Selama bertahun-tahun, Saturnus sepertinya mencapai sesuatu yang mustahil.
Pengukuran tersebut menunjukkan bahwa laju rotasi planet raksasa tersebut berubah seiring berjalannya waktu, seolah-olah Saturnus mengalami percepatan atau perlambatan dalam beberapa hal. Hasil yang membingungkan ini mendorong para ilmuwan untuk mencari jawaban. Kini, para peneliti yang menggunakan James Webb Space Telescope (JWST) mengatakan mereka akhirnya memecahkan misteri tersebut.
Temuan baru, dipublikasikan di Jurnal Penelitian Geofisika: Fisika Luar Angkasamengungkapkan bahwa cahaya utara Saturnus yang spektakuler adalah inti dari fenomena tersebut. Studi tersebut menunjukkan bahwa cahaya utara planet ini menghasilkan siklus kuat yang melibatkan panas, angin, dan arus listrik yang dapat membuat Saturnus tampak berputar dengan kecepatan berbeda tergantung cara pengukurannya.
Misteri rotasi Saturnus
Teka-teki ini sudah ada sejak beberapa dekade yang lalu, namun mendapat perhatian baru setelah pengamatan yang dilakukan oleh wahana antariksa Cassini milik NASA pada tahun 2004 menunjukkan bahwa laju rotasi Saturnus secara bertahap berubah.
Hasil ini sulit dijelaskan karena planet tidak mengubah kecepatan rotasinya begitu saja dalam jangka waktu singkat.
Pada tahun 2021, tim yang dipimpin oleh Profesor Tom Stallard dari Universitas Northumbria mengajukan penjelasan berbeda. Penelitian mereka menunjukkan bahwa rotasi Saturnus sebenarnya tidak berubah. Sebaliknya, sinyal listrik yang terkait dengan aurora planet ini dipengaruhi oleh angin dari atmosfer bagian atas Saturnus. Angin ini menghasilkan arus listrik yang mengubah sinyal aurora yang digunakan para ilmuwan untuk memperkirakan rotasi planet.
Meskipun penelitian ini menjelaskan pengukuran yang menyesatkan tersebut, masih ada pertanyaan besar yang belum terjawab: apa yang menyebabkan angin atmosfer ini?
James Webb memetakan aurora Saturnus
Untuk menyelidikinya, Stallard dan rekan-rekannya dari institusi di Inggris dan Amerika Serikat beralih ke Teleskop Luar Angkasa James Webb.
Tim mengamati wilayah aurora utara Saturnus secara terus menerus sepanjang hari Saturnus. Observasi memberikan tingkat detail yang tidak dapat dicapai oleh instrumen sebelumnya.
Para peneliti fokus pada cahaya inframerah yang dipancarkan oleh molekul yang dikenal sebagai kation trihidrogen. Molekul ini terbentuk di atmosfer atas Saturnus dan berfungsi sebagai indikator suhu alami. Dengan menganalisis cahayanya, tim menciptakan peta suhu dan kepadatan partikel bermuatan paling rinci yang pernah dihasilkan di wilayah aurora Saturnus.
Peningkatan akurasi sangat dramatis. Pengukuran sebelumnya memiliki ketidakpastian sekitar 50 derajat Celcius, sehingga sulit untuk mendeteksi perubahan halus. Pengamatan JWST sepuluh kali lebih tepat, sehingga memungkinkan para ilmuwan mengidentifikasi pola pemanasan dan pendinginan lokal untuk pertama kalinya.
Mesin panas planet yang otonom
Data baru ini sangat cocok dengan prediksi model komputer yang dikembangkan lebih dari satu dekade lalu. Namun, model tersebut hanya berfungsi jika sumber pemanasan atmosfer terletak tepat di tempat partikel aurora paling kuat memasuki atmosfer Saturnus.
Hasilnya menunjukkan bahwa aurora Saturnus tidak hanya menciptakan pertunjukan cahaya yang mempesona.
Energi yang disimpan oleh aurora memanaskan wilayah tertentu di atmosfer. Pemanasan ini menghasilkan angin, yang kemudian menimbulkan arus listrik. Arus ini membantu memberi daya pada aurora itu sendiri, yang terus menghangatkan atmosfer dan menopang seluruh siklusnya.
Peneliti utama Profesor Tom Stallard mengatakan: “Apa yang kita lihat pada dasarnya adalah pompa panas planet. Aurora Saturnus memanaskan atmosfernya, atmosfer menggerakkan angin, angin menghasilkan arus yang menggerakkan aurora, dan seterusnya. Sistem ini memberi makan dirinya sendiri.
“Selama beberapa dekade, kami mengetahui bahwa sesuatu yang aneh sedang terjadi dengan kecepatan rotasi Saturnus, namun kami tidak dapat menjelaskannya. Kami kemudian menunjukkan bahwa ia didorong oleh angin atmosfer, namun kami masih belum mengetahui mengapa angin ini ada. Pengamatan baru ini, yang dimungkinkan oleh JWST, akhirnya memberi kita bukti yang kami perlukan untuk menutup putaran ini.”
Implikasinya di luar Saturnus
Penemuan ini bisa mempunyai arti penting lebih dari sekedar planet.
Para peneliti telah menemukan bahwa atmosfer Saturnus dan magnetosfer mempunyai hubungan yang erat. Magnetosfer adalah wilayah ruang angkasa luas yang dibentuk oleh medan magnet planet. Aktivitas di atmosfer tampaknya mempengaruhi kondisi di magnetosfer, sedangkan magnetosfer menyalurkan energi kembali ke atmosfer.
Pertukaran yang berkelanjutan ini dapat membantu menjelaskan mengapa proses tersebut tetap stabil dalam jangka waktu yang lama.
Menurut para peneliti, interaksi serupa juga bisa terjadi di planet lain.
Profesor Stallard menambahkan: “Hasil ini mengubah cara kita berpikir tentang atmosfer planet secara lebih umum. Jika kondisi atmosfer suatu planet dapat mengusir arus di lingkungan luar angkasa di sekitarnya, maka memahami apa yang terjadi di stratosfer dunia lain dapat mengungkap interaksi yang bahkan belum pernah kita bayangkan.”
Sebuah upaya penelitian internasional
Teleskop Luar Angkasa James Webb adalah observatorium sains luar angkasa pertama di dunia. Teleskop ini dirancang untuk mempelajari objek di seluruh tata surya, mempelajari planet yang mengorbit bintang jauh, dan menjelajahi asal usul serta evolusi alam semesta. Webb adalah proyek internasional yang dipimpin oleh NASA bekerja sama dengan ESA (Badan Antariksa Eropa) dan CSA (Badan Antariksa Kanada).
Studi tersebut dilakukan oleh para peneliti di Universitas Northumbria bekerja sama dengan kolaborator dari Universitas Boston, Universitas Leicester, Universitas Aberystwyth, Universitas Reading, Imperial College London, Universitas Lancaster, dan Laboratorium Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins. Pendanaan untuk penelitian ini disediakan oleh Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi (STFC).
