Info Astronomy - Ada 4 planet raksasa di tata surya, yaitu Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Untuk dua planet terakhir, tidak banyak yang para astronom ketahui. Namun, ada satu fakta menarik tentang keduanya: Terjadi hujan berlian di sana!
Keempat planet raksasa di tata surya ini sebenarnya dibagi ke dalam dua kategori lagi. Untuk Jupiter dan Saturnus, para astronom mengkategorikan mereka sebagai "raksasa gas". Sementara itu, planet Uranus dan Neptunus dikategorikan sebagai "raksasa es".
Namun, yang membingungkan, kategori "raksasa es" sebenarnya tidak ada hubungannya dengan es dalam arti yang kita kenali di Bumi, seperti, katakanlah, es batu dalam minuman dingin yang biasa kita beli di Gofood.
Istilah "raksasa gas" dan "raksasa es" ini berasal dari kandungan planet-planetnya. Raksasa gas Jupiter dan Saturnus hampir seluruhnya mengandung hidrogen dan helium, dua unsur yang dikenal dalam wujud gas di Bumi meskipun kondisinya di Jupiter dan Saturnus lebih ke cair dan padat mendekati area intinya.
Nah, di sisi lain, Uranus dan Neptunus sebagian besar kandungannya terdiri atas air, amonia, dan metana. Para astronom biasanya menyebut unsur-unsur ini sebagai "es", walaupun sebenarnya tidak ada alasan ilmiah yang tepat untuk penyebutan itu, kecuali bahwa ketika kedua planet ini pertama kali terbentuk, unsur-unsur itu kemungkinan besar berbentuk padat. Air dalam wujud padat akan disebut "es", kan?
Bagian Dalam Raksasa Es
Jauh di bawah lapisan teratas planet Uranus dan Neptunus, ada banyak air, amonia, dan metana. Para raksasa es ini kemungkinan memiliki inti berbatu yang dikelilingi oleh unsur-unsur yang mungkin terkompresi menjadi keadaan kuantum eksotis. Pada titik tertentu, keanehan kuantum itu bertransisi menjadi "sup" bertekanan tinggi yang umumnya menipis semakin dekat ke permukaan.
Sayangnya, saat ini kita tidak tahu banyak tentang interior para raksasa es ini. Terakhir kali para astronom mendapatkan data dari dekat terhadap kedua raksasa es itu adalah sekitar tiga dekade lalu, ketika wahana antariksa nirawak Voyager 2 melesat dalam jarak dekat dari mereka.
Sejak Voyager 2, hanya planet Jupiter dan Saturnus yang sering dikunjungi wahana-wahana antariksa yang ditugaskan untuk mengorbit keduanya dari dekat, dengan pandangan kita terhadap planet Uranus dan Neptunus terbatas pada pengamatan teleskop dari Bumi saja.
Untuk mencoba memahami apa yang ada di dalam planet-planet raksasa es, para astronom harus memanfaatkan data yang sedikit dari Voyager 2 itu dan menggabungkannya dengan eksperimen di laboratorium yang mencoba mereplikasi kondisi interior planet-planet ini. Ditambah, para astronom juga menggunakan pemodelan matematika untuk membantu memahami apa yang terjadi dalam situasi tertentu berdasarkan data yang sedikit.
Nah, melalui kombinasi eksperimen laboratorium dan pemodelan matematika itu, para astronom kini menyadari bahwa bisa terjadi hujan berlian di Uranus dan Neptunus.
 |
| Planet Uranus dari Voyager 2. Kredit: NASA |
Hujan Berlian
Gagasan adanya hujan berlian pertama kali diusulkan sebelum misi Voyager 2 yang diluncurkan pada tahun 1977. Alasannya cukup sederhana: Kita tahu Uranus dan Neptunus memiliki kandungan unsur apa saja, dan kita tahu bahwa objek akan semakin panas dan padat jika berada semakin dalam ke sebuah planet tertentu.
Pemodelan matematis membantu merincikannya, seperti diketahui bahwa daerah terdalam dari mantel planet-planet raksasa es ini kemungkinan memiliki suhu sekitar 6.727 derajat Celcius dan tekanan 6 juta kali lipat dari atmosfer Bumi.
