Bila Cassini Menjadi Bola Api (di Saturnus)

Saat terakhir itu terjadi pada Jumat 15 September 2017 TU (Tarikh Umum) pukul 17:32:20 WIB. Yakni kala Cassini, salah satu wantariksa (wahana antariksa) penyelidik planet nan legendaris, mengakhiri masa tugasnya. Pada saat itulah Cassini mulai menjadi kobaran api kala tiba di ketinggian 1.650 kilometer dari paras Saturnus pada garis 10º LU. Inilah perjalanan terakhir Cassini yang dilakukannya terjun bebas menembus lapisan demi lapisan udara Saturnus, planet raksasa gas bercincin eksotis yang telah dikawalnya dengan setia dalam 13 tahun terakhir. Namun gelombang elektromagnetik terakhirnya baru diterima Bumi pukul 18:55:46 WIB, seiring demikian jauhnya jarak Saturnus ke Bumi (yakni 1.500 juta kilometer).

Gambar 1. Sepasang foto terakhir hasil bidikan wantariksa Cassini dalam beberapa belas jam sebelum terjun bebasnya ke Saturnus. Kiri: Enceladus yang berfasa sabit hampir terbenam dengan Saturnus di latar depan. Kanan: bayangan struktur cincin Saturnus (sebagai jalur kehitaman di tengah foto) di badan planet raksasa tersebut. Di sebelah utara (atas) pita hitam itulah Cassini menerjunkan dirinya. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2017.

Saat terjun bebas sebagai bola api, Cassini mencatatkan diri sebagai salah satu penyelidik planet bermasa tugas cukup lama. Ia tiba di lingkungan Saturnus pada 1 Juli 2004 TU dan terus bertahan dengan kinerja nyaris sempurna hingga 15 September 2017 TU. Jika dihitung sejak lepas landasnya, yakni pada 15 Oktober 1997 TU, maka Cassini telah berada di antariksa selama hampir 20 tahun. Sebagai pembanding Galileo, wantariksa ‘saudara’-nya yang bertugas menyelidiki Jupiter, hanya bertahan hampir 14 tahun saja di antariksa.

Purna tugasnya Cassini juga menjadi penanda bagi berakhirnya satu era menggelegak dalam khasanah penjelajahan antariksa. Yakni era wantariksa berukuran besar (dan sangat mahal) sekaligus wantariksa penyelidik planet yang lebih jauh ketimbang Mars. Era yang dipelopori oleh Pioneer 10 dan Pioneer 11 (meluncur tahun 1972 TU dan 1973 TU) dan mencapai puncaknya dengan Voyager 1 dan Voyager 2 nan fenomenal (keduanya meluncur tahun 1977 TU). Lewat dua Voyager ini praktis tak hanya Jupiter dan Saturnus yang ‘diaduk-aduk’ tetapi juga dua planet besar lainnya yakni Uranus dan Neptunus. Dalam hal ini baik Cassini maupun Galileo merupakan ‘keturunan langsung’ Voyager.

Zuhal nan Ganjil

Gambar 2. Saturnus dalam bidikan teleskop refraktor berdiameter 70 mm dari Bumi pada 4 Agustus 2014 TU silam. Meski terlihat kecil, namun bentuk cincin yang menjadi ciri khasnya terlihat jelas. Sumber: Sudibyo, 2014

Saturnus telah dikenal umat manusia sejak peradaban bermula karena dapat dilihat mata tanpa bantuan alat optik apapun. Mitologi Yunani menyebutnya Kronus dan dianggap pelindung dunia pertanian mereka, mungkin karena tampilan warna kekuningannya yang mengingatkan akan gandum. Bangsa Romawi kuno melabelinya sebagai Saturnus, dengan fungsi mirip Kronus. Di Timur, Bangsa Cina menyebutnya Tu-xing yang bermakna ‘bintang tanah.’ Tanah merupakan salah satu dari lima elemen dasar semesta dalam filosofi Cina selain air, api, logam dan kayu. Bagi bangsa Jepang kuno, planet ini dinamakan Do-sei yang juga adalah ‘bintang tanah.’ Di India kuno, Saturnus dinamakan Shani dan dikaitkan dengan pengadil segala perbuatan baik dan buruk. Dan bagi bangsa Arab, Saturnus memiliki nama Zuhal atau Zohal yang berkaitan dengan otoritas dan kekuasaan.

Meski demikian sifat-sifat fisis Saturnus baru mulai diketahui dalam empat abad terakhir. Tepatnya setelah Galileo Galilei (Italia) mengarahkan teleskop panggung rakitannya pada tahun 1610 TU. Apa yang dilihatnya mengejutkan. Saturnus seakan-akan dihiasi sepasang telinga di kiri dan kanannya. Butuh setengah abad lebih untuk menguak misteri ‘sepasang telinga’ tersebut, yakni lewat tangan Christiaan Huygens (Belanda) dengan teleskop rakitan berkemampuan pembesaran 50 kali pada tahun 1665 TU. ‘Sepasang telinga’ itu ternyata struktur cincin raksasa, sehingga kosakata planet bercincin pun sontak melekat pada Saturnus. Meski di kemudian hari, tepatnya jelang akhir abad ke-20 TU diketahui bahwa seluruh planet raksasa dalam tata surya kita (Jupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus) ternyata memiliki cincinnya masing-masing. Huygens juga menemukan satelit alamiah terbesar Saturnus, yang dinamakan Titan. Satelit-satelit lainnya seperti Iapetus, Rhea, Tethys dan Dione ditemukan secara berturut-turut oleh Giovanni Domenico Cassini (Italia).

Gambar 3. Saturnus dalam pandangan mata inframerah Cassini. Warna biru dan hijau masing-masing menunjukkan sinar inframerah yang berasal dari Matahari pada panjang gelombang 2 dan 3 mikron. Sementara warna merah adalah pancaran panas dari interior Saturnus, yang hanya bisa dilihat pada panjang gelombang 5 mikron. Diabadikan pada 1 November 2008 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2008.

