Jupiter terkenal dengan badai besarnya, beberapa di antaranya telah berlangsung selama berabad-abad. Kini, para ilmuwan telah menemukan bahwa badai besar ini juga dapat menghasilkan petir yang jauh lebih kuat daripada yang biasa terlihat di Bumi.
Dengan menggunakan data dari pesawat luar angkasa Juno milik NASA, para peneliti di Universitas California, Berkeley, menemukan bahwa beberapa petir di Jupiter bisa 100 kali lebih kuat daripada petir di Bumi, dan bahkan mungkin lebih kuat.
Hasilnya diperoleh dari Microwave Radiometer milik Juno, sebuah instrumen yang telah mempelajari atmosfer Jupiter sejak pesawat ruang angkasa tersebut memasuki orbit di sekitar planet raksasa tersebut pada tahun 2016. Instrumen tersebut dapat mendeteksi emisi radio yang dihasilkan oleh petir, serupa dengan interferensi radio yang ditimbulkan oleh badai di Bumi. Gelombang mikro menempati ujung spektrum radio frekuensi tinggi.
Studi ini dipublikasikan di jurnal kemajuan AGU.
Mengapa badai di Jupiter begitu ekstrem
Penulis utama Michael Wong, seorang ilmuwan planet di Laboratorium Sains Luar Angkasa UC Berkeley, mengatakan mempelajari badai di planet lain dapat membantu para ilmuwan lebih memahami cuaca di Bumi.
“Ada banyak hal yang belum kita ketahui tentang petir di Bumi,” kata Wong.
Dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti telah mengidentifikasi beberapa fenomena listrik tidak biasa yang terkait dengan badai petir di Bumi. “Peristiwa cahaya sementara” (TLE) ini terjadi jauh di atas badai dan mencakup sprite, jet, lingkaran cahaya, dan ELVE.
Di Jupiter, petir memberikan gambaran tentang konveksi, proses perpindahan panas melalui atmosfer.
“Konveksi bekerja sedikit berbeda di Bumi dan Jupiter karena atmosfer Jupiter didominasi hidrogen, sehingga udara lembab lebih berat dan sulit untuk diangkat,” jelas Wong.
Atmosfer bumi sebagian besar terdiri dari nitrogen, yang lebih berat daripada uap air. Artinya udara lembab di bumi lebih mudah naik. Namun di Jupiter, udara lembab lebih berat, sehingga badai memerlukan lebih banyak energi untuk naik ke atmosfer. Begitu terjadi, mereka dapat melepaskan sejumlah besar energi, menghasilkan angin kencang dan petir yang dahsyat dari awan ke awan.
Pesawat luar angkasa Juno NASA mengukur petir Jupiter
Hampir setiap pesawat luar angkasa yang mengunjungi Jupiter telah mendeteksi petir. Kilatan cahaya terlihat jelas di sisi gelap planet ini, sehingga relatif mudah dikenali.
Misi sebelumnya menunjukkan bahwa petir Jupiter sangat kuat karena hanya dapat mendeteksi sambaran petir paling terang. Namun Juno kemudian memperumit gambaran ini ketika kamera pelacak bintangnya yang sangat sensitif mengungkapkan banyak kilatan cahaya yang lebih redup, lebih mirip dengan kilat di Bumi.
Salah satu tantangan pengamatan cahaya tampak, kata Wong, adalah awan dapat menyembunyikan beberapa kilatan cahaya, sehingga sulit untuk menentukan kecerahan sebenarnya.
Radiometer gelombang mikro Juno menawarkan cara yang lebih baik untuk memperkirakan energi petir karena sinyal gelombang mikro dapat melewati awan. Meskipun instrumen tersebut tidak dirancang khusus untuk mempelajari petir, instrumen ini dapat mendeteksi emisi gelombang mikro dari badai di sekitar.
Namun atmosfer Jupiter menghadirkan tantangan lain. Badai sering kali meletus secara bersamaan di sabuk awan raksasa yang mengelilingi planet ini, sehingga sulit untuk menentukan badai mana yang menghasilkan setiap sinyal.
Wong menyamakan masalah ini dengan mendengar suara letupan saat parade Tahun Baru Imlek tanpa mengetahui apakah suara tersebut berasal dari popcorn di dekatnya atau kembang api di tempat yang jauh.
Badai super “sembunyi-sembunyi” di Jupiter
Para ilmuwan akhirnya mendapat jeda pada tahun 2021 dan 2022 ketika aktivitas badai di sabuk khatulistiwa utara Jupiter menurun untuk sementara. Hal ini memungkinkan Wong dan timnya untuk fokus pada badai yang terisolasi satu per satu.
