Asteroid-mini dari luar Tata Surya

Sebuah meteoroid yang berupa asteroid-mini memasuki atmosfer Bumi pada 9 Januari 2014 TU dinihari waktu Indonesia. Ia menjadi meteor-terang (fireball) dan mencapai puncak kecemerlangannya manakala tiba di ketinggian 19 kilometer di atas paras air laut, di lepas pantai utara pulau Irian. Lima tahun kemudian barulah disadari bahwa asteroid mini tersebut datang dari luar tata surya kita.

Setengah Ton

Asteroid-mini itu tak bernama, tak dikodekan dan tak pernah terdeteksi sebelumnya. Jika dianggap berbentuk bola, diameternya hanya 50 cm. Namun ia hampir sepadat besi dengan massa mencapai setengah ton. Melesat secepat 161.000 km/jam pada lintasan membentuk sudut sekitar 20º terhadap parasbumi yang menjadi titik targetnya, asteroid-mini-tanpa-nama itu sontak berubah menjadi meteor begitu mulai menembus ketinggian 110 kilometer. Puncak kecerlangannya dicapai pada ketinggian 20 kilometer dengan terang mendekati Bulan purnama. Sehingga merupakan meteor-terang (fireball). Secara keseluruhan asteroid-mini-tanpa-nama itu melepaskan energi 0,11 kiloton TNT, setara 1/137 kekuatan ledakan bom nuklir Hiroshima.

Gambar 1. Lokasi terdeteksinya meteor-terang 9 Januari 2014 di lepas pantai utara pulau Irian. Peta berdasarkan Google Earth dikombinasikan dengan data NASA Astrophysics Data System.

Saat mencapai puncak kecerlangannya, meteor-terang berkedudukan sekitar 100 kilometer sebelah timur laut Pulau Manus. Atau 740 kilometer sebelah timur laut kota Jayapura (Indonesia). Di atas kertas, penduduk pulau Manus dapat dengan mudah menyaksikan panorama meteor-terang ini, yang mengemuka setinggi 11º di horizon timur laut. Namun peristiwa tersebut terjadi pada pukul 02:05 WIT sehingga praktis hampir segenap penduduk di kawasan ini telah terlelap.

Beruntung ada satelit mata-mata rahasia Departemen Pertahanan AS yang rajin memelototi selimut udara Bumi dengan radas (instrumen) bhangmeter-nya. Radas tersebut sejatinya bertujuan mengendus kilatan cahaya khas produk ledakan nuklir atmosferik/permukaan, sebagai bagian dari patroli global keamanan negara adidaya. Namun radas yang sama berkemampuan pula mengindra kilatan cahaya dari peristiwa pelepasan energi tinggi sejenis. Termasuk yang dilepaskan meteor-terang, meteor-sangat terang dan juga boloid.

Hasil observasi meteor-terang/sangat-terang dan boloid itu disimpan pada sebuah basisdata terbuka yang dikelola badan antariksa AS (NASA) melalui CNEOS (Center of Near Earth Object Studies). Sering disebut pula sebagai katalog CNEOS, basisdata itu memuat semua data meteor-terang/sangat-terang dan boloid sejak 1988 TU. Lima tahun berselang, barulah diketahui bahwa peristiwa meteor-terang di utara pulau Irian itu bukanlah kejadian biasa.

Sempat Diragukan

Amir Siraj, astronom dari Harvard University (AS), tergelitik oleh pertanyaan menarik pasca penemuan Oumuamua. Seperti diketahui Oumuamua adalah asteroid unik, karena menjadi benda langit pertama yang terdeteksi umat manusia sebagai benda langit yang berasal dari luar tata surya kita sepanjang sejarah peradaban. Siraj mengembangkan mengembangkan euforia penemuan Oumuamua ke konteks lingkungan dekat-Bumi dengan pertanyaan: adakah benda langit dari luar tata surya kita yang terdeteksi jatuh ke Bumi?

Bersama Abraham Loeb yang menjadi mentornya, Siraj mengaduk-aduk katalog CNEOS dengan menerapkan batasan kecepatan sangat tinggi yang bisa dianalisis. Dari batasan tersebut diperoleh tiga kandidat meteor. Namun hanya satu kandidat yang akhirnya disimpulkan benar-benar berasal dari luar tata surya kita. Yakni meteor-terang yang terlihat di utara pulau Irian pada 9 Januari 2014 TU. Data menunjukkan meteor itu memiliki kecepatan 44,8 km/detik relatif terhadap Bumi.