Akan tetapi hampir semua informasi detil tentang Saturnus dan lingkungannya baru diperoleh dalam setengah abad terakhir. Yakni dalam era penerbangan antariksa, tepatnya melalui wantariksa Pioneer 11, Voyager 1 dan Voyager 2. Meski ketiganya hanya sempat berada di dekat Saturnus dalam tempo sangat singkat karena sifat misi antariksanya sebagai misi terbang-lintas dekat (flyby). Barulah Cassini, lengkapnya misi antariksa Cassini-Huygens, yang menjalankan peran sebagai misi pengorbit Saturnus dengan beredar mengelilingi planet bercincin itu lewat orbit yang senantiasa berubah seiring waktu sesuai dengan desain observasi yang telah ditentukan. Cassini-Huygens menyajikan informasi luar biasa besarnya, sehingga mendorong lahirnya lebih dari 1.000 makalah ilmiah dan sejumlah buku.

Kini kita tahu planet Saturnus adalah 9 kali lebih besar dan 95 kali lebih massif ketimbang Bumi. Ia butuh waktu 29,46 tahun untuk menyelesaikan gerak mengelilingi Matahari sekali putaran. Maka setahun bagi Saturnus setara dengan 29,46 tahun di Bumi. Akan tetapi planet ini berputar pada sumbunya pada kecepatan yang jauh lebih besar ketimbang Bumi, yakni hanya dalam tempo 10,55 jam. Jadi sehari di Saturnus adalah kurang dari setengah hari di Bumi.

Banyak hal ganjil di Saturnus. Salah satunya adalah kerapatan (densitas)-nya yang sangat kecil, yakni 690 kilogram/meter3 (rata-rata). Sebagai pembanding, densitas air murni 1.000 kilogram/meter3. Karenanya Saturnus akan terapung bilamana diletakkan dengan hati-hati di sebuah samudera mahaluas. Rendahnya densitas Saturnus disebabkan oleh dominannya Hidrogen dan Helium sebagai penyusun planet ini. Bagian yang relatif padat hanyalah inti Saturnus, berupa gumpalan padat berbatu yang 2 kali lebih besar dan 9 hingga 22 kali lebih massif ketimbang Bumi. Inti ini bersuhu sangat tinggi, hingga 11.700º C.

Gambar 4. Saturnus dan lingkungannya diabadikan Cassini jauh tinggi di atas kutub utaranya. Nampak badai raksasa unik berbentuk segienam yang mengamuk di area kutub utara Saturnus. Badai permanen ini diperkirakan telah berhembus sejak masa bayi Saturnus dengan pasokan tenaga berlimpah dari interior Saturnus. Diabadikan pada 10 Oktober 2013 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2013.

Inti Saturnus dikelilingi lapisan es dan Hidrogen/Helium metalik. Yakni lapisan dengan tekanan sangat tinggi sehingga Hidrogen/Helium tertekan hebat, membuatnya berbentuk cair dan bisa menghantarkan listrik layaknya logam. Dari lapisan inilah medan magnet Saturnus bermula. Lapisan ini diselubungi lagi oleh lapisan tebal berisi Hidrogen/Helium cair tanpa sifat metalik. Dan lapisan terluar Saturnus adalah lapisan gas Hidrogen (dengan sangat sedikit Helium) yang mempunyai ketebalan 1.000 kilometer. Interior seperti ini adalah hal yang umum pada planet raksasa gas. Jadi tidak ada permukaan padat layaknya Bumi. Apa yang disebut sebagai paras (permukaan) Saturnus merupakan himpunan titik-titik pada lapisan terluar yang memiliki tekanan 1 bar (100 kPa atau 100 kN/m2), yakni tekanan yang hampir sama dengan tekanan 1 atmosfer di Bumi.

Tekanan luar biasa besar yang diderita inti Saturnus memproduksi mekanisme Kelvin-Helmholtz yang menghasilkan panas. Pada lapisan lebih luar, tepatnya di batas antara lapisan Hidrogen/Helium metalik dengan lapisan Hidrogen/Helium cair, panas juga muncul melalui hujan Helium. Yakni saat butir-butir Helum cair dari lapisan luar jatuh (turun) menembusi Hidrogen dibawahnya, sehingga saling bergesekan. Lewat dua sumber panas ini Saturnus memancarkan energi luar biasa besar ke lingkungan sekitarnya, dalam jumlah 2,5 kali lipat lebih besar dari energi sinar Matahari yang diterimanya. Badai unik di Saturnus, yakni badai raksasa heksagonal (berbentuk segienam) permanen yang ada di kutub utara Saturnus, demikian halnya badai raksasa di kutub selatannya, diyakini mendapatkan tenaganya dari panas internal ini. Hal serupa juga dijumpai pada Jupiter. Bedanya pancaran energi dari interior Saturnus tidak berdampak pada meraksasanya medan magnet Saturnus.

Lautan Minyak dan Air Mancur Raksasa

Gambar 5. Sejumlah satelit alamiah Saturnus berada dalam satu medan pandang mata tajam Cassini. Mulai dari Titan yang terbesar, Janus (diameter 181 kilometer), Prometheus (diameter 102 kilometer) dan Mimas (diameter 397 kilometer). Sebagian Saturnus nampak di sisi kanan, dengan bayang-bayang struktur cincin dengan beberapa bagiannya tercetak jelas dibadannya. Diabadikan pada 26 Oktober 2007 TU. NASA/JPL/SSI, 2007.

Keganjilan berikutnya adalah Saturnus memiliki satelit alamiah luar biasa banyak, yakni 62 buah. Ini menjadikannya planet terkaya kedua akan satelit alamiah setelah Jupiter (dengan 69 satelit alamiah). Tetapi Saturnus juga dikitari oleh ratusan bongkahan-bongkahan berdimensi 40 hingga 500 meter yang terselip di dalam cincinnya. Mereka disebut satelit alamiah mini atau satelit mini atau moonlet. Namun diyakini moonlet tidak tergolong ke dalam satelit alamiah yang sesungguhnya. Dimensi moonlet demikian kecil sehingga mata tajam Cassini sekalipun tak dapat menyaksikannya. Moonlet hanya bisa dideteksi berdasarkan gangguannya terhadap bagian cincin Saturnus disekelilingnya, yang menampakkan panorama baling-baling (propeller).

