Diluncurkan minggu lalu, TESS akan memindai 200.000 bintang dekat dan terang, mencari planet baru dan kemungkinan dunia yang layak huni. Inilah diskusi meja bundar dengan 2 ilmuwan tentang misi TESS.
Kesan seorang seniman tentang Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) dan beberapa tambang planetnya. Gambar melalui NASA.
Melalui Yayasan Kavli
Sebuah era baru dalam pencarian planet ekstrasurya - dan kehidupan alien yang mungkin mereka inangi - telah dimulai. Di atas roket SpaceX, Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) diluncurkan pada tanggal 18 April 2018. Selama dua tahun ke depan, TESS akan memindai 200.000 atau lebih bintang-bintang terdekat dan paling terang ke Bumi untuk peredupan cahaya yang disebabkan ketika exoplanet melintasi wajah bintang-bintang mereka .
The Kavli Foundation berbicara dengan dua ilmuwan mengenai misi TESS, untuk melihat lebih dalam tentang tujuan pengembangan dan sains revolusionernya untuk menemukan "Bumi kembar" pertama di alam semesta. Peserta adalah Greg Berthiaume, Manajer Instrumen untuk misi TESS dan Diana Dragomir, Hubble Postdoctoral Fellow di MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.
****
The Kavli Foundation: Dimulai dengan gambaran besar, mengapa TESS penting?
Diana Dragomir: TESS akan menemukan ribuan exoplanet, yang mungkin tidak terdengar seperti masalah besar, karena kita sudah tahu hampir 4.000. Tetapi sebagian besar planet yang ditemukan itu terlalu jauh bagi kita untuk melakukan lebih dari sekadar mengetahui ukurannya dan bahwa mereka ada di sana. Perbedaannya adalah bahwa TESS akan mencari planet di sekitar bintang yang sangat dekat dengan kita. Ketika bintang lebih dekat dengan kita, mereka juga lebih terang dari sudut pandang kita, dan itu membantu kita menemukan dan mempelajari planet-planet di sekitar mereka dengan lebih mudah.
Diana Dragomir adalah seorang astronom observasional yang fokus penelitiannya adalah pada exoplanet kecil. Dia adalah anggota Postdoctoral Hubble di MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.
Greg Berthiaume: Salah satu hal yang dilakukan TESS adalah membantu menjawab pertanyaan mendasar, "Apakah ada kehidupan lain di alam semesta?" Orang-orang telah mempertanyakan hal itu selama ribuan tahun. Sekarang TESS tidak akan menjawab pertanyaan itu secara langsung, tetapi ini merupakan langkah, seperti yang disebutkan Diana, di jalur untuk mendapatkan data untuk melihat di mana mungkin ada kehidupan lain di luar sana. Itu adalah sesuatu yang telah kami perjuangkan dan tanyakan sejak kami dapat mengajukan pertanyaan.
TKF: Apa tepatnya yang Anda harapkan ditemukan oleh TESS?
Dragomir: TESS mungkin akan menemukan 100 hingga 200 dunia seukuran Bumi, serta ribuan lebih banyak planet ekstrasurya hingga Jupiter.
Berthiaume: Kami mencoba menemukan planet yang analog dengan Bumi, artinya mereka akan mirip Bumi dalam karakteristiknya, seperti ukuran, massa, dan sebagainya. Itu berarti kita ingin menemukan planet dengan atmosfer, dengan gravitasi yang mirip dengan Bumi. Kami ingin menemukan planet yang cukup dingin sehingga air bisa menjadi cair di permukaannya, dan tidak terlalu dingin sehingga airnya membeku sepanjang waktu. Kami menyebutnya "Goldilocks" planet-planet, yang terletak di "zona layak huni" bintang. Itu benar-benar target kami.