Gambar 2. Asteroid Oumuamua (bintik putih di tengah foto), diamati dengan teleskop William Herschell Observatorium La Palma, Canary (Spanyol). Garis-garis putih diagonal merupakan jejak bintang-bintang di latar belakang seiring teleskop ‘dikunci’ ke posisi asteroid. Inilah benda langit pertama yang dipastikan berasal dari luar tata surya. Sumber: Observatorium La Palma, 2017.

Penggunaan katalog CNEOS sempat dipertanyakan seiring tidak tersajinya nilai ketidakpastian pengukuran. Dalam banyak pengukuran pada katalog CNEOS, ketidakpastian kecepatannya bisa sangat kecil hingga mencapai kurang dari 1 km/detik khususnya untuk meteoroid berdiameter kecil (dalam ukuran hingga beberapa meter). Namun dalam beberapa kejadian nilai ketidakpastiannya bisa melambung hingga 28 %. Pada saat Peristiwa Chelyabinsk 2013, nilai ketidakpastian kecepatan meteor yang dicatat katalog CNEOS adalah 5 %. Dalam kasus meteor-terang di utara pulau Irian ini, jika nilai ketidakpastian pengukuran kecepatannya mencapai 45 % maka penafsirannya sebagai benda langit dari luar tata surya bakal bias dengan benda langit yang terikat secara gravitasional ke tata surya kita.

Keraguan itu membawa Loeb menerobos pagar kerahasiaan yang menyelimuti produksi data dari radas bhangmeter satelit militer AS. Hingga ia bersua pada Los Alamos National Laboratory, salah satu laboratorium penelitian paling prestisius di Amerika Serikat sekaligus tempat dimana senjata nuklir pertama dirakit. Melalui Matt Heavner yang mengepalai pusat data untuk keamanan global dan intelijen di Los Alamos, diketahui bahwa nilai ketidakpastian pengukuran kecepatan meteor-terang di utara pulau Irian itu hanya sebesar 10 % atau kurang.

Gambar 3. Wajah komet Borisov melalui teleskop landas antariksa Hubble pada 12 Oktober 2019 TU lalu. Nampak komet Borisov, komet yang berasal dari luar tata surya namun bersifat selayaknya komet asli tata surya umumnya. Sumber: NASA, 2019.

Maka dapat disimpulkan (dengan tingkat keyakinan sangat tinggi), bahwa meteor-terang di utara pulau Irian pada 9 Januari 2014 TU dinihari itu memang bersumber dari asteroid-mini-tanpa-nama yang berasal dari luar tata surya kita. Asteroid tersebut bermassa setengah ton dengan dimensi hanya 50 cm. Bersama dengan Oumuamua dan komet Borisov, maka asteroid-mini-tanpa-nama ini menjadi bagian dari benda langit yang bukan penduduk asli tata surya.

Pelajaran apa yang dapat diambil dari peristiwa tersebut?

Banyak. Salah satunya, menurut saya, kini kita mengetahui Bumi memiliki potensi ditumbuk benda langit yang berasal dari luar tata surya. Dengan kecepatan mereka yang jauh lebih tinggi dibanding asteroid dan komet asli tata surya, maka benda langit yang lebih kecil pun dapat menimbulkan dampak yang besar. Ambil contoh Peristiwa Chelyabinsk 2013 (energi 560 kiloton TNT), jika disebabkan oleh benda langit seperti ini maka hanya butuh yang dimensinya 8,5 meter saja. Bandingkan dengan dimensi asteroid Chelyabinsk yang mencapai 20 meter. Artinya kewaspadaan akan potensi tumbukan benda langit kini pun harus ditegakkan terhadap benda-benda langit yang datang dari luar tata surya.

Referensi

Siraj & Loeb. 2019. Discovery of a Meteor of a Interstellar Origin. ArXiv 1904.07224, submitted.

Loeb. 2019. It Takes a Village to Declassify an Error Bar. Scientific American blog July 3, 2019, diakses 2 Agustus 2019.