Gambar 6. Cincin A Saturnus dalam pandangan tajam Cassini dari jarak dekat. Nampak sejumlah gejala eksistensi satelit alamiah mini (moonlet) dalam wujud panorama mirip baling-baling (propeller). Diabadikan pada 19 April 2017. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2017.

Dari 62 satelit alamiah itu 53 diantaranya telah bernama dan 48 diantaranya memiliki diameter kurang dari 50 kilometer. Titan adalah yang paling gede (diameter 5.150 kilometer), bahkan sedikit lebih gede ketimbang Merkurius. Karenanya memiliki cukup gravitasi untuk menyekap atmosfer, menjadikannya satu-satunya satelit alamiah yang beratmosfer di tata surya kita. Atmosfer Titan cukup tebal, dua kali lipat tebal atmosfer Bumi, dan dijejali kabut merah kekuningan tak tembus pandang. Sehingga upaya eksplorasi Titan, baik dengan teleskop dari Bumi maupun dengan penerbangan antariksa sebelumnya, tidak sanggup menguak paras Titan. Barulah setelah Cassini meluncurkan pendarat Huygens ke benda langit ini di awal 2005 TU serta berulang-ulang melintasinya sembari mengamatinya dengan gelombang radar dan pencahayaan inframerah maka rahasia Titan mulai terkuak.

Gambar 7. Panorama salah satu bagian bentanglahan Titan dari dua ketinggian berbeda, diabadikan pendarat Huygens dalam perjalanannnya menuju daratan Titan. Nampak lembah besar dengan bekas delta (muara sungai) yang diapit dua perbukitan di kedua sisinya. Pada salah satu dasar anak sungai dalam bekas delta inilah Huygens mendarat. Diabadikan pada 14 Januari 2005 TU. Sumber: ESA/Huygens, 2005.

Titan ternyata memiliki paras yang mencengangkan mirip Bumi kita, bergunung-gunung dan berlembah-lembah. Sebagian lembah raksasanya terisi cairan sebagai laut dan danau yang luasnya beragam. Ada juga sungai yang panjangnya hampir menyamai Bengawan Solo. Cairan pengisi laut, danau dan sungai Titan bukanlah air, melainkan metana dan etana cair. Di Bumi kedua senyawa itu dikenal sebagai komponen minyak (bumi). Laut, danau dan sungai Titan disokong daur hidrologis mirip di Bumi, bedanya di sini melibatkan metana cair. Hujan deras yang megguyurkan metana cair kerap terjadi, juga disertai sambaran petir. Hujan membasahi daratan Titan yang tersusun dari bongkahan es bercampur minyak. Cairan minyak di Titan demikian berlimpah, sekitar 300 kali lebih banyak ketimbang cadangan minyak yang kita miliki di Bumi.

Gambar 8. Pemandangan daratan Titan di lokasi mendaratnya Huygens. Nampak bongkahan-bongkahan batu yang tersusun dari es bercapur minyak dan menampakkan tanda-tanda erosi, jejak dari aliran fluida permukaan di masa silam. Lokasi pendaratan Huygens adalah dasar sebuah sungai kering. Diabadikan pada 14 Januari 2005 TU. Sumber: ESA/Huygens, 2005.

Selain Titan, Enceladus juga cukup menarik. Dimensinya hanyalah sepersepuluh Titan, namun sajian fenomenanya tak kalah mencengangkan. Pada 2005 TU Cassini mengungkap adanya semburan luar biasa laksana air mancur raksasa, yang muncrat dari kawasan kutub selatan secara terus menerus. Materi semburan melesat secepat 4.500 kilometer/jam hingga ke ketinggian 500 kilometer. Materi tersebut adalah adalah air (sebanyak 250 kilogram/detik) berbentuk uap yang bercampur dengan karbondioksida dan beberapa senyawa karbon seperti metana, propana, asetilena dan formaldehida. Semburan raksasa ini adalah pertanda adanya samudera bawahtanah di interior Enceladus. Samudera berair asin (kadar Natrium antara 0,5 hingga 2 %) itu bagian dari lapisan selubung yang berada di bawah lapisan kerak es, yakni pada kedalaman 30 hingga 40 kilometer dari paras Enceladus. Tebal lapisan selubung ini diperkirakan 30 kilometer.

Gambar 9. Semburan dahsyat yang menyeruak dari kutub selatan Enceladus, laksana air mancur raksasa yang memuntahkan 250 kilogram air per detik secara terus menerus. Selain jejak aktivitas vulkanisme dingin, semburan ini juga pertanda eksistensi samudra bawahtanah berair asin di satelit alamiah Saturnus yang satu ini. Nampak pula daratan di lokasi semburan yang penuh retakan di sana sini. Diabadikan pada 30 November 2010 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2010.

Semburan raksasa di Enceladus merupakan pertanda aktivitas vulkanisme dingin. Selain Enceladus, jejak vulkanisme dingin juga berhasil diungkap Cassini di tempat lain. Yakni di Titan, tepatnya pada Gunung Doom dengan kaldera Sotra Patera di kakinya (lebar kaldera 7 kilometer dan kedalaman 1,7 kilometer). Di lerengnya dijumpai jejak aliran mirip lava yang berstruktur menjemari dengan ketebalan sekitar 100 meter. Lava tersebut mungkin tersusun dari air bercampur amonia dan senyawa karbon kompleks seperti polietilena, parafin dan aspal.

Planet Bercincin

Struktur cincin raksasa adalah keganjilan Saturnus yang paling menonjol. Cassini berkesempatan mengamatinya dari jarak dekat secara berulang-ulang selama bertahun-tahun. Dan di tahun terakhirnya bahkan berkesempatan lewat di antara sela-sela cincin maupun di bagian yang paling tipis.

