Mengapa Bintang Berkelap-kelip, tetapi Planet Cenderung Tampak Lebih Stabil?
Kenapa bintang tampak “twinkle”, tetapi Venus atau Jupiter sering terlihat lebih tenang? Jawabannya ada pada perjalanan cahaya melalui atmosfer Bumi.
Pernahkah Anda menatap langit malam dan melihat sebuah bintang yang seolah-olah sedang berkedip?
Kadang terang. Sesaat kemudian redup. Bahkan beberapa bintang terlihat seperti berubah warna dari putih menjadi merah, biru, atau kehijauan.
Lalu, ketika kita melihat planet terang seperti Venus atau Jupiter, cahayanya sering tampak jauh lebih tenang dan stabil.
Apakah bintang benar-benar berkedip?
Jawabannya cukup mengejutkan.
Bintang sebenarnya tidak sedang berkedip. Atmosfer Bumi yang membuatnya tampak berkelap-kelip.
Fenomena sederhana ini ternyata berkaitan dengan fisika cahaya, atmosfer, dan bahkan teknologi teleskop modern.
Bintang tidak benar-benar berkedip. Atmosfer Bumi membuat cahaya bintang tampak berubah-ubah. Planet biasanya terlihat lebih stabil karena cahaya dari berbagai bagian cakramnya mengalami gangguan yang saling dirata-ratakan.
Bintang Sebenarnya Bersinar Relatif Stabil
Bintang adalah bola gas sangat panas yang menghasilkan energi dan memancarkan cahaya. Cahaya tersebut melakukan perjalanan sangat jauh melalui ruang angkasa sebelum akhirnya sampai ke Bumi.
Selama berada di ruang angkasa, cahaya bintang dapat bergerak melalui ruang yang relatif hampa.
Masalah mulai muncul ketika cahaya tersebut memasuki atmosfer Bumi.
Atmosfer kita bukan lapisan udara yang diam dan seragam. Udara selalu bergerak. Ada bagian yang lebih panas, lebih dingin, lebih rapat, atau lebih renggang dibandingkan bagian lainnya.
Perbedaan ini membuat cahaya mengalami pembelokan kecil ketika melewati atmosfer.
Dalam fisika, pembelokan cahaya ketika melewati medium dengan sifat optik yang berbeda disebut refraksi.
NASA menjelaskan bahwa turbulensi atau pergerakan udara di atmosfer menyebabkan cahaya dari bintang terus mengalami sedikit perubahan arah sebelum akhirnya mencapai mata kita (National Aeronautics and Space Administration [NASA], 2000).
Akibatnya, posisi dan kecerlangan bintang tampak berubah dengan sangat cepat.
Mata kita kemudian menangkap perubahan itu sebagai:
“Twinkle... twinkle...”
Padahal bintangnya sendiri tidak sedang menyalakan dan mematikan cahaya.
Bayangkan Melihat Koin di Dasar Kolam
Cara paling mudah memahami fenomena ini adalah dengan membayangkan sebuah koin yang berada di dasar kolam.
Ketika permukaan air sangat tenang, kita dapat melihat koin tersebut dengan cukup jelas.
Tetapi ketika air mulai beriak, apa yang terjadi?
Koin seolah-olah bergerak, bergoyang, berubah bentuk, atau berpindah posisi.
Padahal koinnya tidak bergerak sama sekali.
Yang berubah adalah medium yang dilewati cahaya, yaitu air.
Hal serupa terjadi ketika kita melihat bintang.
Bintangnya tetap berada sangat jauh di ruang angkasa, tetapi cahaya yang berasal dari bintang harus melewati atmosfer Bumi yang terus bergerak sebelum mencapai mata kita.
Atmosfer dapat dibayangkan seperti “lautan udara” yang sangat besar di atas kepala kita.
Namanya Scintillation
Dalam astronomi, fenomena perubahan cepat pada cahaya bintang yang disebabkan oleh atmosfer disebut scintillation.
Atmosfer memiliki banyak bagian kecil dengan suhu dan kerapatan berbeda. Karena indeks bias udara ikut berubah, gelombang cahaya bintang mengalami gangguan ketika melewati bagian-bagian atmosfer tersebut.
