Bagaimana Astronom Tahu Komposisi dan Atmosfer Planet Lain?


Info Astronomy - Sejauh ini, belum ada manusia yang berhasil mendarat di planet lain. Namun, pada setiap penemuan planet asing, kok bisa ya para astronom tahu komposisi dan atmosfer planet yang jaraknya jutaan atau bahkan miliaran kilometer dari Bumi itu? Apakah hanya sekadar menebak?

Seratus tahun yang lalu, ilmu astronomi sangat berbeda dengan hari ini. Perhitungan para astronom terdahulu tentang kecepatan, ukuran, komposisi, dan atmosfer planet-planet yang jauh tidak lebih dari sekadar perkiraan. Namun, teknologi dan pengetahuan kita telah meningkat pesat dalam satu abad terakhir.

Kini, ketika para astronom meneliti planet-planet, mereka dapat dengan presisi mengukur dan meneliti komposisi dan atmosfer planet tersebut. Dan menariknya, Bumi kita bisa menjadi acuan dari komposisi dan atmosfer planet lain.

Komposisi dan ukuran Bumi, khususnya kepadatannya, sudah diketahui dengan jelas, sehingga kita dapat menggunakan informasi tersebut untuk dibandingkan dengan planet lain. Sebagai contoh, jika kita menemukan planet seukuran Bumi yang memiliki kepadatan yang sama, planet tersebut juga tersusun dari komponen yang serupa dengan Bumi (batuan silikat yang mengelilingi inti besi dan nikel).

Namun, jika kita menemukan planet yang jauh lebih masif, tetapi kurang padat, kemungkinan besar adalah planet raksasa gas seperti Jupiter, Saturnus, ataupun Uranus, yang tersusun dari unsur-unsur yang lebih ringan, seperti hidrogen dan helium, yang mengelilingi inti logam berbatu atau cair.

Walau begitu, untuk mengetahui kepadatan sebuah planet, kita perlu mengetahui massa dan volume planet tersebut terlebih dulu nih. Caranya cukup sederhana. Berdasarkan apa yang telah kita pelajari tentang orbit dan hukum Newton, kita dapat menghitung massa planet berdasarkan pengaruhnya terhadap bintang induknya.

Saat sebuah planet mengitari bintang induknya, akan teramati "goyangan" kecil pada bintang tersebut yang disebabkan oleh pergerakan massa planet. Adanya "goyangan" ini disebabkan karena planet juga menarik bintang, sehingga sedikit menggeser kecepatannya; Perubahan kecepatan ini dapat memberi tahu kita massa planet dengan sangat akurat.


Bagaimana dengan volume planet? Biasanya, para astronom mencari tahu volume planet dengan mengamati fenomena transit, saat planet lewat di depan bintang induknya dalam pandangan dari Bumi. Para astronom bisa mengukur seberapa redup cahaya bintang yang disebabkan oleh lewatnya planet.

Ketika sebuah planet lewat di depan sebuah bintang, ia akan menutupi bagian tertentu dari permukaan bintang, yang pada akhirnya membuat diameter planetnya dapat ditentukan. Setelah diameter diketahui, volumenya dapat diukur secara akurat dengan rumus volume bola (karena bentuk planet yang bulat).

Dengan volume dan massa planet yang sudah diketahui, kepadatan planet pun akhirnya dapat dihitung, yang mana dapat memberi kita gambaran tentang jenis planet apa yang sedang kita amati, entah itu berbatu mirip Bumi, atau raksasa gas seperti Jupiter.

Atmosfer Planet
Menentukan komposisi atmosfer planet sedikit lebih sulit, tetapi sebenarnya juga sangat sederhana. Para astronom bisa tahu terdiri atas unsur apa saja atmosfer planet hanya dengan mengamati spektrum cahayanya.

Dalam hal planet, kita bisa mengetahui kandungan atmosfernya dari cahaya bintang yang melewati atmosfer planet tersebut. Karena ketika cahaya bintang melewati atmosfer planet, akan ada elemen yang diserap oleh atmosfer planet.


Menggunakan alat yang disebut spektrometer, para astronom dapat mengukur cahaya yang mereka deteksi melalui atmosfer sebuah planet dan kemudian menyebarkan spektrum itu, yang pada akhirnya akan terlihat seperti kode batang.

Potongan spektrum cahaya yang "hilang" itu memberi tahu kita dengan tepat elemen apa yang ada di atmosfer planet, karena kita telah mengukur penyerapan cahaya dari setiap elemen yang diketahui dan dapat menggunakannya sebagai skala standar.

Jika kita melihat spektrum cahaya yang datang dari Bumi, misalnya, "kode batang" dari atmosfernya akan kehilangan frekuensi yang berkorelasi dengan nitrogen, oksigen dan argon. Itu terjadi karena atmosfer Bumi memang tersusun oleh ketiga unsur tadi, yang masing-masing 78%, 21%, dan 1%.

Sederhana sekali, kan?

Sumber:

Sumber Jurnal:
  • Meadows, V., & Seager, S. (2010). Terrestrial planet atmospheres and biosignatures. Exoplanets, edited by S. Seager, University of Arizona Press, Tucson, 441-470.
  • Ranjan, S., Schwieterman, E. W., Harman, C., Fateev, A., Sousa-Silva, C., Seager, S., & Hu, R. (2020). Photochemistry of anoxic abiotic Habitable planet atmospheres: Impact of new H2O cross sections. The Astrophysical Journal, 896(2), 148.
  • Schaefer, L. K., & Parmentier, V. (2021). The air over there: exploring exoplanet atmospheres. Elements: An International Magazine of Mineralogy, Geochemistry, and Petrology, 17(4), 257-263.