Konsep seniman ini menunjukkan seperti apa bentuk planet ekstrasurya raksasa gas panas WASP-43 b. WASP-43 b adalah planet seukuran Jupiter yang mengorbit sebuah bintang yang berjarak sekitar 280 tahun cahaya, di konstelasi Sextans. Planet ini mengorbit pada jarak sekitar 1,3 juta mil (0,014 unit astronomi, atau AU), menyelesaikan satu putaran dalam waktu sekitar 19,5 jam. Karena letaknya sangat dekat dengan bintangnya, WASP-43 b kemungkinan terkunci pasang surut: laju rotasi dan periode orbitnya sama, sehingga satu sisinya selalu menghadap bintang. Kredit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
WASP-43 b berawan pada malam hari dan cerah pada siang hari, dengan angin khatulistiwa menderu-deru mengelilingi planet ini dengan kecepatan 8.000 mil per jam.
Kadang-kadang bukan menemukan sesuatu sama menarik dan bergunanya dengan menemukannya. Ambillah panas Jupiter WASP-43b, misalnya. Dunia yang terkunci pasang surut ini memiliki siang hari yang sangat panas dan permanen, serta malam hari yang agak lebih sejuk. Para astronom yang menggunakan Webb untuk memetakan suhu dan menganalisis atmosfer di sekitar planet ini diharapkan dapat mendeteksi metana, molekul karbon yang umum, di sisi malam. Namun yang jelas tidak ada tanda-tandanya. Mengapa? Hasilnya menunjukkan bahwa angin supersonik gas panas bertiup dari siang hari, mengaduk atmosfer secara menyeluruh, dan mencegah reaksi kimia yang dapat menghasilkan metana di malam hari.
Kurva cahaya ini menunjukkan perubahan kecerahan sistem WASP-43 seiring waktu saat planet mengorbit bintang. Jenis kurva cahaya ini dikenal sebagai kurva fase karena mencakup seluruh orbit, atau seluruh fase planet.
Karena terkunci pasang surut, sisi-sisi WASP-43 b yang berbeda terlihat berputar saat mengorbit. Sistem ini tampak paling terang ketika sisi siang hari yang panas menghadap teleskop, tepat sebelum dan sesudah gerhana sekunder ketika planet lewat di belakang bintang. Sistem menjadi semakin redup saat planet melanjutkan orbitnya dan sisi malam mulai terlihat. Setelah transit ketika planet lewat di depan bintang, menghalangi sebagian cahaya bintang, sistem menjadi cerah kembali saat sisi siang hari kembali terlihat.
Kredit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI), Taylor Bell (BAERI), Joanna Barstow (Universitas Terbuka), Michael Roman (Universitas Leicester)
Teleskop Luar Angkasa Webb Memetakan Cuaca di Planet yang Jaraknya 280 Tahun Cahaya
Tim peneliti internasional telah berhasil menggunakannya NASA'S Teleskop Luar Angkasa James Webb memetakan cuaca di planet ekstrasurya raksasa gas panas WASP-43 b.
Pengukuran kecerahan yang tepat pada spektrum cahaya inframerah tengah yang luas, dikombinasikan dengan model iklim 3D dan pengamatan sebelumnya dari teleskop lain, menunjukkan adanya awan tebal dan tinggi yang menutupi sisi malam, langit cerah di siang hari, dan angin khatulistiwa hingga jarak 5.000 mil. per jam mencampurkan gas atmosfer di sekitar planet ini.
Investigasi ini hanyalah demonstrasi terbaru dari kasus tersebut planet ekstrasunya ilmu pengetahuan kini dimungkinkan berkat kemampuan Webb yang luar biasa untuk mengukur variasi suhu dan mendeteksi gas atmosfer yang jaraknya triliunan mil.
“Jupiter Panas” yang Terkunci Pasang Surut
WASP-43 b adalah jenis planet ekstrasurya “Jupiter panas”: ukurannya mirip dengan Jupiter, terutama terdiri dari hidrogen dan helium, dan jauh lebih panas daripada planet raksasa mana pun di tata surya kita. Meskipun bintangnya lebih kecil dan lebih dingin dari Matahari, WASP-43 b mengorbit pada jarak hanya 1,3 juta mil – kurang dari 1/25 jarak antara Merkurius dan Matahari.
Dengan orbit yang begitu sempit, planet ini terkunci pasang surut, dengan satu sisi terus menerus menyala dan sisi lainnya berada dalam kegelapan permanen. Meskipun sisi malam tidak pernah menerima radiasi langsung dari bintang, angin kencang ke arah timur membawa panas dari sisi siang hari.
Sejak penemuannya pada tahun 2011, WASP-43 b telah diamati dengan banyak teleskop, termasuk teleskop luar angkasa Hubble milik NASA dan teleskop luar angkasa Spitzer yang sekarang sudah tidak digunakan lagi.