Komet Borisov, Bintang Berekor dari Luar Tata Surya

Saat dilihat umat manusia untuk pertama kalinya, tak ada keraguan bahwa benda langit itu adalah bintang berekor. Komet. Ia memang hanya terlihat sebagai sebintik cahaya samar dengan bentuk ekor tak kalah samar pula. Juga sangat redup. Dengan magnitudo mendekati +19 maka kecerlangannya hanya 1 % dari kecerlangan planet–kerdil Pluto yang legendaris dan sulit diamati itu (terutama dari Indonesia). Gennady Borisov, astronom amatir asal Ukraina yang bekerja sebagai insinyur Sternberg Astronomical Institute di Crimea (Russia), menjadi orang pertama yang menyaksikan keberadaannya pada Jumat malam 30 Agustus 2019 TU (Tarikh Umum) waktu setempat. Borisov merekamnya melalui teleskop reflektor 65 cm kreasi sendiri, menjadikannya sebagai penemu komet tersebut. Siapa sangka, ternyata bintang berekor ini bukanlah komet biasa karena ternyata datang dari luar tata surya kita. Dari ruang antarbintang.

Gambar 1. Wajah komet Borisov saat diabadikan oleh teleskop landas antariksa Hubble pada 12 Oktober 2019 TU lalu. Citra komposit ini dihasilkan dari pemotretan dengan waktu paparan total 7 jam. Nampak komet Borisov, selayaknya komet asli tata surya pada umumnya. Garis-garis samar merupakan jejak bintang dan satelit buatan yang kebetulan melintas di latar depan medan pengamatan Hubble. Sumber: NASA, 2019.

Benda langit temuan Borisov awalnya dikodekan secara non formal sebagai obyek gb00234 (gb akronim untuk Gennady Borisov). Setelah dikonfirmasi sebagai komet, maka berdasarkan tata nama IAU (International Astronomical Union) lantas dikodekan menjadi C/2019 Q4 Borisov. Di kemudian hari setelah dipastikan benar-benar berasal dari luar tata surya kita, maka kode untuknya berubah menjadi 2I/Borisov (I untuk interstellar/benda dari ruang antarbintang). Dengan pengkodean terakhir tersebut maka komet Borisov secara formal menjadi benda langit kedua dari ruang antarbintang yang memasuki tata surya dan ditemukan umat manusia sepanjang sejarah. Benda langit pertama adalah 1I/Oumuamua (sebelumnya dikodekan sebagai A/2017 U1), sebuah asteroid unik berbentuk mirip kapal selam sepanjang 500 meter yang ditemukan pada Oktober 2017 TU silam.

Akan tetapi secara non formal, komet Borisov adalah benda langit ketiga yang berasal dari ruang antarbintang. Ia dan Oumuamua didului oleh sebentuk asteroid mini (garis tengah 50 cm) yang menerobos lapisan udara Bumi dan menjadi meteor–sangat terang (fireball) di lepas pantai utara pulau Irian pada 8 Januari 2014 TU silam. Asteroid tersebut baru diidentifikasi sebagai benda langit dari ruang antarbintang pada April 2019 TU ini.

Eksentrisitas

Gambar 2. Obyek gb00234 (titik kecil pada perpotongan dua garis lurus), diabadikan pada 9 September 2019 TU oleh Katsumi Yoshimoto (astronom amatir Jepang) menggunakan teleskop reflektor dengan cermin berdiameter 20 cm. Teleskop ‘dikunci’ ke posisi komet, sehingga bintang-bintang latar belakang nampak sebagai garis-garis lurus diagonal. Beberapa hari kemudian benda langit ini dikonfirmasi sebagai komet yang berasal dari luar tata surya. Sumber: Katsumi, 2019.

Bagaimana cara kita mengetahui sebuah benda langit bukanlah penduduk asli tata surya kita?

