“Di sinilah kami tinggal. Di titik biru, "kata Carl Sagan setelah rilis foto terkenal" titik biru pucat ". Foto itu diambil oleh pesawat luar angkasa Voyager 1 pada 14 Februari 1990 dari jarak 6 miliar km. Sampai hari ini, foto ini tetap menjadi foto terjauh di Bumi. Pada bulan Februari tahun ini, dia berusia 30 tahun, untuk menghormati itu dia diproses menggunakan metode digital modern, dan menerima citra yang bahkan lebih mengesankan. (dapat diklik) Versi terbaru dari foto "titik biru pucat" menggunakan program dan teknologi modern untuk pemrosesan gambar
Titik biru pucat atau bola biru - bagaimanapun, planet kita dikaitkan dengan biru. Dan karena Bumi adalah satu-satunya planet berpenghuni yang kita ketahui, masuk akal untuk berasumsi bahwa planet berpenghuni lainnya akan berwarna biru. Namun, kenyataannya tidak sesederhana itu.
Apakah warna itu?
Para astronom menyebut warna sebagai intensitas cahaya pada panjang gelombang tertentu. Cahaya adalah radiasi elektromagnetik (EMP) yang bergerak melalui ruang angkasa seperti gelombang di permukaan air. Panjang gelombang menentukan warnanya. Misalnya, EMR dengan panjang gelombang sekitar 450 nm tampak biru bagi kita.
Namun, apa yang orang anggap sebagai warna sebenarnya hanya mewakili sebagian kecil dari seluruh panjang gelombang spektrum elektromagnetik. Teleskop dapat mengambil celah dalam spektrum yang berada di luar apa yang dapat kita lihat dengan mata kita. Radiasi infra merah atau ultraviolet juga bisa dianggap "warna". Langit malam bagi kita akan tampak jauh lebih cerah jika kita bisa melihat seluruh rentang EMP.
James Webb Space Telescope yang akan datang dapat mendeteksi spektrum inframerah. Gelombang inframerahlebih mudah untuk melewati debu dan gas antarbintang daripada cahaya tampak. Alhasil, teleskop akan mampu "melihat" melalui rintangan tersebut.
Dan yang paling menarik, warna bisa memberi tahu kita banyak hal tentang objek yang diteliti. Warna bintang berkaitan dengan suhu permukaannya. Bintang merah lebih dingin, bintang biru lebih panas. Warna juga menunjukkan komposisi objek. Warna atmosfer berkaitan dengan komposisi udara. Warna cahaya yang dipantulkan dari suatu permukaan menunjukkan karakteristik permukaan tersebut. Warna suatu benda luar angkasa biasanya terdiri dari beberapa warna.
Bumi bukan hanya biru, warnanya bercampur dengan beberapa warna yang masing-masing berasosiasi dengan permukaan dan gas tertentu. Setiap permukaan dan setiap gas di atmosfer meninggalkan ciri khasnya sendiri pada gelombang sinar matahari yang menyinari mereka dan akibatnya mengubah warnanya. Ketika cahaya mengenai daun tanaman, klorofil yang dikandungnya menyerap sebagian energi gelombang, memantulkan kembali bagian hijau dan inframerah ke luar angkasa. Interaksi cahaya dengan materi dipelajari dengan ilmu spektroskopi.
Warna dan reflektifitas berbagai permukaan bumi
spektrum EMP - perhatikan bahwa cahaya yang kita lihat (tampak) hanyalah sebagian kecil darinya
Bagaimana dengan dunia yang jauh - sebuah planet ekstrasurya - yang mengorbit bintang? Warna dunia yang jauh dapat memberi tahu kita tentang kelayakan huniannya. Kami tidak dapat menggunakan drive warp atau pergi ke hyperspace untuk mencapai planet-planet ini, dan sebagai gantinya menggunakan informasi yang kami terima dari mereka dengan kecepatan cahaya.
Ada dua masalah utama dalam studi spektrografi eksoplanet yang mirip dengan Bumi.
Pertama, teleskop generasi kita saat ini tidak memiliki resolusi untuk membedakan cahaya yang dipantulkan dari planet seukuran Bumi dari bintangnya. Untuk ini, jarak ke objek-objek ini ternyata terlalu jauh (ingat betapa kecilnya Bumi dari jarak 6 miliar km - dan di sini kita berbicara tentang ratusan triliun). Cahaya bintang dan planet menyatu.
