Iapetus ialah salah satu bulan yang mengorbit planet Zuhal. Bulan ini mempunyai penampilan luar biasa: sebahagian permukaannya hampir sehitam arang, manakala kawasan lain sangat cerah seperti permukaan yang dilitupi salji. Perbezaan tersebut bukan sekadar kesan bayang atau arah pencahayaan ketika gambar diambil, kerana permukaan Iapetus benar-benar mempunyai keupayaan memantulkan cahaya yang sangat berbeza antara satu kawasan dengan kawasan lain.
Ahli astronomi berpendapat bahawa penampilan ini terbentuk melalui gabungan debu dari luar Iapetus dan proses perpindahan ais yang berlaku dalam tempoh yang sangat panjang. Konsep utama yang menghubungkan semua proses ini ialah albedo.
Apakah yang menjadikan satu permukaan lebih cerah?
Apabila cahaya Matahari mengenai sesuatu permukaan, sebahagiannya dipantulkan dan sebahagiannya diserap. Keupayaan permukaan memantulkan sinaran yang diterimanya dikenali sebagai albedo. Permukaan yang mempunyai albedo tinggi memantulkan sebahagian besar sinaran yang diterima, manakala permukaan beralbedo rendah menyerap lebih banyak sinaran. Di Iapetus, kawasan cerah banyak mengandungi ais air, sementara kawasan gelap mempunyai bahan yang kurang memantulkan cahaya.
Kawasan gelap yang dikenali sebagai Cassini Regio meliputi kira-kira 40 peratus permukaan Iapetus. Kawasan ini tertumpu pada bahagian bulan yang menghadap arah pergerakannya ketika mengorbit Zuhal, iaitu sisi hadapan, manakala bahagian yang bertentangan dikenali sebagai sisi belakang. Walaupun perbezaannya sering digambarkan sebagai dua belahan bulan, sempadan kawasan gelap dan cerah sebenarnya tidak membahagikan Iapetus kepada dua bahagian yang sama besar.
Dari manakah datangnya bahan gelap?
Salah satu penjelasan utama melibatkan debu dari bahagian luar sistem Zuhal. Pada tahun 2009, Teleskop Angkasa Spitzer mengesan sebuah cincin debu yang sangat besar tetapi amat renggang di bahagian luar sistem Zuhal. Bulan Phoebe bergerak dalam kawasan cincin tersebut dan dipercayai menjadi salah satu sumber penting bahan debunya.
Sebahagian zarah debu boleh bergerak ke arah bahagian dalam sistem Zuhal, dan model dinamik menunjukkan bahawa zarah tertentu berkemungkinan berlanggar dengan Iapetus. Oleh sebab Iapetus bergerak melalui kawasan yang mengandungi zarah tersebut, sisi hadapannya lebih berkemungkinan menerima bahan gelap. Proses ini boleh menghasilkan perbezaan awal antara sisi hadapan dengan sisi belakang. Namun, pemendapan debu sahaja tidak menerangkan sepenuhnya bentuk dan sempadan kawasan gelap yang diperhatikan, jadi satu lagi proses diperlukan untuk menjelaskan mengapa perbezaan itu menjadi begitu ketara.
Bagaimanakah kawasan gelap menjadi semakin gelap?
Apabila debu gelap menutupi sebahagian permukaan berais, kawasan tersebut menyerap lebih banyak tenaga Matahari, lalu suhu permukaannya meningkat sedikit berbanding kawasan cerah. Walaupun kedua-dua kawasan masih sangat sejuk mengikut ukuran di Bumi, perbezaan suhu ini penting bagi kestabilan ais air. Pada suhu yang lebih tinggi, ais air mengalami pemejalwapan dengan lebih cepat, iaitu proses apabila bahan pepejal berubah terus menjadi gas tanpa melalui keadaan cecair.
Apabila ais meninggalkan kawasan gelap, bahan yang kurang memantulkan cahaya semakin terdedah. Permukaan itu menjadi lebih gelap, menyerap lebih banyak tenaga dan seterusnya mempercepat kehilangan ais. Proses ini menghasilkan satu kitaran penguatan: permukaan yang lebih gelap menyerap lebih banyak tenaga, suhu meningkat, ais berkurang, dan permukaan menjadi semakin gelap.
Sementara itu, sebahagian wap air yang terhasil boleh bergerak dan mendap semula sebagai ais di kawasan yang lebih sejuk, lalu kawasan cerah yang menerima tambahan ais menjadi semakin berupaya memantulkan cahaya. Model ini dikenali sebagai pengasingan terma, iaitu pemisahan bahan yang berlaku akibat perbezaan suhu dan perpindahan bahan mudah meruap. Penyelidikan oleh John Spencer dan Tilmann Denk yang diterbitkan dalam jurnal Science pada tahun 2010 menunjukkan bahawa proses tersebut dapat menghasilkan corak gelap dan cerah yang menyerupai pemerhatian sebenar Iapetus.
Mengapakah perbezaan suhu yang kecil begitu penting?
Pengukuran kapal angkasa Cassini menunjukkan bahawa suhu siang di kawasan gelap berhampiran khatulistiwa Iapetus boleh mencapai sekitar 128 kelvin, bersamaan kira-kira −145°C. Kawasan cerah tertentu pula mempunyai suhu maksimum sekitar 113 kelvin, iaitu kira-kira −160°C. Perbezaan sekitar 15 kelvin mungkin kelihatan kecil, tetapi kadar kehilangan ais melalui pemejalwapan sangat sensitif terhadap suhu, dan pada suhu yang lebih tinggi, kehilangan ais boleh menjadi jauh lebih cepat.
Iapetus juga berputar dengan perlahan, mengambil kira-kira 79 hari Bumi untuk melengkapkan satu putaran. Keadaan ini membolehkan permukaan yang menerima cahaya Matahari mengalami pemanasan untuk tempoh yang panjang. Oleh itu, perbezaan kecil dalam albedo boleh menghasilkan perubahan besar pada taburan ais apabila proses tersebut berlangsung selama tempoh geologi yang panjang. Nilai suhu yang dinyatakan ialah ukuran bagi kawasan dan keadaan pemerhatian tertentu, bukannya suhu seragam bagi seluruh permukaan Iapetus.
Adakah semua bahan gelap berasal dari Phoebe?
Belum dapat dipastikan. Bukti pemerhatian dan model menyokong kemungkinan bahawa debu dari kawasan luar Zuhal, termasuk bahan yang berkaitan dengan Phoebe, memulakan proses penggelapan Iapetus. Namun, sumber tepat dan sumbangan relatif setiap jenis bahan belum ditentukan sepenuhnya.
Bagaimanakah ahli astronomi menguji penjelasan tentang dua warna Iapetus?
Dua kawasan di Iapetus menerima jumlah sinaran Matahari yang hampir sama. Kawasan A mempunyai albedo lebih rendah daripada kawasan B. Apakah yang paling mungkin berlaku?