Dragomir: Tepat sekali. Kami ingin menemukan "Bumi kembar" pertama. TESS terutama akan menemukan planet di zona layak huni dari katai merah. Ini adalah bintang yang sedikit lebih kecil dan lebih dingin dari matahari. Sebuah planet di sekitar katai merah dapat ditemukan di orbit yang lebih dekat dengan bintangnya daripada di bintang yang lebih panas seperti matahari kita dan masih mempertahankan suhu Goldilocks yang bagus itu. Orbit yang lebih dekat menerjemahkan lebih banyak transit, atau penyeberangan bintang, yang membuat planet katai merah ini lebih mudah ditemukan dan dipelajari daripada planet di sekitar bintang seperti matahari.
Para astronom bekerja keras dalam cara-cara yang kami bisa mendorong data TESS dan menemukan beberapa planet di zona layak huni dari bintang seperti matahari juga. Ini menantang karena planet-planet itu memiliki periode orbit yang lebih lama - bertahun-tahun, yaitu - dari planet yang dekat. Itu berarti kita membutuhkan lebih banyak waktu pengamatan untuk mendeteksi transit yang cukup dari planet-planet di bintang-bintang mereka untuk mengatakan bahwa kita pasti mendeteksi sebuah planet. Tapi kami berharap, jadi tetaplah disini!
TESS akan menemukan ribuan exoplanet di orbit di sekitar bintang-bintang paling terang di langit. Survei transit angkasa luar angkasa yang pertama kali dilakukan angkasa luar ini akan mengidentifikasi planet-planet mulai dari raksasa seukuran Bumi hingga gas, di sekitar berbagai jenis bintang dan jarak orbit. Tidak ada survei berbasis darat dapat mencapai prestasi ini. Gambar melalui Goddard Space Flight Center / CI Lab milik NASA.
TKF: Apa yang perlu Anda lihat untuk menganggap salah satu planet yang ditemukan oleh TESS berpotensi dihuni?
Dragomir: Kami ingin sebuah planet menjadi dekat dengan Bumi dalam ukuran untuk semua alasan yang baru saja kami berikan, tetapi ada masalah kecil dengan itu. Planet-planet semacam itu mungkin akan memiliki atmosfer yang cukup kecil, dibandingkan dengan berapa banyak batuan yang membentuk bagian terbesarnya. Dan bagi sebagian besar teleskop untuk dapat melihat atmosfer secara detail, kita sebenarnya membutuhkan planet ini untuk memiliki atmosfer yang substansial.
Ini karena teknik yang kami gunakan disebut spektroskopi transmisi. Ia mengumpulkan cahaya dari bintang yang telah melewati atmosfer planet ketika planet itu melintasi bintang. Cahaya itu datang kepada kita dengan spektrum atmosfer planet yang ditiru padanya, yang dapat kita analisis untuk mengidentifikasi komposisi atmosfer. Semakin banyak atmosfer, semakin banyak materi yang dapat mempengaruhi spektrum, memberi kita sinyal lebih besar.
Namun, jika cahaya dari bintang melewati atmosfer yang sangat sedikit, seperti yang akan kita lihat dengan kembaran Bumi, sinyalnya akan sangat kecil. Berdasarkan apa yang ditemukan TESS, kami akan memulai dengan planet yang lebih besar yang memiliki banyak atmosfer, dan saat kami mendapatkan instrumen yang lebih baik, kami akan bergerak menuju planet yang lebih kecil dan lebih kecil dengan atmosfer yang lebih sedikit. Ini adalah planet-planet terakhir yang lebih mungkin dihuni.
Berthiaume: Apa yang akan kita cari di atmosfer adalah hal-hal seperti uap air, oksigen, karbon dioksida — gas standar yang kita lihat di atmosfer yang dibutuhkan kehidupan dan kehidupan. Kami juga akan mencoba dan mengukur hal-hal buruk yang tidak kompatibel dengan kehidupan seperti yang kita ketahui di Bumi. Sebagai contoh, itu akan menjadi hal buruk bagi biologi jika ada terlalu banyak amonia di atmosfer dunia. Hidrokarbon, seperti metana, juga akan bermasalah dalam kelimpahan yang terlalu tinggi.
