Dalam lima menit
Sebuah dunia disebut terkunci pasang surut (tidally locked) bila ia berputar tepat satu kali untuk setiap satu kali mengelilingi benda yang diorbitnya. Contoh yang bisa dilihat siapa saja adalah Bulan. Bulan butuh sekitar 27,3 hari untuk mengelilingi Bumi dan sekitar 27,3 hari pula untuk berputar satu kali, sehingga sisi yang sama selalu menghadap kita.
Ini bukan keunikan Bulan semata. Sebagian besar bulan besar di Tata Surya terkunci pada planetnya, termasuk empat bulan besar Jupiter, yang bisa Anda kenali lewat panduan kami tentang bulan-bulan Jupiter. Banyak planet yang mengitari bintang merah kecil juga diperkirakan terkunci.
Versi singkatnya:
- Gravitasi meregangkan sebuah dunia sedikit demi sedikit, sehingga muncul tonjolan pasang surut.
- Jika dunia itu berputar dengan laju yang berbeda dari laju orbitnya, tonjolan tersebut terseret keluar dari garis lurus, dan tarikannya bekerja seperti rem pada putaran.
- Pengereman berhenti ketika putaran dan orbit sudah sama. Tonjolan lalu tetap sejajar, dan dunia itu pun terkunci.
- Semakin dekat orbitnya, semakin cepat hal ini terjadi.
Apa arti tidally locked? Cara kerja tidal locking
Gravitasi menarik lebih kuat sisi sebuah benda yang lebih dekat ke pasangannya dibanding sisi yang jauh. Selisih itulah gaya pasang surut, yang meregangkan benda tersebut sedikit sepanjang garis menuju pasangannya. Di Bumi efeknya paling jelas terlihat pada lautan, tetapi batuan padat pun ikut teregang. Bulan sedikit memanjang, dengan sumbu panjangnya mengarah kira-kira ke Bumi.
Sekarang tambahkan putaran. Bayangkan Bulan muda yang berputar lebih cepat daripada orbitnya. Batuan tidak langsung berubah bentuk, sehingga tonjolan terbawa sedikit mendahului garis ke Bumi. Gravitasi Bumi menarik tonjolan yang bergeser itu, dan tarikannya melawan arah putaran, mirip tangan yang menahan roda berputar. Gesekan di dalam Bulan mengubah energi putaran yang hilang menjadi panas.
Pengereman berhenti saat periode putaran sama dengan periode orbit. Sejak itu tonjolan berada tepat pada garis di antara kedua benda, tidak ada yang menyeretnya ke samping, dan rotasinya tetap.
Ada tiga hal yang menentukan lamanya proses ini. Pertama jarak: waktunya bertambah kira-kira sebanding dengan pangkat enam jarak orbit, jadi jarak yang dua kali lebih jauh membuat penguncian sekitar enam puluh kali lebih lambat. Kedua massa benda yang lebih besar, karena pasangan yang lebih berat menimbulkan pasang surut yang lebih besar. Ketiga susunan benda yang lebih kecil itu sendiri, yaitu seberapa kaku ia dan seberapa baik bagian dalamnya mengubah lenturan menjadi panas. Bulan yang dekat terkunci lebih awal. Yang jauh mungkin tidak pernah terkunci selama usia Alam Semesta.
Satu hal sering membingungkan: terkunci bukan berarti tidak berputar. Bulan yang terkunci tetap berotasi, satu kali per orbit. Justru itulah sebabnya satu sisinya selalu menghadap pasangannya.
Bulan, contoh terdekat kita
Hampir sepanjang sejarah manusia, tidak ada yang pernah melihat sisi lain Bulan. Foto pertamanya datang dari wahana Soviet Luna 3 pada Oktober 1959, dan pada Januari 2019 Chang'e 4 milik Tiongkok menjadi wahana pertama yang mendarat di sana. Sisi jauhnya tampak berbeda dari sisi dekat, dengan kerak yang lebih tebal dan jauh lebih sedikit dataran lava gelap yang disebut mare.
