Seberapa Sulit Menemukan Planet 9?

Kolaborasi dengan Ella Alderson

Penggambaran seniman Planet 9 sebagai raksasa es.

Sejak awal 90-an, umat manusia telah menunjukkan keterampilan yang luar biasa untuk mengidentifikasi planet di luar tata surya kita. Sampai saat ini, kami telah mengkonfirmasi keberadaan 3.946 dunia seperti itu, tersebar di hampir 3.000 sistem planet yang berbeda. Dengan menggunakan berbagai metode penemuan, kami telah dapat secara akurat menyimpulkan jari-jari dan massa dari banyak objek ini, beberapa di antaranya bahkan memiliki kemiripan yang mencolok dengan titik biru pucat yang kita sebut rumah. Dalam pencarian kami akan penemuan planet ekstrasurya, kami telah belajar bahwa planet-planet di galaksi lebih umum daripada butiran pasir di pantai-pantai di Bumi. Dengan penambahan teleskop ruang angkasa Kepler ke gudang perburuan planet ekstrasurya kita, sepertinya tidak ada planet yang berada di halaman belakang kosmik kita yang bisa tetap tersembunyi dari umat manusia dalam waktu lama.

Kemudian, sebuah penelitian pada 2016 mengusulkan keberadaan sebuah planet yang jauh, lebih dekat dengan rumah. Berdasarkan orbit yang sangat selaras dari beberapa Kuiper Belt Objects (KBOs), dua astronom dari Caltech menduga sebuah planet baru; bukan salah satu di halaman belakang kosmik kita, tetapi lebih tepat di depan pintu kita sendiri. Dijuluki Planet 9, objek yang diusulkan akan membutuhkan massa ~ 10 kali lipat dari Bumi, dan orbit yang sangat elips untuk itu mengantarkan KBO ke lintasan yang kita amati saat ini. Karena akan membutuhkan ribuan lintasan untuk planet seperti itu untuk menendang banyak KBO ke orbit elips, dihipotesiskan bahwa Planet 9, jika ada, masih mengintai diam-diam di sabuk Kuiper, jauh di luar orbit Pluto kecil.

Diagram orbit orbit KBO yang disejajarkan, orbit Planet 9 yang diusulkan ditunjukkan dalam warna oranye.

Betapapun menariknya berspekulasi tentang keberadaan planet besar lain di tata surya kita, pertanyaan yang mungkin lebih bijaksana yang harus dijawab adalah: mengapa kita belum menemukan Planet 9? Planet terakhir yang ditemukan, Neptunus, dilakukan hampir dua abad yang lalu menggunakan teleskop refraktor kuno sepanjang 4,3 meter; perbesaran tidak lebih besar dari 20. Meskipun sedikit lebih dekat dengan kita daripada Planet 9 seharusnya, Neptunus masih menghasilkan radius yang sama dengan planet yang baru diusulkan. Tentunya 200 tahun kemajuan dalam sains dan teknologi akan memungkinkan kita untuk melihat planet yang hanya sedikit lebih kecil dari Neptunus sedikit lebih jauh di tata surya, jadi apa yang menyebabkannya?

Tingkat kesulitan untuk penemuan objek tata surya baru dapat dikaitkan dengan empat faktor utama tentang objek:

  1. Diameter sudut - Seberapa besar objek muncul dari Bumi
  2. Magnitudo tampak - Seberapa cerah objek muncul dari Bumi
  3. Gerakan relatif - Seberapa cepat objek muncul untuk bergerak dari Bumi
  4. Karakteristik orbital - Tempat objek muncul di langit dari Bumi

Dalam artikel ini, saya akan menggunakan faktor-faktor ini untuk mengetahui secara pasti seberapa sulit menemukan Planet 9 menggunakan teknologi modern, dan berspekulasi tentang mengapa kita belum dapat menemukannya semudah badan lain, seperti Neptunus dan Pluto. Ini akan memungkinkan kesimpulan tentang apakah dunia masih bisa bersembunyi di pinggiran tata surya kita, atau jika keberadaannya dapat dikesampingkan sepenuhnya. Akhirnya, artikel ini dilakukan bersamaan dengan penulis ruang angkasa luar biasa Ella Alderson, yang telah menyiapkan artikelnya sendiri tentang pembaruan terkini tentang status terkini Planet 9 di komunitas astronomi. Saya sangat menyarankan Anda untuk memeriksa artikelnya, yang akan saya tautkan di bagian bawah.

Jadi, seberapa sulitkah menemukan Planet 9?

1. Diameter Sudut

Bayangkan mencoba melihat bola sepak di Bumi dari jet komersial di ketinggian jelajah. Ini adalah seberapa besar Neptunus muncul di langit dari Bumi. Neptunus rata-rata lebih dari 27 kali diameter sudut Pluto, menjadikan Pluto ekuivalen dengan kacang polong pada contoh di atas.

Seberapa besar rata-rata setiap planet dari Bumi, dengan perbandingan Pluto dengan Neptunus di sebelah kanan.