Greg Berthiaume adalah Manajer Instrumen untuk misi TESS. Berbasis di Laboratorium Lincoln, Massachusetts Institute of Technology (MIT), ia juga anggota dari MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.
TKF: Diana, spesialisasi Anda adalah exoplanet yang lebih kecil dari Neptunus - sebuah planet empat kali lebih besar dari Bumi. Apa pengetahuan umum kita tentang dunia semacam itu dan bagaimana TESS akan membantu penelitian Anda?
Dragomir: Satu hal yang kita ketahui tentang planet-planet ini adalah bahwa mereka sangat umum dibandingkan dengan planet yang lebih besar dari Neptunus. Itu bagus. Karena itu kami berharap TESS menemukan banyak planet yang lebih kecil dari Neptunus untuk kita lihat.
Meskipun kecil itu buruk untuk mendapatkan atmosfer yang baru saja kita bicarakan, jika bintang-bintang di dekatnya dan cerah, kita mungkin masih bisa mendapatkan cukup cahaya untuk melakukan studi yang baik. Saya berharap bahwa kita akan mendapatkan cukup di bawah ukuran Neptunus sehingga kita akan mulai melihat atmosfer "super-Bumi," yang merupakan planet dua kali ukuran Bumi atau lebih. Kami tidak memiliki super-Earth di tata surya kita, jadi kami ingin melihat lebih dekat pada salah satu dari dunia semacam ini. Dan mungkin saja, jika kita menemukan kandidat planet yang benar-benar bagus, kita mungkin dapat mulai melihat atmosfer planet seukuran Bumi.
Dengan penelitian saya, satu hal lagi yang TESS dapat benar-benar bantu adalah dengan mencari tahu batas antara planet yang sangat gas seperti Neptunus dan planet yang sangat berbatu seperti Bumi. Kami percaya sebagian besar masalah massa; memiliki terlalu banyak massa, dan planet ini mulai memiliki atmosfer yang tebal. Saat ini, kami tidak yakin di mana ambang itu. Dan itu penting agar kita tahu kapan sebuah planet berbatu dan berpotensi dihuni, atau mengandung gas dan tidak layak huni.
TKF: Greg, sebagai Manajer Instrumen TESS, banyak yang mengendarai pundak Anda untuk kesuksesan misi. Bisakah Anda ceritakan sedikit tentang pekerjaan Anda?
Berthiaume: Pekerjaan saya sebagai manajer instrumen berbeda dari pekerjaan sains, pasti. Pekerjaan saya adalah memastikan bahwa semua bagian, semua bagian yang masuk ke dalam empat kamera penerbangan dan perangkat keras pemrosesan gambar semuanya bermain dan bekerja bersama dan memberi kami data luar biasa yang kami butuhkan untuk Diana untuk pergi dan terus mengeksplorasi exoplanet . Peran pribadi saya dalam misi sebenarnya berakhir tak lama setelah peluncuran. Setelah kami menunjukkan bahwa satelit memberikan data yang kami harapkan, dan kami menangani kejutan apa pun yang mungkin muncul, maka saya pindah dan data berangkat ke komunitas sains.
Saya pasti merasa bertanggung jawab untuk mendapatkan kualitas data setinggi mungkin. Banyak orang bekerja sangat keras selama bertahun-tahun untuk membangun kamera yang terbang dengan TESS dan sangat menyenangkan menjadi bagian dari tim itu.
TKF: Misi planet ekstrasurya baru seperti Ariel dan satelit Plato dari Badan Antariksa Eropa dijadwalkan akan dimulai pada akhir tahun 2020-an. Bagaimana mungkin pesawat ruang angkasa masa depan ini melengkapi dan membangun di atas tubuh kerja TESS?
