Tata surya adalah kumpulan puing-puing yang berantakan dan disatukan oleh gravitasi. Ia berpusat pada Matahari, bintang rata-rata di Galaksi Bima Sakti, dan segala sesuatu yang mengorbitnya. Kami menghitung delapan planet sekarang. (Sebelumnya sembilan, jika Anda masih menunggu Pluto.) Planet-planet tersebut diketahui memiliki lebih dari 400 bulan. Lalu ada asteroid, beberapa memiliki bulan kecilnya sendiri. Komet. Tubuh sedingin es. Dan medium antarplanet—gas tipis dan debu dalam jangkauan luas yang mengisi ruang kosong.
Keseluruhan sistem ini berada di dalam “alam semesta yang dapat diamati”. Itulah sebidang ruang yang sebenarnya dapat dilihat atau diamati manusia dengan teknologi. Alam semesta di luar itu? Mungkin tidak terbatas. Kami tidak tahu. Kami hanya tahu bahwa lingkungan lokal kami terbatas.
Astronom zaman dahulu tidak membutuhkan satelit. Mereka memiliki mata telanjang. Mereka menyaksikan Matahari. Bulan. Planet paling terang. Melacak pergerakan mereka melahirkan astronomi. Saat ini, kita memiliki cukup data tentang gerak, sifat, dan komposisi planet untuk memenuhi perpustakaan. Instrumen kami menunjuk jauh melampaui tata surya, ke galaksi lain, dan tepi alam semesta yang diketahui.
Tapi inilah masalahnya. Tata surya masih menjadi batas jangkauan fisik kita. Ini juga merupakan inti dari pemahaman teoretis kita tentang kosmos. Kami telah mengirimkan wahana antariksa dan pendarat untuk berjalan di permukaan dan melintasi atmosfer. Data tersebut digabungkan dengan pengukuran dari teleskop di bawah dan di atas atmosfer bumi. Ini bercampur dengan informasi dari meteorit dan batuan Bulan yang dibawa kembali oleh astronot.
Semua informasi ini diteliti dalam upaya untuk memahami secara rinci asal usul dan evolusi tata surya.
Para astronom masih membuat langkah besar menuju tujuan tersebut. Kami sedang menyusun bagaimana semuanya dimulai.
Komposisi tata surya
Terbuat dari apa? Sebagian besar hidrogen dan helium di Matahari. Tapi sisanya? Batuan. Es. Gas. Debu. Komposisinya sangat bervariasi tergantung di mana Anda melihatnya. Lebih dekat ke Matahari, cuacanya berbatu. Lebih jauh lagi, es mendominasi. Media antarplanet mengikat semuanya dengan kabut tipis. Kami masih mencari tahu rasio dan distribusi pastinya. Tapi kami tahu ini tidak seragam.
Matahari tidak hanya duduk di sana. Ini menjangkarkan tata surya. Lebih dari 99 persen total massa sistem berada di bintang tunggal tersebut. Gravitasinya menarik segalanya ke arah yang sama. Tanpanya, planet-planet akan tenggelam dalam kegelapan.
Urutannya ditentukan oleh jarak. Merkurius paling dekat. Lalu Venus. Bumi mengikuti. Mars berada di sisi lain sabuk asteroid. Di luar itu, para raksasa mengambil alih. Jupiter. Saturnus. Uranus. Neptunus.
Sebagian besar dunia ini tidaklah sepi. Jupiter hingga Neptunus semuanya memakai cincin. Hanya Merkurius dan Venus yang tidak memiliki bulan. Sisanya menampung satu atau lebih satelit.
Pluto tetap terlihat selama beberapa dekade. Ditemukan pada tahun 1930, ia berada di luar Neptunus sebagai planet kesembilan. Hal ini berubah pada tahun 1992. Para astronom menemukan objek es di tempat yang lebih jauh. Lalu datanglah lebih banyak lagi. Dan banyak lagi.
Eris muncul. Itu tampak sebesar Pluto. Mungkin lebih besar.
Realisasinya sangat terpukul. Pluto tidak istimewa. Itu hanyalah salah satu dari banyak objek besar dalam populasi baru. Mereka menyebutnya sabuk Kuiper.
Gugusan benda es ini memaksa dilakukannya redefinisi. Apa yang dianggap sebagai planet?
Persatuan Astronomi Internasional (IAU) turun tangan. Mereka memegang wewenang untuk mengklasifikasikan objek astronomi. Pada bulan Agustus 2006, mereka memilih.
Pluto kehilangan statusnya. Itu tidak terhapus. Itu telah direklasifikasi.
Label baru: planet kerdil.
Mengapa Pluto direklasifikasi
Keputusan IAU ini bukan sesuatu yang sembarangan. Ini tentang konsistensi. Jika Pluto tetap menjadi planet, mengapa Eris tidak? Kenapa bukan Ceres? Mengapa tidak puluhan objek sabuk Kuiper besar lainnya yang ditemukan pada awal tahun 2000an?
Definisi itu penting. Sebuah planet harus membersihkan orbitnya. Pluto berbagi lingkungannya dengan banyak objek sabuk Kuiper lainnya. Itu belum membereskan mereka. Itu hanya satu dari sekian banyak.
Pergeseran ini menyoroti bagaimana ilmu pengetahuan memperbarui dirinya sendiri. Data baru memaksa kategori lama dipecah. Tata surya tidak statis. Pemahaman kita mengenai hal ini juga tidak demikian.
Sabuk Kuiper masih menjadi perbatasan. Kami hanya menggores permukaannya saja. Lebih banyak objek mungkin menunggu untuk ditemukan. Masing-masing menambah cerita tentang bagaimana tata surya terbentuk.
Penurunan pangkat Pluto bukanlah suatu kerugian. Itu adalah sebuah koreksi. Ini menempatkan planet kerdil pada konteks yang tepat. Bukan sebagai orang asing. Tapi sebagai anggota keluarga yang lebih besar.
Tata surya bukan sekadar kumpulan pemain besar. Itu diisi dengan sisa makanan. Apa pun yang bukan Matahari, planet, planet kerdil, atau bulan akan dimasukkan ke dalam kategori umum: benda-benda kecil di tata surya. Kelompok ini mencakup asteroid, meteoroid, dan komet. Mereka adalah ladang puing-puing di lingkungan kosmik kita.
Sebagian besar dari lebih dari satu juta asteroid, yang juga dikenal sebagai planet kecil, berada di cincin yang hampir datar antara Mars dan Jupiter. Ini adalah sabuk asteroid. Ini adalah tempat yang ramai, tapi sepi dari drama. Batuan ini mengorbit dengan jalur yang stabil dan dapat diprediksi, sisa-sisa material batuan yang gagal menyatu menjadi sebuah planet.
Lalu ada pecahan yang lebih kecil. Benda apa pun yang diameternya kurang dari beberapa puluh meter sering disebut meteoroid. Perbedaan ini penting. Ini memisahkan batuan luar angkasa yang mengembara dari benda asteroid yang lebih besar. Para pelancong kecil ini menghuni ruang antarplanet dalam jumlah miliaran. Mereka adalah debu dan kerikil tata surya.
Waduk Beku
Komet menceritakan kisah yang berbeda. Ada beberapa miliar di antaranya yang bersembunyi di kegelapan. Mereka nongkrong di dua waduk berbeda. Ini adalah unit penyimpanan sejarah es tata surya.
Yang lebih jauh adalah awan Oort. Ini adalah cangkang bola yang mengelilingi seluruh tata surya. Letaknya pada jarak yang mengejutkan sekitar 50.000 unit astronomi (AU). Sebagai perbandingan, jarak tersebut lebih dari 1.000 kali jarak orbit Pluto. Satu unit astronomi adalah jarak rata-rata dari Bumi ke Matahari—sekitar 150 juta kilometer. Awan Oort adalah penjara yang dingin dan gelap bagi komet-komet berdurasi panjang.
