Seberapa gelapkah gelapnya?
Saat Anda keluar pada malam yang cerah tanpa bulan, Anda tidak hanya dapat melihat banyak bintang tetapi juga ruang hitam di antara bintang-bintang—dalam hal ini yang secara harfiah berarti ruang. Karena Anda dapat melihat bintang-bintang dan langit berwarna hitam, Anda mungkin mengira langit itu transparan. Tapi ternyata tidak—setidaknya, tidak juga.
Berbagai molekul, atom, dan partikel melayang di udara, dan memantulkan cahaya. Pada siang hari, sinar matahari yang masuk ke atmosfer disebarkan oleh molekul seperti nitrogen dan oksigen dengan sudut yang kurang lebih acak, seperti pinball yang terlepas dari bemper, jadi ke mana pun Anda melihat ke langit, Anda akan melihat sinar matahari diarahkan ke arah Anda. Fisika yang rumit membuat molekul-molekul ini menyebarkan lebih banyak cahaya biru daripada merah, sehingga memberikan warna biru pada langit.
Tentang mendukung jurnalisme sains
Jika Anda menyukai artikel ini, pertimbangkan untuk mendukung jurnalisme pemenang penghargaan kami dengan berlangganan. Dengan membeli langganan, Anda membantu memastikan masa depan cerita yang berdampak tentang penemuan dan ide yang membentuk dunia kita saat ini.
Pada siang hari, langit sangat terang karena cahaya ini sehingga tidak ada bintang (kecuali matahari) yang terlihat. Mereka terlalu lemah. Pada malam hari, setelah matahari terbenam dan cahayanya yang tersebar berkurang, langit menjadi gelap. Tapi apakah itu berhasil sama sekali gelap—yaitu, sama sekali tidak ada cahaya yang datang dari antara bintang-bintang?
Tidak. Bahkan di malam hari, hanya ada sedikit cahaya di langit. Tentu saja ada bulan, tapi tergantung di mana Anda tinggal, penerangan bisa berasal dari lampu kota, lampu jalan, lampu mobil, dan sumber buatan lainnya yang menciptakan apa yang kita sebut polusi cahaya. Semakin jauh Anda dari mereka, semakin gelap langit malamnya.
Namun itupun ada batasnya karena langit sendiri yang bersinar! Pada siang hari, molekul oksigen dan nitrogen di atmosfer bagian atas diberi energi oleh sinar ultraviolet dari matahari, dan mereka melepaskan energi tersebut sebagai cahaya malam yang lembut. Kadang-kadang atom dari unsur-unsur ini bertabrakan satu sama lain dan bergabung menjadi molekul, lagi-lagi memancarkan cahaya redup. Kedua proses tersebut berkontribusi pada apa yang dikenal sebagai cahaya udara (airglow), yang, misalnya, muncul dalam gambar dari orbit sebagai busur warna di atas cakrawala. Fotografi eksposur panjang yang diambil dari tanah juga dapat mengungkapnya.
Para astronom terus-menerus mencoba menemukan benda-benda redup di langit, mulai dari benda-benda kecil di tata surya hingga galaksi yang sangat jauh sehingga memikirkan jaraknya membuat otak Anda sakit. Itu sebabnya observatorium cenderung jauh dari peradaban, dimana langitnya paling gelap. Hal ini membuatnya agak rumit untuk dibangun dan dioperasikan, namun hal ini bermanfaat dalam ilmu pengetahuan.
Tentu saja, astronom adalah ilmuwan, jadi mereka suka mengukur observasinya dengan pengukuran aktual yang bisa mereka lakukan. Ketika mereka melihat kecerahan langit—yang mereka sebut sebagai latar belakang langit—mereka menggunakan satuan kecerahan untuk setiap area langit: berapa banyak cahaya yang tersebar di suatu bidang langit tertentu. Secara teknis, diukur dalam besaran per detik busur persegi, yang biasanya ditulis sebagai mag/arcsec2. (Besaran adalah satuan aneh yang disukai para astronom untuk kecerahan—semakin besar angkanya, semakin redup objeknya. Satu detik busur adalah sudut yang sangat kecil di langit; bulan purnama memiliki luas busur lebih dari dua juta detik persegi. )
Sebuah situs yang relatif gelap di pedesaan memiliki latar belakang langit sekitar 21 mag/arcsec2. Di Pegunungan Rocky Colorado Saya pernah mengunjungi lokasi yang sedikit lebih gelap dari ini, dan sungguh menakjubkan. Ribuan bintang terlihat, dan Bima Sakti bagaikan sungai cahaya melintasi langit. Di lokasi paling gelap di Bumi, jauh dari cahaya manusia yang diarahkan ke langit, latar belakangnya bisa sangat redup hingga 22 mag/arcsec2. Saya ingin sekali menikmati malam tanpa bulan dengan teropong dan teleskop saya di tempat seperti itu! Pasti terasa seperti berada di luar angkasa.
