Sentuhan Baru dalam Eksplorasi Luar Angkasa

Untuk pertama kalinya, alat yang dirancang untuk menemukan planet yang berjarak beberapa tahun cahaya telah digunakan pada suatu objek di Tata Surya, dalam sebuah studi tentang Jupiterangin.

Kita berada pada masa ketika penemuan planet yang mengorbit bintang lain sudah menjadi hal biasa, dan sudah ada lebih dari 5.000 planet yang terdaftar. Dunia jauh pertama yang masuk dalam daftar ini sebagian besar adalah planet raksasa, serupa tetapi juga sangat berbeda dalam banyak hal dari Jupiter dan Jupiter Saturnus.

Ahli astrofisika sudah mulai memperoleh data tentang atmosfer planet ekstrasurya, namun pertanyaan mendasar tentang atmosfer planet terbesar di Tata Surya masih belum terjawab. Untuk memahami apa yang terjadi di awan dan lapisan udara Jupiter, perlu mempelajarinya dari waktu ke waktu, dalam pengamatan terus menerus. Kini, untuk pertama kalinya, sebuah instrumen yang dikembangkan untuk menemukan dan menganalisis dunia yang berjarak beberapa tahun cahaya, yaitu exoplanet, telah diarahkan ke sasaran di Tata Surya, 43 menit cahaya dari Bumi: planet Jupiter.

Memanfaatkan Spektrograf ESPRESSO

Para peneliti dari Institut Astrofisika dan Ilmu Luar Angkasa (IA), di Fakultas Ilmu Pengetahuan Universitas Lisbon (Portugal) (Ciências ULisboa), menggunakan spektograf ESPRESSO yang dipasang pada teleskop VLT di European Southern Observatory (ESO) untuk mengukur kecepatan angin di Jupiter. Hasilnya kini dipublikasikan di jurnal ilmiah Semesta.

Metode yang dikembangkan tim ini disebut velocimetry Doppler dan didasarkan pada pantulan cahaya tampak dari Matahari oleh awan di atmosfer planet target. Cahaya yang dipantulkan ini membelokkan panjang gelombang sebanding dengan kecepatan pergerakan awan relatif terhadap teleskop di Bumi. Ini memberikan kecepatan angin sesaat pada titik yang diamati.

Peneliti Pedro Machado, dari IA and Sciences ULisboa, di samping empat teleskop VLT (ESO) di Paranal Observatory di Chili. Kredit: Peter Machado

Metode yang sekarang digunakan dengan ESPRESSO dikembangkan oleh kelompok riset IA Planetary Systems, bersama dengan spektograf lainnya, untuk mempelajari atmosfer. Venus. Para peneliti telah mengukur angin di planet tetangga ini dan berkontribusi pada pemodelan atmosfer secara umum selama beberapa tahun. Kini, penerapan eksplorasi metode ini dengan instrumen “terbaik” seperti ESPRESSO telah membuahkan hasil yang membuka cakrawala baru dalam pengetahuan tentang lingkungan kosmik kita. Pekerjaan ini menegaskan kelayakan pemantauan sistematis terhadap atmosfer terjauh planet gas.

Metodologi dan Observasi

Selama lima jam, pada bulan Juli 2019, tim mengarahkan teleskop VLT ke zona ekuator Jupiter, tempat awan tipis berada di ketinggian yang lebih tinggi, dan di sabuk ekuator utara dan selatan planet tersebut, yang berhubungan dengan turunnya udara dan membentuk pita awan gelap. dan hangat di lapisan atmosfer yang lebih dalam.

Gambar Jupiter ini diperoleh pesawat luar angkasa Juno milik NASA pada Mei 2019, di mana zona badai terlihat di belahan bumi utara planet tersebut. Kredit: Gambar yang disempurnakan oleh Kevin M. Gill (CC-BY) berdasarkan gambar yang disediakan oleh NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS.

“Atmosfer Jupiter, pada tingkat awan yang terlihat dari Bumi, mengandung amonia, amonium hidrosulfida, dan air, yang membentuk pita merah dan putih yang berbeda,” kata Pedro Machado, dari IA dan Ciências ULisboa, “Awan bagian atas, terletak di tekanan zona 0,6 hingga 0,9 bar, terbuat dari es amonia. “Awan air membentuk lapisan terpadat, terendah dan memiliki pengaruh paling kuat terhadap dinamika atmosfer,” tambah para peneliti.