Ciri khas paling menonjol adalah pada nilai eksentrisitas. Eksentrisitas atau kelonjongan orbit merupakan sebuah parameter yang menunjukkan sejauh apa lonjongnya bentuk orbit benda langit. Di tata surya, bila eksentrisitas bernilai 0 maka orbitnya merupakan lingkaran sempurna dengan Matahari berkedudukan di pusat lingkaran. Bila eksentrisitasnya bernilai antara 0 dan 1 maka orbitnya berbentuk ellips dengan Matahari menempati salah satu dari dua titik fokus. Semakin eksentrisitasnya mendekati 0 maka orbit ellips itu kian menyerupai lingkaran dan sebaliknya semakin eksentrisitasnya mendekati 1 maka bentuk ellipsnya kian melonjong.

Jika eksentrisitasnya tepat atau lebih besar dari 1 maka orbitnya tak lagi bersifat tertutup seperti halnya lingkaran dan ellips. Melainkan menjadi orbit terbuka. Pada eksentrisitas tepat 1, orbitnya memiliki bentuk parabola. Dan pada eksentrisitas lebih dari 1, orbitnya berbentuk hiperbola. Benda-benda langit yang memiliki orbit parabola dan hiperbola pada dasarnya hanya akan sekali mendekat ke Matahari untuk kemudian melaju menjauhinya hingga akhirnya terlepas dari lingkungan tata surya.

Semua benda langit yang berasal dari luar tata surya kita selalu memiliki eksentrisitas orbit lebih dari 1. Bahkan terhadap titik barisenter tata surya, yaitu titik dimana segenap massa tata surya diperhitungkan (jadi bukan hanya mempertimbangkan massa Matahari saja), mereka tetap memiliki eksentrisitas orbit lebih besar dari 1. Ini berbeda dengan puluhan komet unik yang telah dikenal sebelumnya mempunyai orbit bereksentrisitas tepat sama atau sedikit lebih besar dari 1, manakala hanya diperhitungkan terhadap Matahari. Namun begitu perhitungan dilakukan terhadap titik barisenter tata surya, segenap orbit komet tersebut ternyata memiliki eksentrisitas sedikit lebih kecil dari 1. Artinya mereka masih tetap terikat dengan tata surya meski memiliki bentuk orbit sangat lonjong. Bentuk orbit tersebut sekaligus menguak asal-usul komet-komet tersebut, yakni dari awan komet Opik-Oort di tepian tata surya kita.

Asteroid Oumuamua dan Komet Borisov tidak demikian. Meski telah diperhitungkan terhadap titik barisenter tata surya, komet Borisov tetap memiliki eksentrisitas orbit sebesar 3,2 sementara asteroid Oumumamua eksentrisitasnya 1,2. Artinya mereka memang memiliki orbit hiperbolik. Maka mereka hanya kebetulan melintas dalam tata surya tanpa Matahari dan segenap anggota tata surya bisa memaksanya untuk terikat di kawasan ini seperti halnya Bumi kita dan kawan–kawannya. Setelah sekali mendekat ke Matahari, maka mereka akan melaju cepat menjauh untuk kembali meninggalkan tata surya ini.

Gambar 3. Asteroid Oumuamua (bintik putih di tengah foto), berdasarkan pengamatan menggunakan teleskop landas bumi William Herschell di Observatorium La Palma, Canary (Spanyol). Garis-garis putih diagonal adalah bintang-bintang di latar belakang, yang mengemuka karena teleskop ‘dikunci’ ke posisi asteroid. Inilah benda langit pertama yang dipastikan berasal dari luar tata surya. Sumber: Observatorium La Palma, 2017.

Oleh karena itu mereka melesat sangat cepat. Terkait bentuk orbit benda langit dikenal adanya besaran kecepatan lebih hiperbolis, yang menjadi parameter bagi terikat tidaknya benda langit tersebut kepada tata surya kita. Komet dengan orbit paling ellips yang pernah ditemukan, yaitu komet C/1980 E1 Bowell, memiliki kecepatan lebih hiperbolis sebesar 3 km/detik. Angka ini merupakan batas kecepatan lebih hiperbolis tertinggi yang memungkinkan bagi anggota tata surya. Sebaliknya pada asteroid Oumuamua dan komet Borisov kecepatan lebih hiperbolisnya jauh lebih besar, masing–masing 26 km/detik dan 30 km/detik. Dengan kecepatan sebesar itu jelas sudah, mereka memang tak pernah terikat dengan tata surya kita.