Menentukan diameter sudut Planet 9 mengharuskan kita untuk mempertimbangkan beberapa kemungkinan yang berbeda. Pertama, meskipun massa Planet 9 telah diperkirakan dengan cukup andal, menentukan jari-jari dunia sedikit lebih samar. Ini karena Planet 9 masuk dalam kategori ukuran antara Bumi dan Neptunus yang disebut sebagai "Bumi Super". Kita belum cukup tahu tentang evolusi kelas luar planet ekstrasurya ini, karena tidak ada analog semacam itu di tata surya kita. Planet 9 bisa berupa planet berbatu yang padat, monster, atau dunia gas yang menyebar, mirip dengan Uranus mini atau Neptunus. Perbedaan ini memungkinkan radius perkiraannya berayun antara 2 dan 4 kali lipat dari Bumi; varians yang perlu diperhatikan ketika datang untuk melihat dunia sejauh Planet 9.

Dan itu memunculkan kesulitan kedua dalam menentukan diameter sudut Planet 9; jarak. Sebagian besar planet mengorbit dalam orbit yang hampir bundar, jaraknya dari Matahari sebagian besar tidak berubah selama tahun planet ini. Planet 9, bagaimanapun, diperkirakan berayun sejauh 1.200 AU dari Matahari, hanya untuk terjun kembali ke jarak hanya 200 AU. Ini berarti Planet 9 akan muncul 6 kali lebih besar pada perihelion daripada di aphelionnya. Karena kita tidak tahu di mana Planet 9 berada di orbitnya, dan kita juga tidak punya cara untuk menentukan jari-jarinya yang sebenarnya, kita harus memperhitungkan setiap kemungkinan untuk menentukan seberapa sulit dunia mungkin mendeteksi dengan teknologi modern.

Anehnya, Planet 9 rata-rata memiliki diameter sudut yang sangat mirip dengan Pluto. Di sisi optimis, dunia dapat muncul lebih dari 4 kali diameter Pluto lebih besar, atau sekecil 1/3. Sangat menarik untuk dicatat bahwa resolusi sudut optimal dari Hubble Space Telescope hanya akan memungkinkan Planet 9 resolusi maksimum hanya beberapa piksel pada kamera CCD-nya. Dunia masih bisa dikonfirmasi, jika cukup terang ...

Foto-foto Pluto dari Hubble (seperti ini) sebenarnya adalah kompilasi dari puluhan jika tidak ratusan gambar yang ditumpuk untuk mendapatkan resolusi kualitas ini. Pada kenyataannya, Pluto hanya muncul sekitar 2,4 piksel pada CCD Hubble.

2. Magnitudo Jelas

Dalam domain astronomi, ukuran bukanlah segalanya. Jika sesuatu bersinar cukup terang, bahkan jika terlalu kecil untuk diselesaikan, kita dapat menangkap cahayanya dan menentukan sesuatu tentangnya. Untuk bintang, ini mudah. Cahaya yang intens dipancarkan dari permukaan bintang, di mana ia kemudian bergerak sebagian besar tidak terganggu ke mata atau teleskop kita untuk kita amati. Untuk planet, prosesnya tidak begitu mudah. Cahaya yang meninggalkan bintang induk planet berkurang secara eksponensial dengan jarak ketika cahaya menyebar melalui ruang. Pada saat cahaya ini mencapai planet yang jauh, intensitasnya telah sangat berkurang. Atmosfer planet ini kemudian menyerap sebagian kecil dari cahaya ini sebelum sisanya dibiarkan memantul kembali ke luar angkasa. Cahaya sekali lagi redup secara eksponensial pada pelayaran kembalinya sebelum akhirnya bisa mencapai mata dan teleskop kita.

Neptunus rata-rata besarnya tampak sebanding dengan melihat bola lampu 60 Watt di atas Menara Willis di Chicago dari Empire State Building di New York (mengabaikan medan). Pluto 800 kali lebih tidak bercahaya dari ini, memindahkan bola lampu 60 Watt yang disebutkan sebelumnya ke orbit Geosynchronous, lebih dari 30.000 kilometer jauhnya. Ketika datang untuk mendeteksi Planet 9, sebuah objek yang rata-rata hampir 18 kali lebih jauh dari Pluto, besarnya yang terlihat mungkin terbukti menjadi rintangan yang signifikan.

Bahkan memamerkan radius terbesar yang mungkin selama lintasan terdekatnya ke Matahari, Planet 9 masih akan beberapa kali lebih redup daripada Pluto. Dunia yang jauh akan rata-rata kurang dari 1/700 dari kecerahan Pluto, dengan karakteristik pesimistiknya yang memberikannya luminositas ~ 15.000 kali lebih sedikit daripada planet kecil sebelumnya. Kecerahan dari skenario terakhir ini hanya sedikit di atas besarnya yang membatasi dari Hubble itu sendiri, dan pada kenyataannya lebih redup daripada 70% dari semua bintang di galaksi Bima Sakti dari Bumi! Bahkan jika kita cukup beruntung untuk menangkapnya dalam bingkai Hubble, Planet 9 kemungkinan akan tenggelam dari gambar oleh bintang latar belakang yang lebih cerah.