Dengan menggunakan pengamatan dari Teleskop Luar Angkasa Hubble, kamera Juno, dan bahkan gambar yang diambil oleh astronom amatir, tim mengidentifikasi lokasi beberapa badai tidak biasa yang oleh Wong disebut sebagai badai super “siluman”.
Seperti badai terbesar di Jupiter, sistem ini berlangsung selama berbulan-bulan dan secara signifikan mengubah pola awan di sekitarnya. Namun, menara awan mereka tetap relatif sederhana tingginya.
“Karena kami punya lokasi yang tepat, kami bisa bilang, ‘Oke, kami tahu di mana lokasinya. Kami langsung mengukur kekuatannya,’” kata Wong.
Selama periode tenang ini, Juno melakukan 12 kali melewati badai yang terisolasi. Selama empat kali terbang lintas, pesawat ruang angkasa itu cukup dekat untuk mengukur sinyal gelombang mikro yang dipancarkan oleh petir.
Para ilmuwan mencatat rata-rata tiga kilatan cahaya per detik selama perjalanan ini. Dalam satu pertemuan, Juno mendeteksi 206 gelombang gelombang mikro yang berbeda.
Dari 613 denyut yang diukur, tim memperkirakan bahwa kekuatan petir berkisar dari kekuatan petir Bumi hingga lebih dari 100 kali lebih kuat.
Wong mencatat, masih ada ketidakpastian dalam perbandingan tersebut karena petir dari Jupiter dan Bumi diukur pada panjang gelombang radio yang berbeda. Sebuah penelitian sebelumnya bahkan menunjukkan bahwa petir di Jupiter berpotensi jutaan kali lebih kuat daripada petir di Bumi.
Seberapa kuatkah petir Jupiter?
Menentukan energi total kilatan cahaya adalah hal yang rumit, kata rekan penulis Ivana Kolmašová, fisikawan luar angkasa di Universitas Charles di Praha, Ceko, dan anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Ceko.
Petir melepaskan energi dalam berbagai bentuk, termasuk gelombang radio, cahaya, panas, suara, dan reaksi kimia.
Di Bumi, sambaran petir melepaskan energi sekitar 1 gigaJoule, atau satu miliar Joule. Jumlah listrik tersebut cukup untuk memberi daya pada rata-rata 200 rumah selama satu jam.
Wong memperkirakan petir di Jupiter dapat melepaskan energi 500 hingga 10.000 kali lebih banyak dibandingkan petir di Bumi.
Misteri dibalik kilatan petir Jupiter
Para peneliti percaya bahwa petir di Jupiter terbentuk dengan cara yang mirip dengan badai petir di Bumi. Uap air yang naik mengembun menjadi tetesan dan kristal es yang menjadi bermuatan listrik, yang pada akhirnya menghasilkan perbedaan tegangan yang besar antara awan atau antara awan dan tanah.
Di Bumi, badai petir umumnya dikaitkan dengan hujan es. Di Jupiter, para ilmuwan mengira badai dapat menghasilkan objek menyerupai lumpur es, yang disebut “bola salju”, yang terbentuk ketika air dan amonia bergabung.
Bahkan dengan temuan baru ini, para peneliti masih belum memahami mengapa petir Jupiter bisa menjadi begitu kuat.
“Di sinilah detailnya mulai menarik, di mana orang mungkin bertanya, ‘Mungkinkah perbedaan utamanya terletak pada atmosfer hidrogen dan nitrogen, atau mungkinkah badai berada lebih tinggi di Jupiter sehingga jarak yang terlibat lebih jauh?’” kata Wong.
Ketinggian badai di Jupiter bisa mencapai lebih dari 100 kilometer, dibandingkan dengan badai di Bumi yang tingginya sekitar 10 kilometer.
“Atau mungkinkah lebih banyak energi tersedia karena konveksi lembab di Jupiter memerlukan lebih banyak penumpukan panas sebelum dapat menghasilkan badai yang menghasilkan petir?” dia menambahkan. “Ini adalah bidang penelitian yang aktif.”
Rekan penulis Wong termasuk Ramanakumar Sankar, seorang peneliti pascadoktoral di Berkeley, serta peneliti dari Amerika Serikat, Ceko, dan Jepang. Penelitian ini didukung oleh NASA (80NSSC19K1265, 80NSSC25K0362).