Cincin Saturnus merentang dari ketinggian 7.000 kilometer hingga 420.000 kilometer di atas khatulistiwa’. Namun bagian terpadat hanya sampai ketinggian 80.000 kilometer. Cincin Saturnus terbagi menjadi 9 bagian berbeda. Dari yang terdekat hingga terjauh dari Saturnus masing-masing adalah cincin D (lebar 7.500 kilometer), cincin C (lebar 17.500 kilometer), cincin B (lebar 25.500 kilometer), cincin A (lebar 14.600 kilometer), cincin F (lebar 30 – 500 kilometer), cincin Janus-Epimetheus (lebar 5.000 kilometer), cincin G (lebar 9.000 kilometer), cincin Pallene (lebar 2.500 kilometer) dan yang terluar sekaligus terlebar adalah cincin E (lebar 300.000 kilometer). Cincin B dan cincin A dipisahkan oleh ruang selebar 4.700 kilometer yang disebut divisi Cassini, sementara antara cincin A dan cincin F terdapat divisi Roche (lebar 2.600 kilometer).

Gambar 10. Bumi dalam mata tajam Cassini saat mengabadikan Saturnus dan Matahari dalam garis syzygy. Saat itu Cassini berposisi 2,2 juta kilometer di ‘belakang’ Saturnus. Sehingga mampu menguak pemandangan segenap lingkungan Saturnus termasuk hampir seluruh cincinnya. Diabadikan pada 15 September 2006 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2006.

Pada dasarnya cincin Saturnus merupakan cakram raksasa yang ketebalannya bervariasi mulai dari 10 meter hingga 1.000 meter. Cakram raksasa ini didominasi oleh butir-butir es yang ukurannya mulai dari sekecil butir pasir hingga sebesar kerikil (diameter 1 hingga 10 sentimeter). Namun di tempat-tempat tertentu terdapat pula bongkahan besar lonjong mirip jarum raksasa dengan panjang hingga 2,5 kilometer. Komposisi cincin Saturnus didominasi air (99,9 %) dengan sedikit senyawa pengotor seperti silikat. Meski strukturnya luar biasa besar massa keseluruhan materi cincin Saturnus cukup kecil. Yakni hanya seper 820 massa Bulan kita.

Sebagian besar cincin Saturnus diperkirakan terbentuk pada masa bayi Saturnus. Dulu diduga ada satu satelit alamiah sebesar Titan atau lebih besar lagi. Karena orbitnya tak stabil, ia terus bergeser hingga akhirnya terlalu dekat ke Saturnus. Segera gaya tidal Saturnus meremukkannya menjadi kerikil dan debu. Bagian yang lebih ringan, yakni butir-butir es, terserak dan seiring waktu perlahan-lahan membentuk struktur cincin Saturnus. Sementara bagian lebih padat, yakni butir-butir batuan, juga terserak layaknya butir-butir esnya. Namun mereka perlahan-lahan saling menempel kembali, menggumpal hingga akhirnya membentuk gumpalan besar. Di kemudian hari gumpalan-gumpalan besar itu adalah segenap satelit alamiah yang jaraknya lebih jauh dari Tethys.

Gambar 11. Struktur unik dalam cincin Saturnus, tepatnya di tepi cincin B. Yakni jajaran bongkahan besar sangat lonjong mirip jarum-jarum raksasa yang menjulang hingga setinggi 2,5 kilometer sehingga menampakkan bayang-bayangnya di bagian cincin lainnya kala tersinari Matahari. Nampak celah Huygens dan celah Herschel yang menjadi bagian dari divisi Cassini. Diabadikan pada 26 Juli 2009 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2009.

Sementara sebagian kecil cincin Saturnus dibentuk oleh materi yang tersembur dari satelit-satelit alamiahnya. Misalnya cincin E, mendapatkan pasokan debu dari semburan Enceladus. Juga cincin Janus-Epimetheus, ditemukan pada 2006 TU, dengan pasokan debu dari Janus (diameter 200 kilometer) dan Epimetheus (diameter 130 kilometer). Janus dan Epimetheus adalah sepasang satelit alamiah yang menempati orbit yang sama sehingga bisa saling bertukar posisi. Benturan mikrometeoroid dengan Janus dan Epimetheus melesatkan debu yang membentuk cincin ini. Demikian halnya cincin G, khususnya bagian dalam, dengan pasokan debu dari Aegaeon. Baru ditemukan pada 2008 TU, Aegaeon adalah satelit alamiah Saturnus yang terkecil sekaligus terganjil karena sangat lonjong (panjang 1,4 kilometer lebar 0,5 kilometer).

Begitu pula cincin Pallene dengan pasokan debu dari Pallene (diameter 6 kilometer), satelit alamiah yang baru ditemukan pada 2004 TU. Cincin F pun demikian. Perhitungan menunjukkan cincin ini dibentuk oleh debu-debu produk benturan kosmik antara Prometheus dan Pandora di masa silam. Akibat benturan tersebut, maka baik Prometheus maupun Pandora dipahat hingga menjadi berbentuk lonjong (masing-masing memiliki panjang 136 kilometer dan 104 kilometer. Prometheus lantas berperan sebagai ‘penggembala’ agar cincin ini tetap utuh di lokasinya.

Gambar 12. Transparannya cincin Saturnus, sebagai konsekuensi dari ketebalan cincin yang kecil (sekitar 10 meter), materi yang kecil (seukuran butir pasir hingga kerikil) dan tembus pandang (air yang membeku) terlihat di sini. Bagian Saturnus di latar belakangnya pun dapat dilihat dengan mudah. Diabadikan pada 4 November 2006 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2006.

Campurtangan satelit-satelit alamiah Saturnus juga berperan membentuk keganjilan lainnya. Yakni busur cincin, bentangan materi mirip bagian cincin namun tidak sampai membentuk kurva tertutup seperti lingkaran. Cassini mengungkap Saturnus memiliki sedikitnya dua busur cincin. Yang pertama adalah busur cincin Methone, ditemukan pada September 2006 TU dengan panjang bentangan 34.000 kilometer. Busur cincin ini dibentuk oleh debu yang dilepaskan Methone (diameter 3,9 kilometer) seiring tumbukan dengan mikrometeoroid. Methone sendiri baru ditemukan saat Cassini baru tiba di Saturnus. Dan yang kedua adalah busur cincin Anthe yang jauh lebih panjang (69.000 kilometer) dan ditemukan pada Juni 2007 TU. Ia bersumber dari Anthe (diameter 2 kilometer) yang juga ditemukan pada 2007 TU. Baik busur cincin Methone maupun Anthe dikontrol sepenuhnya oleh gravitasi Mimas (diameter 396 kilometer) sehingga bentuknya tetap terjaga meski dipaksa berayun-ayun ke utara dan ke selatan secara teratur.