Dragomir: Hal hebat tentang TESS adalah ia akan memberi kita banyak hal untuk dipilih dalam hal opsi terbaik untuk planet yang ingin kita pelajari. Dengan cara itu, TESS akan mengatur panggung untuk misi Ariel, yaitu mempelajari secara mendalam atmosfer dari sekelompok eksoplanet terpilih.
Misi Plato akan mencari planet yang layak huni, tetapi di sekitar bintang yang lebih besar seperti matahari, sedangkan TESS akan fokus pada pencarian planet yang dapat dihuni di sekitar bintang yang lebih kecil. Saya senang dengan itu karena saya tidak ingin kita menaruh semua telur kita dalam satu keranjang dengan hanya melihat bintang katai merah dengan TESS. Planet-planet di sekitar kerdil merah ini sangat menarik saat ini karena mereka lebih mudah dipelajari dan mereka lebih sering transit bintangnya, membuat mereka lebih mudah ditemukan. Tetapi pada saat yang sama, katai merah cenderung lebih aktif daripada Matahari. Ketika sebuah bintang aktif, itu artinya ia sering mengeluarkan semburan radiasi yang disebut suar. Suar ini bisa sangat merusak atmosfer planet dan membuat dunia tak bisa dihuni.
Pada akhirnya, kita tentu saja hidup di sekitar bintang seperti matahari, dan sejauh ini, kita adalah satu-satunya "kita" yang kita kenal di alam semesta. Jadi untuk alasan-alasan itu, sangat bagus untuk memiliki Plato secara bersama-sama datang dan menemukan planet-planet di sekitar matahari yang TESS mungkin tidak akan dapat menemukannya.
TKF: Kapan Anda mengharapkan penemuan pertama TESS tentang dunia baru akan dilaporkan?
Berthiaume: Pertama, perlu beberapa saat untuk memasukkan TESS ke orbit uniknya. Ini adalah pertama kalinya kami menempatkan pesawat ruang angkasa dalam jenis baru yang sangat jauh, orbit sangat elips, di mana gravitasi dari Bumi dan Bulan akan menjaga TESS sangat stabil, baik dari perspektif orbit maupun dari perspektif termal. Jadi sebagian besar dari apa yang akan terjadi selama enam minggu pertama hanya mencapai orbit terakhir itu.
Lalu ada periode waktu di mana akan ada data yang dikumpulkan untuk memastikan instrumen bekerja seperti yang diharapkan, serta mendapatkan saluran pengolahan data kami disetel. Saya pikir kita akan mulai melihat hasil menarik keluar musim panas ini.
TKF: Selain dunia baru, apa lagi yang mungkin TESS ungkapkan tentang alam semesta?
Dragomir: Karena TESS mengamati begitu banyak langit, ia akan melihat banyak hal yang terjadi secara real-time, bukan hanya exoplanet yang melintasi bintang. Adapun bintang-bintang itu, kita dapat belajar banyak tentang sifat-sifat mereka dan bahkan mengukur massa mereka dengan cukup tepat dengan melakukan asteroseismologi dengan TESS. Teknik ini melibatkan pelacakan perubahan kecerahan ketika gelombang suara bergerak melalui interior bintang - seperti bagaimana gelombang seismik melewati batu dan bagian dalam bumi yang mencair selama gempa bumi.
Kami juga akan mempelajari aktivitas pembakaran bintang-bintang, yang seperti yang telah kami bicarakan sebelumnya mungkin membuat planet-planet beriklim dekat di sekitar bintang katai merah tidak dapat dihuni.
Bergerak naik dalam ukuran, para ilmuwan akan ingin mencari data TESS untuk bukti lubang hitam kecil. Benda-benda ekstrem ini, terbentuk ketika bintang-bintang kolosal meledak, dapat mengorbit bintang-bintang normal yang masih "hidup". Sistem ini akan membantu kita lebih memahami bagaimana lubang hitam itu terbentuk dan bagaimana mereka berinteraksi dengan bintang pendamping.