Kajian mengenai turbulensi atmosfer menunjukkan bahwa kondisi ini dapat memengaruhi posisi, intensitas, dan kualitas citra objek astronomi yang diamati dari permukaan Bumi (Roddier, 1981).
Bagi kita yang hanya menikmati langit malam, efek tersebut terlihat indah.
Namun bagi astronom, twinkle justru dapat menjadi masalah.
Teleskop membutuhkan cahaya yang stabil untuk menghasilkan gambar objek langit yang tajam. Turbulensi atmosfer membuat gambar bintang menjadi sedikit bergerak dan kabur. Astronom mengenal pengaruh ini sebagai bagian dari fenomena atmospheric seeing.
Jadi, sesuatu yang romantis bagi orang yang menikmati langit malam bisa menjadi tantangan bagi seorang astronom.
Mengapa Bintang Sangat Mudah Terpengaruh?
Jawabannya berkaitan dengan jarak.
Bintang berada sangat jauh dari Bumi.
Bahkan bintang terdekat selain Matahari masih berjarak lebih dari empat tahun cahaya dari kita.
Karena jaraknya luar biasa jauh, bintang terlihat hampir seperti satu titik cahaya yang sangat kecil.
Bayangkan kita sedang melihat sebuah lampu LED kecil dari jarak sangat jauh. Sedikit saja cahaya itu berubah arah, perubahan tersebut akan mudah terlihat.
Itulah yang terjadi pada cahaya bintang.
Ketika turbulensi atmosfer sedikit mengubah arah cahaya, seluruh titik cahaya bintang yang kita lihat dapat tampak berubah posisi atau kecerlangannya.
NASA menggambarkan bintang sebagai sumber cahaya yang secara visual hampir menyerupai sebuah titik, sehingga efek perubahan atmosfer menjadi sangat mudah terlihat (NASA, n.d.).
Kalau Begitu, Mengapa Planet Tidak Banyak Berkelap-kelip?
Nah, inilah bagian yang menarik.
Ketika melihat langit dengan mata telanjang, Jupiter, Venus, atau Mars mungkin terlihat seperti titik terang, sama seperti bintang.
Namun secara fisik ada perbedaan penting.
Planet sebenarnya memiliki cakram kecil yang dapat dibedakan secara sudut, sedangkan kebanyakan bintang tampak hampir sebagai sumber titik.
Planet-planet di Tata Surya berada jauh lebih dekat kepada kita dibandingkan bintang.
Akibatnya, cahaya yang kita terima dari planet tidak berasal dari satu titik semu saja, tetapi dari berbagai bagian permukaan atau cakram planet.
Cahaya dari bagian-bagian tersebut melewati jalur atmosfer yang sedikit berbeda.
Bayangkan ada seratus sinar kecil yang datang menuju mata kita.
Sebagian mungkin sedikit dibelokkan ke kiri oleh atmosfer.
Sebagian lainnya dibelokkan ke kanan.
Ada yang sedikit lebih terang, ada pula yang sedikit lebih redup.
Ketika semuanya sampai ke mata secara bersamaan, berbagai gangguan kecil tersebut cenderung saling dirata-ratakan.
Akibatnya, planet tampak lebih stabil.
NASA menjelaskan bahwa karena planet memiliki ukuran tampak yang lebih besar daripada bintang, cahaya yang melewati berbagai bagian atmosfer akan mengalami efek turbulensi yang berbeda-beda. Ketika cahaya tersebut digabungkan oleh mata, sebagian besar variasinya menjadi lebih kecil (NASA Goddard Space Flight Center, n.d.).
Secara sederhana:
| Bintang | Planet |
|---|---|
| Tampak hampir sebagai satu titik cahaya | Sebenarnya memiliki cakram kecil |
| Gangguan atmosfer sangat mudah terlihat | Gangguan dari berbagai jalur cahaya cenderung dirata-ratakan |
| Biasanya tampak lebih berkelap-kelip | Biasanya tampak lebih stabil |
Karena itu, salah satu trik sederhana mengenali planet di langit adalah memperhatikan kestabilan cahayanya.
