Terkadang sains perlu melakukan hal besar. Dari teleskop yang menjangkau seluruh dunia hingga akselerator partikel yang memerlukan waktu lebih dari 24 jam untuk berjalan mengelilinginya, eksperimen ini termasuk yang terbesar yang pernah dilakukan.
Perburuan gelombang gravitasi
Riak-riak di medan gravitasi alam semesta, yang dikenal sebagai gelombang gravitasi, adalah sisa-sisa peristiwa galaksi masif seperti tabrakan lubang hitam dan penggabungan bintang-bintang neutron. Gelombang-gelombang ini bahkan dapat merekam gema Big Bang. Untuk mendeteksinya, para ilmuwan memerlukan peralatan besar, seperti Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO).
LIGO terdiri dari dua instrumen besar, masing-masing dengan dua lengan sepanjang 2,5 mil (4 kilometer). Instrumen tersebut berada di negara bagian Washington dan Louisiana, sekitar 1.900 mil (3.000 km) . Lengan tersebut adalah interferometer laser, yang disusun dalam bentuk L. Satu sinar laser dibagi menjadi dua, dengan masing-masing setengahnya diarahkan ke salah satu lengan. Di ujung setiap lengan terdapat satu set cermin, yang memantulkan setiap setengah sinar laser beberapa ratus kali dan kemudian memantulkan kembali lengan sehingga keduanya bersatu kembali.
Dengan menyelidiki pola interferensi — cara puncak dan palung gelombang cahaya bergabung — para ilmuwan dapat menentukan apakah riak gravitasi terjadi selama percobaan. Jika demikian, mereka dapat mempelajarinya secara terperinci. Semakin besar lengannya, semakin sensitif instrumennya, itulah sebabnya LIGO membanggakan interferometer laser terpanjang yang pernah dibuat .
LIGO telah mendeteksi segala macam fenomena galaksi misterius, mulai dari penggabungan antara bintang neutron dan (mungkin) lubang hitam superringan hingga beberapa tabrakan antara bintang neutron . (LIGO juga mendeteksi sekawanan burung gagak yang mematuk es di fasilitas Washington — sebuah pengamatan dengan implikasi yang lebih sedikit bagi dinamika alam semesta.)
Penghancur atom terbesar di dunia
Untuk mempelajari yang sangat kecil, para ilmuwan terkadang harus menggunakan instrumen yang sangat besar. Mereka tidak datang lebih besar dari Large Hadron Collider (LHC), akselerator partikel terbesar di dunia. Dikelola oleh CERN, Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir, cincin berdiameter 16,7 mil (27 km) ini dipenuhi dengan empat detektor, yang dikenal sebagai ATLAS, CMS, ALICE dan LHCb. Sesuai dengan lokasinya, ATLAS seberat 7.700 ton (7.000 metrik ton) adalah detektor partikel terbesar yang pernah dibuat . Instrumen ini mengukur berbagai macam partikel subatomik yang dibuat ketika para ilmuwan menembakkan sinar partikel satu sama lain dengan kecepatan tinggi, menciptakan tabrakan yang melemparkan partikel elementer yang sulit dipahami seperti boson Higgs .
LHC memiliki lebih dari 10.000 ton (9.000 metrik ton) besi dalam sistem magnetiknya dan kabel niobium-titanium yang cukup untuk membentang ke matahari dan kembali lebih dari enam kali dan kemudian antara Bumi dan bulan beberapa kali lagi. Ini juga merupakan lemari es terbesar dan terdingin di Bumi, karena magnetnya harus dijaga pada suhu minus 456,25 derajat Fahrenheit (minus 271,25 derajat Celsius), sedikit lebih dingin daripada luar angkasa.
Hutan hujan Amazon mini
Dengan memompa berton-ton karbon dioksida (CO2) ke atmosfer setiap tahun melalui pembakaran bahan bakar fosil, manusia melakukan eksperimen berskala sangat besar — dan sangat tidak terkendali. Di hutan hujan Amazon, para peneliti mencoba memahami implikasi gas rumah kaca tersebut dalam eksperimen besar mereka sendiri.
Proyek yang disebut AmazonFACE ini bertujuan untuk meningkatkan konsentrasi karbon dioksida di beberapa bagian cekungan hutan tropis terbesar di dunia guna memahami dampak peningkatan CO2 pada “paru-paru planet ini.”
