Selama ribuan tahun umat manusia memandangi bintang-bintang dan selama beberapa dekade meluncurkan wahana untuk menjelajahi alam semesta kita, hanya dua pesawat ruang angkasa yang membawa instrumen yang pernah berhasil melarikan diri dari gelembung ruang angkasa yang dikendalikan oleh matahari kita.
Pesawat ruang angkasa kembar Voyager diluncurkan pada tahun 1977 dalam tur epik planet luar; keduanya berayun melewati Jupiter dan Saturnus sementara Voyager 2 menambahkan Uranus dan Neptunus ke dalam rencana perjalanan. Kedua pesawat ruang angkasa tersebut telah melakukan perjalanan keluar sejak saat itu, dan beberapa instrumen mereka terus melakukan observasi meskipun terdapat tantangan teknologi yang menua dan pasokan listrik yang semakin berkurang. Dan pada tanggal 16 Desember 2004, Voyager 1 mencapai kejutan terminasi, awal dari transisi multi-tahunnya ke ruang antarbintang. Voyager 2 melewati ambang batas yang sama pada tahun 2007. Sejak itu, pesawat ruang angkasa ini telah memberi manusia satu-satunya indra langsung tentang apa yang ada di tepi dan di luar pengaruh gelembung matahari di ruang angkasa, wilayah yang oleh para ilmuwan disebut heliosfer.
“Sekarang kita tahu betapa sedikitnya yang kita ketahui tentang heliosfer,” kata Merav Opher, fisikawan luar angkasa di Universitas Boston. “Ini jauh lebih kompleks, jauh lebih dinamis dari yang kita kira.”
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.
Inilah yang diketahui para ilmuwan: kita sehari-hari, penduduk bumi, mungkin dengan mudah menganggap matahari sebagai bola cahaya yang padat, sebagian karena atmosfer mewah kita melindungi kita dari bahaya terburuk bintang kita. Namun pada kenyataannya, matahari adalah massa plasma turbulen dan magnetisme yang memancar sejauh miliaran mil dalam bentuk angin matahari, yaitu aliran plasma bermuatan konstan yang mengalir dari bintang kita. Medan magnet matahari bergerak mengikuti angin matahari dan juga mempengaruhi ruang antarplanet. Heliosfer tumbuh dan menyusut sebagai respons terhadap perubahan tingkat aktivitas matahari sepanjang siklus 11 tahun.
“Anda melihat tonjolan dramatis, menit dan maksimum, penurunan dan puncak selama 11 tahun di seluruh heliosfer,” kata Jamie Rankin, fisikawan luar angkasa di Universitas Princeton dan wakil ilmuwan proyek misi Voyager. Dan, katanya, para astronom dari semua kalangan terjebak dalam latar belakang yang kacau itu dengan cara yang mungkin memengaruhi data dan interpretasi mereka atau tidak. “Setiap pengukuran yang kami lakukan sejauh ini, hingga Voyager melintasi heliopause, telah disaring melalui semua lapisan matahari yang berbeda,” kata Rankin.

Voyager 1 melintasi heliopause, atau tepi heliosfer, pada bulan Agustus 2012. Menuju ke arah yang berbeda, Voyager 2 melintasi sisi lain heliopause pada bulan November 2018.
Dalam perjalanan mereka ke ruang antarbintang, para Voyager harus melintasi serangkaian batasan: pertama penghentian mendadak sekitar tujuh miliar atau delapan miliar mil dari matahari, saat angin matahari mulai melambat secara tiba-tiba, lalu heliopause, tempat tekanan eksternal dari angin matahari disamakan dengan tekanan yang masuk ke medium antarbintang. Di antara dua batas yang jelas ini terdapat heliosheath, yaitu wilayah di mana material matahari terus melambat bahkan berbalik arah. Perjalanan melewati perbatasan ini memakan waktu hampir delapan tahun bagi Voyager 1, lebih cepat dari wahana kembarnya; begitulah luasnya skala yang dimainkan.