Kita tahu bahwa eksoplanet itu ada, kita tahu ukurannya, apakah mirip dengan Bumi, di sekitar bintang mana mereka berputar - tetapi hari ini kita hanya melihat sedikit yang lain.
Kedua, bahkan jika teleskop kita dapat mempelajari cahaya dari masing-masing planet, kita tidak memiliki pelat dengan warna yang akan membantu kita mencari tahu apa yang sebenarnya kita lihat - kita tidak memiliki apa-apa untuk dibandingkan. Kita tidak tahu seperti apa Bumi lain itu, yang mengorbit bintang lain, dari jarak ratusan tahun cahaya. Dan Bumi kita akan terlihat berbeda dalam cahaya matahari merah atau biru.
Untungnya, kita sekarang menghadapi kedua masalah tersebut.
Proyek Teleskop Masa Depan
Generasi baru teleskop resolusi tinggi tampak di cakrawala. Teleskop luar angkasa, terutama James Webb , HabEx dan LUVOIR . Teleskop berbasis darat - misalnya, teleskop Magellan raksasa . Resolusi mereka akan memungkinkan pemisahan cahaya dari planet yang relatif redup dan bintangnya yang bercahaya.
Mengharapkan peningkatan resolusi teleskop, Jack Madden, PhD dalam astrofisika di Universitas Cornell, menyusun panduan warnauntuk dunia seperti bumi yang berputar di sekitar bintang lain. Buku pegangan, yang dibuat melalui simulasi komputer, dapat digunakan untuk menafsirkan warna dunia yang kita amati dan menentukan kelayakan huniannya.
Planet ekstrasurya seperti ini bisa memiliki atmosfer biru yang menyerupai Bumi. Di bawah cahaya bintang merah, warnanya kehijauan.
Madden membuat simulasi Bumi dengan menggabungkan jenis permukaan yang ditemukan di planet kita: air laut, basal, granit, pasir, pohon, rumput, salju, dan awan. Beberapa planet yang disimulasikan diberi satu tipe permukaan - misalnya, planet yang seluruhnya tertutup oleh hutan / hutan (seperti Endor dari Return of the Jedi); dunia bersalju (seperti Hoth dari The Empire Strikes Back); dunia gurun (Tatooine dari A New Hope). Beberapa dihitung dengan kombinasi beberapa jenis, seperti Bumi. Untuk setiap planet, opsi berbeda dipertimbangkan, termasuk yang memiliki cakupan air 70%, seperti Bumi, tanpa awan sama sekali, atau dengan cakupan awan 44%, seperti rata-rata kita.
Kemudian planet-planet ini ditempatkan di zona layak huni dari bintang simulasi - pada jarak sedemikian rupa sehingga mereka menerima energi yang cukup untuk menjaga air di permukaan dalam keadaan cair. Suhu permukaan bintang yang disimulasikan berkisar antara 3900 K hingga 7400 K, sesuai dengan 12 kelas dan subkelas bintang , termasuk kelas F, G, dan K.
Kisaran ini mencakup bintang yang lebih dingin dan lebih merah dibandingkan dengan Matahari kita, yang berada di kelas G dan memiliki suhu permukaan. sekitar 5770 K, dan lebih panas dan biru. Bahkan bintang kelas-M yang lebih dingin dikeluarkan dari daftar. Untuk mendapatkan energi yang cukup, planet-planet harus mengorbit begitu dekat dengan mereka sehingga berisiko terkena jilatan api matahari. Selain itu, planet seperti itu akan datangrotasi sinkron dengan bintang, dan akan diputar dengan satu sisi.
Hasilnya, disimulasikan 30 jenis permukaan planet dan 12 jenis bintang yang berbeda. Secara total, 360 planet berbeda diperoleh dengan panjang gelombang 0,4 hingga 20 mikron (yang sesuai dengan spektrum dari cahaya tampak hingga inframerah).
“Bumi adalah satu-satunya contoh dunia berpenghuni. Semakin baik kita bersiap untuk menemukan dunia yang dapat mendukung perdamaian, tetapi tidak seperti Bumi, semakin cepat kita dapat mendeteksi tanda-tanda keberadaannya. Dengan teleskop yang kami miliki yang dapat mendeteksi tanda-tanda kehidupan di atmosfer planet yang jauh, kami akan menyusun serangkaian model ekstensif yang dapat kami bandingkan. Berdasarkan kondisi yang diamati, kita akan dapat mengetahui jenis permukaan apa yang mampu mempertahankan suhu yang diperlukan untuk keberadaan air cair, ”tulis Jack Madden.