Waduk lainnya lebih dekat. Itu adalah sabuk Kuiper. Ini adalah zona tebal berbentuk cakram. Konsentrasi utamanya terbentang 30–50 AU dari Matahari. Letaknya di luar orbit Neptunus. Bahkan mencakup sebagian dari orbit Pluto. Sabuk Kuiper adalah rumah bagi komet berperiode pendek dan planet katai es.
Dunia Es dan Pergeseran Gravitasi
Sama seperti asteroid yang merupakan puing-puing batuan dari planet bagian dalam, objek sabuk Kuiper juga merupakan objek es. Pluto, bulannya Charon, Eris, dan banyak lainnya merupakan perwakilan benda-benda es yang membentuk inti Neptunus dan Uranus yang masih hidup. Mereka adalah blok bangunan yang tersapu atau terlontar.
Karena asal usulnya, Pluto dan Charon dapat dipandang sebagai inti komet yang sangat besar. Pada dasarnya, mereka adalah bola salju kotor yang tidak pernah cukup hangat untuk menguap.
Lalu ada Centaur. Ini adalah populasi inti komet dengan diameter sebesar 200 km. Mereka mengorbit Matahari antara Jupiter dan Neptunus. Mereka tidak stabil. Mereka mungkin sampai di sana karena gangguan gravitasi ke dalam dari sabuk Kuiper. Mereka adalah pengembara kosmik, terjebak di antara para raksasa.
Media di antara benda-benda tersebut tidaklah kosong. Ini adalah media antarplanet. Ini adalah plasma yang sangat lemah. Ini adalah gas terionisasi yang dicampur dengan konsentrasi partikel debu. Ia memanjang keluar dari Matahari hingga sekitar 123 SA. Ini adalah cairan ruang yang tidak terlihat.
Tamu dari Tempat Lain
Tata surya bahkan memuat benda-benda dari ruang antarbintang. Mereka baru saja lewat. Mereka tidak cocok dengan gravitasi matahari kita. Dua objek antarbintang telah diamati. Hal ini mengubah segala pemikiran kami tentang isolasi di lingkungan kami.
Yang pertama adalah ‘Oumuamua. Tiba pada tahun 2017 dengan bentuk yang tidak biasa. Bentuknya seperti cerutu atau pancake. Itu jatuh menembus ruang angkasa. Itu mungkin terdiri dari es nitrogen. Para ilmuwan memperdebatkan asal usulnya selama bertahun-tahun
Mengapa Orbit Bukan Lingkaran Sempurna
Lihatlah ke langit malam dan Anda mungkin berasumsi segala sesuatu mengelilingi Matahari dalam lingkaran yang rapi dan rapi. Mereka tidak melakukannya. Planet-planet, planet katai, asteroid, bahkan pengembara es di Sabuk Kuiper, semuanya bergerak dalam bentuk elips. Mereka melakukan perjalanan ke arah yang sama dengan putaran Matahari. Para astronom menyebutnya gerak maju, atau gerak langsung. Jika Anda bisa melayang di atas Kutub Utara Bumi dan melihat ke bawah, seluruh tata surya akan tampak berputar berlawanan arah jarum jam.
Itu adalah tarian yang seragam dan teratur.
Kecuali komet dari awan Oort. Itu adalah outliernya. Mereka datang dari segala arah. Orbitnya acak, mencerminkan distribusi bola yang mengelilingi bidang datar planet-planet. Mereka tidak peduli dengan ekliptika. Mereka muncul begitu saja.
Geometri Ruang
Bagaimana kita mengukur jalur ini? Keanehan. Ini adalah angka yang memberi tahu Anda seberapa jauh orbitnya. Nol berarti lingkaran sempurna. Salah satunya adalah parabola, yang pada dasarnya berarti benda tersebut tidak akan pernah kembali.
Venus dan Neptunus memiliki orbit paling melingkar. Eksentrisitasnya kecil—0,007 dan 0,009. Merkurius justru sebaliknya. Ini adalah planet terdekat dengan Matahari dan memiliki jalur yang sangat memanjang dengan eksentrisitas 0,21. Pluto bahkan lebih aneh lagi, berada pada 0,25.
Lalu ada kecenderungan. Ini adalah sudut orbit relatif terhadap bidang orbit bumi. Merkurius juga menang di sini, memiringkan jalurnya sebesar 7 derajat. Pluto berantakan, kemiringannya 17,1 derajat. Kebanyakan benda kecil mempunyai eksentrisitas dan inklinasi yang tinggi. Beberapa komet awan Oort miring sedemikian rupa sehingga kemiringannya melebihi 90 derajat. Mereka mengorbit secara mundur. Ke belakang. Melawan arus.
Kesenjangan Besar: Batuan vs. Gas
Kedelapan planet tersebut bukanlah sebuah monolit. Mereka terpecah menjadi dua kubu berdasarkan kepadatan.
Kuartet bagian dalam—Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars—berada di bumi. Mereka berbatu-batu. Kepadatannya lebih besar dari 3 gram per sentimeter kubik. Sebagai konteks, air adalah 1 gram per sentimeter kubik. Ini adalah dunia yang solid.
Raksasa luar—Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus—mengisahkan cerita yang berbeda. Mereka sangat besar. Kepadatannya kurang dari 2 gram per sentimeter kubik. Jupiter dan Saturnus sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium. Uranus dan Neptunus bercampur dalam es dan batu. Mereka adalah planet Jovian, atau raksasa.
Pluto duduk dengan canggung di tengah. Ini adalah benda sedingin es dengan kepadatan rendah. Ini lebih kecil dari Bulan di Bumi. Ini lebih mirip komet atau bulan es besar daripada planet. Mengklasifikasikannya sebagai objek Sabuk Kuiper masuk akal karena anomalinya. Ia termasuk dalam puing-puing es, bukan planet raksasa.
Perisai dan Atmosfer
Planet-planet dalam yang kecil mempunyai permukaan padat. Mereka tidak memiliki sistem cincin. Mereka memiliki sedikit atau tidak ada bulan sama sekali. Atmosfernya kental dengan senyawa teroksidasi seperti karbon dioksida.
Bumi adalah anomali di antara mereka. Ia memiliki medan magnet yang kuat. Medan ini bertindak sebagai perisai terhadap medium antarplanet. Ini menjebak partikel bermuatan listrik di wilayah yang disebut magnetosfer. Di dalam magnetosfer itu terdapat sabuk Van Allen. Ini adalah zona partikel berenergi tinggi.
Mengapa bumi mempunyai perisai ini dan bumi lainnya tidak? Teksnya tidak menyebutkannya. Tapi itu penting. Tanpa magnetosfer tersebut, atmosfer kemungkinan besar sudah terkelupas sejak lama. Planet-planet bagian dalam terbuka. Bumi memakai baju besi. Planet-planet luar bergantung pada massanya untuk menampung hidrogen dan heliumnya. Pluto mengandalkan lokasinya yang jauh dan dingin. Tata surya adalah kumpulan strategi bertahan hidup yang berbeda.
Kompleksitas Tersembunyi Tata Surya Bagian Luar
Lupakan semua yang Anda ketahui tentang tanah padat. Empat raksasa gas—Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus—sangat besar. Atmosfer mereka merupakan selimut tebal hidrogen dan helium yang membentang hingga kedalaman yang sangat dalam. Tidak ada permukaan untuk berdiri. Hanya lapisan gas yang semakin padat hingga berubah menjadi cairan eksotik di bawah tekanan ekstrem.
Kepadatannya sangat rendah sehingga Saturnus, jika Anda dapat menemukan bak mandi yang cukup besar, akan mengapung. Mereka juga memiliki ciri-ciri yang sama: medan magnet, sistem cincin, dan pasukan bulan. Kami masih menemukan yang baru. Pluto, yang pernah dianggap sebagai planet kesembilan, berada di pinggiran. Ia memiliki lima bulan yang diketahui dan tidak memiliki cincin. Tapi itu tidak sendirian. Objek lain di Sabuk Kuiper dan bahkan beberapa asteroid memiliki satelitnya sendiri.