Orang sering menyebutnya sisi gelap, padahal itu keliru. Sisi itu menerima sinar Matahari seperti bagian Bulan lainnya. Saat bulan baru, ketika sisi dekat tidak disinari, sisi jauh justru sedang terang benderang.
Seiring waktu kita dapat melihat sedikit lebih dari separuh permukaannya, sekitar 59 persen, karena orbit Bulan tidak berbentuk lingkaran sempurna dan sumbunya miring. Bulan tampak sedikit mengangguk dan bergoyang, efek yang disebut librasi.
Ceritanya belum selesai. Pasang surut akibat Bulan memperlambat rotasi Bumi sedikit demi sedikit, menambah sekitar dua milidetik pada panjang hari setiap abad, dan Bulan menjauh dari Bumi sekitar 3,8 sentimeter per tahun. Secara teori Bumi suatu hari juga bisa terkunci pada Bulan, tetapi itu membutuhkan waktu jauh lebih lama daripada usia Matahari.
Sains yang sebenarnya
Berikut hal-hal yang sudah terukur, disusul hal-hal yang masih ditelusuri para peneliti.
Sudah mapan: kebanyakan bulan besar terkunci
Penguncian adalah hasil yang lazim bagi bulan besar. Io, Europa, Ganymede, dan Callisto milik Jupiter terkunci, begitu pula bulan-bulan terbesar Saturnus, termasuk Titan. Pluto dan bulan besarnya, Charon, saling terkunci: masing-masing menghadapkan satu sisi ke yang lain, dan keduanya berputar sekali setiap 6,4 hari.
Sudah mapan: pemanasan pasang surut
Penguncian bukan akhir dari efek pasang surut. Orbit Io sedikit lonjong, karena Europa dan Ganymede menariknya dengan pola berulang: Io mengorbit empat kali untuk setiap dua orbit Europa dan satu orbit Ganymede. Saat Io bergerak mendekat dan menjauh dari Jupiter, tonjolan pasang surutnya naik turun dan batuannya melentur. Lenturan itu memanaskan bagian dalam Io, itulah sebabnya ia menjadi benda paling aktif secara vulkanik di Tata Surya, dengan ratusan gunung berapi. Panas sejenis ini diduga turut menjaga samudra Europa di bawah lapisan esnya agar tidak membeku. Selengkapnya ada di halaman kami tentang Io.
Sudah mapan: Merkurius tidak terkunci
Merkurius berputar tiga kali untuk setiap dua kali mengelilingi Matahari, yaitu resonansi spin-orbit 3:2. Satu putarannya memakan waktu sekitar 58,6 hari dan satu tahunnya sekitar 88 hari, sehingga dari satu matahari terbit ke berikutnya butuh sekitar 176 hari. Selama beberapa dekade para astronom mengira Merkurius selalu menampakkan satu sisi ke Matahari; pengukuran radar pada 1965 menunjukkan sebaliknya. Venus juga lambat, butuh sekitar 243 hari untuk berputar sekali, dengan arah mundur, tetapi ia pun tidak terkunci.
Masih ditelusuri: planet di sekitar katai merah
Katai merah adalah bintang kecil yang redup, dan sekitar tiga dari empat bintang di galaksi kita termasuk jenis ini. Sebuah planet harus mengorbit sangat dekat agar cukup hangat untuk air cair, dan pada jarak itu penguncian sangat mungkin terjadi. Proxima b, planet di sekitar bintang terdekat selain Matahari, mengorbit dalam sekitar 11 hari. TRAPPIST-1 memiliki tujuh planet dengan orbit antara sekitar 1,5 dan 19 hari. Planet-planet semacam itu kemungkinan terkunci atau terjebak dalam resonansi seperti Merkurius, tetapi rotasi sebagian besar belum diukur secara langsung.