Namun, ada bentuk cahaya lain yang bisa dipancarkan planet; bukan cahaya yang dipantulkan oleh permukaannya, melainkan cahaya yang dihasilkan jauh di dalam planet-planet itu sendiri. Raksasa gas adalah dunia besar, bagian dalamnya dikompres oleh tekanan gravitasi yang sangat besar. Ini, dikombinasikan dengan sifat dinamis dari dunia gas, memberi banyak planet besar emisi terang dalam spektrum cahaya inframerah. Sebagian besar raksasa gas dan es di tata surya kita sebenarnya beberapa kali lebih terang dalam spektrum inframerah daripada dalam spektrum yang terlihat, membuatnya lebih mudah dilihat dengan teleskop panjang gelombang panjang.

Jupiter dalam cahaya inframerah, dari Observatorium Gemini.

Satu pengecualian terang-terangan untuk tren ini adalah Uranus. Untuk alasan yang masih belum diketahui, Uranus tampaknya tidak memiliki panas internal. Ada kemungkinan bahwa Planet 9 mirip dengan Uranus, dalam hal ini kita harus mengandalkan cahaya yang terlihat untuk menemukannya. Jika lebih seperti 3 planet gas lain di tata surya kita, Planet 9 dapat menghasilkan panas inframerah pada kecepatan 500 kali intensitas rata-rata yang diterimanya dalam cahaya tampak dari Matahari. Jika ini benar, melihat Planet 9 akan menjadi jauh lebih layak.

3. Gerak Relatif

Menyaksikan benda-benda tata surya yang bergerak jauh adalah tugas yang membosankan. Dibutuhkan 3,4 menit untuk Pluto yang lamban untuk melintasi jarak relatif 1 piksel pada Hubble CCD. Bagi para ilmuwan untuk benar-benar memverifikasi gerakan dunia kecil, Pluto telah melintasi jarak diameter sudutnya, sepenuhnya bergerak keluar dari jalan penampang sendiri. Karena Pluto berdiameter 2,4 piksel, dua foto harus diambil lebih dari 8 menit untuk memastikan bahwa Pluto memang objek mobile, sistem tata surya. Bayangkan contoh dari sebelum melihat kacang polong dari pesawat komersial, hanya sekarang kacang polis bergerak ... dengan laju 0,0000062 meter per detik ... dan Anda harus melihatnya bergerak.

Meskipun serupa dalam ukuran sudut dengan Pluto, Planet 9 akan bergerak jauh, jauh lebih lambat di langit. Pada perihelion (titik paling cepat di orbitnya), Planet 9 masih akan membutuhkan beberapa jam untuk bergerak keluar dari jalan siluetnya sendiri untuk melihat gerakannya. Di aphelion, fenomena yang sama ini bisa memakan waktu lebih dari sehari!

4. Karakteristik Orbital

Satu kesulitan terakhir untuk menemukan Planet 9 adalah karakteristik orbitnya yang tidak lazim. Pluto mungkin ditemukan secara tidak sengaja, tetapi penemuannya tidak sepenuhnya kebetulan. Saat mencari objek tata surya baru, para ilmuwan cenderung mengamati di dekat bidang orbit tata surya, karena sebagian besar objek yang mengorbit Matahari melakukannya hanya dalam beberapa derajat bidang ini. Pada tanggal penemuannya, Pluto hampir persis berada di pesawat ini; sebuah fenomena yang hanya terjadi kira-kira sekali setiap abad atau lebih. Planet 9, yang juga memiliki kecenderungan tinggi di atas bidang tata surya, mungkin memiliki periode orbit lebih dari 18.000 tahun! Ini memberinya probabilitas sangat kecil untuk berada di dekat ekliptika hari ini, kemungkinan mengesampingkan penemuan yang tidak disengaja.

Bidang orbit planet. Perhatikan kedekatan Pluto dengan bidang orbit pada tahun 1931; hanya 1 tahun setelah penemuannya.

Kesimpulan

Sayangnya, menemukan benda-benda tata surya yang jauh sangat sulit dengan cara apa pun yang Anda potong, dan Planet 9 tidak terkecuali. Berdasarkan angka-angka ini, sangat mungkin bahwa kita belum menemukan dunia raksasa namun hanya karena kita belum melihat di tempat yang tepat, kita belum melihat pada panjang gelombang yang tepat, atau bahwa kita telah melihat dan melewatkannya sepenuhnya. Saat teknologi pengamatan kami tumbuh dan berkembang, kami pada akhirnya akan mencapai titik di mana keberadaan Planet 9 tidak lagi dapat tetap ambigu. Pada saat inilah kita menemukan planet kesembilan yang telah lama hilang dari tata surya kita, atau mengarahkan teleskop kita ke tempat lain untuk mencari misteri besar berikutnya.

Seperti yang dijanjikan, ini adalah tautan ke artikel Ella! Saya sangat menyarankan Anda untuk memeriksanya, dan terima kasih telah membaca!