Bulan-bulan ini bukan sekadar batu. Itu adalah dunia. Sebagian besar mengorbit ke arah yang sama dengan arah perjalanan planet mereka mengelilingi Matahari. Tapi lingkungan mereka? Sangat berbeda.
Io, salah satu bulan Jupiter, adalah mimpi buruk vulkanik. Ini adalah benda vulkanik paling aktif di tata surya. Lava mengalir terus-menerus.
Titan Saturnus lebih besar dari Merkurius. Planet ini memiliki atmosfer yang padat, lebih tebal dari Bumi, dan dipenuhi dengan nitrogen dan metana. Hujan hidrokarbon cair terjadi di permukaannya.
Lalu ada Triton yang mengorbit mundur Neptunus. Orbit mundur. Ia bergerak berlawanan dengan putaran Neptunus. Hal ini menunjukkan bahwa ia ditangkap, bukan dibentuk pada tempatnya. Permukaannya 37 kelvin. Suhunya -393°F. Geyser nitrogen menyembur dari kerak esnya ke atmosfer tipis.
Asteroid dan komet
Dari Mana Asalnya Asteroid?
Asteroid adalah sisa-sisa batuan sisa pembentukan tata surya. Mereka kebanyakan nongkrong di sabuk asteroid antara Mars dan Jupiter. Namun ada juga yang tersesat di dekat Bumi.
Komet berbeda. Itu adalah bola tanah yang sedingin es. Ketika mereka mendekati Matahari, mereka menjadi panas. Gas dan debu keluar, menciptakan koma bercahaya dan ekor yang menjauhi Matahari.
Mengapa ini penting? Karena benda kecil ini menyimpan petunjuk. Mereka tidak banyak berubah sejak tata surya terbentuk 4,6 miliar tahun lalu. Mempelajarinya memberi tahu kita bagaimana planet terbentuk. Bagaimana air sampai ke bumi. Bagaimana kehidupan bisa dimulai.
Bagaimana Bulan Terbentuk?
Kebanyakan bulan terbentuk di samping planetnya dari piringan gas dan debu yang berputar-putar. Tapi tidak semua.
Orbit mundur Triton membuktikan bahwa ia tidak terbentuk bersama Neptunus. Ia ditangkap oleh gravitasi planet. Peristiwa tabrakan juga dapat menciptakan bulan. Bulan di Bumi kemungkinan besar terbentuk setelah benda seukuran Mars menghantam planet muda kita. Puing-puing menyatu menjadi Bulan yang kita lihat sekarang.
Beberapa bulan, seperti Amalthea milik Jupiter, berbentuk tidak beraturan. Mereka berukuran kecil, bentuknya tidak beraturan, dan mengorbit jauh dari planetnya. Mereka mungkin ditangkap oleh asteroid.
Sistem Cincin Terbuat Dari Apa?
Kita sering menganggap cincin itu benda padat. Sebenarnya tidak. Mereka adalah miliaran partikel kecil. Es dan batu. Setiap partikel mengorbit secara independen.
Cincin Saturnus adalah yang paling terlihat. Sebagian besar berupa es air. Ada yang berupa debu, ada pula yang berupa bongkahan lebih besar. Cincinnya tipis—kadang tebalnya hanya 10 meter—tetapi lebarnya. Mereka menjangkau ratusan ribu kilometer.
Yupiter, Uranus,
Asteroid dan komet hanyalah sisa-sisa. Mereka adalah puing-puing dari era kekacauan ketika planet-planet berkumpul di tata surya bagian dalam dan luar. Sabuk asteroid adalah kuburan benda-benda berbatu.
Ukurannya sangat bervariasi.
Di bagian atas duduk Ceres. Ini sangat besar, membentang sekitar 940 km (585 mil). IAU saat ini mengklasifikasikannya sebagai planet kerdil, namun cocok dengan deskripsi fisik asteroid besar. Di bawahnya? Semuanya sampai ke debu mikroskopis. Sabuk tersebut dipenuhi dengan partikel-partikel yang melayang di angkasa.
Beberapa dari batuan ini melintasi orbit Bumi.
Kedekatan itu menimbulkan risiko. Dampak besar jarang terjadi namun merupakan bencana besar. Benda-benda yang berukuran lebih dari 1 km (0,6 mil) membawa energi yang cukup untuk menghancurkan planet ini. Kami melihat hasilnya 65 juta tahun yang lalu. Serangan asteroid memicu kepunahan massal yang memusnahkan dinosaurus.
Benda-benda yang lebih kecil jauh lebih sering terkena.
Mereka terbakar di atmosfer atau daratan sebagai meteorit. Seringkali, mereka hanya menimbulkan sedikit kerusakan. Namun yang sampai ke permukaan memberikan petunjuk.
Terbuat dari Apa Asteroid?
Kami telah mempelajarinya dari Bumi. Kami telah mengirim pesawat luar angkasa untuk terbang melewati mereka. Datanya konsisten.
Asteroid tidak seragam.
- Beberapa terbuat dari logam. Mereka pada dasarnya adalah besi.
- Lainnya berbatu.
- Kelompok ketiga kaya akan senyawa organik.
Meteorit kaya karbon ini menyerupai meteorit kondrit berkarbon. Mereka mengandung bahan-bahan penyusun kehidupan.
Kunjungan pesawat luar angkasa mengungkap lebih banyak hal.
Permukaannya tidak beraturan. Mereka bopeng dengan kawah. Hal ini menunjukkan adanya sejarah kekerasan. Mereka telah dibombardir selama miliaran tahun.
Mengapa Itu Penting Saat Ini
Badan-badan ini adalah kapsul waktu.
Mereka mempertahankan material primitif dari awal tata surya. Mereka tidak banyak berubah sejak planet terbentuk. Mempelajarinya memberi tahu kita bagaimana Bumi dan tetangganya terbentuk.
Namun ada juga bahayanya.
Benda-benda yang melestarikan sejarah kuno juga dapat menghapus peradaban modern. Kami melacaknya bukan hanya demi ilmu pengetahuan, namun demi kelangsungan hidup. Asteroid dekat Bumi selalu menjadi pengingat. Proses pembangunan planet tidak berhenti begitu saja. Ia meninggalkan alat yang dapat menciptakan dunia. Atau hancurkan mereka.
Batas antara kekayaan ilmiah dan ancaman eksistensial sangatlah tipis. Itu diukur dalam kilometer dan kecepatan tumbukan. Kami mengawasi mereka dengan cermat. Kami selalu punya.
Kebanyakan orang membayangkan asteroid sebagai puing-puing batu dan komet sebagai bola salju sedingin es. Perbedaan itu masih dalam pengawasan. Inti komet pada dasarnya berbeda dari inti komet yang berbatu. Es air mendominasi komposisinya. Anda juga menemukan karbon dioksida beku, karbon monoksida, dan metanol tercampur ke dalam pembekuan. Ini bukanlah bola es murni. Mereka dipenuhi dengan debu batu dan beragam senyawa organik. Beberapa biji-bijian berukuran kecil. Beberapa komet mungkin mengandung lebih banyak kotoran daripada es. Campuran ini penting. Ini memberi tahu kita bagaimana tata surya awal mengumpulkan materi.
Komet Periode Panjang dan Awan Oort
Komet terbagi dalam kategori berdasarkan periode orbitnya. Itulah waktu yang dibutuhkan mereka untuk mengelilingi Matahari. Komet berperioda panjang membutuhkan waktu lebih dari 200 tahun untuk menyelesaikan satu putaran. Seringkali, dibutuhkan waktu jutaan tahun. Wisatawan ini berasal dari awan Oort. Ini adalah cangkang bola yang mengelilingi tata surya. Inti di sana berbentuk tidak beraturan. Jaraknya hanya beberapa kilometer.