Tantangan dan Inovasi dalam Penelitian

Dengan ESPRESSO, tim dapat mengukur kecepatan angin di Jupiter dari 60 hingga 428 km/jam dengan ketidakpastian kurang dari 36 km/jam. Pengamatan ini, yang dilakukan dengan instrumen beresolusi tinggi di planet gas, mempunyai tantangan tersendiri: “Salah satu kesulitannya berpusat pada 'navigasi' piringan Yupiter, yaitu mengetahui secara pasti titik mana pada piringan planet yang kita tunjuk, karena lokasinya. resolusi luar biasa dari teleskop VLT,” jelas Pedro Machado.

“Dalam penelitiannya sendiri, kesulitannya terkait dengan cara kita menentukan angin ketepatan beberapa meter per detik ketika rotasi Jupiter berada pada urutan sepuluh kilometer per detik di ekuator dan, yang lebih rumit lagi, karena ini adalah planet gas, dan bukan benda tegar, ia berputar dengan kecepatan berbeda-beda tergantung pada garis lintangnya. . titik yang kami amati,” tambah peneliti.

Ruangan di Observatorium Paranal, di Chili, tempat gambar VLT dan data dari spektograf ESPRESSO diterima. Pengamatan yang belum pernah terjadi sebelumnya terhadap suatu objek di Tata Surya – Jupiter – dengan spektograf ini, yang dirancang untuk mengamati planet-planet setidaknya seratus ribu kali lebih jauh, menarik minat para astrofisikawan dan teknisi lain yang hadir. Kredit: Ruben Goncalves

Untuk memverifikasi efektivitas velocimetri Doppler dari teleskop di Bumi dalam mengukur angin di Jupiter, tim juga mengumpulkan pengukuran yang diperoleh di masa lalu untuk membandingkan hasilnya. Sebagian besar data yang ada dikumpulkan oleh instrumen di luar angkasa dan menggunakan metode berbeda, yaitu memperoleh nilai rata-rata kecepatan angin dengan mengikuti pola awan pada gambar yang diambil pada waktu terdekat.

Konsistensi antara sejarah ini dan nilai-nilai yang diukur dalam penelitian yang sekarang dipublikasikan menegaskan kelayakan penerapan velocimetri Doppler dalam program untuk memantau angin Jupiter dari Bumi.

Pemantauan ini akan memungkinkan tim peneliti mengumpulkan data tentang bagaimana angin berubah seiring waktu dan penting untuk mengembangkan model sirkulasi global atmosfer Jupiter yang dapat diandalkan. Model komputasi ini harus mereproduksi perbedaan angin tergantung pada garis lintang, serta badai Jupiter, untuk membantu memahami penyebab fenomena atmosfer yang kita amati di planet ini. Pada gilirannya, model ini akan membantu mempersiapkan observasi masa depan dengan informasi tentang tekanan dan ketinggian awan dalam observasi teleskop.

Tim bermaksud memperluas pengamatan dengan ESPRESSO ke cakupan cakram planet Jupiter yang lebih luas, serta mengumpulkan data angin secara sementara sepanjang periode rotasi planet, yaitu hampir 10 jam. Membatasi pengamatan pada rentang panjang gelombang tertentu juga akan memungkinkan pengukuran angin pada ketinggian yang berbeda, sehingga memperoleh informasi tentang transportasi vertikal lapisan udara.

Setelah teknik ini dikuasai untuk planet terbesar di Tata Surya, tim berharap dapat menerapkannya pada atmosfer planet gas lainnya, dengan Saturnus sebagai target berikutnya. Keberhasilan pengamatan dengan ESPRESSO ini terbukti penting pada saat penggantinya, ANDES, sedang dirancang untuk Teleskop Sangat Besar (ELT) masa depan, juga dari ITU dan saat ini sedang dibangun di Chili, tetapi juga misi masa depan JUICE, dari Badan Antariksa Eropadidedikasikan untuk Jupiter dan yang akan memberikan data tambahan.

Referensi: “Dinamika Atmosfer Jupiter Berdasarkan Spektroskopi Resolusi Tinggi dengan VLT/ESPRESSO” oleh Pedro Machado, Jose E. Silva, Francisco Brazil, Jose Ribeiro, Ruben Gonçalves dan Miguel Silva, 23 November, Semesta.
DOI: 10.3390/semesta9120491