Opsi Uranus

Layaknya Saturnus, perjalanan Cassini menuju planet bercincin tujuannya pun tak kalah ganjilnya. Dibangun bersama oleh tiga badan antariksa, masing-masing dari Amerika Serikat (NASA), gabungan negara Eropa (ESA) dan Italia (ASI), Cassini mewujudkan diri sebagai wantariksa terberat kedua yang pernah diluncurkan. Massa Cassini adalah 2.125 kilogram dan pendarat Huygens 319 kilogram. Ditambah dengan 3.132 kilogram bahan bakar dan 132 kilogram adapter, maka massa total Cassini-Huygens mencapai 5.712 kilogram. Cassini sekaligus menjadi wantariksa termahal. Mulai dari tahap pembangunan hingga peluncurannya saja Cassini-Huygens menelan ongkos Rp 42,5 trilyun (berdasar kurs 2017 TU) dengan 80 % diantaranya ditanggung NASA.

Gambar 13. Wantariksa Cassini dan pendarat Huygens saat hendak menjalani rangkaian tes getaran dan panas di fasilitas Jet Propulsion Laboratory NASA, negara bagian California (AS) pada 31 Oktober 1996 TU. Tes ini wajib dilakukan sebelum Cassini-Huygens didorong ke langit. Sumber: NASA/JPL/SSI, 1996.

Hanya roket angkut terkuatlah yang bisa mendorong Cassini ke antariksa dan pada dekade 1990-an TU itu hanya berarti satu: roket Titan IV. Begitupun Titan IV tak cukup bertenaga untuk melontarkan Cassini langsung ke Saturnus. Kombinasi Titan IV dan upperstage Centaur hanya sanggup menghasilkan tambahan kecepatan heliosentris 4 kilometer/detik (relatif ke Matahari). Padahal untuk bisa langsung ke Saturnus butuh tambahan kecepatan heliosentris hingga 17 kilometer/detik (relatif ke Matahari). Agar bisa melejit secepat itu, maka Cassini harus mengonsumsi tak kurang 75.000 kilogram bahan bakar. Ini teramat berat sehingga tak mungkin untuk diangkut berdasarkan teknologi peroketan saat ini. Sebab untuk mengangkat massa seberat itu butuh roket angkut yang berkali lipat lebih jumbo ketimbang roket raksasa Saturnus V, roket terbesar sepanjang sejarah (kini telah pensiun). Dan jelas membuat biaya peluncuran menjadi ‘menyentuh langit’ (sangat mahal).

Untung tersedia solusi alamiah yang jauh lebih murah: daya lontar gravitasi atau ketapel gravitasi (gravity assist). Saat sebuah benda kecil (misalnya komet, asteroid atau wantariksa) lewat dalam jarak sangat dekat ke sebuah planet dan arah kedatangannya sejajar dengan arah gerak planet itu dalam mengelilingi Matahari, maka terjadi transfer momentum yang membuat kecepatan benda kecil itu (relatif ke Matahari) meningkat pesat. Ketapel ini memungkinkan sebuah wantariksa melesat cepat dengan meminjam tenaga Bumi (dan planet-planet lain) tanpa harus menyalakan mesin roketnya. Penjelajahan Cassini membutuhkan ketapel berganda yang melibatkan tiga planet: Bumi, Venus dan Jupiter. Sehingga lahirlah istilah VVEJGA (Venus-Venus-Earth-Jupiter Gravity Assist) karena Cassini harus menjalani empat daya lontar berbeda, yakni dua kali dengan Venus, satu kali dengan Bumi dan satu kali dengan Jupiter.

Maka saat Cassini meluncur dengan roket Titan IV dari Cape Canaveral, negara bagian Florida (Amerika Serikat) pada 15 Oktober 1997 TU pukul 15:43 WIB, ia justru diarahkan menuju Venus. Cassini pun melintas dalam jarak hanya 284 kilometer dari paras Venus pada 26 April 1998 TU. Daya lontar gravitasi Venus membuat Cassini kini melaju 6 kilometer/detik (relatif ke Matahari). Selanjutnya pada 24 Juni 1999 TU, Cassini kembali lewat di dekat Venus dalam jarak hanya 623 kilometer. Kembali daya lontar gravitasi Venus bekerja dan Cassini dipercepat melaju 9,5 kilometer/detik (relatif ke Matahari) sekaligus menempuh lintasan lonjong menuju Bumi. Pada 18 Agustus 1999 TU, Cassini lewat hanya dalam jarak 1.171 kilometer dari paras Bumi dan mengalami daya lontar gravitasi. Kini tambahan kecepatan heliosentrisnya meningkat pesat hingga 16 kilometer/detik dan menempuh lintasan baru ke Jupiter. Akhirnya saat melintas pada jarak 9,7 juta kilometer dari Jupiter pada 30 Desember 2000 TU, bekerjalah ketapel gravitasi yang terakhir yakni dari Jupiter. Sehingga pada akhirnya Cassini memiliki kecepatan akhir mencukupi untuk terbang ke Saturnus.

Gambar 14. Lintasan rumit yang harus ditempuh Cassini semenjak meluncur dari Bumi (1997 TU) hingga akhirnya tiba di Saturnus (2004 TU). Lintasan ini harus dijalani agar Cassini tak harus mengangkut 75.000 klogram bahan bakar, hal yang mustahil dalam teknologi peroketan saat ini. Dengan lintasan ini maka Cassini memanfaatkan daya lontar gravitasi dari tiga planet sekaligus: Venus, Bumi dan Jupiter. Sumber: NASA/JPL, 1998.