Mereka menghabiskan sebagian besar keberadaannya dalam kondisi beku. Mereka duduk pada jarak yang sangat jauh dari Matahari. Kita berbicara tentang seperlima perjalanan menuju bintang terdekat. Kita tidak bisa melihatnya dari Bumi. Kehadiran mereka disimpulkan melalui pengamatan orbitnya. Orbit ini sangat elips. Eksentrisitasnya mendekati satu. Ketika mereka akhirnya mendekati Matahari, mereka berputar mengelilinginya dan kembali keluar.
Jalan mereka bisa condong ke segala arah. Keacakan ini menegaskan bahwa awan Oort berbentuk bola. Ini adalah reservoir material primordial yang sangat besar. Kami belum mendarat di objek-objek ini. Kami belum menyentuhnya. Kita hanya melihatnya ketika gravitasi mengganggu mereka di dalam.
Komet Periode Pendek dan Sabuk Kuiper
Komet berperioda pendek kembali lebih cepat. Mereka membutuhkan waktu kurang dari 200 tahun untuk mengorbit. Banyak yang kembali setiap beberapa dekade. Sumbernya berbeda. Itu adalah sabuk Kuiper. Wilayah ini terletak di luar Neptunus. Jaraknya jauh lebih dekat daripada awan Oort. Itu terletak di bidang tata surya.
Komet dari sini mengikuti aturan yang berbeda. Mereka bergerak dalam orbit yang lebih bulat. Mereka prograde, artinya mengorbit searah dengan planet. Menstruasi mereka seringkali 20 tahun atau kurang. Sabuk Kuiper telah difoto. Teleskop besar telah menangkap gambar inti atomnya. Objek-objek ini lebih mudah diakses dibandingkan yang ada di awan Oort. Namun mereka tetap menjaga jarak.
Perbedaan antara kedua populasi ini sangat mencolok. Komet berperioda panjang datang dari segala arah. Komet berperioda pendek berada di dekat bidang ekliptika. Pemisahan ini menunjukkan sejarah pembentukan yang berbeda. Atau setidaknya lokasi penyimpanan yang berbeda. Sabuk Kuiper lebih dekat. Kita bisa melihatnya. Awan Oort secara teoretis didasarkan pada mekanika orbital. Terlalu jauh untuk diamati secara langsung.
Mengapa ini penting? Komposisi inti-inti ini menyimpan petunjuk pembentukan planet. Bahan organik dalam komet mungkin telah menyebar ke Bumi pada masa awal. Airnya mungkin berasal dari badan es ini. Memahami dari mana mereka berasal membantu kita memahami dari mana kita berasal. Kami masih menyusun peta tata surya bagian luar. Sabuk Kuiper terlihat. Awan Oort masih tersembunyi. Kami menunggu pengunjung berikutnya muncul dari kegelapan.
Jejak puing-puing komet dan angin matahari
Komet tidak hanya berkeliaran di kegelapan. Saat mereka berayun paling dekat dengan Matahari, panasnya menerpa mereka dengan keras. Ini bukan pemanasan yang lembut. Inti atom mengeluarkan gas dan debu. Bahan ini berkembang menjadi koma yang tidak jelas dan membentang menjadi ekor yang panjang dan tipis. Gasnya hanyut ke dalam kehampaan. Namun butiran debu tetap tertinggal. Silikat dan senyawa organik mengorbit Matahari pada jalur yang hampir identik dengan komet induknya.
Hal ini menciptakan sebuah jejak. Pita puing.
Saat orbit Bumi melintasi salah satu pita berdebu ini, kita akan mengalami hujan meteor. Pengamat malam hari mungkin melihat puluhan atau ratusan bintang jatuh per jam. Butiran debu terbakar di bagian atas atmosfer. Ini sebuah pertunjukan. Tapi itu tidak acak. Meskipun kita melihat meteor secara acak setiap malam, lajunya melonjak selama peristiwa ini. Bahkan rata-rata setiap harinya, atmosfer bumi dibombardir oleh lebih dari 80 ton debu. Sebagian besar merupakan puing-puing asteroid atau komet. Kita terus-menerus berenang melewati sisa-sisa tata surya kita.
Media antarplanet
Ruang tidak kosong. Itu tidak hanya berisi puing-puing.
Ruang antar planet mengandung proton, elektron, dan ion. Ini adalah unsur melimpah yang mengalir keluar dari Matahari. Mereka membentuk angin matahari. Kadang-kadang, jilatan api matahari raksasa terjadi di permukaan Matahari. Letusan yang berumur pendek ini mengeluarkan materi dan radiasi berenergi tinggi. Ini menambah campurannya. Itu adalah media antarplanet.
Pada tahun 2012, Voyager 1 melintasi batas. Ia berpindah dari medium antarplanet ke medium antarbintang. Batasan itu disebut heliopause. Sejak melewatinya, Voyager 1 telah mengukur sifat-sifat ruang antarbintang. Ini adalah benda buatan manusia pertama yang meninggalkan gelembung kita.
Upaya awal untuk menjelaskan asal usul kita
Semakin banyak data yang kita peroleh mengenai planet, bulan, komet, dan asteroid, semakin sulit menjelaskan dari mana segala sesuatu berasal. Teori-teori kuno longgar. Mereka tidak dibatasi oleh fakta.
Pendekatan ilmiah baru mungkin dilakukan setelah Isaac Newton menerbitkan hukum gerak dan gravitasinya pada tahun 1687. Itulah landasannya. Namun meski begitu, para ilmuwan masih kesulitan. Butuh waktu bertahun-tahun untuk menerapkan hukum Newton pada gerak nyata planet dan komet.
Pada tahun 1734, seorang filsuf Swedia bernama Emanuel Swedenborg mengusulkan sebuah model. Dia memperkirakan cangkang materi di sekitar Matahari pecah berkeping-keping. Potongan-potongan itu membentuk planet-planet. Itu adalah gagasan awal tentang tata surya yang terbentuk dari nebula asli.
Immanuel Kant memperluas gagasan ini pada tahun 1755. Filsuf Jerman membangun konsep Swedenborg. Dia memulai rantai pemikiran yang mendominasi selama satu abad.
Hipotesis nebular Kant-Laplace
Ide utama Kant sederhana saja. Tata surya dimulai sebagai awan partikel yang tersebar. Saling tarik menarik gravitasi menyebabkan mereka bergerak dan bertabrakan. Kekuatan kimia membuat mereka tetap terikat bersama.
Agregat yang lebih besar tumbuh lebih cepat. Mereka menarik lebih banyak materi. Akhirnya mereka membentuk planet.
Kant bukanlah seorang fisikawan atau matematikawan. Dia melewatkan keterbatasan pendekatannya sendiri. Modelnya tidak memperhitungkan mengapa planet-planet bergerak ke arah dan bidang yang sama. Hal ini juga tidak dapat menjelaskan revolusi satelit planet. Itu tidak lengkap.
Sebuah langkah maju yang signifikan terjadi 40 tahun kemudian. Pierre-Simon Laplace dari Perancis adalah seorang ahli matematika yang brilian. Dia berspesialisasi dalam mekanika angkasa. Dia menerbitkan sebuah risalah monumental tentang masalah ini. Dia juga menulis buku astronomi populer. Dalam lampirannya, ia memberikan saran tentang asal usul tata surya.
Model Laplace dimulai ketika Matahari sudah terbentuk. Itu berputar. Atmosfernya melampaui jarak terbentuknya planet terjauh. Laplace tidak mengetahui sumber energi pada bintang. Dia berasumsi Matahari akan mendingin karena memancarkan panas.
Saat Matahari mendingin, tekanan gas menurun. Matahari berkontraksi. Konservasi momentum sudut dimulai. Penurunan ukuran berarti peningkatan kecepatan rotasi. Akselerasi sentrifugal mendorong material atmosfer keluar. Gravitasi menariknya ke tengah. Ketika kekuatan-kekuatan ini seimbang, sebuah cincin material tertinggal. Ia berada di bidang ekuator Matahari.
