AS2105 Astronomi & Lingkungan. Ferry M. Simatupang Prodi Astronomi Fakultas MIPA Institut Teknologi Bandung

Transkripsi

1 AS2105 Astronomi & Lingkungan Ferry M. Simatupang Prodi Astronomi Fakultas MIPA Institut Teknologi Bandung Last Updated: 6 December 2012

2 Bab 6 Pengantar Astrobiologi 2 1. Pencarian Exoplanet & Exolife 2. Habitable Zone & Terraforming

3 6.1. Pencarian Exoplanet & Exolife 3

4 Pencarian Exoplanet 4

5 Planet Dalam Tata Surya 5

6 Planet Dalam Tata Surya 6

7 Definisi Resolution 5A, IAU A planet [1] is a celestial body that is in orbit around the Sun, has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and has cleared the neighbourhood around its orbit. 7

8 Definisi Resolution 5A, IAU A "dwarf planet" is a celestial body that is in orbit around the Sun, 8 has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape [2], has not cleared the neighbourhood around its orbit, and is not a satellite.

9 Definisi Resolution 5A, IAU All other objects [3], except satellites, orbiting the Sun shall be referred to collectively as "Small Solar System Bodies".

10 Footnotes: Resolution 5A, IAU 2006 [1] The eight planets are: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune. 10 [2] An IAU process will be established to assign borderline objects into either dwarf planet and other categories. [3] These currently include most of the Solar System asteroids, most Trans-Neptunian Objects (TNOs), comets, and other small bodies.

11 Definisi Exoplanet (atau extrasolar planet): planet yang berada di luar tata surya kita, mengitari bintang lain 11

12 Definisi 12 Definisi planet (terkait exoplanet) oleh IAU: Objects with true masses below the limiting mass for thermonuclear fusion of deuterium (currently calculated to be 13 Jupiter masses for objects of solar metallicity) that orbit stars or stellar remnants are "planets" (no matter how they formed). The minimum mass/size required for an extrasolar object to be considered a planet should be the same as that used in our solar system. Substellar objects with true masses above the limiting mass for thermonuclear fusion of deuterium are "brown dwarfs", no matter how they formed nor where they are located. Free-floating objects in young star clusters with masses below the limiting mass for thermonuclear fusion of deuterium are not "planets", but are "sub-brown dwarfs" (or whatever name is most appropriate).

13 Mengapa Sulit Diamati? 13 Ukuran planet kecil relatif terhadap bintang induknya Letaknya jauh dari pengamat, dan kelihatan amat dekat dengan bintang induknya Perbedaan terang planet terhadap bintang teramat besar.

14 Cahaya bintang sangatlah terang 14

15 planet sangatlah redup, tersembunyi di balik cahaya bintang yang sangat terang 15

16 Planet ibarat kunang-kunang yang ukurannya sangat kecil dan cahayanya redup dibandingkan sebuah mercusuar 16

17 Metode Pencarian Planet Ekstrasolar 1. Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 2. Astrometri 3. Fotometri Transit 4. Gravitational Microlensing 5. Pencitraan Secara Langsung (Direct Imaging) 6. Pulsar Timing 7. Circumstellar Disk 8. Kontaminasi Atmosfer Bintang 17

18 Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) Yang diamati: kecepatan radial bintang induk (lewat spektrumnya) Dipengaruhi oleh inklinasi sistem. 18

19 Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 19

20 Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 20 Sumber:

21 Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 21 Sumber:

22 Tabel Perbandingan Kecepatan Radial 22

23 Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 23 r: jarak planet ke bintang induk G: konstanta gravitasi M star : massa bintang P star : periode bintang yang teramati

24 Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler): Contoh Hasil Pengamatan 24 Kurva kecepatan radial bintang 51 Pegasi Sumber:

25 Metode Kecepatan Radial (Spektroskopi Doppler) 25 Pergeseran Doppler minimum yang bisa terdeteksi: 0,97 m/s ( HARPS) Menghasilkan penemuan lebih dari separuh SKE yang diketahui saat ini.

26 Metode Astrometri 26 Yang diamati: gerak bintang di bidang langit Dipengaruhi oleh: perbandingan massa bintang induk terhadap planet jarak planet-bintang induk jarak sistem terhadap pengamat.