Sebuah planet ekstrasurya dan bulannya yang mengorbit bintang kelas F yang terang terkadang berbaris. Cahaya yang tersebar dipantulkan dari puncak awan, dan membentuk gambar yang berapi-api bagi semua pengamat dari sudut pandang tertentu.
Warna yang bisa dihuni
Planet yang disimulasikan memungkinkan pembuatan panduan untuk teleskop masa depan yang akan digunakan untuk berburu exoplanet. Dengan membandingkan spektrum pengamatan dengan simulasi planet mirip Bumi, akan lebih mudah untuk memahami apakah kita melihat dunia hutan yang tertutup awan, planet samudra, batuan tanpa udara, atau dunia kontinental dengan berbagai jenis permukaan, seperti Bumi.
Simulasi juga mengungkap detail interaksi antara permukaan planet dan cahaya yang memancar dari bintang. Misalnya, meskipun bintang yang lebih dingin memancarkan lebih sedikit energi daripada yang lebih panas, mereka memanaskan dunia mirip bumi dengan lebih efisien karena lebih banyak radiasi yang jatuh ke jangkauan inframerah.
Berbagai jenis permukaan, tergantung pada bagaimana mereka menyerap atau memantulkan cahaya dari bintang tertentu, juga mempengaruhi suhu di permukaan planet. Permukaan biru akan lebih dingin di bawah cahaya bintang biru, sedangkan permukaan merah akan lebih banyak menyerap cahaya biru dan menghangatkan.
Kontras warna planet juga berubah karena sifat permukaannya. Sebuah planet gurun yang mengorbit bintang kelas-K yang kusam bisa jadi dua kali lebih terang dari planet tertutup laut yang mengorbit bintang kelas-F yang terang: air laut memantulkan lebih sedikit cahaya daripada pasir.
Jenis permukaan planet dapat secara signifikan memengaruhi suhu permukaan dan kelayakan huniannya, serta seberapa baik planet tersebut dapat dilihat di teleskop kita, tergantung pada jenis bintangnya. Informasi ini akan membantu kita memilih bintang untuk diamati oleh super teleskop masa depan kita, dan exoplanet yang dapat kita lihat kembali setelah resolusi meningkat.
Contoh kombinasi cahaya yang dipantulkan dan dipancarkan oleh exoplanet simulasi. Planet-planet dengan 30% permukaan dari berbagai jenis dan 70% permukaan tertutup oleh air laut, serta dengan dan tanpa awan terwakili. Sumbu Y mewakili jumlah energi yang dipantulkan oleh suatu permukaan tertentu, sumbu X mewakili panjang gelombang.
Memiliki kehidupan
Cahaya yang dipantulkan oleh atmosfer planet dapat memberi tahu kita tentang komposisinya. Melewati atmosfer planet, cahaya bintang berubah karena adanya beberapa gas di sana. Teleskop dapat mendeteksi perubahan ini.
Dengan mensimulasikan semua dunia ini, tugas mengenali keberadaan gas seperti metana dan oksigen di atmosfer planet dapat disederhanakan. Biasanya, metana dan oksigen saling menghancurkan, sehingga keberadaannya yang terus menerus di atmosfer planet (seperti yang terjadi di Bumi) mungkin merupakan tanda proses biologis yang sedang berlangsung di sana, memulihkan cadangan satu atau kedua gas.
Tumbuhan juga bisa dilihat dari jarak yang sangat jauh berkat apa yang disebut. "Efek tepi merah" dalam rentang panjang gelombang sekitar 700 nm - cahaya merah dan inframerah dekat. Planet-planet simulasi yang tertutup pohon memiliki peningkatan reflektifitas yang dramatis pada titik spektrum ini. Tumbuhan terestrial memantulkan cahaya inframerah untuk melindungi diri dari panas berlebih selama fotosintesis.
Ada kemungkinan menarik lainnya yang tidak termasuk dalam model Madden. Misalnya, tidak jelas bagaimana spektrum suatu planet akan berubah, yang tidak hanya akan memantulkan cahaya, tetapi juga memancarkannya sendiri. Cahaya ini mungkin hasil dari organisme bercahaya di permukaan planet (seperti pada Pandora dari Avatar). Kami akan dapat menemukan peluang seperti itu selama perburuan planet di masa depan.
Madden tidak hanya mensimulasikan karakteristik spektroskopi planet, tetapi juga membuat gambar digital tentang topik ini. Beberapa karyanya disajikan dalam artikel ini, sisanya dapat dilihat di situsnya .