Proses ini berulang. Beberapa cincin konsentris terbentuk. Setiap cincin menyatu menjadi sebuah planet. Bulan berasal dari cincin serupa yang dihasilkan oleh planet-planet pembentuknya.
Model Laplace menjelaskan mengapa planet-planet berputar mengelilingi Matahari dalam bidang dan arah yang sama. Ini menggabungkan gagasan Kant tentang penggabungan materi. Kedua pendekatan tersebut digabungkan. Mereka menjadi hipotesis nebular Kant-Laplace.
Itu diterima secara luas selama sekitar 100 tahun.
Namun tata surya mempunyai keunikan. Keteraturan gerakan yang tampak bertentangan dengan penemuan-penemuan. Ditemukan asteroid dengan orbit yang sangat eksentrik. Bulan dengan orbit retrograde ditemukan. Ini tidak cocok dengan cincin yang rapi.
Masalah lainnya adalah massa dan momentum. Matahari mengandung 99,9 persen massa tata surya. Planet-planet tersebut—sebagian besar merupakan empat planet raksasa terluar—memiliki lebih dari 99 persen momentum sudut. Agar teori Kant-Laplace dapat dipertahankan, Matahari harusnya berputar lebih cepat, atau planet-planet harus bergerak lebih lambat di sekitarnya. Mereka tidak melakukannya. Perhitungannya tidak cukup.
Pada awal tahun 1900-an, para ilmuwan telah menyelesaikan hipotesis nebular. Mereka melihat terlalu banyak kekurangan pada model lama. Thomas Chrowder Chamberlin dan Forest Ray Moulton di Amerika ikut serta. Belakangan, fisikawan Inggris James Jeans dan Harold Jeffreys menambahkan putaran mereka sendiri. Mereka mengusulkan asal muasal bencana. Idenya sederhana namun penuh kekerasan. Matahari bertemu dengan bintang lain dari jarak dekat.
Ketika kedua benda tersebut saling berpapasan, gravitasi menarik material keluar dari atmosfernya. Hal-hal itu hanyut. Akhirnya, itu mengumpul. Penggumpalan itu menjadi planet.
Namun ada masalah besar dalam hal ini. Jika pembentukan planet memerlukan tabrakan antar bintang, maka hal ini sangat jarang terjadi. Bintang-bintang berjauhan. Pertemuan jarak dekat jarang terjadi. Jika teori ini benar, tata surya di Bima Sakti seharusnya tidak ada. Itu tidak sesuai dengan kenyataan.
Masalah Gas
Pergeseran besar berikutnya terjadi pada pertengahan abad ke-20. Para ilmuwan akhirnya memahami bagaimana bintang terbentuk. Mereka juga memahami dinamika gas di sekitar bintang. Kesimpulannya sangat blak-blakan. Gas panas yang dilepaskan dari atmosfer bintang tidak akan menunggu untuk mengembun. Itu menghilang. Itu menyebar ke dalam kehampaan. Ia tidak pernah membentuk planet.
Model perjumpaan bintang sudah mati.
Pengetahuan tentang medium antarbintang mengubah segalanya. Ini adalah gas dan debu yang mengambang di antara bintang-bintang. Para peneliti menyadari awan ini berukuran besar. Mereka padat. Bintang tidak lahir di ruang kosong. Mereka terbentuk di dalam awan ini. Oleh karena itu, planet harus terbentuk melalui proses yang sama. Itu bukanlah peristiwa yang terpisah. Itu adalah bagian dari kelahiran sang bintang.
Para ilmuwan kembali ke dasar. Mereka menilik ide-ide lama dari Immanuel Kant dan Pierre-Simon Laplace. Data baru ini mendukung beberapa konsep lama dan lebih lembut.
Konsensus Modern
Saat ini, kita memperlakukan asal usul tata surya sebagai standar pembentukan bintang. Bidang ini telah menyempit secara signifikan. Kami memiliki lebih banyak data observasi daripada sebelumnya. Kami mengamati daerah pembentuk bintang di awan antarbintang raksasa. Kami menganalisis sidik jari kimia yang tersisa di objek tata surya yang ada. Model-model yang masuk akal telah menyusut menjadi beberapa kandidat yang solid.
Alistair G.W. Cameron, astrofisikawan Amerika kelahiran Kanada, berperan penting dalam perspektif modern ini. Karyanya membantu mengalihkan fokus dari kecelakaan yang membawa bencana ke proses yang bertahap dan inheren.
Pembentukan nebula matahari
Cerita standar tentang asal mula tata surya kita jauh lebih dinamis dibandingkan gambar statis. Ini dimulai dengan awan gas dan debu yang sangat besar, tidak sebesar Matahari yang kita miliki saat ini. Hanya sepuluh hingga dua puluh persen massa Matahari saat ini. Itu saja. Sepetak kecil medium antarbintang.
Apa yang memicu keruntuhan? Bisa jadi itu adalah keacakan. Fluktuasi kepadatan acak di dalam awan. Satu rumpun menjadi cukup berat untuk menarik rumpun tetangganya. Atau mungkin ada faktor eksternal yang menyebabkan masalah ini. Gelombang kejut dari supernova di dekatnya. Fisika tidak peduli dengan pemicunya, hanya hasilnya.
Gravitasi mengambil alih. Awan runtuh ke dalam. Itu tidak bertahan lama. Karena keseluruhannya mengorbit pusat Bima Sakti, tepi luarnya bergerak lebih lambat dibandingkan tepi dalam. Kekuatan geser ikut berperan. Awan mulai berputar. Dan saat ia menyusut, putarannya semakin cepat. Kekekalan momentum sudut adalah aturan yang ketat. Berputar lebih cepat saat Anda semakin kecil.
Rotasi ini mengubah bentuk. Gravitasi menarik ke dalam. Gaya sentrifugal mendorong keluar. Namun mereka tidak bertarung secara merata ke segala arah. Gravitasi menang dengan mudah tegak lurus terhadap sumbu putaran. Materi jatuh ke dalam menuju pusat. Namun, di sepanjang bidang rotasi, gaya sentrifugal melawan balik dengan keras. Ia menolak keruntuhan.
Awan menjadi datar. Itu menjadi disk. Bahan pancake yang berputar. Di tengah, semuanya bertumpuk. Bentuk kondensasi padat. Ini cocok dengan struktur dasar model nebular Laplace, namun dengan ketelitian astrofisika modern. Kami tidak hanya menebak-nebak lagi. Kami melacak dinamika fluida dari keruntuhan piringan protobintang.
Mengapa Tata Surya berbentuk Cakram Rata
Geometri di sini tidak bisa dinegosiasikan. Jika Anda ingin membangun sebuah planet, Anda memerlukan pesawat. Anda tidak dapat membentuk planet dalam bola yang kacau jika materinya mempunyai momentum sudut. Struktur piringan menentukan tempat terbentuknya planet. Ini menentukan sudut orbitnya. Sebagian besar planet besar mengorbit pada bidang yang hampir sama karena perataan awal ini.
Kondensasi pusat menjadi Matahari. Tapi disknya tetap ada. Ini adalah nebula matahari. Materi di dalam disk adalah tempat cerita selanjutnya diputar. Butiran debu bertabrakan. Mereka tetap bersatu. Mereka tumbuh. Namun hal itu memerlukan waktu. Dan lingkungan yang stabil. Disk menyediakan itu.
Peran Momentum Sudut dalam Pembentukan Planet
Momentum sudut adalah tangan yang tidak kasat mata. Tanpanya, Anda mendapatkan bintang dan tidak ada yang lain. Atau mungkin bintang yang dikelilingi cangkang bulat yang tidak pernah mengendap. Perataan ini penting untuk pertambahan. Hal ini memungkinkan materi untuk menyatu secara efisien.
Pertimbangkan penghalang sentrifugal. Ini menghentikan materi agar tidak jatuh langsung ke pusat. Sebaliknya, materi mengorbit. Itu tetap di disk. Materi yang mengorbit ini adalah bahan bakar mentah bagi planet. Bulan. Asteroid. Seluruh arsitektur tata surya bergantung pada rotasi awal tersebut.
