Airbus tak Jatuh oleh Cumulonimbus (Detik-Detik Terakhir AirAsia Penerbangan QZ8501)

Penyelidikan kecelakaan pesawat Airbus A320-216 AirAsia nomor registrasi PK-AXC yang jatuh di Selat Karimata pada 28 Desember 2014 Tarikh Umum (TU) silam saat menjalani rute Surabaya-Singapura sebagai penerbangan QZ8501 (AWQ 8501) telah usai. Laporan finalnya telah dipublikasikan Komite Nasional Keselamatan Transportasi (KNKT) pada Selasa sore 1 Desember 2015 TU. Penyelidikan ini tergolong cepat, mengingat laporan final telah dipublikasikan dalam waktu tak sampai setahun pasca kecelakaan. Bertulangpunggungkan pada pembacaan dan analisis terhadap data-data yang direkam sepasang kotak hitam pesawat, masing-masing perekam data penerbangan (flight data recorder/FDR) dan perekam suara kokpit (cockpit voice recorder/CVR), apa yang terjadi pada AirAsia QZ8501 pada saat-saat terakhirnya terkuak sudah.

Pesawat naas itu lepas landas dari bandara Juanda, Sidoarjo (propinsi Jawa Timur) pada pukul 05:35 WIB dalam penerbangan rutinnya menuju bandara Changi, Singapura. Pesawat Airbus A320-216 nomor registrasi PK-AXC mengangkut 162 orang, terdiri dari 156 penumpang, 2 pilot dan 4 kru udara (pramugari/pramugara). Dari 162 orang itu 83 diantaranya berjenis kelamin perempuan. Dan dari 162 orang tersebut 22 diantaranya masih berusia di bawah 15 tahun. Penerbangan QZ 8501 dikemudikan kopilot Remi Plesel. Sedangkan pilot Kapten Iriyanto bertugas sebagai pengawas sekaligus menjaga komunikasi radio dengan darat dan pesawat lain. Baik pilot maupun kopilot merupakan penerbang-penerbang senior. Kapten Iriyanto adalah penerbang TNI-AU yang telah berdinas selama satu dekade penuh. Ia berpengalaman memiloti beragam pesawat tempur, mulai dari bermesin jet seperti jet tempur F-5, Boeing-737 dan Airbus A320 hingga berbaling-baling seperti AS-202, T-34C dan Fokker F27. Pasca kontraknya dengan TNI-AU usai, Kapten Iriyanto menjadi pilot di beragam maskapai seperti AdamAir, Merpati Nusantara Airlines dan Sriwijaya sebelum bergabung dengan Indonesia AirAsia. Total jam terbang yang telah diakumulasikan Kapten Iriyanto mencapai 20.537 jam terbang. Sementara Remi Plesel, yang berkewarganegaraan Perancis, telah mengumpulkan 2.247 jam terbang, mayoritasnya dalam pesawat Airbus A320.

Gambar 1. Salah satu potongan ukuran besar dari bangkai pesawat Airbus A 320-216 nomor registrasi PK-AXC setelah berhasil diangkat dari kedalaman Selat Karimata dan dibawa ke Pelabuhan Kumai (Kalimantan Tengah). Yakni potongan bagian sayap kiri pesawat dan badan bagian tengah. Tampak salah satu roda pendarat masih menempel, namun tidak dengan mesin jetnya. Sumber: KNKT, 2015.

Gambar 1. Salah satu potongan ukuran besar dari bangkai pesawat Airbus A 320-216 nomor registrasi PK-AXC setelah berhasil diangkat dari kedalaman Selat Karimata dan dibawa ke Pelabuhan Kumai (Kalimantan Tengah). Yakni potongan bagian sayap kiri pesawat dan badan bagian tengah. Tampak salah satu roda pendarat masih menempel, namun tidak dengan mesin jetnya. Sumber: KNKT, 2015.

Pesawat Airbus A320-216 nomor registrasi PK-AXC yang baru mengudara itu relatif masih muda. Ia baru dibuat pada tahun 2008 TU. Hingga hari yang naas itu, pesawat telah mengumpulkan 23.039 jam terbang dalam 13.610 siklus. Layaknya armada pesawat dalam sebuah maskapai penerbangan, Airbus A320-216 nomor registrasi PK-AXC ini pun menjalani pemeriksaan secara berkala. Pemeriksaan besar terakhir dijalaninya pada September 2014 TU. Sedangkan pemeriksaan minor terakhir pada 16 November 2014 TU. Pada hari naas tersebut pesawat Airbus A320-216 nomor registrasi PK-AXC mengangkut 14.220 kilogram beban dan 7.725 kilogram bahan bakar. Bobot saat tinggal landas adalah 64.825 kilogram. Ini masih masih jauh di bawah nilai ambang batas bobot maksimal sebesar 73.500 kilogram.

Sebagai jet komersial modern, kendali pesawat Airbus A320-216 bertumpu pada konsep fly by wire, konsep yang ditujukan agar penerbangan sipil menjadi lebih aman, lebih efektif dan lebih menyenangkan. Dengan konsep ini maka dalam hampir segenap penerbangannya pesawat Airbus A320-216 dikemudikan oleh sistem komputer sementara pilot dan kopilot lebih merupakan pemantau instrumen. Terdapat tujuh komputer pengendali penerbangan yang bekerja secara simultan dan harmonis. Masing-masing 2 komputer ELAC (elevator aileron computer) untuk elevator (perangkat kendali terbang di sisi belakang sayap ekor pesawat, berfungsi mengendalikan gerakan ke atas dan ke bawah), 3 komputer SEC (spoiler elevator computer) untuk spoiler (perangkat kendali terbang di sisi belakang sayap pesawat, berfungsi sebagai rem udara) dan 2 komputer FAC (flight augmented computer) untuk rudder (perangkat kendali permukaan di sisi belakang sirip tegak pada ekor pesawat, berfungsi mengendalikan gerakan ke kiri dan kanan). Adanya komputer-komputer ini membuat pesawat mampu terbang secara otomatis (autopilot).

Segera setelah mengudara, penerbangan QZ8501 menanjak ke ketinggian jelajah di altitud 32.000 kaki dari paras air laut rata-rata (dpl), atau setara 9.750 meter dpl. Ia menempuh rute M635 yang langsung menuju Singapura. Saat itu cuaca tak bersahabat dan cenderung memburuk. 29 menit setelah lepas landas, pilot meminta ijin ke pengatur lalu lintas udara Ujung Pandang Upper West (yang mengawasi ruang udara Laut Jawa bagian timur) untuk bergeser 24 kilometer di sisi barat dari rute M635. Mengingat cuaca yang mulai tak bersahabat. Permintaan ini dikabulkan. Citra satelit cuaca memang memperlihatkan pertumbuhan awan Cumulonimbus yang intensif di atas perairan Laut Jawa bagian barat dan Selat Karimata.

Gambar 2. Rekonstruksi arah dan elevasi pesawat Airbus A 320-216 nomor registrasi PK-AXC dalam detik-detik terakhirnya berdasarkan data FDR (flight data recorder). Rekontruksi ditempatkan pada Google Earth secara tiga dimensi. Nampak pesawat semula menempuh jalur Airways M365 menuju Singapura. Namun mendadak ia menikung ke kiri dan malah berspiral sembari kehilangan elevasinya secara drastis. Sumber: KNKT, 2015.

Gambar 2. Rekonstruksi arah dan altitud pesawat Airbus A 320-216 nomor registrasi PK-AXC dalam detik-detik terakhirnya berdasarkan data FDR (flight data recorder). Rekontruksi ditempatkan pada Google Earth secara tiga dimensi. Nampak pesawat semula menempuh jalur Airways M365 menuju Singapura. Namun mendadak ia menikung ke kiri dan malah berspiral sembari kehilangan altitudnya dengan dramatis. Sumber: KNKT, 2015.