27 Contoh: Gerak Matahari yang akan terdeteksi jika diamati dari jarak 10 parsec. Gerak ini disebabkan oleh Jupiter. Metode Astrometri 27

28 Metode Astrometri 28 Gerak pusat massa (barycenter) tata surya relatif terhadap posisi Matahari

29 Metode Astrometri Metode yang sangat menjanjikan Keck memberikan resolusi 20 µas, dan bisa mendeteksi planet bermassa 66 M Bumi (untuk kasus a = 1 AU dan M Bintang = M Matahari, diamati dari jarak 10 pc) SIM: 1-2 µas. 29

30 Yang diamati: penurunan fluks cahaya bintang saat transit terjadi Hanya untuk sistem dengan inklinasi ~90. Metode Fotometri Transit 30

31 Unggul untuk mendeteksi planetplanet kecil Diperoleh juga informasi tentang dimensi planet dan komposisi atmosfer. Metode Fotometri Transit 31

32 Metode Fotometri Transit: Contoh Hasil Pengamatan Kepler 6 b 32 Intensitas Waktu

33 Metode Gravitational Microlensing 33

34 Metode Gravitational Microlensing Yang diamati: kurva cahaya bintang latar belakang yang mengalami efek penguatan oleh bintang yang memiliki planet Dari karakteristik lensing yang diamati, keberadaan dan orde massa planet bintang pelensa dapat dideteksi. 34

35 Metode Gravitational Microlensing 35 Pertamakali diusulkan tahun 1991 oleh Shude Mao dan Bohdan Paczyński dari Princeton University Amat berguna untuk mendeteksi sistem keplanetan yang berada diantara Bumi dan pusat galaksi

36 Metode Gravitational Microlensing 36 Tahun 2002, grup astronom Andrzej Udalski, Marcin Kubiak dan Michał Szymański dari Warsaw, dan Bohdan Paczyński melalui proyek OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) membangun workable technique. Selama satu bulan mereka mendeteksi beberapa kandidat planet, meski keterbatasan dari pengamatan tidak memungkinkan konfirmasi. Semenjak itu, empat exoplanet telah dikonfirmasi dideteksi dengan microlensing.

37 Metode Gravitational Microlensing Kejadian lensing jarang terjadi, dan pengamatan tidak bisa diulang Cukup sensitif untuk mendeteksi planet seukuran Bumi. 37

38 Metode Direct Imaging Ide: mengurangi perbandingan terang cahaya dari bintang dan planet Pengamatan sistem dilakukan dengan memotretnya secara langsung Metode ini mulai memberikan hasil. 38

39 Metode Direct Imaging Sampai tahun 2010, untuk bisa dilakukan dibutuhkan keadaan khusus: 39 Planetnya besar (jauh lebih besar dari Jupiter) Memiliki orbit yang besar Temperatur planet tinggi, sehingga memancarkan inframerah yang intensif Tahun 2010, dengan menggunakan vector vortex coronagraph, teleskop kecil bisa melakukan direct imaging

40 Metode Direct Imaging 40 A simulated view of the coronagraph for Terrestrial Planet Finder (Courtesy NASA/JPL-Caltech)

41 Sistem Keplanetan Yang Pertama Ditemukan Pada Bintang Mirip Matahari 41 Michael Mayor dan Didier Queloz (Obs. Geneva - Swiss) (diumumkan pada tanggal 6 Oktober 1995): Bintang: 51 Pegasi di rasi Pegasus M = 0,44 massa Jupiter (massa Jupiter = 1,899 x kg) P = 4,231 hari a = 0,052 AU Jarak = 48 tc. Ditemukan setelah 18 bulan pencarian dengan metode Doppler Didier Queloz and Michel Mayor

42 Sistem Keplanetan Yang Pertama Ditemukan Pada Brown Dwarf 42 Citra inframerah dari bintang 2M1207 (kebiruan) dan planetnya 2M1207b (kemerahan) 2M1207b adalah planet pertama yang ditemukan mengorbit brown dwarf, ditemukan tahun 2004 Jarak planet ke bintang induk kurang dari 1 detik busur dilihat dari Bumi Citra diperoleh dengan menggunakan the European Southern Observatory's 8,2 m Yepun Very Large Telescope

43 Sistem HR8799: Sistem Multiplanet Pertama Yang Ditemukan Dengan Direct Imaging 43

44 Kappa And b, Ditemukan Tahun Bintang: Massa: 2,40 Ms Jarak: 168,3 th Planet: Massa: 12,80 M j a: 61 au

45 Hasil: Statistik Global 45 SK ekstrasolar (sampai 06 Desember 2012): 848 buah planet secara total (yang sudah di konfirmasi): 488 RV 292 transit 18 pulsar timing 19 microlensing 31 direct imaging

46 Hasil: Statistik Global 46 SK ekstrasolar (sampai 06 Desember 2012): 328 planet pada bintang sekelas Matahari (Kelas Spektrum G) 317 planet berada dalam 125 buah sistem multiplanet 161 planet dalam habitable zone sistem yang bersangkutan

47 Hasil Awal Karakteristik menonjol yang teramati: planet-planet raksasa cenderung berada dekat dengan bintang induknya sebagian besar memiliki eksentrisitas orbit yang besar 47