Mirip Komet Asli Tata Surya

Berbeda halnya dengan asteroid Oumuamua, komet Borisov menjanjikan kesempatan lebih baik bagi umat manusia. Saat ditemukan komet ini masih berjarak 404 juta kilometer dari Matahari dan sedang bergerak mendekati sang surya menuju titik perihelionnya. Titik perihelion tersebut akan dicapai pada 9 Desember 2019 TU mendatang, dengan jarak 293 juta kilometer. Terhadap Bumi, komet Borisov akan mencapai jarak terdekatnya 19 hari kemudian dengan jarak cukup besar yakni 282 juta kilometer. Dalam dua kesempatan tersebut komet Borisov diperkirakan akan mencapai magnitudo semu +15, atau 2,5 kali lebih redup ketimbang Pluto.

Pasca mencapai perihelion dan titik terdekatnya ke Bumi, komet Borisov akan kembali menjauhi Matahari dan perlahan-lahan pun kian meredup. Namun diperkirakan pada pertengahan tahun 2020 TU mendatang, magnitudo semu komet Borisov masih sebesar +19. Atau setara dengan saat ditemukan. Maka praktis tersedia kesempatan untuk mengamati komet Borisov selama berbulan-bulan kemudian pasca ditemukan.

Situasi ini sangat berbeda dibandingkan asteroid Oumuamua, yang hanya menyediakan kesempatan observasi selama beberapa minggu saja sebelum benda langit tersebut menjadi teramat redup dan berada di luar jangkauan teleskop terkuat sekalipun.Meski demikian dengan prakiraan magnitudo semu hanya +15 pada saat tiba di titik perihelionnya, komet Borisov akan sangat sulit diamati oleh para astronom amatir di Indonesia.

Gambar 4. Orbit komet Borisov di antara orbit planet-planet dalam tata surya kita. Orbit komet ini merupakan orbit hiperbola, sehingga bersifat terbuka dan sangat berbeda dibandingkan orbit ellips milik planet-planet tersebut. Sumber: Anonim, 2019.

Sebagai benda langit yang tidak lahir di lingkungan tata surya kita, akankah komet Borisov memiliki komposisi yang berbeda?

Pengamatan intensif terhadapnya masih terus dilakukan lewat fasilitas teleskop termutakhir, baik yang bersifat landas Bumi maupun landas antariksa. Sejauh ini sejumlah hasil sementaranya telah dipublikasikan. Komet Borisov ternyata juga memiliki komposisi yang tak berbeda jika dibandingkan dengan komet-komet asli tata surya kita. Komet Borisov juga melepaskan uap air dan sianogen.

Fitzsimmons dkk (2019) memperlihatkan pada kondisi pra-perihelion dan sejarak 404 juta kilometer dari Matahari, tingkat pelepasan uap air dari komet Borisov mencapai sekitar 57 kilogram/detik. Pada kondisi yang sama tingkat pelepasan sianogen mencapai sekitar 10 kilogram/detik. Sianogen atau (CN)₂ adalah molekul anorganik beracun yang masih bersaudara dengan sianida. Sianogen umum dijumpai pada komet dan menjadi salah satu penanda aktivitasnya. Produksi sianogen komet Borisov masih berada dalam rentang nilai produksi sianogen dari komet-komet asli tata surya kita. Lebih lanjut dapat dikatakan bahwa berdasarkan produksi sianogen-nya, aktivitas komet Borisov setingkat lebih rendah ketimbang komet-komet berperiode panjang asli tata surya kita namun setingkat dengan aktivitas komet-komet berperiode pendek.

Sedangkan Jewitt & Luu (2019) memperlihatkan pada kondisi yang sama, tingkat produksi debu komet Borisov tergolong kecil. Yakni hanya 2 kilogram/detik. Ini tergolong tak-biasa, mengingat komet-komet asli tata surya umumnya memiliki rasio produksi debu terhadap gas (uap air) sebesar 1 atau lebih besar lagi. Kecilnya produksi debu dari komet Borisov kembali menegaskan bahwa komet ini kurang aktif. Saat pengamatan dilakukan, panjang komet Borisov hanyalah 480.000 kilometer atau sedikit lebih besar ketimbang jarak Bumi-Bulan. Tetapi semua itu masih berpotensi untuk berubah manakala komet kian mendekat ke Matahari. Dengan kian mendekati Matahari, maka komet akan menerima paparan angin Matahari yang kian besar sehingga tingkat produksi gas (uap air dan sianogen) serta debunya mungkin akan lebih besar dibanding saat ini.