Pukul 06:21 WIB, 46 menit setelah mengudara, penerbangan QZ8501 jatuh terhempas keras di perairan Selat Karimata. Tak ada tanda bahaya yang diudarakan sebelumnya. Tak ada pula permintaan tolong dari pilot kepada pengatur lalu lintas udara terdekat. Tragedi pun terjadi di Selat Karimata. Seluruh penumpang dan awak pesawat tewas. Yang memilukan, hingga masa pencarian dinyatakan berakhir baru 116 jasad korban yang ditemukan. Dan hanya 100 diantaranya yang dapat dikenali, terdiri dari 54 laki-laki dan 46 perempuan. Kewarganegaraan jasad-jasad yang terdidentifikasi terdiri dari 93 warganegara Indonesia, 1 warganegara Perancis, 1 warganegara Malaysia, 1 warganegara Singapura, 1 warganegara Inggris dan 3 warganegara Korea.

Komputer Pengendali

Kini apa yang menjatuhkan pesawat Airbus A320-216 nomor registrasi PK-AXC AirAsia penerbangan QZ8501 terkuak sudah. Bukan awan Cumulonimbus penyebabnya, seperti yang jadi gorengan ramai media-media Indonesia dengan bumbu-bumbu bombastis lezatnya di awal mula bencana. Juga bukan karena pengatur lalu lintas udara (air traffic controller/ATC) Jakarta yang lamban merespon permintaan pilot untuk naik ke altitud 38.000 kaki (11.600 meter) dpl. Juga bukan karena kesilapan pilot dan kopilot yang terbang tanpa membawa dokumen cuaca secara fisik. Juga bukan karena penerbangan ini merupakan penerbangan tak berijin sebagaimana ditudingkan Menteri Perhubungan RI. Tetapi kombinasi kesalahan teknis yang diikuti dengan kesalahan manusiawi pilot dan kopilot lah yang membuat AirAsia penerbangan QZ8501 ini terjungkal menjumpai naasnya di Selat Karimata.

Biang keladi tragedi ini boleh dikata adalah komputer FAC. Inilah komputer yang fungsinya mengatur rudder travel limiter unit (RTLU). Rudder dan elevator merupakan dua buah perangkat kendali permukaan bagi pesawat. Keduanya terletak di bagian ekor dan bekerja bersama-sama untuk mengendalikan gerakan berputar (roll) sehingga pesawat bisa berguling ke kiri atau kanan dengan leluasa. Kombinasi rudder dan elevator membuat pesawat modern leluasa berbelok. Nah dalam rudder terdapat RTLU, sebuah radas kecil yang berfungsi menjaga rudder tetap dalam posisi yang telah dipilih tanpa pilot harus terus-menerus mengerahkan tenaganya untuk menjaga stabilitasnya. Pendek kata, dengan RTLU maka pilot/kopilot bisa melemaskan otot-ototnya dan lebih memusatkan perhatiannya menjaga pesawat tetap melintas di rutenya. RTLU inilah yang terhubung dan dikendalikan oleh sepasang komputer FAC.

Gambar 3. Hasil simulasi dengan simulator Airbus A320 berdasar data dari FDR tentang kondisi penerbangan QZ8501 pada jam 06:16:53 WIB (23:16:53 GMT). Yakni 9 detik setelah pilot mereset ulang sepasang komputer FAC. Nampak pesawat berada pada altitud 9.739 meter dpl (31.952 kaki dpl) dalam kondisi miring 54° ke kiri seperti diperlihatkan dalam layar Indikator Sikap pesawat. Tampak kopilot sudah merespon melalui kolom kemudinya. Sumber: KNKT, 2015.

Gambar 3. Hasil simulasi dengan simulator Airbus A320 berdasar data dari FDR tentang kondisi penerbangan QZ8501 pada jam 06:16:53 WIB (23:16:53 GMT). Yakni 9 detik setelah pilot mereset ulang sepasang komputer FAC. Nampak pesawat berada pada altitud 9.739 meter dpl (31.952 kaki dpl) dalam kondisi miring 54° ke kiri seperti diperlihatkan dalam layar Indikator Sikap pesawat. Tampak kopilot sudah merespon melalui kolom kemudinya. Sumber: KNKT, 2015.

Pada pesawat Airbus A320-216 PK-AXC ini sepasang komputer FAC-nya telah berkali-kali bermasalah. Bahkan sejak lama hal tersebut terjadi. Sepanjang tahun 2014 TU saja telah terjadi 23 kali masalah komputer FAC. Sembilan masalah diantaranya terjadi hanya di bulan Desember 2014 TU itu saja. Gangguan terakhir terjadi tiga hari sebelum tragedi di Selat Karimata, kala pesawat juga sedang ada di bandara Juanda dan bersiap terbang ke Kuala Lumpur (Malaysia). Kapten Iriyanto, yang saat itu juga bertugas sebagai pilot, melihat komputer FAC ngadat kembali selagi hendak membawa pesawat ke landasan dari tempat parkirnya.

Dalam buku panduannya, pabrikan Airbus menjelaskan untuk mengatasi masalah komputer FAC bisa dilakukan dengan beberapa cara. Salah satu caranya adalah dengan mereset-nya. Yakni dengan menekan tombol on dan tombol off pada setiap komputer. Kedua tombol itu terletak di panel atas, yang mudah dijangkau baik dari kursi pilot maupun kopilot. Namun karena masih di darat, Kapten Iriyanto memutuskan memanggil teknisi penerbangan guna memperbaikinya. Disinilah ia menyaksikan improvisasi dalam me-reset komputer FAC yang tak tertulis di buku panduan. Teknisi memutus aliran listrik ke komputer FAC dan lalu mengalirkannya kembali dengan menggunakan dua saklar pemutus arus yang berbeda untuk masing-masing komputer. Saklar pertama terletak di panel atas, sementara saklar pemutus arus yang satunya lagi terletak pada panel di belakang kursi kopilot. Improvisasi ini terekam dalam benak sang kapten dan turut berkontribusi dalam tragedi tiga hari kemudian. Terlebih kala sang teknisi menjelaskan bahwa langkah improvisasi tersebut dapat dilakukan baik saat pesawat di darat maupun sedang mengudara. Buku panduan Airbus memang mengijinkan komputer pengendali penerbangan di-reset dengan cara demikian, namun pilot dan kopilot harus benar-benar memahami konsekuensinya. Dan tidak ada panduan spesifik untuk melakukan reset komputer seperti itu tatkala pesawat sedang berada di udara.

Pada hari naas itu sepasang komputer FAC kembali bermasalah kala penerbangan QZ8501 sudah mengudara. Bahkan hingga tiga kali berturut-turut dalam tempo berdekatan, masing-masing pada pukul 06:00 WIB, pukul 06:09 WIB dan pukul 06:14 WIB. Dalam tiga kejadian tersebut pilot meresponnya sesuai petunjuk dari buku panduan Airbus. Yakni dengan menekan tombol on dan off masing-masing komputer FAC. Namun tatkala FAc kembali menjumpai masalah pada pukul 06:16 WIB, pilot mencoba pendekatan lain sesuai improvisasi yang disaksikannya tiga hari sebelumnya. Masih duduk di kursi, ia mematikan dan menyalakan kembali saklar pemutus arus komputer FAC pertama. Selanjutnya dengan bangkit dari kursinya, ia melakukan langkah serupa untuk komputer FAC kedua melalui saklar pemutus arus yang ada pada panel di belakang kursi kopilot. Sementara kopilot tetap dalam sikapnya mengemudikan pesawat.