Ketapel gravitasi memang tak membutuhkan apapun. Namun agar teknik ini bekerja baik hingga ke ambang batas teknis yang diperkenankan, dibutuhkan serangkaian manuver. Dan itu mengonsumsi bahan bakar Cassini karena mesin roketnya harus dinyalakan sesuai kebutuhan. Sehingga saat tiba di Saturnus, Cassini telah menghabiskan 1.135 kilogram bahan bakarnya untuk rangkaian manuver itu. Selanjutnya agar gravitasi Saturnus bisa menangkap dan memaksanya beredar mengelilingi planet cincin itu dengan orbit tertentu, Cassini kembali harus menyalakan roketnya dan kali ini untuk mengerem. Pengeremen ini mengonsumsi sekitar 1.200 kilogram bahan bakar. Sehingga pada awal 2005 TU sisa persediaan bahan bakar Cassini tinggal sekitar seperempatnya saja (sekitar 800 kilogram).

Beruntung Saturnus memiliki Titan. Lewat teknik daya lontar gravitasi pula, Cassini berulang-ulang dilewatkan di dekat Titan. Selain menambah kecepatan dan sangat menghemat penggunaan bahan bakar, Cassini juga bisa mengubah orbitnya mengikuti desain observasi yang dibebankan padanya. Sehingga meski hanya dirancang untuk bertugas selama empat tahun, sisa bahan bakar yang masih cukup banyak memungkinkan masa tugas Cassini diperpanjang. Awalnya selama dua tahun dalam misi Cassini Equinox Mission (2008-2010 TU), dimana Cassini memusatkan perhatiannya pada momen eukinoks Saturnus (Matahari tepat di atas khatulistiwa’ Saturnus) yang terjadi pada 9 Agustus 2009 TU. Lalu diperpanjang tujuh tahun lagi di bawah tajuk Cassini Solstice Mission (2010-2017 TU) guna menyongsong momen titik balik musim panas (solstice) Saturnus yang terjadi pada 23 Mei 2017 TU. Selama dua misi tambahan itu berlangsung, Cassini lebih banyak memusatkan perhatiannya pada Titan dan Enceladus.

Gambar 15. Salah satu usulan opsi untuk perjalaan Cassini selanjutnya pasca menjalani misi utamanya di Saturnus. Dengan memanfaatkan daya lontar gravitasi Titan dan Jupiter, maka Cassini bisa diarahkan untuk meneliti Uranus dan Neptunus. Namun opsi ini ditolak NASA. Sumber: Kloster dkk, 2009.

Sejak misi utamanya berakhir pada 2008 TU, NASA telah mendiskusikan bagaimana mengoptimalkan Cassini hingga bahan bakarnya habis kelak. Beragam opsi disajikan. Salah satunya, yang paling menantang, adalah bagaimana memanfaatkan Cassini untuk mengeksplorasi dua planet raksasa terluar: Uranus dan Neptunus. Dalam opsi ini, bilamana Cassini bisa meninggalkan Saturnus pada 19 Februari 2014 TU (dengan kombinasi penyalaan mesin dan daya lontar gravitasi Titan) menuju Jupiter guna memanfaatkan daya lontar gravitasinya (yang akan terjadi pada 10 Agustus 2021 TU), maka Cassini tiba di lingkungan Uranus pada 2 Agustus 2029 TU. Dan selanjutnya dengan memanfaatkan daya lontar gravitasi Uranus, maka Cassini bisa tiba di Neptunus pada 12 Februari 2061 TU. Opsi ini membutuhkan serangkaian manuver sudah harus dilakukan sejak 2,4 hingga 1,4 tahun sebelum 19 Februari 2014 TU.

Meski sangat menantang, terlebih hingga saat ini belum ada rencana baru penerbangan antariksa untuk mengeksplorasi Uranus dan Neptunus pasca Voyager 2, namun opsi ini tidak dipilih. Dengan pertimbangan nilai ilmiah, biaya dan ketersediaan waktu, maka NASA memilih opsi untuk menjatuhkan Cassini secara terkontrol (controlled reentry) ke Saturnus. Opsi ini juga dipilih sebagai bentuk kepatuhan atas etika penerbangan antariksa yang ditegakkan Planetary Protocol, yakni agar tidak mengontaminasi benda langit yang memiliki kemungkinan untuk menyemaikan kehidupan. Untuk lingkungan Saturnus, benda langit tersebut adalah Enceladus. Jika Cassini dibiarkan terus beredar dalam orbitnya mengelilingi Saturnus dengan bahan bakar yang sudah habis, maka ia takkan lagi bisa dikendalikan dan berpeluang jatuh ke Titan maupun Enceladus (uncontrolled reentry).

Referensi :

NASA. 2017. The Saturn System Through The Eyes of Cassini.

Goodson dkk. 1998. Cassini Manuver Experience, Launch and Early Cruise. Guidance, Navigation and Control Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 10-12 August 1998.

Kloster dkk. 2009. Saturn Escape Options for Cassini Encore Missions. Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 46 (2009) no.4, 874-882.

Noktah Biru Pucat, Bumi Dilihat dari Saturnus

Bumi dan Bulan, diabadikan dengan kamera medan sempit instrumen ISS Cassini pada Jumat 19 Juli 2013 dari jarak 1,445 milyar kilometer, sebagai bagian dari kampanye Wave at Saturn yang digalang NASA. Jarak sudut Bumi dan Bulan adalah 0,012 derajat dengan Bumi 40 kali lebih terang dibanding Bulan. Kilatan cahaya yang memancar dari Bumi merupakan artifak, sebagai implikasi dari waktu paparan (exposure) kamera yang diatur sedikit lebih besar. Sumber : NASA/JPL/Space Science Institue, 2013.

Bumi dan Bulan, diabadikan dengan kamera medan sempit instrumen ISS Cassini pada Jumat 19 Juli 2013 dari jarak 1,445 milyar kilometer, sebagai bagian dari kampanye Wave at Saturn yang digalang NASA. Jarak sudut Bumi dan Bulan adalah 0,012 derajat dengan Bumi 40 kali lebih terang dibanding Bulan. Kilatan cahaya yang memancar dari Bumi merupakan artifak, sebagai implikasi dari waktu paparan (exposure) kamera yang diatur sedikit lebih besar.
Sumber : NASA/JPL/Space Science Institue, 2013.