Hal ini mengarah pada satu hal yang menarik dan sering diabaikan: namun di luar angkasa, langit tidak sepenuhnya gelap. Tentu saja, cahayanya jauh lebih gelap daripada pancaran udara, sehingga objek yang lebih redup dapat terlihat—yang merupakan alasan utama kita menempatkan teleskop di orbit mengelilingi bumi atau matahari. Teleskop Luar Angkasa Hubble bukanlah observatorium terbesar yang pernah dibangun, namun latar belakangnya yang gelap memberinya kemampuan untuk melihat objek yang sangat redup.
Karena Hubble mengorbit Bumi, ia masih berada jauh di dalam tata surya kita. Terlepas dari namanya, ruang di sekitar Matahari sebenarnya tidak kosong: ada banyak sampah di luar sana, sebagian besar berupa debu yang dikeluarkan oleh komet yang pecah saat mendekati bintang kita. Sinar matahari yang menghamburkan debu antarplanet ini disebut cahaya zodiak dan besarnya sekitar 24,5 mag/arcsec2. itu Sungguh pingsan, namun dalam kondisi tertentu cahaya zodiak tetap dapat dilihat dengan mata telanjang dari tempat yang sangat gelap. (Sebenarnya, salah satu item daftar keinginan saya adalah melihatnya sendiri suatu hari nanti.)
Artinya, jika ingin benar-benar mengetahui seberapa terang langit, Anda harus pergi ke luar tata surya bagian dalam. Dan yang terbaik adalah keluar sejauh yang Anda bisa.
Ternyata, astronom telah melakukannya. Pesawat ruang angkasa New Horizons terbang melewati Pluto pada tahun 2015, menghasilkan gambar menakjubkan dan data lain tentang Objek Sabuk Kuiper yang Sebelumnya Dikenal sebagai Planet. New Horizons melakukan perjalanan sejauh ini, sehingga meninggalkan cahaya latar belakang matahari, bumi, dan debu komet, memungkinkan kita untuk melihat langit yang benar-benar gelap, hampir antarbintang untuk pertama kalinya. Dengan menggunakan Long Range Reconnaissance Imager, atau LORRI, wahana ini memotret secara mendalam sekitar selusin bidang langit yang berbeda, masing-masing terletak di atas dan jauh dari piringan Bima Sakti yang dipenuhi debu untuk meminimalkan cahaya galaksi yang tidak diinginkan.
Setelah gambar dikirim ke Bumi, para astronom mengurangi semua sisa cahaya yang dipancarkan bintang dan dipantulkan dari debu di dalam dan sekitar Bima Sakti dan mempublikasikan hasilnya di Jurnal Astrofisika. Mereka menemukan bahwa cahaya latar yang sangat menyebar sangat redup: penulis utama Marc Postman dari Space Telescope Science Institute mengatakan kepada saya bahwa cahaya tersebut hanya 27,42 mag/arcsec2. Itu sekitar 1 persen lebih terang dari cahaya yang terlihat dari tempat paling gelap di Bumi!
Namun cukup diukur, artinya memiliki sumber fisik yang nyata. Dengan menghilangkan semua kemungkinan lain, para astronom menyimpulkan bahwa cahaya tersebut berasal dari latar belakang galaksi yang sangat redup yang tersebar di seluruh kosmos. Ketika miliaran bintang yang terlalu redup untuk dilihat secara kolektif bergabung untuk menciptakan cahaya terang Bima Sakti di langit kita, galaksi-galaksi jauh ini menggabungkan cahaya ultradimnya untuk menghasilkan apa yang oleh para astronom disebut sebagai latar belakang optik kosmik.
Latar belakang samar seperti itu juga terlihat pada panjang gelombang lain, meskipun sering kali berasal dari objek atau proses yang berbeda. Latar belakang sinar gamma berenergi tinggi kemungkinan besar disebabkan oleh ledakan bintang masif dan memancarkan sinar kosmik yang berinteraksi dengan gas di dalam galaksi, sehingga membuatnya bersinar. Latar belakang sinar-X kosmik mungkin muncul dari aktivitas memberi makan lubang hitam supermasif pada jarak kosmologis yang dengan rakus menelan materi dan melepaskan energi. Latar belakang inframerah disebabkan oleh galaksi jauh yang diselimuti debu, yang menyerap cahaya dari bintang dan memancarkannya kembali dalam panjang gelombang inframerah. Latar belakang gelombang mikro kosmik adalah sisa cahaya dari big bang itu sendiri dan penting bagi penemuan bahwa alam semesta mempunyai titik awal yang pasti.
Kosmos dipenuhi dengan galaksi yang bersinar melintasi spektrum elektromagnetik, menciptakan batas langit yang paling gelap. Lain kali Anda berada di luar ruangan, menatap kegelapan, luangkan waktu sejenak untuk menghargai gagasan bahwa “gelap” itu relatif. Apa yang Anda lihat sebagai langit hitam terlihat sangat berbeda bagi para astronom, dan mereka dapat menggunakan fakta tersebut untuk memahami komponen alam semesta.