Gambar 4. Hasil simulasi dengan simulator Airbus A320 berdasar data dari FDR tentang kondisi penerbangan QZ8501 pada jam 06:17:29 WIB (23:17:29 GMT). Yakni 43 detik setelah pilot mereset ulang sepasang komputer FAC. Nampak pesawat telah lebih tinggi karena berada di altitud 10.841 meter dpl (35.568 kaki dpl) dalam kondisi menanjak teramat tajam hingga 44,3° dari bidang horizontal. Pesawat tak lagi dalam kondisi miring seperti diperlihatkan layar Indikator Sikap pesawat. Tampak pilot dan kopilot sudah merespon melalui kolom kemudinya. Inilah saat alarm stall mulai menyala. Sumber: KNKT, 2015.

Gambar 4. Hasil simulasi dengan simulator Airbus A320 berdasar data dari FDR tentang kondisi penerbangan QZ8501 pada jam 06:17:29 WIB (23:17:29 GMT). Yakni 43 detik setelah pilot mereset ulang sepasang komputer FAC. Nampak pesawat telah lebih tinggi karena berada di altitud 10.841 meter dpl (35.568 kaki dpl) dalam kondisi menanjak teramat tajam hingga 44,3° dari bidang horizontal. Pesawat tak lagi dalam kondisi miring seperti diperlihatkan layar Indikator Sikap pesawat. Tampak pilot dan kopilot sudah merespon melalui kolom kemudinya. Inilah saat alarm stall mulai menyala. Sumber: KNKT, 2015.

Terputusnya arus listrik ke sepasang komputer FAC membuat autopilot turut mati. Autopilot tetap mati meski kemudian arus listrik telah dialirkan kembali (yang membuat sepasang komputer FAC hidup dan berfungsi normal kembali). Untuk mengaktifkan autopilot kembali, seharusnya setelah sepasang komputer FAC hidup lagi pilot menekan tombol on dan off masing-masing komputer secara berurutan sesuai instruksi. Namun hal itu tak dilakukan. Maka kendali pesawat pun beralih ke manual. Rudder beringsut ke posisi terakhir sebelum kedua komputer FAC ter-reset, yakni terdefleksi 2°. Sebagai implikasinya pesawat pun mulai berguling ke kiri dengan kecepatan hingga 6° per detik, tanpa komando dan tanpa sepengetahuan pilot maupun kopilot. Sehingga hanya dalam 9 detik kemudian pesawat telah miring 54° ke kiri. Itulah momen saat kopilot mulai menyadarinya dan segera menggerakkan tongkat kemudinya. Maka pesawat pun mulai berguling ke arah berlawanan sehingga kini tinggal semiring 9° ke kiri. Namun langkah-langkah pilot dan kopilot berikutnya membuat situasi kembali memburuk dengan cepat hingga berujung bencana.

Tatkala pesawat mulai berguling ke kanan mengikuti respons kopilot, gerakan nan cepat menyebabkan sensasi berputar ke kanan. Sensasi ini yang nampaknya membuat kopilot mengalami disorientasi dan mengira pesawat sedang berguling dari posisi normalnya (posisi horizontal). Padahal sesungguhnya ia telah berguling ke kiri lebih dahulu. Tanpa terlebih dulu mengecek indikator sikap pesawat, ia menarik kembali tongkat kemudinya ke kiri. Sehingga pesawat pun kembali berguling ke kiri hingga semiring 50°. Pada saat yang sama kopilot menarik tongkat kemudinya hingga 15° ke belakang. Aksi ini membuat pesawat mulai menanjak sangat tajam hingga mencapai sudut tanjakan (pitch) 9° hanya dalam 3 detik. Dan dalam 20 detik kemudian sudut tanjakannya telah sebesar 24°, jauh melampaui ambang batas 10° yang diperkenankan bagi pesawat Airbus A320-216. Sebagai akibatnya sudut serang (angle of attack) yang dimilikinya pun demikian curam, hingga mencapai 48° pada titik maksimumnya.

Sudut serang yang demikian besar mendatangkan konsekuensi sangat serius. Karena pesawat Airbus A320-216 nomor registrasi PK-AXC itu segera berhadapan dengan salah satu momok paling menakutkan dunia penerbangan: kehilangan gaya angkat (stall) aerodinamis. Ini terjadi karena kacaunya aliran udara yang lewat di sayap pesawat. Normalnya, geometri sayap pesawat menyebabkan aliran udara terbelah dua, satu lewat persis di bawah sayap sementara satunya lagi di atas sayap. Pasca melewati sayap, keduanya lantas bergabung lagi menjadi satu aliran udara. Perbedaan kecepatan antara dua aliran udara tersebut memproduksi gaya angkat. Tetapi hal ini hanya berlaku bilamana kedua aliran udara yang terpisah itu tetap menempel pada sayap. Bila sudut serang sayap bertambah, maka pada satu titik kedua aliran udara itu takkan menyatu lagi pasca lewat sayap. Keduanya tetap terpisah. Titik tersebut dinamakan titik pemisahan. Semakin besar sudut serangnya, maka titik pemisahannya kian merangsek ke atas sayap. Pada sudut kritis tertentu, titik pemisahan tersebut akan tepat berada di ujung depan sayap. Pada sudut inilah gaya angkat menghilang.

Gambar 5. Hasil simulasi dengan simulator Airbus A320 berdasar data dari FDR tentang kondisi penerbangan QZ8501 pada jam 06:17:40 WIB (23:17:40 GMT). Yakni 54 detik setelah pilot mereset ulang sepasang komputer FAC. Nampak pesawat telah mencapai puncak ketinggiannya di altitud 11.520 meter dpl (37.796  kaki dpl). Pesawat mulai menurun tajam dengan sudut minus 20,7° dari bidang horizontal. Pesawat pun dalam kondisi miring sangat ekstrim hingga nyaris terguling seperti diperlihatkan layar Indikator Sikap pesawat, dengan kemiringan hingga 104°. Tampak pilot dan kopilot terus merespon melalui kolom kemudinya, dengan alarm stall tetap menyala. 3 menit pasca situasi ini, pesawat sudah tercebur di Selat Karimata. Sumber: KNKT, 2015.

Gambar 5. Hasil simulasi dengan simulator Airbus A320 berdasar data dari FDR tentang kondisi penerbangan QZ8501 pada jam 06:17:40 WIB (23:17:40 GMT). Yakni 54 detik setelah pilot mereset ulang sepasang komputer FAC. Nampak pesawat telah mencapai puncak ketinggiannya di altitud 11.520 meter dpl (37.796 kaki dpl). Pesawat mulai menurun tajam dengan sudut minus 20,7° dari bidang horizontal. Pesawat pun dalam kondisi miring sangat ekstrim hingga nyaris terguling seperti diperlihatkan layar Indikator Sikap pesawat, dengan kemiringan hingga 104°. Tampak pilot dan kopilot terus merespon melalui kolom kemudinya, dengan alarm stall tetap menyala. 3 menit pasca situasi ini, pesawat sudah tercebur di Selat Karimata. Sumber: KNKT, 2015.

Dalam penerbangan QZ8501 itu, hanya dalam waktu 50 detik pasca sepasang komputer FAC di-reset lewat saklar pemutus arusnya, terjadilah stall. Alarm stall pun menyala. Alarm stall bakal aktif saat sudut serang pesawat ini mulai melampaui batas 8°. Pada momen ini pilot memerintahkan kopilot untuk mendorong tongkat kemudinya lewat perintah (dalam Bahasa Inggris) “..pull down..pull down..” Pilot sendiri juga mulai mendorong tongkat kemudinya. Namun kopilot tidak merespon perintah tersebut dengan baik. Mungkin karena perintahnya ambigu. Prosedur operasi standar penerbangan Airbus A320-216 mengatur bahwa saat sudut tanjakan mencapai 10° (baik ke atas maupun ke bawah), maka pilot seharusnya memerintahkan dengan kata-kata “..pitch..pitch..