Di luar heliopause terdapat ruang antarbintang, yang dimasuki Voyager 1 pada tahun 2012 dan Voyager 2 pada tahun 2018. Lingkungan ini sangat berbeda dengan lingkungan di heliosfer kita—lebih tenang namun tidak sunyi. “Ini adalah sisa dari lingkungan tempat tata surya dilahirkan,” kata Rankin tentang medium antarbintang. Di dalamnya terdapat fragmen atom energik yang disebut sinar kosmik galaksi, serta debu yang dikeluarkan oleh bintang-bintang yang sekarat selama ribuan tahun di alam semesta, dan material lainnya.
Medium antarbintang bervariasi di seluruh galaksi, dengan wilayah yang lebih padat dan tersebar bergantian melintasi lengan spiral Bima Sakti. Matahari kita dan gelembung-gelembung yang dihasilkannya melintasi medium antarbintang ini, dan interaksi antara dinamika matahari dan medium antarbintang memengaruhi bentuk heliosfer.
Namun, apa sebenarnya bentuk itu, para ilmuwan belum mengetahuinya. Bentuk heliosfer mungkin menyerupai komet, dengan ekor panjang di hidung kompak tempat matahari masuk ke ruang antarbintang. Atau mungkin interaksi antara medan magnet matahari dan medium antarbintang membentuk gelembung berbentuk seperti croissant, dengan dua lobus yang mengikuti bintang kita. Bentuk heliosfer juga dapat mengambil beberapa bentuk lain yang belum dipertimbangkan oleh para ilmuwan; kepastian sulit diperoleh dari pandangan kita yang terbatas di Bumi. “Ini seperti ikan mas yang mencoba mengukur mangkuk ikan mas kita dari dalam, dan kita tidak dapat mencapai tepinya,” kata Sarah Spitzer, fisikawan luar angkasa di Weizmann Institute of Science di Rehovot, Israel.
Wahana Voyager merupakan pengecualian yang tidak disengaja terhadap tantangan ini. Pesawat ruang angkasa kembar ini dirancang sebagai pengintai planet-planet luar, dan program ini memberi manusia pandangan pertama—dan sejauh ini satu-satunya—dari dekat Uranus dan Neptunus. Pada tahun 1989, pengamatan ini selesai, namun penyelidikannya masih dalam keadaan baik. Jadi NASA melanjutkannya, bahkan mematikan instrumen yang tidak akan menghasilkan data menarik tanpa adanya planet yang bisa diamati. Tahun-tahun berlalu dan para Voyager berjalan keluar, berenang menuju dinding mangkuk ikan mas kosmik kita.
“Voyager sangat mirip dengan biopsi heliosfer. …Kita tidak tahu apa-apa tentang struktur tiga dimensi global heliosfer luar hanya dari dua titik ini.”
Namun ikan mas tidak tinggal diam. Pada tahun 2008 NASA meluncurkan Interstellar Boundary Explorer (IBEX), yang mengorbit Bumi dan mengambil sampel partikel, yang disebut atom netral energik, yang mengalir dari tepi heliosfer. Para ilmuwan dapat menggunakan pengukuran IBEX terhadap sifat-sifat partikel ini untuk merekonstruksi sebagian dari apa yang terjadi jauh di luar sana, miliaran mil jauhnya.
Salah satu kontribusi besar IBEX adalah penemuan pita atom netral energik yang terbungkus dalam heliosheath. Para ilmuwan berpendapat pita tersebut mungkin disebabkan oleh partikel yang memantul masuk dan keluar heliosfer. Namun sebagai contoh nasib buruk kosmik, pesawat ruang angkasa Voyager tidak dapat mempelajari pita IBEX secara langsung: mereka melewati kedua sisi. “Tepat di antara keduanya terdapat objek terbesar dan paling jelas di heliosfer luar,” kata David McComas, fisikawan luar angkasa di Universitas Princeton dan peneliti utama IBEX.
Situasi seperti itulah yang menunjukkan keterbatasan dalam mengandalkan pengamatan lokal terhadap sesuatu yang mencakup semua hal seperti gelembung pengaruh raksasa bintang kita. “Voyager sangat mirip dengan biopsi heliosfer,” kata McComas. “Kami tidak tahu apa-apa tentang struktur tiga dimensi global heliosfer luar hanya dari dua titik ini.”