“Dengan Hubble, kami dapat melihat dengan jelas adanya uap air di siang hari. Baik Hubble maupun Spitzer memperkirakan mungkin ada awan di sisi malam,” jelas Taylor Bell, peneliti dari Bay Area Environmental Research Institute dan penulis utama studi yang diterbitkan pada 30 April di Astronomi Alam. “Tetapi kami memerlukan pengukuran yang lebih tepat dari Webb untuk benar-benar mulai memetakan suhu, tutupan awan, angin, dan komposisi atmosfer yang lebih rinci di seluruh planet ini.”
Diagram kurva fase planet ekstrasurya yang disederhanakan ini menunjukkan perubahan kecerahan total sistem bintang-planet saat planet mengorbit bintangnya. Sistem terlihat lebih terang ketika lebih banyak sisi planet yang diterangi menghadap teleskop (fase penuh). Terlihat lebih redup ketika lebih banyak sisi gelap yang menghadap teleskop (fase baru), ketika planet menghalangi sebagian cahaya bintang (transit), dan ketika cahaya dari planet terhalang oleh bintang (gerhana sekunder).
(Atas) Diagram yang menunjukkan perubahan fase planet (jumlah sisi terang yang menghadap teleskop) saat mengorbit bintangnya.
(Bawah) Grafik tiga dimensi menunjukkan perubahan kecerahan total sistem bintang-planet seiring planet mengorbit bintangnya. Dalam grafik ini, yang disebut kurva cahaya, bidang horizontal adalah lokasi orbit dan sumbu vertikal adalah kecerahan.
(Kanan) Bilah skala. Baik dalam diagram orbital maupun kurva cahaya, warna menunjukkan kecerahan bintang + planet yang diamati: dari ungu tua (lebih sedikit cahaya yang terdeteksi) hingga putih (lebih banyak cahaya terdeteksi).
Para peneliti menggunakan kurva fase untuk mempelajari variasi reflektifitas dan suhu suatu planet dengan garis bujur (dari satu sisi ke sisi lain), yang dapat memberikan wawasan tentang komposisi permukaan dan kondisi atmosfer planet tersebut.
Kredit: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI), Andi James (STScI), Greg Bacon (STScI)
Memetakan Suhu dan Menyimpulkan Cuaca
Meskipun WASP-43 b terlalu kecil, redup, dan dekat dengan bintangnya untuk dilihat secara langsung oleh teleskop, periode orbitnya yang pendek, hanya 19,5 jam, menjadikannya ideal untuk spektroskopi kurva fase, yaitu suatu teknik yang melibatkan pengukuran perubahan kecil dalam kecerahan bintang. sistem bintang-planet saat planet mengorbit bintang.
Karena jumlah cahaya inframerah-tengah yang dilepaskan oleh suatu objek sangat bergantung pada seberapa panas objek tersebut, data kecerahan yang ditangkap oleh Webb kemudian dapat digunakan untuk menghitung suhu planet.
Tim menggunakan MIRI (Mid-Infrared Instrument) Webb untuk mengukur cahaya dari sistem WASP-43 setiap 10 detik selama lebih dari 24 jam. “Dengan mengamati seluruh orbit, kami dapat menghitung suhu berbagai sisi planet saat mereka berotasi,” jelas Bell. “Dari situ, kita bisa membuat peta kasar suhu di seluruh planet.”
Pengukuran menunjukkan bahwa siang hari memiliki suhu rata-rata hampir 2.300 derajat Fahrenheit (1.250 derajat Celsius) – cukup panas untuk menempa besi. Sementara itu, suhu di malam hari jauh lebih dingin pada suhu 1.100 derajat Fahrenheit (600 derajat Celsius). Data tersebut juga membantu menemukan tempat terpanas di planet ini (“hotspot”), yang bergeser sedikit ke arah timur dari titik yang menerima radiasi bintang paling banyak, yaitu tempat bintang berada pada titik tertinggi di langit planet. Pergeseran ini terjadi karena angin supersonik yang menggerakkan udara panas ke arah timur.
“Fakta bahwa kita dapat memetakan suhu dengan cara ini merupakan bukti nyata sensitivitas dan stabilitas Webb,” kata Michael Roman, salah satu penulis dari Universitas Leicester di Inggris.
Untuk menafsirkan peta tersebut, tim menggunakan model atmosfer 3D kompleks seperti yang digunakan untuk memahami cuaca dan iklim di Bumi. Analisis menunjukkan bahwa sisi malam mungkin tertutup lapisan awan tebal dan tinggi yang mencegah sebagian cahaya inframerah keluar ke luar angkasa. Akibatnya, malam hari – meskipun sangat panas – terlihat lebih redup dan lebih dingin dibandingkan jika tidak ada awan.
