Jakarta, Jurnas.com - Badai raksasa yang berputar di wilayah kutub Jupiter dan Saturnus sejak lama menjadi teka-teki besar bagi para ilmuwan. Citra wahana antariksa menunjukkan dua pola yang sangat berbeda, Saturnus memiliki satu badai kutub raksasa berbentuk heksagon yang rapi, sementara Jupiter menampilkan satu pusaran besar di tengah yang dikelilingi delapan badai lebih kecil.

Dalam studi terbaru, para peneliti dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) menemukan bahwa bentuk badai kutub tersebut kemungkinan besar tidak hanya ditentukan oleh dinamika atmosfer di permukaan, tetapi juga oleh sifat material yang berada jauh di bawah lapisan awan planet.

Badai kutub, atau polar vortex, merupakan sistem cuaca raksasa yang berputar tepat di atas kutub utara atau selatan sebuah planet. Di Saturnus, satu vortex tunggal mendominasi seluruh wilayah kutub utara dengan diameter hampir 29.000 kilometer.

Sementara itu, di Jupiter, setiap vortex kutub memiliki lebar sekitar 4.800 kilometer, tetapi jumlahnya lebih banyak dan tersusun seperti lingkaran mengelilingi pusat badai utama.

Perbedaan ini semakin membingungkan karena Jupiter dan Saturnus sama-sama tergolong planet gas raksasa yang tersusun terutama dari hidrogen dan helium. Tidak seperti Bumi, kedua planet ini tidak memiliki permukaan padat yang jelas.

Oleh karena itu, para ilmuwan selama bertahun-tahun kesulitan menjelaskan alasan struktur badai di kutub kedua planet bisa berkembang secara begitu berbeda, sebagaimana dikutip dari Earth pada Rabu (21/1).

Penelitian ini mencoba melihat lebih jauh ke dalam, melampaui awan dan angin permukaan. Data dari misi Juno milik NASA dan Cassini yang sebelumnya mengorbit Saturnus telah memberikan gambaran rinci tentang pola badai kutub.

Namun, studi MIT ini menghubungkan pengamatan tersebut dengan simulasi fisika fluida yang merepresentasikan kondisi interior planet.

Para peneliti menggunakan simulasi komputer untuk memodelkan bagaimana aliran gas bergerak di atmosfer planet yang berotasi cepat. Dalam model tersebut, sebuah vortex kutub diperlakukan sebagai silinder berputar yang membentang dari permukaan hingga jauh ke dalam lapisan planet. Bagian dasar dari silinder inilah yang dianggap sangat menentukan bentuk badai di permukaan.

Wanying Kang, dosen di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer, dan Planet MIT, menjelaskan bahwa sifat material di dasar vortex memengaruhi pola aliran fluida yang terlihat di atas.

Menurut dia, belum banyak penelitian sebelumnya yang mengaitkan langsung pola badai permukaan dengan karakteristik interior planet. Dia bahkan mengusulkan kemungkinan bahwa bagian dalam Saturnus memiliki struktur yang lebih keras dibandingkan Jupiter.

Dalam simulasi, para peneliti mencoba berbagai kondisi. Pada beberapa skenario, hanya terbentuk vortex kecil yang tidak saling bergabung. Pada skenario lain, satu vortex besar tumbuh dengan cepat dan menyerap pusaran di sekitarnya. Faktor yang paling konsisten memengaruhi hasil tersebut adalah tingkat `kelembutan` atau `kekerasan` dasar vortex.

Dasar yang lunak, terdiri dari material yang lebih ringan, membuat vortex tidak mampu tumbuh terlalu besar. Dalam kondisi ini, beberapa badai kecil dapat bertahan berdampingan, seperti yang terlihat di Jupiter.

Sebaliknya, dasar yang lebih keras dan padat memungkinkan vortex tumbuh lebih kuat dan stabil, sehingga akhirnya mendominasi wilayah kutub dan menyingkirkan badai lain, sebagaimana yang terjadi di Saturnus.

Temuan ini mengarah pada dugaan bahwa interior Saturnus mungkin lebih kaya unsur berat dan material yang mudah mengembun, sedangkan Jupiter memiliki struktur dalam yang relatif lebih ringan.

Perbedaan komposisi tersebut menciptakan stratifikasi yang berbeda, yang pada akhirnya membentuk pola badai yang kontras di permukaan kedua planet.

Meski badai kutub sebenarnya merupakan fenomena tiga dimensi, tim peneliti menyederhanakan analisis menggunakan model dua dimensi. Penyederhanaan ini didasarkan pada fakta bahwa rotasi cepat planet gas raksasa membuat pergerakan fluida cenderung seragam sepanjang sumbu rotasi. Dengan pendekatan ini, simulasi dapat dijalankan jauh lebih cepat dan efisien tanpa kehilangan karakter utama dinamika sistem.

Kang menjelaskan bahwa dalam sistem yang berotasi cepat, pola aliran fluida tidak banyak berubah sepanjang arah rotasi. Hal inilah yang memungkinkan masalah tiga dimensi direduksi menjadi dua dimensi, sehingga lebih mudah dipelajari secara komputasional dan tetap relevan secara fisik.

Setelah menjalankan berbagai simulasi, para peneliti menemukan pola yang konsisten: sifat material di kedalaman planet sangat menentukan struktur badai yang terlihat di permukaan.

Jiaru Shi, mahasiswa pascasarjana MIT sekaligus penulis utama studi ini, menyatakan bahwa pola fluida di Jupiter dan Saturnus dapat menjadi jendela untuk memahami seberapa lunak atau keras bagian dalam planet tersebut.

Shi menambahkan bahwa interior Saturnus kemungkinan memiliki kandungan logam dan material yang dapat mengembun lebih tinggi, sehingga memberikan stratifikasi yang lebih kuat dibandingkan Jupiter. Hal ini memperkaya pemahaman ilmuwan tentang bagaimana planet gas raksasa berevolusi dan bagaimana struktur dalamnya memengaruhi dinamika atmosfer.

Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal ilmiah bergengsi Proceedings of the National Academy of Sciences.