Dua pengamatan tersebut juga berhasil menguak dimensi inti komet Borisov meski masih berada dalam rentang nilai yang cukup lebar. Fitzsimmons dkk memprakirakan dimensi inti komet Borisov berada di antara 1,4 hingga 16 kilometer. Sedangkan Jewit & Luu menyodorkan prakiraan yang lebih kecil, yakni di antara 0,7 hingga 7,6 kilometer saja.

Asal

Dari Bumi, komet Borisov seakan-akan muncul dari gugusan bintang Cassiopea dan kelak juga akan lenyap dari pandangan mata di rasi bintang yang sama. Kesempatan terbaik guna mengamati komet ini jatuh pada sepuluh hari pertama Desember 2019 TU, meski akan terganggu terangnya cahaya Bulan purnama. Saat itu komet akan berada di rasi bintang Crater yang terletak di sisi barat rasi bintang Virgo. Komet masih bertengger di langit pasca Matahari terbenam dan berlangsung hingga beberapa jam kemudian.

Cukup menarik bahwa darimana komet Borisov berasal telah diprakirakan. Berdasarkan data orbit yang lantas di-input-kan ke dalam perhitungan astronomi, kelompok astronom Polandia (2019) memprakirakan komet Borisov berasal dari sistem bintang Kruger 60 (HD 239960). Ini adalah sistem bintang ganda yang terletak di rasi bintang Cepheus yang tepat bertetangga dengan rasi bintang Cassiopea. Kruger 60 berjarak 13,15 tahun cahaya dari Bumi kita dan beranggotakan dua bintang katai (cebol) coklat. Masing-masing bintang katai coklat tersebut bermassa 0,27 dan 0,18 massa Matahari kita. Kedua bintang katai tersebut terpisahkan jarak 1,42 milyar kilometer, setara jarak Matahari ke Saturnus. Keduanya saling mengedari dengan periode orbit 45 tahun.

Gambar 5. Panorama langit di area rasi bintang Cepheus. Kotak merah menunjukkan kedudukan sistem bintang ganda Kruger 60 yang cukup redup (magnitudo +9,5). Sistem bintang ganda ini diduga merupakan lokasi asal komet Borisov. Diabadikan oleh Peter Mulligan (astronom amatir Inggris) pada 28 Desember 2017 TU menggunakan kamera Canon 1100D dengan lensa 200 mm pada ISO 800 dan waktu paparan 30-40 detik. Dipublikasikan di British Astronomical Association. Sumber: BAA, 2017.

Perhitungan menunjukkan, pada satu juta tahun silam komet Borisov melintas dalam jarak 5,6 tahun cahaya dari sistem bintang Kruger 60. Pada saat itu kecepatan lebih hiperbolis komet terhadap sistem bintang ganda tersebut relatif kecil, yakni hanya 3,4 km/detik. Kecilnya kecepatan tersebut mendatangkan dugaan bahwa komet Borisov semula terikat kepada sistem bintang Kruger 60. Dan oleh suatu sebab, komet Borisov kemudian dihentakkan keluar hingga melanglang buana sejuta tahun lamanya sebelum singgah di lingkungan dekat Bumi kita pada saat ini.

Yang jelas hadirnya komet Borisov memiliki arti penting multidimensi bagi umat manusia. Ia tak hanya berguna untuk lebih memahami semesta khususnya sistem-sistem keplanetan di luar tata surya kita. Namun juga memberikan khasanah baru dalam memitigasi potensi ancaman dari langit.

Referensi :

Fitzsimmons dkk. 2019. Detection of CN gas in Interstellar Object 2I/Borisov. The Astrophysical Journal, submitted.

Jewitt & Luu. 2019. Initial Characterization of Interstellar Comet 2I/2019 Q4 (Borisov). ArXiv 1910.02547, submitted.

Dybczynski dkk. 2019. Kruger 60, a Plausible Home System of the Interstellar Comet C/2019 Q4.ArXiv 1909.10952, submitted.