48 Hasil Awal 48 Kemungkinan besar adalah efek dari bias observasi, karena: Planet-planet gas raksasa lebih mudah diamati dibandingkan planet yang lebih kecil Planet yang lebih dekat dengan bintang induknya dan memiliki periode orbit yang pendek lebih mudah diamati dibandingkan planet yang lebih jauh dan periode lebih panjang

49 Hasil Awal 49 Mengutip dari laporan dari 43 hari pertama misi Kepler: "imply that small candidate planets with periods less than 30 days are much more common than large candidate planets with periods less than 30 days and that the groundbased discoveries are sampling the large-size tail of the size distribution"

50 Penemuan Exoplanet Berdasarkan Tahun Penemuan (Data sampai 07 Juli 2011) 50

51 Plot Massa vs. Periode Orbit (Data sampai 03 Oktober 2010) 51

52 Hasil: Perbandingan Beberapa Sistem 52

53 Hasil: Distribusi Massa Minimum (06 Desember 2012) 53

54 Hasil: Distribusi Jarak Orbit (06 Desember 2012) 54

55 Hasil: Minimum-Mass vs Semi-Major Axis (06 Desember 2012) 55

56 Hasil: Distribusi Periode Orbit (06 Desember 2012) 56 Hot Jupiter Jupiter-like

57 Hasil (Data sampai 06 Desember 2012) 57 Hal menarik (untuk bintang normal): M terbesar: min. 37,5 M Jupiter (DH Tau b) M terkecil: min. 0,28 M Earth (Gliese 436 c) e terbesar: 0,970 (HD b) a terbesar: AU (WD B b) a terkecil: 0,006 AU (KOI-961 c & KOI-55 b) P terpanjang: hari (Oph 11 b) P terpendek: 0,24 hari (KOI-55 b).

58 Kandidat Planet 58

59 Prediksi Ukuran Berbagai Jenis Planet 59

60 Sistem Seperti Tata Surya? Cancri (jarak: 41 tc): M: M J [1] P: ~ 13 tahun [11.86] a: 5.5 AU [5.2]

61 Sistem Seperti Tata Surya? 61

62 Target Misi Berikutnya: Mencari Bumi-bumi Baru 62

63 Didesain khusus untuk melakukan survey extended solar neighbourhood untuk mendeteksi dan mengkarakterisasi ratusan planet terestrial dan yang lebih besar di dalam dan di sekitar habitable zone. Misi Kepler (2009), NASA 63 (Kasting et al, 1993) Diluncurkan: 07 Maret 2009 Lama misi: min. 3,5 tahun

64 Misi Kepler (2009), NASA 64

65 Sasaran: Misi Kepler (2009), NASA Mengeksplor struktur dan keragaman sistem keplanetan melalui: 65 Penentuan frekuensi keberadaan planet (terutama terestrial) di dalam / sekitar habitable zone pada berbagai kelas spektrum bintang Penentuan rentang ukuran dan bentuk orbit planet-planet tersebut Mengestimasi berapa banyak planet yang ada dalam sistem multibintang Menentukan rentang ukuran orbit, kecerlangan, ukuran, massa dan densitas dari planet raksasa periode pendek Mengidentifikasi anggota tambahan dari tiap sistem keplanetan yang telah ditemukan sebelumnya menggunakan teknik yang berbeda Penentuan properti bintang yang bisa memiliki planet.

66 Misi SIM Space Interferometry Mission ( ), NASA/JPL Tujuan: Planet Hunting: Mendeteksi keberadaan planet seukuran Bumi yang mengorbit bintang mirip-matahari Stellar Mass: Mencari batas bawah dan batas atas massa bintang Galactic Mapping Dark Matter 66

67 Misi: Misi Terrestrial Planet Finder (20??), NASA Mempelajari planet di luar tatasurya kita dengan berbagai cara: Formasi dan evolusi dari planetary disk Jumlah, ukuran, dan lokasi planet yang cocok untuk mendukung kehidupan. 67

68 Tujuan: Studi Misi Darwin (20??), ESA Mendeteksi keberadaan planet seukuran Bumi yang mendukung tumbuhnya kehidupan Bintang target: 300 bintang sekelas Matahari dalam radius 50 tahun cahaya dari Matahari. 68

69 It s Full Of Stars AND Planets! 69

70 Pencarian Exolife 70

71 Exolife: Definisi bentuk kehidupan yang ada di luar Bumi 71

72 Persamaan Drake Diajukan oleh Frank Drake tahun 1961, dalam sebuah pertemuan di Green Bank (West Virginia), untuk membangun landasan bagi penelitian SETI sebagai sebuah disiplin ilmu Persamaan yang digunakan untuk mengestimasi potensi jumlah peradaban ekstraterrestrial dalam Bima Sakti 72