Apa dampaknya bagi sebuah planet masih diperdebatkan. Gambaran paling sederhana adalah dunia bola mata (eyeball world): sisi siang yang hangus, sisi malam yang beku, dan lingkaran senja yang sejuk, yaitu terminator. Model iklim menunjukkan bahwa atmosfer atau lautan yang cukup tebal bisa mengedarkan panas dan melunakkan kontras itu. Namun katai merah juga sering memuntahkan flare yang kuat, yang mungkin melucuti atmosfer tipis. Pengukuran awal Teleskop Antariksa James Webb pada dua planet TRAPPIST-1 terdalam mengisyaratkan bahwa keduanya hanya punya sedikit atau tanpa atmosfer tebal. Untuk planet luar yang lebih dingin, jawabannya masih dicari. Banyak Jupiter panas, yaitu planet raksasa yang mengitari bintangnya dari jarak sangat dekat, juga diperkirakan terkunci, dengan sisi siang yang membara.
Di mana ia muncul dalam fiksi
Tidal locking telah membentuk fiksi ilmiah selama satu abad, sebagian karena sains lama keliru memahaminya. Hingga 1960-an banyak astronom percaya bahwa Venus dan Merkurius selalu menghadapkan satu sisi ke Matahari. Stanley G. Weinbaum memakai versi Venus dalam 'The Lotus Eaters' (1935), tempat kehidupan bertahan di pita senja sempit antara sisi siang yang hangus dan sisi malam yang beku. Radar kemudian menunjukkan bahwa Venus berputar pelan ke arah mundur, dan Merkurius berputar tiga kali untuk setiap dua orbit, sehingga Venus dengan senja abadi menjadi gambaran zaman lampau.
Novel 2312 (2012) karya Kim Stanley Robinson meminjam separuh gagasan lainnya. Merkurius tidak terkunci, tetapi matahari terbitnya begitu lambat sehingga sebuah kota bernama Terminator bergerak di atas rel mengelilingi planet itu agar tetap selangkah di depan fajar.
Penulis modern memakai sains eksoplanet yang nyata. Dunia bola mata dengan cincin senja yang layak huni muncul dalam banyak cerita terbaru, dan latar ini memberi penulis peta siap pakai: sisi menghadap bintang untuk panas, sisi jauh untuk es, terminator untuk segala yang ada di antaranya. Ketika sebuah cerita menyuguhkan dunia dengan senja abadi, ajukan tiga pertanyaan. Apakah ia terkunci, atau berada dalam resonansi? Apakah atmosfernya cukup untuk memindahkan panas? Apakah penulisnya peduli? Jawabannya menunjukkan seberapa serius sains diperlakukan.
Kesalahpahaman umum
- Bulan punya sisi gelap. Yang ada adalah sisi jauh. Setiap bagian Bulan mendapat sinar Matahari selama satu bulan.
- Terkunci berarti tidak berotasi. Dunia yang terkunci berotasi satu kali per orbit. Kecocokan kedua periode itulah yang membuat satu sisi tetap menghadap ke dalam.
- Merkurius terkunci pasang surut. Tidak. Ia berputar tiga kali untuk setiap dua orbit.
- Planet terkunci separuh api, separuh es. Itu kasus ekstrem. Atmosfer, lautan, dan laju pemanasan planet semuanya mengubah gambaran itu, dan model berbeda pendapat tentang seberapa sejuk sisi malamnya.
- Hanya bulan yang bisa terkunci. Planet, planet kerdil, bahkan bintang dalam pasangan yang rapat bisa terkunci, dan Pluto serta Charon saling terkunci.
- Bumi akan segera terkunci pada Bulan. Perubahannya nyata tetapi sangat kecil, dan penguncian penuh membutuhkan waktu jauh lebih lama daripada usia Matahari.
Bacaan lanjutan
Ingin melihat penguncian dalam skala terbesar? Bulan-bulan Jupiter menampilkan empat dunia terkunci yang masing-masing sangat berbeda. Lalu baca tentang Io, tempat lenturan pasang surut menggerakkan gunung berapi paling dahsyat di Tata Surya.