Model yang sama memberi tahu kita bahwa lapisan terluar mantel planet-planet raksasa es ini agak lebih dingin, sekitar 1.727 derajat Celcius, serta tekanannya "hanya" 200.000 kali tekanan atmosfer Bumi.
Jadi, pertanyaannya sekarang adalah: Apa yang terjadi pada air, amonia, dan metana pada suhu dan tekanan seekstrem itu di dalam planet Uranus dan Neptunus?
Dalam kasus metana, tekanan yang sangat tinggi dapat memecah molekulnya, membuatnya melepaskan karbon. Kemudian, karbon akan saling menemukan satu sama lain, hingga pada akhirnya menyatu membentuk pola-pola kristal seperti berlian.
Pembentukan berlian padat kemudian jatuh melalui lapisan mantel sampai menjadi terlalu panas, di mana mereka menguap dan mengapung kembali, mengulangi siklus pembentukannya. Dari situ lah istilah "hujan berlian" muncul.
 |
| Planet Neptunus dari Voyager 2. Kredit: NASA |
Hasil Eksperimen Laboratorium
Cara terbaik untuk memvalidasi hipotesis ini adalah dengan mengirim wahana antariksa ke Uranus atau Neptunus. Sayangnya, cara itu tampaknya tidak akan menjadi pilihan dalam waktu dekat karena butuh biaya yang sangat besar. Jadi, para astronom harus menggunakan cara terbaik kedua: eksperimen laboratorium.
Eksperimen laboratorium terbaru sempat dilakukan menggunakan laser sinar-X pada Linac Coherent Light Source (LCLS) milik Laboratorium Akselerator Nasional SLAC oleh tim astronom yang dipimpin oleh Dominik Kraus dari Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf di Jerman. Eksperimen ini dilakukan untuk mendapatkan pengukuran paling tepat tentang bagaimana Uranus dan Neptunus memiliki hujan berlian dan mengetahui transisi karbon langsung menjadi kristal berlian.
Dalam eksperimen ini, para astronom hanya menembakkan laser yang kuat pada target tertentu untuk secara singkat mereplikasi suhu dan tekanan yang ditemukan di dalam planet raksasa es. Satu percobaan dengan polistirena (alias styrofoam), rupanya mampu membuat berlian berukuran nano.
Tidak, Uranus dan Neptunus memang tidak mengandung polistirena dalam jumlah besar, tetapi material ini jauh lebih mudah ditangani daripada metana dalam eksperimen laboratorium dan kemungkinan besar berperilaku sangat mirip.
Eksperimen tersebut juga menciptakan tekanan yang kuat, sekitar 1,5 juta bar, atau setara dengan tekanan yang diberikan oleh 250 gajah Afrika jika kamu berusaha mengangkat mereka semua dengan ibu jari.
Oh iya, planet Uranus dan Neptunus dapat mempertahankan tekanan sebesar itu jauh lebih lama daripada laser laboratorium, sehingga berlian mungkin bisa tumbuh menjadi jauh lebih besar daripada ukuran nano yang terbentuk dalam eksperimen ini.
Hasil akhirnya? Berdasarkan semua yang kita ketahui tentang komposisi raksasa es, struktur internal mereka, hasil dari eksperimen laboratorium dan pemodelan matematika, hujan berlian adalah hal yang sangat nyata terjadi di kedua planet anggota tata surya kita itu.
Sayangnya, berlian di Uranus dan Neptunus nggak bisa ditambang karena kita akan mati remuk duluan di suhu dan tekanan yang sangat tinggi di sana.
Sumber Jurnal:
- Colwell, J., Dove, A., & Cooney, J. (2017). Are Those Diamonds on Uranus?.
- Frydrych, S., Vorberger, J., Hartley, N. J., Schuster, A. K., Ramakrishna, K., Saunders, A. M., ... & Kraus, D. (2020). Demonstration of X-ray Thomson scattering as diagnostics for miscibility in warm dense matter. Nature communications, 11(1), 1-7.
- Kraus, D. (2018). On Neptune, It's Raining Diamonds. American Scientist, 106(5), 285-288.
- Stevenson, D. S. (2016). The Ice Giants. In The Exo-Weather Report (pp. 311-328). Springer, Cham.