73 Persamaan Drake 73 N = R f p n e f l f i f c L N = jumlah peradaban dalam Bima Sakti dimana komunikasi dengannya dimungkinkan R* = laju kelahiran bintang pertahun dalam Bima Sakti f p = fraksi bintang tersebut yang memiliki planet n e = rata-rata jumlah planet yang berpotensi mendukung kehidupan untuk bintang yang memiliki planet f l = fraksi dari faktor di atas yang benar akan menumbuhkan kehidupan pada suatu waktu f i = fraksi dari faktor di atas yang benar akan menumbuhkan kehidupan berintelegesi tinggi f c = fraksi peradaban yang bisa mengembangkan teknologi yang menghasikan sinyal yang bisa dideteksi ke luar angkasa L = jangka waktu peradaban tersebut menghasilkan sinyal yang bisa dideteksi ke angkasa luar.

74 Persamaan Drake 74 Berdasarkan pengetahuan kita saat ini, nilai dari masingmasing parameter: R* = 7/tahun f p = 0,5 n e = 2 f l = 0,33 f i = 0,01 f c = 0,01 L = tahun N = 7 0,5 2 0,33 0,01 0, = 2,1

75 Paradoks Fermi 75 Dasar pemikiran: dengan umur alam semesta yang cukup panjang dan jumlah bintang yang amat banyak, kemungkinan adanya planet yang mendukung kehidupan seperti Bumi mestinya juga banyak.

76 Paradoks Fermi Enrico Fermi tahun 1950 mempertanyakan: Mengapa, jika peradaban tinggi extraterrestrial ada dalam galaksi kita, bukti keberadaan mereka seperti pesawat ruang angkasa atau probe tidak kita temukan. 76

77 Paradoks Fermi 77 Peradaban berkembang secara eksponensial Dengan penerbangan antariksa berkecepatan 1% kecepatan cahaya, seluruh galaksi Bima Sakti dikolonisasi dalam waktu hanya 10 juta tahun Usia Bima Sakti sekitar 10 miliar tahun Kehidupan di Bumi pertama kali muncul sekitar 4 miliar tahun yang lalu.

78 Paradoks Fermi 78 Where are they???!!!

79 Paradoks Fermi 79

80 Pencarian Jejak Kehidupan Pencarian jejak kehidupan di dalam tata surya dilakukan dengan langkah-langkah: Penelitian in-situ, mencari jejak air Menentukan limit dari kehidupan dan pencarian jejak kehidupan di lokasi-lokasi dengan berbagai kondisi/situasi 80

81 Pencarian Jejak Kehidupan 81 Pencarian jejak kehidupan di luar tata surya dilakukan dengan langkah-langkah: Mendeteksi exoplanet Mencari planet terrestrial dalam habitable zone Mendeteksi jejak uap air, metana, ozon lewat spektroskopi

82 SETI: Search for Extra-Terrestrial Intelligence 82 Mengirim pesan ke bintang-bintang yang diduga memiliki peradaban. Memantau radiasi EM pada frekuensi sekitar 1420 MHz (λ = 21 cm), frekuensi natural yang kemungkinan besar digunakan oleh ETI. SETI@Home: distribusi computing power untuk mengolah data hasil pengamatan pencarian sinyal artifisial

83 The Arecibo Message 83 Disusun oleh Frank Drake, dibantu antara lain oleh Carl Sagan Dikirim pada 16 November 1974 ke globular cluster M13 yang berjarak tahun cahaya Menurut Cornell News press release, tujuan 12 November 1999, tujuan sebenarnya dari pengiriman pesan ini adalah untuk mendemonstrasikan kemampuan instrumen yang baru dipasang, bukan melakukan kontak.

84 The Arecibo Message

85 The Arecibo Message Terdiri dari 1679 binary digit (~210 bytes), dipancarkan pada frekuensi 2380 MHz dengan power 1000 kw 1679 adalah perkalian dua bilangan prima 23 dan 73 85

86 The Arecibo Message 86 Kemungkinan penyusunan pesan

87 Pesan berisi: 1. Bilangan 1 10 dalam binary The Arecibo Message 2. Nomor atom unsur H, C, N, O, P yang menyusun DNA 3. Formulas dari sugars dan bases dalam nukleotid DNA 4. Jumlah nukleotid dalam DNA dan struktur heliks ganda DNA 5. Bentuk manusia dengan ukuran tipikal dan populasi Bumi 6. Gambaran grafis Tata Surya 7. Gambaran grafis Teleskop Radio Arecibo dengan dimensi dan piringan antena 87

88 You ve Got Message!!! 88

89 You ve Got Message!!! 89

90 You ve Got Message!!! 90

91 Lokasi Exoplanet Yang Saat Ini Dideteksi 91

92 Stellar Carthography Dalam Star Trek 92

93 To improve life here, to extend life to there, to find life beyond 93