Massa awalnya kecil. Sepuluh hingga dua puluh persen Matahari. Tapi gravitasi menguat. Dibutuhkan sebutir benih kecil dan mengubahnya menjadi bintang. Dan dalam prosesnya, hal itu menciptakan panggung untuk segala hal lainnya. Disk bukan hanya puing-puing. Itu adalah fondasinya.
“Hasil pada tahap ini, seperti pada model Laplace, adalah piringan material yang terbentuk di sekitar pusat kondensasi.”
Kami adalah
Bagaimana Nebula Matahari Membangun Planet
Nebula matahari bukan sekadar awan acak. Itu adalah piringan pipih, mencerminkan bentuk galaksi spiral tetapi dalam proporsi kosmik versi skala manusia yang sangat kecil. Ketika gas dan debu runtuh ke dalam menuju pusat, energi potensial berubah menjadi energi kinetik. Panasnya melonjak. Akhirnya, kondensasi pusat menjadi cukup panas untuk memicu fusi nuklir. Matahari lahir.
Sementara itu, sisa materi dalam disk itu tidak diam. Itu bertabrakan. Itu macet. Itu tumbuh.
Sebagian besar butiran ini memiliki orbit yang hampir sama. Tabrakan terjadi dengan lembut. Bukan jenis yang bisa menghancurkan batu, tapi jenis yang membiarkan batu-batu itu menyatu. Gumpalan kecil menjadi gumpalan yang lebih besar. Proses ini, mengingatkan pada teori awal Immanuel Kant, secara bertahap membangun objek yang lebih besar dari kekacauan tersebut.
Garis Salju dan Pemisahan Planet
Di sinilah letak tata surya mendapatkan arsitekturnya. Suhu turun seiring dengan jarak dari pusat massa yang panas. Gradien ini menciptakan garis keras di pasir—atau lebih tepatnya es.
Dekat dengan Matahari, suhunya terlalu panas sehingga air tidak bisa membeku. Namun pada jarak sekitar 5 Satuan Astronomi (AU)—jarak Jupiter saat ini dan sekitarnya—air bisa mengembun menjadi es. Ini bukanlah detail kecil. Air adalah molekul paling melimpah kedua di alam semesta, setelah molekul hidrogen. Di mana air bisa membeku, material padat berlimpah.
Benda-benda yang terbentuk di zona dingin itu memiliki banyak makanan padat untuk dimakan. Mereka tumbuh besar dengan cepat. Ketika sebuah benda yang bertambah mencapai sepuluh kali massa Bumi, gravitasinya menjadi cukup kuat untuk mengambil hidrogen dan helium. Ini adalah unsur paling ringan dan paling melimpah yang pernah ada. Planet-planet di zona terluar ini tidak hanya menumbuhkan batuan; mereka menumbuhkan atmosfer. Mereka menjadi raksasa.
Di dalam orbit Jupiter, ceritanya berbeda. Planet-planet bagian dalam terbentuk dalam suhu yang terlalu panas sehingga zat-zat yang mudah menguap tidak dapat bertahan di dalamnya. Air, karbon dioksida, amonia—tetap berbentuk gas. Mereka meledak. Planet-planet bagian dalam tetap kecil. berbatu-batu. Padat.
Para astronom menyebut batas tempat air es dapat membentuk “garis salju”. Suhunya sekitar 150 Kelvin (-190 °F). Di dalam garis itu? Silikat. Butiran logam. Batuan. Di luar? Es. Gradien kepadatan masih terlihat hingga saat ini. Bulan Bumi, terbuat dari mineral silikat, memiliki kepadatan 3,3 gram per sentimeter kubik. Bulan Saturnus, Tethys? Sebagian besar berupa air es. Kepadatannya sekitar 1 gram per sentimeter kubik.
Retak pada Model Tradisional
Kedengarannya logis. Itu sesuai dengan datanya. Lalu mengapa model ini menghadapi tantangan serius sejak awal tahun 1990an?
Ada dua masalah utama yang mematahkan narasi sederhana tersebut.
Pertama, penemuan planet ekstrasurya. Kami menemukan tata surya lain dengan planet raksasa yang mengorbit sangat dekat dengan bintangnya. Jupiter Panas. Mereka seharusnya tidak ada jika model nebula surya hanya mengikuti gradien suhu. Jika mereka terbentuk di tempat yang dingin dan bermigrasi ke dalam, hal ini menambah lapisan kompleksitas yang tidak dimiliki gambaran sederhana Kant-Laplace.
Kedua, misi pesawat luar angkasa Galileo ke Jupiter. Data menunjukkan sesuatu yang tidak terduga. Atmosfer Jupiter diperkaya dengan argon dan molekul nitrogen. Gas-gas ini memerlukan suhu 30 Kelvin (-400 °F) atau lebih rendah untuk mengembun dan terperangkap dalam benda es. Itu jauh lebih dingin daripada garis salju tradisional. Hal ini menunjukkan bahwa inti Jupiter terbentuk lebih jauh dari perkiraan kita, atau nebula matahari awal jauh lebih dingin dari perkiraan model.
Penyesuaian teori selanjutnya menunjukkan bahwa suhu di dekat bidang pusat nebula mungkin sekitar 25 Kelvin. Lebih keren dari perkiraan kami. Namun misterinya belum sepenuhnya terpecahkan.
Kecepatan Formasi
Meskipun ada gangguan ini, inti model nebula surya tetap bertahan. Pengamatan inframerah dan radio terhadap bintang-bintang muda mengkonfirmasi keberadaan piringan materi. Dan mereka mengkonfirmasi kecepatannya.
Pembentukan planet bukanlah proses yang santai. Ini panik.
Awan antarbintang runtuh menjadi piringan dalam waktu sekitar satu juta tahun. Tapi partikel padat tidak menunggu lama. Mereka menetap di bidang tengah. Cepat.
Untuk partikel berukuran 1 mikrometer, pengendapan membutuhkan waktu 100.000 tahun. Untuk kerikil berukuran 1 sentimeter? Hanya 10 tahun.
Ketika bidang tengah semakin padat, tabrakan semakin sering terjadi. Pertumbuhan semakin cepat. Medan gravitasi menguat. Perhitungannya brutal tetapi efisien. Objek berdiameter 10 kilometer—planetesimal, bahan penyusun dunia—terbentuk hanya dalam 1.000 tahun.
Kita dihadapkan pada alam semesta yang membangun dunia dalam sekejap mata kosmik, meskipun kita masih memikirkan bagaimana tepatnya bagian-bagian tersebut dapat menyatu. Disknya runtuh. Panasnya meningkat. Es terbentuk. Dan di tengah kekacauan itu, sebuah planet mulai menyatu.
Kekacauan Tahap Akhir Pembangunan Planet
Akresi tidak berhenti ketika sebuah planet mencapai ukuran akhirnya. Itu terus berjalan. Dan itu menjadi kekerasan. Energi yang dilepaskan selama dampak tahap akhir ini cukup untuk menguapkan batuan dan melelehkan seluruh kerak bumi. Materi primitif dan kental yang memulai proses diacak seluruhnya.
Model teoritis menunjukkan bahwa beberapa benda seukuran Bulan dan Mars—embrio planet—terbentuk bersamaan dengan planet yang kita lihat sekarang. Ketika raksasa-raksasa ini bertabrakan dengan planet-planet yang sedang tumbuh, hasilnya sangat kacau. Mungkin itulah sebabnya Merkurius memiliki kepadatan yang sangat tinggi. Atau mengapa Venus berputar mundur dengan sangat lambat. Bumi juga tidak lolos. Embrio seukuran Mars menghantam planet kita, mengeluarkan puing-puing yang akhirnya menyatu menjadi Bulan. Tabrakan yang lebih kecil di Mars menipiskan atmosfernya hingga mencapai kondisi tipis seperti yang kita lihat sekarang.