Sebagai akibatnya pesawat menanjak sangat tajam dengan magnitud yang mengerikan. Hanya dalam 74 detik pasca komputer FAC di-reset, pesawat telah mendaki 2.000 kaki (610 meter) dalam keadaan miring hingga 104° ke kiri. Selepas itu pesawat mulai menukik tak kalah mengerikan dengan kecepatan kehilangan ketinggian mencapai 20.000 kaki (6.096 meter) dalam setiap menitnya. Rekaman terakhir pada perekam data penerbangan adalah pada pukul 06:20:35 WIB atau hanya 4 menit 8 detik pasca komputer FAC di-reset. Pada detik terakhir itu pesawat sudah anjlok jauh sekali, dengan ketinggian tinggal 58 meter dpl dalam keadaan masih miring 8° ke kiri dan sudut serangnya masih sebesar 50°.

KNKT menemukan hingga saat-saat terakhir penerbangan QZ8501, kendali tetap berada di kopilot. Pilot tidak berinisiatif mengambil-alihnya, meski prosedur operasi standar keadaan darurat mengharuskannya demikian. Dari reruntuhan pesawat yang berhasil diangkat, ditemukan cacat pada sepasang komputer FAC-nya. Cacat tersebut berupa solderan yang retak pada modul elektronik masing-masing komputer. Retakan tersebut membuat arus listrik yang melewatinya kerap putus-sambung. Problem solderan yang retak dalam modul elektronik komputer FAC sebenarnya telah mengemuka sejak 1993 TU dan telah menjadi perhatian pabrikan Airbus. Solderan yang retak inilah yang menyebabkan masalah komputer FAC selalu berulang. Sayangnya manajemen perawatan pesawat dalam maskapai Indonesia AirAsia nampaknya tak berhasil mendeteksi masalah ini meskipun sedikitnya dua pilot yang lain telah melaporkannya.

Andaikata

Penerbangan QZ8501 memang telah berujung pada tragedi di Selat Karimata. Namun pengandaian apa yang bisa dipelajari Indonesia untuk mencegah terulangnya tragedi sejenis di masa depan?

Gambar 6. Modul elektronik komputer FAC yang retak solderannya, baik di kanal A maupun B. Inilah faktor teknis yang paling berkontribusi dalam bencana AirAsia penerbangan QZ8501. Sumber: KNKT, 2015.

Gambar 6. Modul elektronik komputer FAC yang retak solderannya, baik di kanal A maupun B. Inilah faktor teknis yang paling berkontribusi dalam bencana AirAsia penerbangan QZ8501. Sumber: KNKT, 2015.

Ada banyak pengandaian. Andaikata masalah dalam komputer FAC bisa dideteksi oleh manajemen perawatan Indonesia AirAsia sejak dini, tragedi ini bisa dicegah. Terlebih jika segera dilakukan penggantian komponen yang rusak. Kalaupun tidak, andaikata pilot tetap mematuhi pedoman Airbus dan tidak berimprovisasi dalam menangani masalah komputer FAC, tragedi ini bisa dicegah. Kalaupun tidak, andaikata pilot tetap mematuhi instruksi yang tersaji dalam layar display komputer FAC untuk menekan tombol on dan off masing-masing komputer FAC pasca menggunakan saklar pemutus arus, tragedi ini bisa dicegah. Kalaupun tidak, andaikata manajemen Indonesia AirAsia menggelar pelatihan upset recovery (mengembalikan pesawat dari situasi berbahaya akibat kecepatan atau sikap yang melampaui ambang batas) bagi pilot-pilotnya, maka tragedi ini mungkin bisa dicegah.

Tragedi di Selat Karimata itu menduduki peringkat kecelakaan pesawat terbang dengan korban terbanyak kedua di Indonesia sepanjang sejarah, setelah jatuhnya pesawat Airbus A300-B4 nomor registrasi PK-GAI Garuda Indonesia penerbangan GA152 pada 26 September 1997 TU silam di dekat Medan (propinsi Sumatra Utara) dengan korban tewas 234 orang. Dan pasca tragedi penerbangan QZ8501 itu, dunia penerbangan Indonesia masih belum sepi dari tragedi lainnya. Mulai dari jatuhnya pesawat Hercules C-130B TNI-AU nomor A-1310 di Medan (propinsi Sumatra Utara) pada 30 Juni 2015 TU (korban tewas 139 orang). Lantas disusul jatuhnya pesawat ATR 42-300 nomor registrasi PK-YRN Trigana Air Services penerbangan IL267 (TGN267) di dekat Oksibil (propinsi Papua) pada 16 Agustus 2015 TU (korban tewas 54 orang). Dan yang terakhir adalah jatuhnya pesawat DHC-6 Twin Otter nomor registrasi PK-BRM Aviastar penerbangan MV7503 di hutan Latimojong (propinsi Sulawesi Selatan) pada 2 Oktober 2015 TU (korban tewas 10 orang).

Secara akumulatif, dalam 10 bulan tersebut (terhitung sejak 28 Desember 2014 TU) sebanyak 369 nyawa telah terenggut dalam aneka kecelakaan udara tadi. Ini menjadi bagian dari catatan buruk dunia penerbangan Indonesia, yang masih terus mendapat perhatian global karena catatan keselamatannya masih berada di bawah nilai rata-rata global.

Referensi :

KNKT. 2015. Aircraft Accident Investigation Report, PT Indonesia Air Asia Airbus A320-216 PK-AXC, Karimata Strait, Republic of Indonesia, 28 December 2014. Komisi Nasional Keselamatan Transportasi, Kementerian Perhubungan RI.

Iklan

Gelombang Gravitasi, Terdeteksi Setelah Seabad Bersembunyi

Mari kembali ke masa 1,3 milyar tahun silam. Itulah masa saat dua buah benda langit dengan kerapatan yang amat sangat padat bertubrukan pada satu tempat di penjuru jagat raya kita. Umat manusia mengenal benda langit eksotis semacam itu dengan nama menggetarkan: lubang hitam. Dalam kejadian tubrukan akbar berskala kosmik 1,3 milyar tahun silam tersebut lubang hitam pertama memiliki massa 36 kali lipat Matahari. Sedangkan massa lubang hitam kedua ‘hanya’ 29 kali lipat Matahari. Tubrukan mahadahsyat itu menghasilkan lubang hitam tunggal, namun massanya ‘hanya’ 62 kali lipat Matahari. Maka ada setidaknya massa sebesar 3 kali lipat Matahari yang hilang. Namun massa tersebut ternyata tidaklah menghilang tanpa jejak, ia bertransformasi menjadi energi yang dijalarkan ke segenap penjuru jagat raya sebagai gelombang gravitasi.

Gambar 1. Ilustrasi dua buah lubang hitam menjelang bertubrukan dan menyatu. Kontur berwarna disekitar masing-masing lubang hitam menunjukkan amplitudo gelombang gravitasi yang dipancarkannya. Garis hijau dan ungu putus-putus menunjukkan lintasan berspiral masing-masing lubang hitam hingga menuju titik tubrukan dan menyatu. Panah hijau melingkar menunjukkan arah rotasi setiap lubang hitam. Peristiwa seperti inilah yang dideteksi observatorium LIGO lewat pancaran gelombang gravitasinya. Sumber: NASA, 2016.