Objek yang sangat terang tetapi cahayanya relatif tenang mungkin merupakan planet.
Namun jangan menjadikannya aturan mutlak. Planet juga dapat tampak sedikit berkelap-kelip pada kondisi atmosfer tertentu.
Mengapa Bintang Dekat Horizon Lebih Heboh?
Ada eksperimen sederhana yang dapat Anda lakukan malam ini.
Cari satu bintang yang berada tinggi di langit.
Kemudian cari bintang lain yang posisinya dekat horizon.
Perhatikan keduanya selama beberapa saat.
Biasanya bintang yang berada dekat horizon terlihat jauh lebih berkelap-kelip.
Mengapa?
Karena cahaya dari bintang dekat horizon harus melewati lebih banyak atmosfer sebelum mencapai mata kita.
Bayangkan dua orang mencoba menembus kerumunan.
Orang pertama hanya perlu berjalan melewati lima orang.
Orang kedua harus berjalan melewati lima puluh orang.
Siapa yang kemungkinan mengalami lebih banyak gangguan?
Tentu orang kedua.
Hal yang hampir serupa terjadi pada cahaya.
Semakin panjang perjalanan cahaya melalui atmosfer, semakin besar kemungkinan cahaya mengalami pembelokan akibat perubahan suhu dan kerapatan udara.
NASA menyebutkan bahwa bintang yang berada dekat horizon cenderung terlihat lebih berkelap-kelip karena cahayanya melewati lapisan atmosfer yang lebih panjang dibandingkan bintang yang berada lebih tinggi di langit (NASA, 2000).
Itulah sebabnya Sirius, salah satu bintang paling terang di langit malam, terkadang terlihat berkedip sangat kuat ketika berada rendah di atas horizon.
Mengapa Bintang Kadang Seperti Berubah Warna?
Twinkle tidak selalu hanya berupa perubahan terang dan redup.
Kadang-kadang, terutama pada bintang terang yang berada dekat horizon, kita dapat melihat kilatan berwarna merah, biru, hijau, atau kuning.
Apakah bintang tersebut benar-benar berubah warna beberapa kali dalam satu detik?
Tidak.
Atmosfer juga dapat membelokkan panjang gelombang cahaya dengan cara yang sedikit berbeda. Karena cahaya tampak terdiri atas berbagai panjang gelombang, turbulensi atmosfer dapat menyebabkan warna yang sampai ke mata berubah sangat cepat.
Hasilnya terlihat seperti lampu kosmik berwarna-warni.
Sekali lagi, bintangnya tidak sedang berubah warna dengan cepat.
Atmosfer Bumi yang sedang “bermain” dengan cahaya tersebut.
Bagaimana dengan Bintang yang Dilihat dari Luar Angkasa?
Sekarang bayangkan kita pindah dari permukaan Bumi menuju ruang angkasa.
Tidak ada atmosfer Bumi di antara mata kita dan bintang.
Apa yang terjadi?
Efek kelap-kelip akibat turbulensi atmosfer praktis menghilang.
Karena alasan inilah teleskop ruang angkasa memiliki keuntungan besar untuk berbagai jenis pengamatan astronomi. Cahaya dari objek langit tidak harus melewati atmosfer Bumi sebelum masuk ke instrumen teleskop.
Jadi, jika seorang astronaut melihat bintang dari luar atmosfer, bintang tidak akan memperlihatkan twinkle atmosfer seperti yang kita lihat dari permukaan Bumi.
Kalau Atmosfer Mengganggu Teleskop, Bagaimana Astronom Mengatasinya?
Tidak semua teleskop bisa dikirim ke luar angkasa.
Membangun dan mengoperasikan teleskop ruang angkasa sangat mahal dan rumit.
Karena itu, astronom mengembangkan teknologi bernama adaptive optics atau optik adaptif.
Prinsipnya luar biasa.
Sistem teleskop mengukur seberapa besar atmosfer mendistorsi cahaya sebuah bintang. Komputer kemudian memerintahkan cermin khusus untuk berubah bentuk dengan sangat cepat sehingga sebagian distorsi tersebut dapat dikoreksi.