Dari jarak 1.445 juta kilometer Bumi kita hanya terlihat sebagai noktah redup kebiruan. Jika kita berdiri di lokasi tersebut dan menatap langit tanpa menggunakan teleskop apapun, kita hanya akan menyaksikan Bumi sebagai satu bintik kecil yang tak terbedakan dengan bintang-bintang lainnya yang terserak di langit dalam keluasan jagat raya. Sekilas pandang tak ada yang membuat bintik putih redup ini istimewa dibandingkan bintik-bintik redup lainnya. Namun inilah Bumi, satu-satunya tempat dalam tata surya kita dan bahkan mungkin dalam keluasan jagat raya yang mengandung kehidupan (hingga kini). Termasuk kehidupan kita, bagian dari 6 milyar umat manusia yang menyesaki planet ini dengan segala tingkah lakunya.

Planet Saturnus adalah salah satu permata gemerlap di langit malam. Planet ini telah dikenal umat manusia semenjak awal peradaban sebagai salah satu dari lima bintang kembara (planet) yang kasat mata sebelum hadirnya era teleskop. Keempat bintang kembara lainnya adalah Merkurius, Venus, Mars dan Jupiter. Begitu teleskop ditemukan, Saturnus berulang kali menjadi obyek kekaguman, misalnya saat planet ini diketahui memiliki cincin raksasa yang melayang jauh tinggi di atas khatulistiwa’nya, seperti pertama kali disaksikan astronom Christiaan Huygens (Belanda) pada 1665. Kegemparan besar meledak setelah astronom Giovanni Domenico Cassini (Italia-Perancis) sepanjang 1671-1684 menunjukkan Saturnus dikitari oleh empat satelit alami (Bulan) yang setia, layaknya Jupiter dengan empat Bulan Galileannya sebagaimana pertama kali dilihat Galileo Galilei (Italia) pada 1610. Penemuan ini menjadikan Saturnus menempati status yang sama dengan Jupiter sebagai proyeksi tata surya dalam bentuk mini sehingga turut mengukuhkan ide heliosentrik Copernicus.

Kini kita tahu bahwa planet Saturnus memiliki sedikitnya 63 buah Bulan, catatan rekor yang hanya sanggup ditumbangkan oleh Jupiter. Salah satu Bulannya, yakni Titan, berukuran 1,5 kali lebih besar dibanding Bulan milik kita di Bumi dan bahkan masih lebih besar ketimbang planet Merkurius. Kini Saturnus pun diketahui memiliki 12 lapisan cincin yang berbeda-beda baik dalam hal ketebalan maupun karakteristiknya. Namun Saturnus bukanlah planet cincin yang sendirian lagi, sebab kini kita mengetahui bahwa ketiga planet raksasa gas lainnya (yakni Jupiter, Uranus dan Neptunus) pun dikitari oleh cincinnya masing-masing meski jauh lebih tipis dan redup ketimbang cincin-cincin Saturnus.

Wave at Saturn

Saturnus kian seksi bagi umat manusia seiring berseminya era penerbangan antariksa. Penjelajahan dua pasang wahana antariksa tak berawak milik badan antariksa AS (NASA) sepanjang dekade 1970-an dan awal 1980-an, yakni Pioneer 10 dan Pioneeer 11 serta Voyager 1 dan Voyager 2, yang terbang melintas planet ini lewat rutenya masing-masing menyuguhkan imaji baru yang menakjubkan dari planet ini. Namun semuanya hanya numpang lewat, sehingga hanya sedikit saja waktu yang dialokasikan untuk menyelidiki planet ini sepanjang perjalanannya. Atas alasan itulah maka pada 1983 silam NASA bersama badan antariksa gabungan 12 negara Eropa (ESA) meluncurkan ide pembangunan wahana antariksa tak berawak yang bakal mengorbit Saturnus sehingga berkemampuan menyelidiki planet itu dengan lebih ambisius.

Dalam perjalannya ide ini terantuk-antuk sejumlah badai teknis dan politis, mulai dari pemotongan brutal terhadap anggaran NASA oleh Kongres AS, berubahnya lansekap program antariksa AS secara dramatis seiring tragedi Challenger, perlawanan pegiat lingkungan hidup seiring dibawanya 33 kg bahan radioaktif Plutonium-238 (sebagai sumber listrik melalui mekanisme transfer panas) hingga turbulensi politik yang melanda Eropa dan AS menjelang kejatuhan Uni Soviet dan ambruknya blok Timur. Pada akhirnya semua dapat dilewati sehingga wahana Cassini-Huygens, sebagai penghormatan atas pencapaian Giovanni Domenico Cassini dan Christiaan Huygens, berhasil terbang ke langit pada 15 Oktober 1997 dengan dorongan roket Titan IV B ditambah booster Centaur. Setelah melewati lintasan yang rumit dan berliku-liku, wahana antariksa seberat 5.600 kg dengan kabel-kabel di badannya bisa merentang sepanjang 14 km ini akhirnya tiba di lingkungan Saturnus pada 1 Juli 2004 dan terus aktif menyelidiki planet dan lingkungannya yang dingin membekukan namun menakjubkan, hingga kini.

Pada Jumat 19 Juli 2013 wahana Cassini mencetak sejarah baru dengan mengabadikan Bumi. Ini langkah sulit sebab jika dilihat dari Saturnus, Bumi berkedudukan sangat dekat dengan Matahari sehingga amat menyulitkan kamera-kamera Cassini dalam mengabadikannya seiring benderangnya mentari. Salah-salah kamera-kamera Cassini justru bakal rusak, sama seperti rusaknya mata kita bila terlalu lama menatap Matahari. Namun pada saat-saat tertentu terjadi situasi dimana bundaran Matahari sepenuhnya tergerhanai Saturnus sementara Bumi tetap berada di medan pandang Cassini. Kesempatan serupa telah berkali-kali datang sebelumnya, misalnya pada 2006 silam saat Cassini mengabadikan seluruh lapisan cincin Saturnus. Namun baru kali ini kamera Cassini sengaja diarahkan ke Bumi, bersamaan dengan kampanye Wave at Saturn yang digelar NASA. Inilah kampanye untuk bersama-sama menyaksikan Saturnus yang dikaitkan dengan aktivitas keseharian kita di Bumi. Wave at Saturn mendapat sambutan meriah dan mewujud dalam beragam cara, mulai dari pantauan teleskop live Slooh yang terhubung dunia maya lewat lamannya, observasi Saturnus oleh klub-klub dan komunitas astronomi di berbagai penjuru, flashmob di jalanan Columbus New York (AS) hingga menerbangkan balon helium untuk mengangkut muatan tertentu ke batas atmosfer Bumi.