Gambar 1. Ilustrasi dua buah lubang hitam menjelang bertubrukan dan menyatu. Kontur berwarna disekitar masing-masing lubang hitam menunjukkan amplitudo gelombang gravitasi yang dipancarkannya. Garis hijau dan ungu putus-putus menunjukkan lintasan berspiral masing-masing lubang hitam hingga menuju titik tubrukan dan menyatu. Panah hijau melingkar menunjukkan arah rotasi setiap lubang hitam. Peristiwa seperti inilah yang dideteksi observatorium LIGO lewat pancaran gelombang gravitasinya. Sumber: NASA, 2016.

Relativitas Umum dan Astronomi

Apa itu gelombang gravitasi? Segalanya berawal dari masa tepat seabad silam. Yakni tatkala salah satu jenius paling imajinatif dalam sejarah ilmu pengetahuan alam, yakni Albert Einstein, mempublikasikan pemikirannya mengenai relativitas umum pada bulan November 1915 Tarikh Umum (TU). Ini adalah penyempurnaan dari gagasan relativitas khusus yang telah dipublikasikannya tepat satu dasawarsa sebelumnya. Jika relativitas khusus lebih menekankan pada tidak adanya kerangka acuan mutlak (termasuk waktu) dan terdapat kesetaraan massa dan energi (yang amat terkenal dengan persamaan E=mc2), maka relativitas umum memperluasnya hingga mencakup gravitasi.

Dalam relativitas umum, segenap jagat raya terletak dalam geometri empat dimensi dimana tiga dimensi merupakan bagian dari dimensi ruang (yakni sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z) sementara satu dimensi sisanya bagian dari dimensi waktu. Keempat dimensi itu saling tak terpisahkan, apa yang mempengaruhi ruang juga akan mempengaruhi waktu. Sehingga lahir kosakata ruang-waktu. Andaikata di dalam jagat raya ini tidak ada konsentrasi massa, maka ruang-waktu akan berbentuk datar. Namun konsentrasi massa, terlebih jika cukup massif dalam ruap benda langit seperti bintang-bintang dan galaksi, akan membuat ruang-waktu disekelilingnya melengkung demikian rupa. Derajat kelengkungan ini berbanding terbalik dengan jaraknya dari benda langit tersebut, semakin jauh maka akan semakin kecil. Di sisi lain, semakin besar massa benda langit maka semakin melengkung ruang-waktu disekelilingnya. Melengkungnya ruang-waktu disekitar benda langit akan menghasilkan sejumlah fenomena yang dapat dideteksi.

Gambar 2. Poster menjelang Gerhana Matahari Total 1919, yang menggambarkan bagaimana cahaya bintang-bintang jauh dibelokkan sedikit kala melintas di dekat benda langit bermassa cukup besar (massif) seperti Matahari sebagai efek dari melengkungnya ruang-waktu akibat benda massif. Posisi nampak bintang-bintang tersebut akan bergeser menjauh sedikit dari Matahari. Fenomena ini hanya bisa disaksikan pada saat peristiwa Gerhana Matahari Total. Observasi yang dilakukan Eddington dkk, memastikan bahwa berkas cahaya tersebut memang benar-benar berbelok sedikit. Sumber: Morison, 2008.

Gambar 2. Poster menjelang Gerhana Matahari Total 1919, yang menggambarkan bagaimana cahaya bintang-bintang jauh dibelokkan sedikit kala melintas di dekat benda langit bermassa cukup besar (massif) seperti Matahari sebagai efek dari melengkungnya ruang-waktu akibat benda massif. Posisi nampak bintang-bintang tersebut akan bergeser menjauh sedikit dari Matahari. Fenomena ini hanya bisa disaksikan pada saat peristiwa Gerhana Matahari Total. Observasi yang dilakukan Eddington dkk, memastikan bahwa berkas cahaya tersebut memang benar-benar berbelok sedikit. Sumber: Morison, 2008.

Benda-benda langit di jagat raya ini tidaklah diam dalam posisinya. Melainkan selalu bergerak. Dalam kasus khusus dimana benda langit tersebut memiliki massa cukup besar dan bergerak dipercepat, maka ruang-waktu disekelilingnya akan turut berubah. Perubahan tersebut akan menjalar menjauh ke segala arah yang bergerak secepat cahaya sebagai riak-riak ruang-waktu. Inilah gelombang gravitasi.

Masih bingung dengan gelombang gravitasi? Mari bentangkan selembar selimut sejarak sekitar 50 cm di atas tempat tidur kita. Agar tetap melayang, ikat keempat ujungnya pada masing-masing tiang di setiap sudut ranjang. Lantas taruhlah sebuah bola sepak, pelan-pelan saja dan tepat di tengah-tengahnya. Selimut itu melengkung? Tentu saja. Namun tak berhenti di situ. Siapkan bola tennis, lemparkan pelan-pelan tepat ke arah bola sepak di tengah-tengah bentangan selimut itu. Saat kedua bola itu saling berbenturan dan lantas berdempetan, kita akan melihat riak-riak di selimut, menjalar demikian rupa. Nah, mari anggap tempat tidur kita sebagai jagat raya dan selimut itu sebagai ruang-waktu. Maka riak-riak di selimut itulah gelombang gravitasi. Ya gelombang yang merambat dalam kurvatur ruang-waktu.

Meski aneh dan sulit dinalar pada awalnya, gagasan relativitas umum terbukti benar. Dan sedari awal astronomi sangat tertarik dengannya. Daya pikat gagasan Einstein pertama kali dipancarkan dari suksesnya relativitas umum dalam menjelaskan perilaku aneh orbit planet Merkurius. Sudah sejak 1840 TU astronomi menyadari Merkurius berperilaku sedikit aneh dalam menjalani orbitnya. Ia senantiasa bergeser dari orbit seharusnya (yang diperhitungkan berdasar hukum gravitasi Newton), meski nilainya kecil. Pergeseran tersebut terutama teramati pada perubahan lokasi titik terdekat orbit Merkurius ke Matahari (perihelion). Perihelion Merkurius senantiasa bergerak maju, fenomena yang dikenal sebagai presesi perihelion.

Presesi perihelion Merkurius pertama kali diungkap Arago, direktur observatorium Paris, dalam suratnya kepada Urbain Le Verrier, sosok yang pertama kali menyadari kemungkinan eksistensi planet Neptunus di atas kertas jauh sebelum planet tersebut benar-benar ditemukan. Jejak paling awal dari presesi perihelion Merkurius terungkap dari gagalnya perhitungan Le Verrier dalam memprakirakan transit Merkurius. Dalam perhitungannya, Le Verrier menyimpulkan transit Merkurius, yakni segarisnya posisi Matahari-Merkurius-Bumi dalam segala arah (konfigurasi syzygy), akan terjadi pada 1843 TU. Namun pada waktu yang telah diprakirakan tersebut observasi astronomi tak pernah berhasil menjumpai peristiwa transit yang dimaksud (perhitungan terkini menunjukkan transit Merkurius terjadi pada 8 Mei 1845 TU). Terinspirasi kisah sukses penemuan planet Neptunus, Le Verrier pun beranggapan ada sebuah planet-tak-dikenal, yang kedudukannya lebih dekat ke Matahari dibanding Merkurius. Planet tersebut cukup massif sehingga gravitasinya mampu menyebabkan presesi perihelion Merkurius. Le Verrier menyebut planet-tak-dikenal ini sebagai Vulcan. Pada saat yang bersamaan Le Verrier juga mengembangkan perhitungannya untuk menyingkap planet-tak-dikenal yang mengganggu orbit Uranus dan Neptunus, yang akhirnya mendunia sebagai kisah pencarian Planet X.