FACE adalah singkatan dari “Pengayaan Karbon Dioksida di Udara Bebas.” Eksperimen ini terdiri dari 12 rangkaian pengamatan dalam enam petak berdiameter 98 kaki (30 m): tiga petak pada konsentrasi karbon dioksida sekitar dan tiga petak pada konsentrasi yang lebih tinggi. Konsentrasi tertinggi — 615 bagian per juta — diprediksi akan tercapai pada tahun 2070-an di bawah jalur tengah menuju mitigasi iklim di mana negara-negara membuat kemajuan yang lambat dan tidak merata menuju keberlanjutan.
Setiap plot berisi sekitar 400 spesies tanaman dan lebih banyak lagi spesimen jamur dan mikroba tanah — ekosistem yang lengkap. Seiring meningkatnya karbon dioksida, tanaman berfotosintesis lebih cepat dan melepaskan lebih sedikit air dari daunnya, jelas Beto Quesada , manajer eksekutif proyek dan peneliti di Institut Nasional untuk Penelitian Amazon. Hal ini dapat membantu melindungi hutan dari dampak perubahan iklim , yang diperkirakan akan membawa kekeringan ke wilayah Amazon.
Fasilitas penangkapan karbon yang benar-benar besar
Menurut Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim, manusia tidak hanya perlu menghentikan pelepasan karbon dioksida ke atmosfer untuk menghindari kenaikan suhu global lebih dari 1,5 C (2,7 F) di atas tingkat praindustri. Kita juga harus menarik kembali karbon dari udara.
Pada tahun 2050, 6 hingga 10 gigaton karbon ekuivalen perlu dihilangkan untuk menghindari tercapainya ambang batas pemanasan yang ditetapkan oleh Perjanjian Paris. Ada banyak pilihan untuk penyerapan karbon, seperti menangkap aliran limbah industri dan mengubur biomassa. Namun, fasilitas penangkapan karbon laut skala komersial pertama bertujuan untuk menghilangkan karbon langsung dari lautan.
Lautan secara alami menyerap karbon dari atmosfer, tetapi tidak dapat menyerapnya cukup cepat untuk membuat perbedaan iklim dalam skala rentang hidup manusia. Perusahaan penangkap karbon Equatic bertujuan untuk mempercepat jangka waktu tersebut.
“Pabrik komersial Equatic membutuhkan waktu lima menit untuk menghilangkan satu ton karbon dengan memompa air laut, mengalirkan arus listrik, dan kemudian menyentuhkan air laut dengan aliran udara dari atmosfer,” kata Edward Sanders , kepala operasi Equatic, kepada Live Science melalui email. “Luas lautan terbuka yang setara membutuhkan waktu 12 bulan untuk menghilangkan satu ton karbon tersebut.”
Proses kimia yang menghilangkan karbon dari air laut juga menghasilkan hidrogen, zat kimia yang digunakan untuk banyak industri dan dapat dibakar sebagai bahan bakar untuk menghasilkan 40% biaya energi dari proses penangkapan karbon. Karbon kemudian diserap sebagai bikarbonat, bahan yang sama yang ditemukan di kerang laut, yang akan menjaga karbon keluar dari atmosfer hingga 10.000 tahun . Bikarbonat ini dapat dikembalikan ke laut atau digunakan dalam pupuk. Ia juga dapat berfungsi sebagai bahan bangunan dalam restorasi pesisir, kata Sanders.
Dunia bayi
Bagaimana bayi belajar bahasa? Kapan mereka memahami gerakan? Apakah mereka terprogram untuk meniru orang dewasa? Semua pertanyaan ini sulit dijawab, karena bayi merupakan subjek penelitian yang menantang, rentan menangis dan tidur siang tanpa diduga.
Kesulitan merekrut orang tua yang sibuk dan kelelahan serta bayi mereka yang sering tidak kooperatif untuk melakukan studi penelitian menyebabkan lahirnya ManyBabies. Kolaborasi global para peneliti dari lebih dari 50 negara ini menyatukan studi skala kecil tentang perkembangan bayi ke dalam ukuran sampel yang besar — seringkali ribuan bayi.
Kolaborasi penelitian ini menemukan bahwa bayi benar-benar lebih menyukai pembicaraan bayi daripada gaya bicara orang dewasa , yang menunjukkan bahwa kecenderungan alami untuk mengoceh tentang masalah jari kaki bayi adalah adaptasi evolusi yang membantu mereka mempelajari bahasa. Para peneliti sekarang mempelajari bagaimana bayi mengembangkan pemahaman tentang keyakinan orang lain — keterampilan yang dikenal sebagai teori pikiran — dan mencoba mencari tahu kapan mereka belajar menerapkan aturan abstrak pada situasi . Mereka juga mengembangkan metode baru, seperti teknologi pelacakan mata dan teknik pencitraan otak noninvasif, untuk mengetahui apa yang dipelajari bayi.