IBEX masih melakukan observasi, karena berlangsung lebih lama dari yang direncanakan, dan pesawat ruang angkasa tersebut telah berhasil mengumpulkan data selama 11 tahun siklus matahari untuk melihat respons heliosfer terhadap aktivitas matahari. Namun McComas juga bekerja keras untuk menyiapkan misi lain yang dipimpinnya untuk diluncurkan tahun depan. Dia menggambarkan misi Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) sebagai “IBEX pada steroid,” dengan kemampuan dasar yang sama tetapi pada resolusi yang lebih tajam dan dengan pengukuran tambahan, seperti analisis detail yang lebih halus dari debu antarbintang—puing-puing dari bintang mati— yang menyelinap ke dalam tata surya.
Sementara itu, ilmuwan lain berencana mengumpulkan lebih banyak observasi dari kawasan tersebut secara langsung. Pesawat ruang angkasa lain sudah berada di jalur yang tepat untuk mengikuti Voyager keluar dari heliosfer: misi New Horizons NASA, yang terbang melewati Pluto pada tahun 2015. Setelah mempelajari planet kerdil tersebut (dan, pada tahun 2019, objek berbatu yang lebih jauh bernama Arrokoth), pesawat ruang angkasa tersebut berada berada di jalur yang tepat untuk melintasi heliopause mungkin sekitar satu dekade lagi. Dan para ilmuwan berharap instrumen tersebut masih berfungsi, siap untuk ekspedisi manusia ketiga di luar pengaruh matahari.
Para ilmuwan juga telah merancang misi mendatang, yang diberi nama Interstellar Probe, yang, tidak seperti Voyagers dan New Horizons, dirancang untuk menerangi jangkauan terluar heliosfer dan sekitarnya. Ia akan menggunakan roket besar untuk mengambil jalur cepat keluar dari tata surya, membawa instrumen yang dirancang untuk mempelajari plasma dan medan magnet daripada benda-benda berbatu dan idealnya melakukan perjalanan cukup jauh untuk melihat ke belakang dan melihat bentuk heliosfer kita yang sulit dipahami dari jauh. Namun misi tersebut tidak direkomendasikan sebagai prioritas oleh Survei Dekadal yang baru-baru ini dirilis yang memetakan heliofisika AS untuk dekade berikutnya, dan hal ini melemahkan peluang para ilmuwan di negara tersebut untuk mengambil sampel medium antarbintang dalam waktu dekat. (Peneliti Tiongkok mungkin lebih beruntung karena negara tersebut menjalankan misi antarbintangnya sendiri.)
Untuk saat ini, para ilmuwan masih terjebak dalam mengamati sinyal yang datang dari Voyager. Dalam beberapa hal, ini berisi banyak informasi: data senilai sekitar dua dekade tentang batas-batas ruang antarbintang dan apa yang ada di balik dua pesawat di dua lokasi berbeda. Dan kembalinya bumi penuh dengan keanehan, di mana satu pesawat ruang angkasa tampaknya melewati guncangan terminasi sebanyak lima kali pada waktu yang berbeda, mungkin karena heliosfer mengepul masuk dan keluar selaras dengan kekuatan angin matahari yang berfluktuasi. Namun pengamatan jarak jauh yang dilakukan para Voyager juga hanya sekedar remah roti, gambaran sekilas yang menggoda tentang wilayah di mana mereka berada. hampir di luar jangkauan kami—jenis data yang lebih banyak menimbulkan pertanyaan daripada jawaban.
Satu hal yang pasti: kapan pun misi mereka berakhir, pesawat ruang angkasa Voyager akan membuat para ilmuwan menginginkan lebih banyak data dari ruang antarbintang. “Alat-alat tersebut akan dimatikan sebelum kita mendapatkan gambaran lengkapnya,” kata Opher. “Tetapi dengan mengembangkan Voyager sebanyak yang kami bisa, hal ini sangat berharga.”