Le Verrier sempat dibikin bungah saat Edmond Lescarbault memublikasikan hasil observasinya tentang benda langit yang terlihat lewat di depan Matahari pada Desember 1859 TU. Le Verrier menganggap itulah Vulcan dan segera memperhitungkan elemen orbitnya. Namun observasi demi observasi yang dilakukan sejumlah astronom di masa berikutnya tak pernah berhasil menjumpai eksistensi Vulcan. Ambisi pencarian Vulcan sedikit meredup setelah wafatnya Le Verrier pada 1877 TU. Namun gagasan mengenai planet Vulcan baru benar-benar lenyap tatkala Einstein memublikasikan relativitas umumnya. Dengan pendekatan berbeda dibanding mekanika Newton, relativitas umum memperlihatkan bahwa presesi perihelion Merkurius adalah sebuah konsekuensi tak terhindarkan dari planet yang paling dekat ke Matahari itu. Karena paling dekat, sementara ruang-waktu disekeliling Matahari melengkung, maka Merkurius tak punya pilihan selain bergerak mengelilingi Matahari dalam lengkungan tersebut. Dengan konsekuensi terjadilah presesi perihelion.

Gambar 3. Ekspedisi Gerhana Matahari Total 1929 di Takengon (Indonesia), yang dipimpin oleh Erwin Freundlich (baju putih, tengah). Radas dalam foto ini adalah kamera horizontal yang digunakan untuk mengukur besarnya pembelokan berkas cahaya bintang akibat melengkungnya ruang-waktu di sekeliling Matahari. Sumber: Hentschel, 1992.

Gambar 3. Ekspedisi Gerhana Matahari Total 1929 di Takengon (Indonesia), yang dipimpin oleh Erwin Freundlich (baju putih, tengah). Radas dalam foto ini adalah kamera horizontal yang digunakan untuk mengukur besarnya pembelokan berkas cahaya bintang akibat melengkungnya ruang-waktu di sekeliling Matahari. Sumber: Hentschel, 1992.

Ketertarikan astronomi dengan relativitas umum menjadi lebih intim pasca Perang Dunia 1. Sebagai konsekuensi dari melengkungnya ruang-waktu disekeliling Matahari, maka berkas cahaya dari bintang-bintang jauh yang kebetulan lewat di dekat Matahari pun tak punya pilihan kecuali sedikit berbelok. Imbasnya, kita di Bumi akan melihat bintang-bintang tersebut mengalami pergeseran posisi nampak, seakan-akan menjauhi Matahari. Padahal sesungguhnya tidak. Fenomena ini berpeluang bisa dibuktikan dalam peristiwa Gerhana Matahari Total. Sebab dalam puncak totalitasnya, cakram Matahari yang benderang akan tertutupi sepenuhnya oleh cakram Bulan. Sehingga langit akan menggelap untuk sesaat, memungkinkan bintang-bintang redup di latar belakang Matahari terlihat. Dengan membandingkan posisi nampak bintang-bintang tersebut pada saat Gerhana Matahari Total dan tidak, maka dapat diketahui terjadinya pergeseran posisi nampak. Inilah yang dibuktikan Arthur Eddington dkk lewat ekspedisi Gerhana Matahari Total 29 Mei 1919 TU di Sobral (Brazil) dan Pulau Principe (Sao Tome dan Principe). Belakangan Erwin Freundlich juga membuktikan hal serupa dalam ekspedisi Gerhana Matahari Total 9 Mei 1929 yang berlangsung di Takengon, propinsi Aceh (Indonesia).

Di kemudian hari, astronomi pulalah yang membuktikan sejumlah prediksi menarik relativitas umum. Mulai dari dinamika jagat raya di awal mula hingga ke benda langit eksotik semacam lubang hitam. Sampai saat ini lubang hitam memang belum dapat diamati secara langsung. tetapi banyak gejalanya yang sudah terobservasi. Lantas bagaimana dengan gelombang gravitasi ?

Observatorium

Gambar 4. Observatorium LIGO di Livingston, Lousiana (Amerika Serikat) berdasarkan citra satelit. Nampak dua lorong panjang hampa udara yang saling tegaklurus. Sumber: Google Maps, 2016.

Gambar 4. Observatorium LIGO di Livingston, Lousiana (Amerika Serikat) berdasarkan citra satelit. Nampak dua lorong panjang hampa udara yang saling tegaklurus. Sumber: Google Maps, 2016.

Riak-riak yang menjalar melalui ruang-waktu sebagai gelombang gravitasi mampu mendistorsi ruang-waktu yang dilewatinya sendiri, meski untuk sesaat. Andaikan kita meletakkan sebuah kubus di sebuah tempat dan gelombang gravitasi melewatinya, maka kubus tersebut secara harfiah bakal berubah menjadi balok untuk sesaat. Tetapi perubahan itu takkan kasat mata. Sedari awal telah disadari upaya untuk mendeteksi gelombang gravitasi menjadi salah satu pekerjaan ilmiah yang luar biasa sulit. Betapa tidak, gelombang gravitasi memiliki amplitudo (tinggi gelombang) yang amat sangat luar biasa kecil. Bila dibandingkan dengan diameter atom Hidrogen, amplitudo gelombang gravitasi hanyalah sepermilyarnya saja. Bahkan dibandingkan dengan dimensi proton, amplitudo gelombang gravitasi masih sepuluh ribu kali lebih kecil. Jelas upaya untuk mendeteksinya tak semudah melihat riak-riak kecil gelombang laut di keluasan bentangan perairan samudera.

Untuk itulah LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) dibangun, sebagai sebuah observatorium astronomi yang unik karena tak bertumpu pada cahaya maupun emisi foton lainnya dari langit. LIGO bertulangpunggungkan pada prinsip interferometri. Secara sederhana, observatorium ini berbasiskan pada dua buah lorong hampa udara sepanjang 4 kilometer yang dibangun demikian rupa sehingga satu dengan yang lain tepat saling tegaklurus. Kombinasi kedua lorong membentuk konfigurasi yang sama persis dengan huruf L. Panjang salah satu lorong sengaja dibuat 1 meter lebih pendek dibanding lainnya. Ujung setiap lorong dilengkapi dengan cermin pemantul. Sementara di titik potong kedua lorong dipasang cermin-pembelah-semi-transparan, yang berfungsi untuk ‘membelah’ berkas cahaya yang melintasinya sehingga bisa diarahkan ke kedua lorong tersebut sekaligus. Di dekat cermin-pembelah ini, searah dengan salah satu lorong, dipasang sumber cahaya koheren (laser). Sebaliknya searah dengan lorong yang lain dipasang detektor, juga berdekatan dengan cermin-pembelah.

Gambar 5. Gambaran sederhana struktur observatorium LIGO yang terdiri dari lima bagian utama. Sumber cahaya koheren, cermin-pemisah-semi-transparan dan detektor terletak saling berdekatan (berada pada gedung yang sama). Sedangkan cermin pemantul lorong 1 terletak di ujung lorong 1 (panjang 4 kilometer). Demikian halnya cermin pemantul lorong 2, hanya saja lorong 2 sedikit lebih pendek. Sumber: Universe Today, 2016.

Gambar 5. Gambaran sederhana struktur observatorium LIGO yang terdiri dari lima bagian utama. Sumber cahaya koheren, cermin-pemisah-semi-transparan dan detektor terletak saling berdekatan (berada pada gedung yang sama). Sedangkan cermin pemantul lorong 1 terletak di ujung lorong 1 (panjang 4 kilometer). Demikian halnya cermin pemantul lorong 2, hanya saja lorong 2 sedikit lebih pendek. Sumber: Universe Today, 2016.