Waktu tidak banyak membantu mengatasi panasnya cuaca. Isotop dari unsur radioaktif berumur pendek dalam sampel bulan dan meteorit memberi tahu kita bahwa planet bagian dalam dan Bulan selesai terbentuk dalam waktu 50 juta tahun setelah runtuhnya nebula matahari. Namun pembersihannya memakan waktu lebih lama. Pengeboman dengan puing-puing sisa terus berlanjut secara intensif selama 600 juta tahun berikutnya. Dampak-dampak selanjutnya ini hanya menambah sedikit massa. Mereka hanya merusak permukaannya saja.
Bagaimana Planet Luar Menangkap Bulannya
Aturan pertambahan yang sama diterapkan ke luar. Tapi di sini, bahan-bahannya berbeda. Planetesimal es membangun objek yang massanya sepuluh kali massa Bumi. Massa tersebut cukup berat untuk menarik gas dan debu di sekitarnya dari nebula surya. Planet-planet tumbuh begitu besar sehingga komposisinya mencerminkan Matahari: sebagian besar berupa hidrogen dan helium.
Setiap planet raksasa mengembangkan mini-disknya sendiri, sebuah subnebula. Disk ini menjadi sumber pembentukan satelit reguler. Bulan-bulan ini memiliki orbit ekuator berbentuk lingkaran yang sesuai dengan arah rotasi planet. Mereka lahir dari disk.
Satelit tidak beraturan mempunyai cerita yang berbeda. Mereka memiliki orbit yang eksentrik, miring, atau mundur. Mereka tidak dilahirkan di subnebula. Mereka ditangkap. Benda-benda ini awalnya mengorbit Matahari hingga gravitasi planet menangkapnya. Triton di Neptunus dan Phoebe di Saturnus adalah contoh klasiknya. Setiap planet raksasa memiliki setidaknya satu bulan yang tertangkap di pengiringnya.
Bulan-bulan Jupiter di Galilea menunjukkan pola kepadatan yang mencerminkan tata surya secara keseluruhan. Io dan Europa berdekatan dan berbatu-batu. Ganymede dan Callisto berada jauh dan setengah es. Mengapa? Jupiter awal cukup panas untuk mencegah es mengembun di dekat orbit Io. Gradien panas menentukan komposisi.
Yang Tersisa: Asteroid dan Komet
Setelah sebagian besar materi menggumpal menjadi objek-objek terpisah, angin matahari meningkat pesat. Ini meniup sisa gas dan debu keluar dari sistem. Kita melihat arus keluar serupa di sekitar bintang-bintang muda saat ini. Puing-puing yang lebih besar masih tersisa.
Pertumbuhan pesat Jupiter menciptakan kesenjangan antara Jupiter dan Mars. Ini mencegah terbentuknya planet di sana. Celah tersebut kini menjadi sabuk asteroid. Ribuan benda hidup di sana, namun massa totalnya kurang dari sepertiga massa Bulan. Meteorit yang ada di Bumi sebagian besar berasal dari asteroid tersebut. Mereka adalah kapsul waktu yang memberikan petunjuk tentang kondisi awal nebula.
Lebih jauh lagi, inti komet es mewakili planetesimal yang terbentuk dalam cuaca dingin. Kebanyakan berukuran kecil. Chiron, objek Centaur, lebarnya sekitar 200 km. Ia bertindak seperti komet, meskipun pernah diklasifikasikan sebagai asteroid. Pluto dan Eris, di sabuk Kuiper, jauh lebih besar.
Kebanyakan objek sabuk Kuiper terbentuk di tempatnya. Namun perhitungan menunjukkan miliaran planetesimal es dikeluarkan oleh planet-planet raksasa saat mereka bermigrasi. Benda-benda yang dikeluarkan tersebut menjadi awan Oort.
Mengapa Raksasa Gas Memakai Cincin
Pembentukan sistem cincin merupakan konsekuensi langsung dari evolusi planet. Itu bukanlah peninggalan kuno dari nebula matahari. Itu adalah puing-puing sementara yang didaur ulang.
Bulan bisa berkeliaran terlalu dekat dengan planetnya. Jika melewati batas Roche, gaya pasang surut akan menghancurkannya. Pecahannya tidak jatuh ke permukaan. Mereka menyebar ke dalam disk. Disk itu menjadi sebuah cincin. Alternatifnya, komet atau asteroid dapat tersangkut dan hancur akibat benturan. Puing-puing tersebut digiling menjadi debu dan batu.
Cincin Saturnus sangat besar. Itu mungkin sisa-sisa bulan yang hancur. Atau bisa juga berupa material yang tidak pernah terkumpul di satelit karena gaya pasang surut. Uranus dan Neptunus memiliki cincin yang lebih tipis dan gelap. Bahannya kemungkinan besar lebih tua, lebih gelap, dan lebih banyak diproses.
Cincin itu dinamis. Mereka berubah. Dampak radiasi dan mikrometeoroid mengubah komposisinya. Gelombang gravitasi di dalam cincin dapat menimbulkan celah atau gumpalan. Bulan dapat menggembalakan tepian cincin, menjaganya tetap tajam. Tanpa interaksi berkelanjutan ini, cincin akan menghilang atau menyatu kembali menjadi bulan. Ini adalah tanda mekanika planet yang aktif, bukan sejarah yang statis.
Tata surya yang kita lihat saat ini adalah kuburan tabrakan. Setiap fitur, mulai dari kepadatan Merkurius hingga cincin Saturnus, adalah bekas luka atau sisa dari masa muda yang kacau balau.
Cincin bukan sekadar hiasan cantik. Mereka adalah bukti fisik dari aturan gravitasi yang keras.
Kita melihatnya di sekitar Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Masing-masing berada dalam batas tertentu. Ini disebut batas Roche. Nama tersebut berasal dari Édou Roche, seorang matematikawan Perancis abad ke-19. Dia menemukan alasan mengapa materi tetap menjadi debu dan bukannya menggumpal menjadi bulan.
Dalam batas ini, dua batu kecil tidak akan saling menempel. Mengapa? Karena gravitasi planet menarik mereka secara berbeda. Satu sisi batu terasa tarikan lebih kuat dibandingkan sisi lainnya. Planet ini menang. Batu itu terkoyak. Itu tidak bisa bertambah. Itu tidak bisa tumbuh.
Medan gravitasi planet juga bertindak seperti pengaduk. Ini menyebarkan partikel. Ini meminimalkan tabrakan acak. Tidak ada tabrakan berarti tidak ada pertumbuhan. Hanya sebuah piringan datar berisi puing-puing.
Misteri Asal Usul Cincin
Ini menjelaskan di mana cincin berada. Tidak dijelaskan kapan mereka sampai di sana. Atau bagaimana mereka tetap terkendali secara radial.
Jawabannya berbeda-beda di setiap planet.
Bagi Jupiter, sistemnya stabil. Ini adalah keseimbangan antara kelahiran dan kematian. Bulan-bulan bagian dalam terus-menerus mengeluarkan partikel. Debu segar menggantikan debu lama. Itu adalah ban berjalan yang berisi puing-puing.
Saturnus lebih rumit. Para ilmuwan terpecah. Salah satu kubu mengatakan cincin itu kuno. Sisa-sisa dari saat planet ini terbentuk. Kubu lain berpendapat mereka masih muda. Mungkin baru berumur beberapa ratus juta tahun. Itu adalah sekejap dalam waktu kosmik.
Apa pun yang terjadi, kemungkinan besar sumbernya adalah planetesimal es. Sisa-sisa makanan yang besar ini bertabrakan. Mereka hancur. Fragmen yang dihasilkan adalah partikel kecil yang kita lihat sekarang.
Memecahkan Puzzle Momentum Sudut
Ada masalah lain yang membingungkan para astronom awal. Teka-teki momentum sudut.