Bumi sebagai bintik kecil redup dibalik lapisan G cincin Saturnus saat diabadikan dari wahana Cassini pada 2006 silam tatkala Saturnus menggerhanai Matahari dilihat dari titik Cassini berada dalam orbitnya.  Sumber : NASA/JPL, 2006.

Bumi sebagai bintik kecil redup dibalik lapisan G cincin Saturnus saat diabadikan dari wahana Cassini pada 2006 silam tatkala Saturnus menggerhanai Matahari dilihat dari titik Cassini berada dalam orbitnya.
Sumber : NASA/JPL, 2006.

Carl Sagan

Cassini akhirnya benar-benar mengabadikan Bumi dari jarak 1.445.851.000 km pada Jumat 19 Juli 2013 menggunakan kamera medan pandang sempit instrumen ISS (Imaging Science Subsystem)-nya. Serangkaian foto Bumi pun diperoleh namun hasilnya baru kita ketahui sehari kemudian setelah komputer pengendali Cassini mengirimkannya sebagai berkas gelombang elektromagnetik yang membutuhkan waktu 1 jam 20 menit 22 detik untuk tiba di Bumi.

Dari Cassini, Bumi hanya terlihat sebagai noktah kebiruan selebar beberapa piksel saja dalam bidang foto Cassini. Dan noktah kebiruan itu redup, dengan tingkat terang (magnitudo) hanya +2. Sementara Bulan sang pengiring setia bahkan lebih redup lagi, yakni pada magnitudo +6 atau 40 kali lebih redup dari Bumi. Saat itu Bumi berjarak sudut (berelongasi) hanya 5 derajat terhadap Matahari, sementara jarak sudut Bumi-Bulan bahkan jauh lebih kecil lagi, yakni hanya 44 detik busur (0,012 derajat). Hanya ketajaman mata Cassini-lah yang membuat Baik Bumi maupun Bulan dapat diabadikan dengan baik dari lingkungan Saturnus. Pencapaian ini melengkapi apa yang telah dilakukan Voyager 1 berbelas tahun silam, tepatnya antara 14 Februari hingga 6 Juni 1990, saat penjelajah antarplanet ini mengabadikan Bumi dari posisinya saat itu yang berjarak lebih jauh lagi, yakni antara 6.055 hingga 6.086 juta kilometer dari Bumi. Dalam foto Voyager, Bumi bahkan nampak lebih redup lagi dan hanya selebar kurang dari 1 piksel saja (tepatnya 0,12 piksel) dalam bidang foto Voyager-1.

Foto-foto Cassini dan juga Voyager-1 tak hanya penting secara teknis sebagai bagian untuk menguji kemampuan instrumen pencitranya, namun juga memiliki arti lebih mendalam seiring kedudukan manusia dalam jagat raya. Dari jarak 1,445 milyar kilometer itu Bumi hanya terlihat sebagai sebuah bintik cahaya redup saja. Apalagi dari jarak 6 milyar kilometer, ia nampak jauh lebih redup lagi. Dari jarak pandang ini tak ada yang membuat Bumi terlihat istimewa di tengah-tengah kekosongan langit tata surya kita. Apalagi di tengah-tengah jagat raya yang mahaluas, Bumi tak lebih dari setitik debu. Namun bagi kita, umat manusia, pandangan itu sangat kontras.

Bumi sebagai bintik sangat kecil dan amat redup, diabadikan oleh instrumen pencitra Voyager-1 dari jarak 6 milyar kilometer. Sumber : NASA, 1990.

Bumi sebagai bintik sangat kecil dan amat redup, diabadikan oleh instrumen pencitra Voyager-1 dari jarak 6 milyar kilometer. Sumber : NASA, 1990.

Mengutip kata-kata astronom legendaris (mendiang) Carl Sagan, Bumi adalah tempat tinggal kita. Inilah tempat siapapun yang kita cintai, siapapun yang kita benci, siapapun pernah kita ketahui hingga siapapun yang pernah kita dengar tinggal dan menjalani tahapan kehidupannya. Inilah tempat dimana canda bahagia dan lara duka bercampur aduk menjadi satu, pun demikian beragam ideologi, doktrin, kepercayaan, agama, pahlawan dan penghianat, pembangun dan penghancur peradaban, raja dan rakyat hingga orang-orang hebat dan orang-orang bejat. Semua tinggal pada tempat yang hanya setitik debu yang mengapung-apung di gelimang sinar mentari.

Inilah Bumi kita, satu-satunya lokasi dalam tata surya dan bahkan mungkin satu-satunya titik di jagat raya (hingga) kini yang menjadi tempat manusia hidup dan berkembang biak, yang kini telah mencapai populasi 6 milyar orang. Inilah anugerah terberi dari Illahi yang Maha Tinggi, yang jarang sekali dipahami. Kita bisa saja berangan-angan untuk pergi berkunjung ke Bulan, ataupun ke Mars, ataupun ke asteroid, dalam waktu dekat. Ya. Namun cuma berkunjung. Tidak untuk bertempat tinggal. Hanya Bumi-lah yang bisa mendukung kehidupan, sebagai kombinasi unik akan posisinya di lingkup tata surya dan jagat raya, yang membuatnya tidak terlalu dingin namun juga tak terlalu panas, tidak terlalu banyak menerima radiasi kosmik galaktik namun juga tak kekurangan radiasi. Inilah Bumi kita, tempat yang sedari awal tercipta untuk manusia.