Cara kerjanya? Sumber cahaya koheren menembakkan berkas laser ke cermin-pembelah-semi-transparan. Sehingga berkas laser itupun terbelah menjadi dua. Satu berkas mengarah ke lorong yang lebih panjang sementara satunya lagi ke lorong lebih pendek. Di ujung setiap lorong, berkas laser ini dipantulkan kembali oleh cermin-pemantul sehingga kembali mengarah ke cermin-pemisah. Setibanya di cermin-pemisah, kedua berkas yang semula terpisah itu lantas menyatu kembali dan selanjutnya mengarah ke detektor. Seperti cahaya pada umumnya, berkas sinar laser juga memiliki sifat-sifat gelombang dan merupakan gelombang transversal. Dengan panjang kedua lorong yang sedikit berbeda, maka pada saat kedua berkas laser yang semula terpisah itu menyatu kembali di cermin-pemisah dan bersama-sama menuju detektor, terjadilah interferensi. Selisih panjang kedua lorong tersebut adalah demikian rupa sehingga dalam kondisi normal menyatunya kedua berkas laser pasca melewati cermin-pemisah menghasilkan interferensi destruktif. Dalam interferensi ini, puncak gelombang berkas laser pertama akan tepat bertemu dengan lembah gelombang berkas laser kedua dan demikian sebaliknya. Sehingga praktis tak ada cahaya yang tiba di detektor. Sebaliknya tatkala Bumi terpapar oleh gelombang gravitasi, maka salah satu lorong akan terdampak. Imbasnya terjadi perubahan panjang lorong tersebut dalam skala yang amat sangat kecil, meski untuk sesaat. Perubahan ini akan merubah pola interferensinya menjadi interferensi konstruktif. Dimana puncak gelombang berkas laser pertama akan bersua dengan puncak gelombang berkas laser kedua, demikian pula lembah gelombangnya. Sebagai akibatnya terdapat cahaya yang bisa terdeteksi di detektor.

LIGO dalam kondisi normal

  1. Aliran cahayaLIGO_gb6_cara-kerja_statik_01
  2. Diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya di detektor (Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang teratur dan saling mengisi !)Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang teratur dan saling mengisi !

LIGO dalam kondisi saat gelombang gravitasi menerpa

  1. Aliran cahaya LIGO_gb6_cara-kerja_dinamik_02
  2. Diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya di detektor (Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang tidak teratur !)

    Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang tidak teratur ! Gambar 6. Gambaran sederhana bagaimana Observatorium LIGO bekerja, dengan menganggap bahwa cahaya adalah butir-butir partikel tanpa sifat gelombang. Sumber cahaya koheren terletak di sebelah kiri sementara detektor di sebelah bawah. Setelah melewati cermin-pemisah-semi-transparan, berkas cahaya terpisah menjadi dua masing-masing berwarna hijau dan merah. Perhatikan perbedaan diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya antara kondisi normal dan kondisi saat gelombang gravitasi menerpa. Sumber: Universe Today, 2016.

    Gambar 6. Gambaran sederhana bagaimana Observatorium LIGO bekerja, dengan menganggap bahwa cahaya adalah butir-butir partikel tanpa sifat gelombang. Sumber cahaya koheren terletak di sebelah kiri sementara detektor di sebelah bawah. Setelah melewati cermin-pemisah-semi-transparan, berkas cahaya terpisah menjadi dua masing-masing berwarna hijau dan merah. Perhatikan perbedaan diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya antara kondisi normal dan kondisi saat gelombang gravitasi menerpa. Sumber: Universe Today, 2016.

 

Dalam kenyataannya, operasi LIGO jauh lebih rumit dibanding gambaran di atas. Setelah dibelah oleh cermin-pembelah, berkas laser yang mengarah ke setiap lorong LIGO sejatinya menempuh lintasan yang lebih jauh karena dipantulkan bola-balik antara cermin-pemantul dan cermin-pembelah hingga 75 juta kali sebelum memasuki detektor. Pemantulan berulang-ulang ini meningkatkan sensitivitas LIGO. Namun di sisi lain juga membuat LIGO lebih rentan mengalami gangguan dari getaran-getaran halus yang terjadi di paras Bumi. Baik akibat aktivitas alamiah (misalnya gempabumi) hingga ulah manusia (misalnya lalu lintas kendaraan bermotor).

Untuk itulah Dewan Pendanaan Ilmu Pengetahuan Amerika Serikat (National Science Foundation atau NSF) memutuskan membiayai pembangunan dua observatorium LIGO sekaligus. Masing-masing Observatorium LIGO Livingston yang berlokasi di Livingston (negara bagian Lousiana) yang bertempat di pesisir timur Amerika dan Observatorium LIGO Hanford yang mengambil lokasi di Hanford (negara bagian Washington) di pesisir barat. Kedua observatorium tersebut berselisih jarak tepat 3.002 kilometer. Setiap observatorium LIGO ditempatkan di pedalaman yang jauh dari aktivitas manusia keseharian secara umum. Dengan dua observatorium identik yang saling terpisah, maka gangguan dari paras Bumi dapat dideteksi dan dieliminasi. Dengan kata lain, riset tentang deteksi gelombang gravitasi hanya akan terfokus pada sebuah kejadian yang dideteksi oleh kedua observatorium LIGO tersebut secara bersamaan. Konsekuensi dari pembangunan dan operasi dua observatorium LIGO ini membuat NSF harus merogoh kocek dalam-dalam, hingga mencapai US $ 620 juta. Ini menjadikannya proyek ilmiah terbesar dan termahal yang pernah dibiayai NSF.

Pola interferensi destruktif, terjadi saat LIGO beroperasi dalam kondisi normal (sebagai pengembangan dari Gambar 6, dimana sifat gelombang transversal cahaya kini diperhitungkan). Perhatikan gelombang cahaya hijau dan merah tepat saling melenyapkan sehingga akumulasinya tidak ada gelombang cahaya (garis biru)LIGO_gb7_interferensi_destruktif-01

Pola interferensi konstruktif, terjadi saat LIGO beroperasi dalam kondisi saat gelombang gravitasi menerpa (sebagai pengembangan dari Gambar 6, dimana sifat gelombang transversal cahaya kini diperhitungkan). Perhatikan gelombang cahaya hijau dan merah saling menguatkan sehingga akumulasinya membentuk pola gelombang cahaya biru yang baru

Gambar 7. Gambaran sederhana tentang pola interferensi yang bisa diindra detektor observatorium LIGO. Dalam hal ini berkas cahaya dianggap sebagai butir-butir partikel yang memiliki sifat gelombang. Bila diagram waktu kedatangan di Gambar 6 dikembangkan lebih lanjut dengan menyertakan pola-pola gelombang transversal, maka akan dijumpai pola interferensi destruktif (kondisi normal) dan pola interferensi konstruktif (kondisi saat gelombang gravitasi menerpa). Sumber: Universe Today, 2016.

Gambar 7. Gambaran sederhana tentang pola interferensi yang bisa diindra detektor observatorium LIGO. Dalam hal ini berkas cahaya dianggap sebagai butir-butir partikel yang memiliki sifat gelombang. Bila diagram waktu kedatangan di Gambar 6 dikembangkan lebih lanjut dengan menyertakan pola-pola gelombang transversal, maka akan dijumpai pola interferensi destruktif (kondisi normal) dan pola interferensi konstruktif (kondisi saat gelombang gravitasi menerpa). Sumber: Universe Today, 2016.