Kumpulan peta ini menunjukkan suhu sisi yang terlihat dari planet ekstrasurya raksasa gas panas WASP-43 b, saat planet tersebut mengorbit bintangnya. Suhu dihitung berdasarkan lebih dari 8.000 pengukuran kecerahan cahaya inframerah tengah berukuran 5 hingga 12 mikron yang terdeteksi dari sistem bintang-planet oleh MIRI (Instrumen Inframerah Tengah) pada Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA. Secara umum, semakin panas suatu benda, semakin banyak pula cahaya inframerah tengah yang dipancarkannya. Kredit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI), Taylor Bell (BAERI), Joanna Barstow (Universitas Terbuka), Michael Roman (Universitas Leicester)
Hilangnya Metana dan Angin Kencang
Spektrum luas cahaya inframerah-tengah yang ditangkap oleh Webb juga memungkinkan pengukuran jumlah uap air (H2O) dan metana (CH4) di seluruh planet ini. “Webb telah memberi kita kesempatan untuk mencari tahu molekul mana yang kita lihat dan membatasi kelimpahannya,” kata Joanna Barstow, salah satu penulis dari Universitas Terbuka di Inggris.
Spektrum tersebut menunjukkan tanda-tanda jelas adanya uap air di sisi malam dan siang hari planet ini, memberikan informasi tambahan tentang seberapa tebal awan dan seberapa tinggi penyebarannya di atmosfer.
Yang mengejutkan, data tersebut juga menunjukkan hal yang berbeda kekurangan metana di mana pun di atmosfer. Meskipun siang hari terlalu panas bagi metana untuk ada (sebagian besar karbon seharusnya berbentuk karbon monoksida), metana harusnya stabil dan dapat dideteksi pada malam hari yang lebih dingin.
“Fakta bahwa kita tidak melihat metana memberi tahu kita bahwa WASP-43 b pasti mempunyai kecepatan angin yang mencapai sekitar 5.000 mil per jam,” jelas Barstow. “Jika angin menggerakkan gas dari siang hari ke malam hari dan kembali lagi dengan cukup cepat, tidak ada cukup waktu bagi reaksi kimia yang diharapkan untuk menghasilkan jumlah metana yang dapat dideteksi di malam hari.”
Tim berpendapat bahwa karena percampuran yang didorong oleh angin ini, kimia atmosfer di seluruh planet ini sama, hal ini tidak terlihat pada penelitian sebelumnya dengan Hubble dan Spitzer.
Referensi: “Tidak Ada Tepi Panas dan Kimia yang Diamati di Jupiter Kecuali WASP-43b” oleh Taylor J. Bell, Nicholas Crouzet, Patrick E. Cubillos, Laura Kreidberg, Anjali AA Piette, Michael T. Roman, Joanna K. Barstow, Jasmina Blecic, Ludmila Carone, Louis-Philippe Coulombe, Elsa Ducrot, Mark Hammond, John M. Mendonza, Julianne I. Moses, Vivien Parmentier, Kevin B. Stevenson, Lucas Teinturier, Michael Zhang, Natalie M. Batalha, Jacob L. Bean, Bjorn Benneke , Benjamin Charnay, Katy L. Chubb, Brice-Olivier Demory, Peter Gao, Elspeth KH Lee, Mercedes Lopez-Morales, Giuseppe Morello, Emily Rauscher, David K. Singh, Xianyu Tan, Olivia Venot, Hannah R. Wakeford, Keshav Aggarwal , Eva-Maria Ahrer, Munazza K. Alam, Robin Baeyens, David Barrado, Claudio Caceres, Aarynn L. Carter, Sarah L. Casewell, Ryan C. Challener, Ian JM Crossfield, Leen Decin, Jean-Michel Desert, Ian Dobbs- Dixon, Achrene Dyrek, Nestor Espinoza, Adina D. Feinstein, Neale P. Gibson, Joseph Harrington, Christiane Helling, Renyu Hu, Nicholas Iro, Eliza M.-R. Kempton, Sarah Kendrew, Thaddeus D. Komacek, Jessica Krick, Pierre-Olivier Lagage, Jeremy Leconte, Monica Lendl, Neil T. Lewis, Joshua D. Lothringer, Isaac Malsky, Luigi Mancini, Megan Mansfield, Nathan J. Mayne, Thomas M . Steinrueck, .Jake Taylor, Luis Welbanks, Sergei N. Yurchenko, Xi Zhang dan Sebastian Zieba, . Astronomi Alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02230-x
Pengamatan MIRI terhadap WASP-43 b dilakukan sebagai bagian dari program Webb Early Release Science, yang memberikan para peneliti sejumlah besar data yang kuat dan dapat diakses terbuka untuk mempelajari beragam fenomena kosmik.
Teleskop Luar Angkasa James Webb adalah observatorium sains luar angkasa terkemuka di dunia. Webb sedang memecahkan misteri di tata surya kita, melihat lebih jauh ke dunia jauh di sekitar bintang lain, dan menyelidiki struktur misterius serta asal mula alam semesta dan tempat kita di dalamnya. Webb merupakan program internasional yang dipimpin oleh NASA bersama mitranya, ESA (Badan Antariksa Eropa) dan Badan Antariksa Kanada.