Dan akhirnya, semakin besar, TESS akan melihat galaksi yang disebut quasar. Galaksi ultra-terang ini ditenagai oleh lubang hitam supermasif di inti mereka. TESS akan membantu kami memantau bagaimana kecerahan quasar berubah, yang dapat kami tautkan kembali ke dinamika lubang hitam mereka.
TKF: Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang dipuji sebagai penerus Hubble Space Telescope, telah lama dibicarakan sebagai instrumen utama untuk melakukan pengamatan tindak lanjut terperinci tentang exoplanet menjanjikan yang ditemukan oleh TESS. Namun, peluncuran James Webb, sudah tertunda beberapa kali, baru saja dikeluarkan setahun lagi, hingga 2020. Bagaimana penundaan James Webb yang sedang berlangsung akan memengaruhi misi TESS?
Dragomir: Penundaan James Webb tidak terlalu menjadi masalah karena itu sebenarnya memberi kita lebih banyak waktu untuk mengumpulkan planet target hebat dengan TESS.Sebelum kita dapat menggunakan James Webb untuk benar-benar mengamati calon exoplanet dan mempelajari atmosfernya, pertama-tama kita perlu mengkonfirmasi bahwa planet-planet itu nyata - bahwa apa yang kita pikir adalah planet bukanlah hasil positif palsu, misalnya, oleh aktivitas bintang. Proses konfirmasi itu memakan waktu berminggu-minggu, menggunakan pengamatan dukungan dari teleskop darat. Kemudian akan memakan waktu berminggu-minggu hingga berbulan-bulan untuk mendapatkan massa planet-planet itu. Kami mengukurnya dengan mendaftarkan berapa banyak planet yang menyebabkan bintang inangnya mengalami sedikit "goyangan" dalam gerakan mereka seiring waktu, karena gravitasi planet, yang ditentukan oleh massa mereka.
Setelah Anda memiliki massa itu, ditambah ukuran planet ekstrasurya berdasarkan berapa banyak cahaya bintang yang diblokir selama deteksi TESS, Anda dapat mengukur kepadatannya dan menentukan apakah itu berbatu atau gas. Dengan informasi ini, maka akan lebih mudah untuk memutuskan planet mana yang ingin kita prioritaskan, dan semakin kita dapat memahami apa yang akan dikatakan James Webb tentang atmosfernya.
TKF: Pesawat ruang angkasa terkadang memiliki unsur-unsur ekstra yang lucu atau bahkan mendalam. Satu contoh: "Golden Records" pada pesawat ruang angkasa Voyager kembar, yang berisi gambar dan suara kehidupan dan peradaban di Bumi, termasuk Taj Mahal dan kicau burung. Apakah ada barang seperti itu yang termasuk dalam TESS? Adakah tanda atau pembuat halus?
Berthiaume: Salah satu hal yang terbang bersama dengan TESS adalah plak logam yang memiliki tanda tangan banyak orang yang bekerja mengembangkan dan membangun pesawat ruang angkasa. Itu adalah hal yang menyenangkan bagi kami.
Dragomir: Itu keren. Saya tidak tahu itu!
Berthiaume: Juga, NASA mengadakan kontes internasional yang mengundang orang-orang dari seluruh dunia untuk mengirimkan gambar seperti apa yang mereka pikirkan tentang planet ekstrasurya. Saya tahu banyak anak berpartisipasi. Semua gambar itu dipindai ke thumb drive dan mereka terbang bersama dengan TESS. Orbit pesawat ruang angkasa itu stabil selama setidaknya satu abad, sehingga plak dan gambar akan berada di ruang angkasa untuk waktu yang lama!
- Adam Hadhazy, Spring 2018
Intinya: Dua ilmuwan mendiskusikan misi TESS.