Penemuan

Untungnya, ongkos mahal itu terbayar dengan penemuan spektakuler. Pada 14 September 2015 TU pukul 16:50:45 WIB kedua observatorium LIGO tersebut mendeteksi sebuah kejadian tak biasa. Kala itu selama 0,2 detik Bumi terpapar oleh gelombang gravitasi. Meski sangat singkat, namun dua observatorium LIGO berhasil mendeteksinya pada frekuensi 150 MHz. Analisis yang cukup hati-hati memperlihatkan gelombang gravitasi ini dibangkitkan dari dua buah lubang hitam yang bertubrukan dan menyatu. Sebelum menyatu, keduanya bergerak saling mengedari dalam sebuah tarian kosmik yang luar biasa. Terdeteksinya frekuensi orbital 75 MHz (separuh frekuensi gelombang gravitasi) menunjukkan kedua lubang hitam tersebut berselisih jarak hanya 350 km saat tarian dimulai (dan gelombang gravitasi terpancar). Tarian ini berlangsung pada kecepatan yang sangat tinggi, awalnya pada kecepatan hampir 90.000 km/detik (30 % kecepatan cahaya) dan dalam 0,2 detik kemudian meningkat pesat menjadi dua kali lipatnya. Menyatunya kedua lubang hitam tersebut menjadi satu lubang hitam massif diiringi dengan hilangnya massa sebesar 3 kali Matahari. Massa ini sesungguhnya tak hilang, namun berubah menjadi energi yang diangkut oleh gelombang gravitasi. Energi tersebut amat sangat luar biasa besar. Pada puncaknya, yakni dalam 20 milidetik pasca penyatuan, gelombang gravitasi itu mengangkut daya 3.6 . 1049 watt. Daya tersebut 50 kali lipat lebih besar ketimbang daya yang dibangkitkan lewat cahaya tampak dari seluruh galaksi yang telah teramati di jagat raya kita !

Gambar 8. Hasil observasi gelombang gravitasi lewat observatorium LIGO di Hanford dan Livingstone. Nampak kurva dari data yang terekam nyaris sama persis dengan hasil perhitungan (simulasi). Inilah bukti langsung pertama bahwa gelombang gravitasi memang ada. Sumber: Abbott dkk, 2016.

Gambar 8. Hasil observasi gelombang gravitasi lewat observatorium LIGO di Hanford dan Livingstone. Nampak kurva dari data yang terekam nyaris sama persis dengan hasil perhitungan (simulasi). Inilah bukti langsung pertama bahwa gelombang gravitasi memang ada. Sumber: Abbott dkk, 2016.

Deteksi dari dua observatorium LIGO ini juga memungkinkan kita untuk melacak lokasi tubrukan dua lubang hitam tersebut. Dengan teknik triangulasi, diketahui tubrukan terjadi pada lokasi yang searah dengan arahpandang kita ke galaksi Awan Magellan Besar di belahan langit selatan. Meski dengan hanya dua observatorium LIGO yang aktif saat itu dan melacak peristiwa ini, dimana tepatnya posisi kedua lubang hitam yang saling bertubrukan dan menyatu itu berada tidak dapat diketahui dengan pasti. Analisis hanya memperlihatkan bahwa kedua lubang hitam yang bertubrukan itu ada di dalam kawasan seluas 140 derajat persegi (pada tingkat keyakinan 50 %) atau seluas 590 derajat persegi (pada tingkat keyakinan 90 %) di belahan langit selatan. Perbandingan dengan hasil pengamatan observatorium unik lainnya, misalnya observatorium yang berbasis emisi gelombang elektromagnetik (mencakup teleskop sinar gamma, sinar-X, ultraviolet dan cahaya tampak) serta observatorium berbasis pancaran partikel subatomik (neutrino), menunjukkan energi yang dilepaskan dari tubrukan dua lubang hitam tersebut sepenuhnya diangkut oleh gelombang gravitasi. Tidak oleh gelombang elektromagnetik maupun partikel subatomik.

Apa pengaruh dari terdeteksinya gelombang gravitasi bagi umat manusia?

Implikasinya sangat luas. Sukses deteksi tersebut sekali lagi menunjukkan relativitas umum (yang digagas Einstein) terbukti benar. Demikian halnya aplikasinya dalam kehidupan keseharian manusia modern, misalnya dalam navigasi berbasis satelit. Tanpa memasukkan efek relativitas umum, maka koordinat posisi yang disajikan oleh satelit navigasi manapun (baik sistem GPS Amerika Serikat, Glonass Russia maupun Galileo Eropa) akan meleset sejauh beberapa kilometer dari aslinya. Terbuktinya gelombang gravitasi juga memberikan jendela observasi baru dalam astronomi. Selama ini astronomi bertulangpunggungkan pada observasi yang berbasis gelombang elektromagnetik (gelombang radio, gelombang mikro, cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar inframerah, sinar-X dan sinar gamma) serta partikel subatomik (sinar kosmik, angin Matahari/angin bintang, neutrino). Kini entitas baru ditambahkan ke dalamnya, yakni gelombang gravitasi. Terdeteksinya gelombang gravitasi saat ini juga menunjukkan (sekali lagi) bahwa lubang hitam, benda langit eksotik yang diramalkan relativitas umum, memang terbukti ada. Umat manusia memang takkan sanggup melihatnya melalui cahaya yang dipancarkannya, karena dari sinilah nama lubang hitam itu berakar. Namun dengan gravitasinya, lubang hitam sanggup memperlihatkan diri. Selama ini kita mencoba memahami eksistensi lubang hitam berdasarkan tarikan gravitasinya terhadap benda-benda langit disekitarnya hingga menghasilkan pola yang khas. Namun eksistensi gelombang gravitasi membuka jendela baru dalam memahami lubang hitam.

Gambar 9. Areal lokasi tempat dua lubang hitam yang bertubrukan dalam tempo 1,3 milyar tahun silam di langit selatan dan meghasilkan gelombang gravitasi yang terdeteksi pada 2015 TU silam. Karena hanya terdeteksi oleh dua observatorium gelombang gravitasi yang aktif saat itu, maka dimana persisnya lokasi tubrukan tidak dapat ditentukan secara lebih teliti. Nampak posisi dua bintang terang: Canopus dan Sirius. Sumber: Space.com, 2016.

Gambar 9. Areal lokasi tempat dua lubang hitam yang bertubrukan dalam tempo 1,3 milyar tahun silam di langit selatan dan meghasilkan gelombang gravitasi yang terdeteksi pada 2015 TU silam. Karena hanya terdeteksi oleh dua observatorium gelombang gravitasi yang aktif saat itu, maka dimana persisnya lokasi tubrukan tidak dapat ditentukan secara lebih teliti. Nampak posisi dua bintang terang: Canopus dan Sirius. Sumber: Space.com, 2016.

Di atas semua implikasi ilmiah tersebut, ada implikasi praktis dalam ranah antropis. Beruntung dua lubang hitam yang bertubrukan itu terletak sangat jauh dari kita, dalam jarak 1,3 milyar tahun cahaya. Andaikata sangat dekat, bencana tak terperi bakal menerpa Bumi kita dan bahkan segenap penjuru tata surya. Andaikata tubrukan tersebut terjadi di tempat yang cukup dekat, katakanlah hanya berjarak 100 tahun cahaya dari Bumi kita, riak-riak di ruang-waktu hasil tubrukan itu akan demikian mendistorsi ruang-waktu tempat Bumi kita berada akibat amplitudo gelombang gravitasinya masih sangat besar.

Referensi :

Abbott dkk. 2016. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Phys. Rev. Lett. 116: 061102.

Possel. 2016. Gravitational Wave Detector: How They Work. Universe Today, 10 Februari 2016.

O’Neill. 2016. Where Did Those Gravitational Waves Come From? There’s a Map. Space.com, 12 Februari 2016.

Hentschel. 1992. Erwin Finlay Freundlich and Testing Einstein’s Theory of Relativity. Archive for History of Exact Sciences June 1994, Volume 47, Issue 2, pp 143-201.

Morison. 2008.Introduction to Astronomy and Cosmology. John Wiley & Sons, West Sussex, United Kingdom