Bongkahan es Antartika seukuran kota
Neutrino sering disebut “partikel hantu” karena partikel yang hampir tak bermassa ini hampir tidak berinteraksi saat melewati materi. Karena jarang mengganggu materi lain, neutrino sulit dideteksi. Namun, menemukan neutrino dari sumber kosmik yang jauh dapat menjadi cara untuk mengamati dan menganalisis lingkungan berenergi tinggi seperti pulsar, supernova, dan lubang hitam.
“Kita memerlukan target yang sangat besar, seperti satu miliar ton material, agar memiliki peluang untuk — sekali-sekali — menangkap sebagian dari mereka,” kata Albrecht Karle , seorang profesor fisika di Universitas Wisconsin-Madison.
Miliaran ton material tersebut berasal dari satu kilometer kubik es di Kutub Selatan. Karle adalah direktur asosiasi sains dan instrumentasi di Observatorium Neutrino IceCube, yang luar biasa baik dari segi ukuran maupun keterpencilannya. IceCube terdiri dari serangkaian detektor optik pada tali, yang melewati lubang yang dibor sedalam 4.800 hingga 8.000 kaki (1.450 hingga 2.450 meter) ke dalam es Antartika.
Ketika neutrino berinteraksi dengan es, ia menciptakan partikel lain yang memancarkan kilatan cahaya kecil. Sensor mendeteksi cahaya ini dan dapat mengukur panjang gelombangnya untuk mengungkap rasa neutrino dan sumbernya. (Itulah mengapa media transparan, seperti es, penting, kata Karle kepada Live Science — material harus bening agar cahaya dapat dideteksi.)
Sebuah studi psikologi yang mencakup seluruh dunia
Pandemi COVID-19 merupakan eksperimen global tersendiri, meskipun dengan sejumlah besar variabel yang tidak terkendali. Psikolog memanfaatkan pengalaman global bersama ini dengan beberapa studi psikologi terbesar sepanjang masa.
Satu, dengan hampir 50.000 peserta, menemukan bahwa orang dengan identitas nasional yang lebih kuat merespons lebih kooperatif dengan upaya kesehatan masyarakat . Di 67 negara, orang dengan perasaan identifikasi yang lebih kuat dengan bangsa mereka lebih mungkin daripada mereka yang memiliki rasa yang lebih lemah untuk tetap tinggal selama karantina, untuk mendukung kebijakan kesehatan masyarakat, dan untuk mengatakan bahwa mereka terlibat dalam jarak sosial dan kebersihan fisik yang lebih ketat setelah dimulainya pandemi. Identitas nasional adalah tentang rasa memiliki kolektif dan kerja sama timbal balik, para penulis mencatat. Ini berbeda dari keyakinan tentang superioritas nasional, yang merupakan keyakinan bahwa negara seseorang lebih baik daripada yang lain.
“Hasil ini konsisten dengan literatur psikologi sosial tentang manfaat mengidentifikasi diri dengan kelompok sosial,” tulis para penulis. “Hasil ini juga menggarisbawahi potensi manfaat [identitas nasional], yang mungkin menonjol selama krisis kesehatan nasional atau global.”
Studi besar lain di era COVID, dengan hampir 27.000 partisipan, menemukan bahwa pesan yang menekankan otonomi mendorong kepatuhan terhadap anjuran menjaga jarak sosial . Studi ini menguji berbagai strategi penyampaian pesan menjaga jarak sosial di 89 negara dan menemukan bahwa pesan yang berfokus pada otonomi pribadi dan nilai pilihan yang bijaksana lebih efektif daripada pesan yang menekankan rasa malu dan tekanan.
Percobaan tanaman selama berabad-abad
Berukuran kecil tetapi berlangsung lama, eksperimen viabilitas benih oleh ahli botani Universitas Negeri Michigan William James Beal telah berjalan terus-menerus sejak tahun 1879. Tujuan dari eksperimen ini adalah untuk mengetahui berapa lama benih dari berbagai tanaman dapat tertidur sebelum bertunas. Untuk mengetahuinya, Beal mengubur botol-botol berisi benih dari 23 tanaman berbeda
sedalam 3 kaki (0,9 m) di lokasi yang tidak terganggu (dan rahasia) sehingga benih-benih tersebut tidak dapat bertunas. Ia mulai menggali botol-botol tersebut dalam kelipatan lima tahun — jarak waktu yang akhirnya diperpanjang menjadi setiap 10 tahun.