European Southern Observatory menjelaskan bahwa sistem optik adaptif menggunakan cermin yang dapat berubah bentuk secara real time untuk mengurangi efek turbulensi atmosfer dan menghasilkan citra objek astronomi yang jauh lebih tajam (European Southern Observatory [ESO], n.d.).
Dengan kata lain, manusia membuat teknologi untuk “melawan” twinkle.
Bagi mata kita, bintang yang berkedip mungkin indah.
Bagi astronom, semakin sedikit twinkle, semakin baik.
Jadi, Apakah Cahaya Stabil Pasti Planet?
Belum tentu.
Petunjuk “bintang berkedip, planet stabil” sangat berguna untuk pengamatan sederhana, tetapi bukan hukum yang berlaku tanpa pengecualian.
Kondisi atmosfer dapat berubah.
Planet yang berada sangat rendah dekat horizon juga dapat terlihat berkelap-kelip karena cahayanya harus melewati atmosfer yang jauh lebih panjang.
Sebaliknya, pada malam dengan atmosfer sangat tenang, beberapa bintang dapat terlihat relatif stabil.
Jadi sebaiknya gunakan fenomena twinkle sebagai petunjuk awal, bukan satu-satunya cara untuk membedakan bintang dan planet.
Coba Sendiri Malam Ini
Malam ini, jika langit cukup cerah, keluarlah selama beberapa menit.
Carilah sebuah titik cahaya terang yang berkedip-kedip. Kemudian carilah objek terang lain yang cahayanya lebih tenang.
Amati juga objek yang berada tinggi di langit dan bandingkan dengan yang berada dekat horizon.
Anda tidak memerlukan teleskop.
Hanya mata, langit yang cukup cerah, dan sedikit rasa ingin tahu.
Dari eksperimen sederhana itu, sebenarnya Anda sedang mengamati interaksi antara cahaya dari luar angkasa dan atmosfer Bumi.
WOW Fact
Jika Bumi tidak memiliki atmosfer, kita tidak akan melihat bintang berkelap-kelip akibat turbulensi udara.
Tetapi tentu saja ada konsekuensi yang jauh lebih penting: tanpa atmosfer, kehidupan seperti yang kita kenal juga tidak akan dapat bertahan.
Jadi, atmosfer yang terkadang “mengganggu” astronom adalah atmosfer yang sama yang membantu memungkinkan kehidupan di planet kita.
Kesimpulan
Bintang sebenarnya tidak berkedip seperti lampu.
Bintang tampak berkelap-kelip karena cahaya yang berasal dari tempat sangat jauh harus melewati atmosfer Bumi yang terus bergerak. Perbedaan suhu dan kerapatan udara menyebabkan cahaya sedikit dibelokkan dari waktu ke waktu. Karena bintang terlihat hampir seperti satu titik cahaya, perubahan kecil tersebut sangat mudah kita lihat.
Planet berbeda.
Karena planet jauh lebih dekat dan memiliki cakram dengan ukuran sudut yang lebih besar, cahaya dari berbagai bagian planet melewati jalur atmosfer yang berbeda. Gangguan-gangguan tersebut cenderung saling dirata-ratakan sehingga planet biasanya terlihat lebih stabil.
Jadi, ketika malam ini Anda melihat sebuah bintang berkedip, ingatlah:
Bukan bintangnya yang sedang berkedip kepada kita. Atmosfer Bumi sedang membuat cahaya bintang itu menari sebelum sampai ke mata kita.
Referensi
European Southern Observatory. (n.d.). Adaptive optics. European Southern Observatory.
National Aeronautics and Space Administration. (2000, October). Why do stars twinkle? StarChild, Goddard Space Flight Center.
National Aeronautics and Space Administration. (n.d.). Why have a telescope in space? NASA Science.
NASA Goddard Space Flight Center. (n.d.). Night sky. Imagine the Universe!
Roddier, F. (1981). The effects of atmospheric turbulence in optical astronomy. Progress in Optics, 19, 281–376. doi:10.1016/S0079-6638(08)70204-X
Tidak ada komentar:
Posting Komentar