer Haar dari Institut voor Theoritische Fysica, Netherland. Menurut mereka kalau dilihat dari komposisinya ada kesamaan antara Io, Europa, Ganymede dan Callisto dengan cincin ini. Dengan demikian dugaan pertama mempunyai peluang besar untuk diperhatikan. Cincin dibentuk oleh partikel yang sedikit itu merupakan sisa dari sebuah satelit. Hipothesa ke-tiga, saat ini hanya mempunyai nilai sejarah saja. Jawab final semua ini masih menunggu telaah dari keluarga Jupiter lainnya.
Aktivitas Vulkanik di Io Berbeda dengan Ganymede yang mempunyai atmosfer. Io adalah satelit tuna-angkasa, mirip Bulan demikian pula besarnya. Menurut Pioneer 11 bahan pembentuk Io terdiri dari CaTiO3, MgSiO3, FeS dan lain-lain yang berwujud padat. Foto yang dikirim Voyager menceritakan kisah lain tentang Io. Ditemukan jumbaian sinar yang melejit ke angkasa menyisakan seribu satu pertanyaan. Dulu diduga, Io tak mempunyai atmosfer, tapi kini memperlihatkan aktivitas vulkanik. Disinilah bedanya dengan Bulan kita. Dalam sistim Bumi-Bulan, planet Bumi yang mempunyai gunung api. Namun untuk Jupiter dan Io. Satelitnya yang mempunyai gunung api. Ditilik dari massanya Io berbobot 73 10 24 kg . radiusnya 1660 km, rapat massanya sekitar 4 kilogram persendok makan. 5
Walaupun Io mempunyai medan gravitasi yang besar, namun suhu permukaannya yang tinggi (sekitar 500 Kelvin) membuat satelit tidak mampu untuk menahan molekul angkasa, melepaskan diri. Hanya unsur berat yang masih bertahan di sana. Permukaan dan bagian dalam Io mengalami perubahan yang drastis akibat evolusi gaya pasang surut Jupiter. Permukaannya mengembang dan kempis sampai 100 meter, pada peristiwa ini dilepaskan sejumlah energi. Inilah faktor yang membuat Io mempunyai gunung api. Lantas berapa besar energy yang dilepas selama kembang-kempis ini berlangsung? Jika seandainya diambil rerata lapisan Io bergerak sepanjang 50 km. Massa Jupiter, MJ=1,9×1027 kg dan Io, MI =8,9×1022 kg demikian juga posisi terdekat (perijove, 420000 km) dan terjauh (apojove, 423400 km). Periode Io, adalah 152853 detik Dengan data ini dapat dihitung energy yang dilepaskan selama setengah orbit sebesar 1,74×1016 joules/detik, atau setara 1,74×1010 MWatts lebih dari cukup untuk kebutuhan manusia di Bumi.
6