Hebatnya, percobaan ini masih berlangsung — dan sekarang, para peneliti memperpanjang jarak antara pembukaan botol hingga 20 tahun, karena benih terus tumbuh. Botol terakhir dibuka pada tahun 2021 , dan set berikutnya akan bersinar pada tahun 2040. Temuan ini memiliki implikasi bagi evolusi tanaman dan perkecambahan benih dan mungkin berguna untuk memahami proses pemulihan habitat dan penyimpanan benih, atau menyimpan benih untuk penggunaan potensial di masa depan.
Rencananya, percobaan ini akan terus dilakukan hingga tahun 2100, menurut Michigan State . Apakah itu cukup waktu untuk mengetahui usia maksimal benih yang dapat bertahan sebelum bertunas? Mungkin tidak; tanaman telah bertunas dari benih yang usianya mencapai 2.000 tahun .
Teleskop radio raksasa milik China
Deretan Teleskop Bulat Bukaan Lima Ratus Meter (FAST) milik Tiongkok merupakan teleskop radio piringan tunggal terbesar di dunia, dengan diameter 1.640 kaki. Yang menopang piringan tersebut adalah menara baja setinggi 328 kaki (100 m) dan 6.670 kabel. Kini, tahap konstruksi baru sedang menambahkan 24 teleskop radio bergerak setinggi 131 kaki (40 m) ke fasilitas tersebut.
Deretan itu terletak di cekungan alami yang disebut Dawodang di topografi terjal provinsi Guizhou, Tiongkok. Hal ini melindunginya dari gangguan elektromagnetik dari sumber manusia dan meningkatkan kepekaannya terhadap sinyal radio kosmik. Tujuannya, menurut Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS), adalah menggunakan kepekaan teleskop untuk melakukan survei alam semesta berskala besar.
FAST mulai beroperasi dengan kapasitas penuh pada tahun 2020 dan telah menemukanlebih dari 200 pulsar, yang merupakan bintang neutron berputar yang memancarkan denyut radiasi elektromagnetik secara teratur. Ini termasuk pulsar PSR J0318+0253, yang, pada jarak 4.000 tahun cahaya dan dengan periode rotasi kurang dari 10 milidetik, merupakan salah satu pulsar radio milidetik paling redup yang pernah ditemukan, menurut CAS.
Jaringan teleskop yang mencakup sebagian besar dunia
Apa yang dapat Anda lihat dengan teleskop seukuran dunia? Salah satunya adalah lubang hitam di inti Bima Sakti.
Teleskop Cakrawala Peristiwa (EHT) adalah jaringan teleskop radio yang membentang dari Greenland ke Kutub Selatan (utara ke selatan) dan dari Spanyol ke Hawaii (timur ke barat). Jumlah pasti observatorium di EHT berubah seiring waktu (jumlahnya 11 pada tahun 2021), dan teleskop baru akan ditambahkan di masa mendatang — termasuk satu yang direncanakan untuk Kepulauan Canary.
Observatorium ini bekerja sama untuk mendeteksi sinyal radio samar yang terkait dengan lubang hitam. Kolaborasi ini menghasilkan pandangan pertama lubang hitam, termasuk kontur cakrawala peristiwa, batas yang tidak dapat dilewati cahaya atau materi. Para ilmuwan juga telah melihat pusaran lubang hitam yang memukau di pusat galaksi kita sendiri dan mengamati jet elektromagnetik raksasa yang melesat dari lubang hitam supermasif di jantung galaksi Perseus A. Baru-baru ini, mereka mengintip ke jantung quasar, inti galaksi superluminous yang ditenagai oleh lubang hitam masif.
EHT harus berukuran besar karena bergantung pada kemampuan untuk mengamati alam semesta secara terus-menerus selama rentang waktu delapan hingga 14 jam dari beberapa sudut, menurut , sebuah kolaborasi yang mengembangkan algoritma yang digunakan oleh teleskop. Algoritma ini juga bergantung pada rotasi Bumi untuk tumpang tindih dengan pengamatan, yang memungkinkan peneliti untuk menggabungkan gambar dari berbagai teleskop. Hanya dengan begitu mereka dapat mengintip beberapa fenomena terbesar, namun paling sulit dilihat di alam semesta.