Bagaimana teleskop luar angkasa melihat apa yang tidak dapat dilihat oleh observatorium darat

Cahaya dari bintang dan galaksi bepergian melintasi alam semesta dalam berbagai bentuk, bukan hanya warna yang terlihat yang dapat dilihat oleh mata manusia. Cahaya ultraungu, inframerah, sinar-X, dan sinar gamma membawa informasi tentang bintang muda yang panas, awan debu dingin, bintang yang meledak, dan lubang hitam. Namun, atmosfer Bumi menyerap atau mengacaukan sebagian besar cahaya itu sebelum mencapai tanah, menurut NASA Science dan European Space Agency (ESA).

Mengapa atmosfer Bumi adalah penghalang

ESA menjelaskan bahwa atmosfer menciptakan dua masalah terpisah untuk astronomi inframerah. Pertama, ia menyerap sebagian besar panjang gelombang inframerah sepenuhnya, hanya membiarkan beberapa pita sempit mencapai teleskop berbasis darat. Kedua, atmosfer itu sendiri bersinar dalam inframerah, sering memancarkan lebih banyak radiasi daripada objek kosmik yang lemah yang sedang dicoba dipelajari astronom, yang membanjiri sinyal dalam kebisingan.

ESA juga mencatat bahwa atmosfer memblokir sebagian besar radiasi energi tinggi dan ultraungu, termasuk sinar-X, sinar gamma, dan sebagian besar sinar ultraungu. NASA mencatat bahwa Chandra, observatorium sinar-X-nya, mengorbit hingga ketinggian sekitar 139.000 kilometer (86.500 mil) di atas Bumi — sekitar 200 kali lebih tinggi dari Hubble — khusus karena sinar-X tidak pernah mencapai permukaan.

Memindahkan teleskop di atas atmosfer, atau jauh dari Bumi sama sekali, menghilangkan kedua masalah sekaligus: tidak ada udara yang tersisa untuk menyerap cahaya, dan tidak ada cahaya atmosfer untuk membanjirinya.

Teleskop berbeda, cahaya berbeda

Setiap observatorium luar angkasa utama disetel untuk bagian spektrum tertentu. Hubble, diluncurkan pada tahun 1990, mengamati terutama cahaya ultraungu dan terlihat (0,1 hingga 2,5 mikron) dan mengorbit sekitar 300 mil (483 km) di atas Bumi, masih dalam jangkauan misi servis sesekali, menurut NASA Science. James Webb Space Telescope, diluncurkan pada Desember 2021, dibangun untuk cahaya inframerah dan duduk jauh lebih jauh, dekat titik Lagrange kedua (L2) kira-kira satu juta mil dari Bumi, di mana panas dirinya sendiri dan panas Bumi tidak dapat mengganggu sinyal inframerah lemah yang sedang dicoba deteknya.

Cermin utama Webb mencakup 6,5 meter (21,3 kaki), dibandingkan dengan 2,4 meter Hubble (7,9 kaki), memberikannya lebih dari enam kali luas pengumpulan cahaya. NASA Science menyatakan bahwa Webb dapat mendeteksi objek hingga 100 kali lebih redup daripada yang dapat dilihat Hubble. Karena ekspansi alam semesta meregangkan cahaya dari galaksi paling jauh dan paling awal menjadi panjang gelombang inframerah — efek redshift — sensitivitas inframerah Webb memungkinkannya melihat lebih jauh kembali dalam waktu kosmik daripada instrumen ultraungu-dan-terlihat Hubble dapat.

Webb membawa instrumen khusus untuk berbagai rentang inframerah. Near-Infrared Camera (NIRCam) -nya mencakup 0,6 hingga 5 mikron dan berfungsi sebagai imager inframerah dekat utama Webb, menurut halaman instrumen NASA Science. Mid-Infrared Instrument (MIRI) mencakup 5 hingga 28 mikron dan menggabungkan kamera, spektrograf yang membagi cahaya menjadi spektrum untuk mengukur kecerahan pada setiap panjang gelombang, dan korona yang memblokir silau bintang sehingga planet yang lebih lemah di dekatnya dapat dilihat. MIRI memerlukan pendingin kryo tambahan untuk tetap lebih dingin daripada sisa observatorium sehingga detektornya tidak dibutakan oleh panas sisa Webb.

Tidak setiap observatorium luar angkasa menghasilkan gambar. Pesawat ruang angkasa Gaia milik ESA, diluncurkan pada 19 Desember 2013 dan ditempatkan dekat L2, membangun peta tiga dimensi yang luar biasa presisi dari lebih dari dua miliar bintang di seluruh Bima Sakti, melacak gerakan, luminositas, suhu, dan komposisi mereka, menurut halaman misi Gaia ESA. ESA mengatakan Gaia meningkatkan akurasi posisional sebesar seratus kali dibandingkan dengan pendahulunya, satelit Hipparcos; misi memasuki fase pasca-operasi setelah menghadapi masalah sensor dan mikrometeor pada 2024.

Di ujung spektrum energi tinggi, Observatorium Sinar-X Chandra NASA, diluncurkan pada 23 Juli 1999, mendeteksi sinar-X dari fenomena yang sangat panas: bintang yang meledak, gugus galaksi, dan materi yang berputar di sekitar lubang hitam, menurut halaman misi astrobiologi NASA.

Menyatukan bagian-bagian itu

Ilmuwan proyek Herschel ESA Göran Pilbratt menjelaskan nilai observasi inframerah khususnya untuk mempelajari bagaimana bintang dan planet terbentuk: "Dengan mengamati dalam inframerah kita dapat mempelajari bagaimana hal-hal terbentuk, langkah-langkah yang sangat awal, karena proses pembentukan sangat sering terjadi di tempat yang sejuk dan berdebu," katanya, menurut ESA. Cahaya inframerah melewati awan debu yang menghalangi cahaya terlihat, memungkinkan instrumen seperti NIRCam dan MIRI Webb melihat bintang dan planet yang baru lahir tersembunyi di dalam nebula.

Karena tidak ada teleskop tunggal yang mencakup seluruh spektrum, astronom secara rutin menggabungkan data dari beberapa observatorium. NASA Science menjelaskan Hubble dan Webb sebagai mitra komplementer daripada pesaing: visi inframerah dalam Webb memotong melalui debu dan gas, sementara visi terlihat dan ultraungu Hubble melengkapi pandangan inframerah Webb, bersama-sama menghasilkan pandangan yang lebih luas dari objek yang sama.