Kant dan Laplace mencoba menyelesaikannya. Mereka gagal. Masalahnya? Matahari mempunyai massa paling besar. Planet-planet mempunyai putaran terbanyak. Itu terbalik. Anda pasti mengharapkan hal besar untuk mempertahankan momentumnya.
Astronomi modern memecahkan masalah ini dengan melihat bintang. Benar-benar melihat mereka.
Bintang-bintang yang sedikit lebih berat dari Matahari kita berputar perlahan. Tidak secepat prediksi model fisika. Mereka mengalami defisit. Kurangnya putaran. Bintang terkecil pun menunjukkan masalah yang sama.
Pelakunya adalah angin matahari.
Matahari mempunyai atmosfer luar. Ia terus berkembang ke luar angkasa. Ini bukan sekedar udara kosong yang hanyut. Itu membawa massa. Ini membawa momentum.
Bintang bermassa tinggi tidak melakukan hal ini. Mereka tidak mempunyai angin bintang yang kuat. Mereka terus berputar. Matahari melakukannya. Ia kehilangan massanya ke luar angkasa. Kerugian ini memperlambat perputarannya.
Itu terjadi selama 4,6 miliar tahun. Matahari melambat. Planet-planet mempertahankan putaran yang mereka warisi dari nebula aslinya. Matahari menyerahkan momentum sudutnya ke kehampaan. Planet-planet mempertahankan miliknya. Itu sebabnya kita mengorbit bintang yang berputar lambat.
Pencarian planet ekstrasurya bukan hanya tentang mencari tetangga. Ini tentang memutus isolasi tata surya kita. Selama beberapa dekade, para astronom beroperasi dengan kendala yang parah. Mereka punya satu titik data. Bumi.
Bagaimana sebenarnya sistem planet terbentuk? Kami hanya bisa menebak dengan melihat halaman belakang rumah kami sendiri. Menemukan planet di sekitar bintang lain mengubah segalanya. Ini menghilangkan bias contoh tunggal. Ini mengubah spekulasi menjadi sains.
Namun menemukan dunia ini sulit dilakukan. Benda-benda ini berukuran kecil. Mereka redup. Dan mereka bersembunyi di balik sorotan bintang induknya yang menyilaukan. Pencitraan langsung dari teleskop berbasis Bumi? Hampir mustahil. Cahaya menyilaukan menyapu mereka.
Jadi para astronom menjadi pintar. Mereka mencari goyangan itu.
Tarikan yang tak terlihat
Planet tidak hanya diam di sana. Mereka menarik.
Sebuah planet raksasa menarik bintangnya. Hal ini menciptakan sedikit goyangan gravitasi pada pergerakan bintang di ruang angkasa. Para astronom melacak perubahan halus ini. Mereka juga mengamati perubahan berkala pada radiasi bintang. Planet ini menarik bintangnya ke arah kita, lalu menjauh. Pergeseran itu mengubah cahaya yang kita lihat.
Ada trik lain. Transit.
Ketika sebuah planet lewat di depan bintangnya, ia menghalangi sebagian kecil cahayanya. Bintang itu meredup. Sebentar saja. Mengukur penurunan kecerahan ini menjadi metode deteksi utama.
Selama bertahun-tahun, metode tidak langsung ini adalah satu-satunya jalan masuk. Citra langsung tetap menjadi cawan suci.
Deteksi pertama
Awal tahun 1990an memberikan bukti nyata pertama. Para astronom menemukan tiga benda yang mengelilingi PSR B1257+12.
Ini bukanlah bintang yang mirip matahari. Itu adalah pulsar. Bintang neutron yang berputar cepat. Mati, padat, dan berputar liar. Menemukan planet di sana sungguh mengejutkan. Hal ini menunjukkan bahwa pembentukan planet dapat terjadi bahkan setelah terjadinya supernova.
Lalu datanglah pengubah permainan. 1995.
Sebuah planet besar diumumkan sekitar 51 Pegasi. Ini berbeda. Ini adalah bintang mirip matahari. Bintang deret utama. Analog matahari yang tepat.
Penemuan ini menegaskan bahwa ada planet raksasa di luar sistem kita. Pada akhir tahun 1996, daftarnya bertambah. Tapi foto langsung? Masih di luar jangkauan.
Butuh waktu hingga tahun 2005 bagi para astronom untuk mengambil foto langsung pertama dari apa yang tampak seperti planet ekstrasurya. Pencarian selama puluhan tahun. Inferensi tidak langsung selama beberapa dekade. Terakhir, konfirmasi visual.
Jupiter panas dan aturan dilanggar
Ratusan sistem planet diketahui sekarang. Data membanjiri. Dan datanya aneh.
Banyak dari sistem ini mengandung planet raksasa. Jupiter. Tapi mereka tidak berada di tempat yang kita harapkan. Mereka mengorbit lebih dekat ke bintangnya dibandingkan Merkurius ke Matahari kita.
Ini adalah sebuah masalah.
Teori pembentukan standar mengatakan planet-planet raksasa pasti terbentuk jauh. Cukup jauh hingga terasa dingin. Cukup dingin hingga es mengembun. Es menyediakan material padat yang dibutuhkan untuk membangun inti yang masif. Jika terlalu panas, tidak ada es. Tidak ada planet raksasa.
Jadi bagaimana Hot Jupiters ini terbentuk?
Satu teori: migrasi.
Mungkin mereka terbentuk jauh di tempat yang dingin. Kemudian mereka pindah. Planet ini berinteraksi dengan piringan gas dan debu yang mengelilingi bintang. Kekuatan pasang surut menyeret planet ini ke dalam. Ia berputar perlahan menuju bintang. Itu berhenti ketika materi disk hilang. Bintang telah mengkonsumsinya.
Simulasi komputer mendukung hal ini. Tapi apakah itu seluruh kebenarannya? Para astronom masih terpecah.
Dilema garis salju
Sistem kami sendiri juga memiliki petunjuk.
Wahana Galileo jatuh ke atmosfer Jupiter. Ini mengukur argon dan nitrogen molekuler. Tingkat pengayaan menurun. Suhu tersebut tidak sesuai dengan suhu tinggi yang diperkirakan terjadi di dekat “garis salju” selama pembentukan.
Garis salju merupakan batas tempat senyawa volatil membeku menjadi es. Kami pikir ini penting untuk pembentukan planet raksasa. Tanpanya, Anda hanya akan mendapatkan planet berbatu.
Data Jupiter menunjukkan sebaliknya.
Mungkin garis salju tidak sebesar yang kita duga. Atau mungkin timelinenya salah. Mungkin es terbentuk sangat awal. Ketika bidang tengah nebula berada di bawah 25 K.
Pada suhu tersebut, garis salju akan lebih dekat ke Matahari dibandingkan Jupiter saat ini. Namun materi pada jarak sedekat itu tidak cukup untuk membangun sebuah planet raksasa.
Jadi es terbentuk jauh sekali. Namun kondisinya berbeda. Lebih dingin. Lebih awal.
Apa selanjutnya
Dekade pertama penemuan ekstrasurya didominasi oleh makhluk raksasa. Massanya mirip atau lebih besar dari Jupiter. Mereka mudah ditemukan. Massa yang besar berarti goyangan yang besar. Massa yang besar berarti transit yang lebih dalam.
Planet yang lebih kecil lebih sulit.
Seiring dengan kemajuan teknik deteksi, para astronom akan menemukan dunia yang lebih kecil. Yang seukuran bumi. Yang berbatu-batu.
Temuan-temuan kecil ini akan mengisi kekosongan yang ada. Mereka akan menunjukkan kepada kita bagaimana sistem seperti kita terbentuk. Bagaimana mereka berevolusi. Betapa umumnya kita.
Goyangan akan mengungkapkan lebih banyak. Peredupan akan mengekspos lebih banyak. Cahaya yang menyilaukan pada akhirnya akan kehilangan kekuatannya.
Kami masih mempelajari aturannya. Dan peraturannya terus berubah.
