Materi Astronomi untuk OSN Tingkat SMP 2014 Prof. Dr. Suhardja D. Wiramihardja, M.Sc.
Kelompok Keilmuan Astronomi Institut Teknologi Bandung
2014
Pengantar
Astronomi adalah sains yang berkembang dengan pesat yang ditandai dengan banyak penemuan baru. Dibekali dengan teknologi mutakhir dan pengetahuan teoritis baru, telaah tentang kosmos terus dilakukan untuk menyempurnakan pemahaman kita tentang jagat raya. Dengan senang hati kami menggunakan kesempatan ini untuk memberikan materi tentang konsep-konsep astronomi, evolusi ide dan penemuan mengenai garis depan perkembangan astronomi dewasa ini. Materi Astronomi ini ditulis untuk siswa tingkat SMP yang tidak mempunyai latar belakang pengetahuan astronomi yang diberikan dalam bentuk mata pelajaran seperti mata pelajaran – mata pelajaran lainnya. Materi ini dimaksudkan untuk diberikan sebagai bekal peserta didik dalam mengikuti Olimpiade Sains Tingkat SMP bagian Ilmu Pengetahuan Sosial (IPS). Walaupun tidak berasal dari pohon ilmu yang sama, untuk sementara mulai tahun 2014 materi Astronomi akan dimasukkan ke dalam Olimpiade Bidang IPS.
Kami paparkan gambaran luas astronomi dengan lebih deskriptif tanpa matematika yang terlalu berat. Namun, ketiadaan matematika yang terlalu canggih, kami harapkan tidak akan mengganggu penjelasan tentang konsep-konsep yang sangat penting mengenai materi-materi astronomi. Kami lebih menitik-beratkan kepada penalaran kualitatif, dan analogi dengan obyek dan fenomena yang akrab dengan siswa untuk menerangkan kompleksitas masalah tanpa terlalu menyederhanakan. Kami berusaha untuk mengkomunikasikan daya tarik astronomi untuk membangkitkan minat siswa terhadap keindahan jagat raya sekitar kita yang mengagumkan.
mau pun siswa, kami berusaha untuk mengkomunikasikan masalah-masalah dasar Astronomi kepada siswa SMP dengan menunjukkan keindahan jagat raya yang fantastik tanpa ketakutan yang berlebihan akan masalah-masalah Eksakta atau Sains.
Tulisan ini masih jauh dari sempurna. Kami akan secara regular memperbaiki dan meng-update dengan perkembangan ilmu astronomi. Tetapi semoga apa yang kami tulis bermanfaat.
Bab I Pendahuluan
I.1. Astronomi dan Jagat Raya
Sering disebutkan bahwa sekarang kita hidup dalam abad keemasan Astronomi. Sekarang fajar abad 21 sebenarnya adalah perioda kedua dari abad seperti itu dengan banyaknya penemuan dan eksplorasi ruang angkasa. Yang pertama adalah masa Renaissance (kelahiran kembali) yang dimulai dengan zaman pertama yang mempesona dalam kemajuan bidang sains, saat astronomi modern lahir.
Yang paling menonjol dan penting adalah kelahiran kembali astronomi, yaitu zamannya ilmuwan Italia Galileo Galilei (1564 – 1642). Walaupun bukan dia yang menemukan teleskop, tetapi Galileo adalah orang pertama yang dalam tahun 1610 merekam apa yang ia lihat ketika ia mengarahkan sebuah lensa kecil (berdiameter 5 cm) ke langit. Penemuannya menciptakan sebuah perubahan pandangan besar dalam astronomi, dan juga sebuah terobosan dalam persepsi manusia tentang kosmos.
Untuk pertama kalinya ia melihat noda/bintik Matahari (sunspots), permukaan Bulan yang tidak rata yang berkawah dan bergunung, dan semua dunia baru , yaitu empat buah bulan yang mengelilingi planet Jupiter, ia mengubah pandangan kekekalan kosmik dari Aristoteles yaitu gagasan bahwa jagat raya adalah sempurna dan tidak berubah. Akan tetapi, di lapangan Galileo menghadapi banyak masalah dengan para filsuf dan ahli teologi saat itu. Dalam memperjuangkan metoda ilmiahnya, ia menggunakan alat untuk menguji pemikirannya, dan yang ia temukan sangat tidak bersesuaian dengan pemikiran dan pandangan yang ada pada zaman itu.
Dia tara e da- e da a eh lai ya g ia te uka adalah gugusan-gugusan bintang sepanjang Galaksi Bima Sakti, bulan dan cincin sekeliling planet raksasa, nebula warna warni yang sebelumnya semua orang belum pernah melihatnya.
I.2. Tempat Kita di Bumi
Dari semua pandangan ilmu, Bumi bukanlah titik pusat atau menempati posisi khusus dalam jagat raya. Kita tidak mendiami tempat yang unik dalam jagat raya. Penelitian astronomi, terutama dalam beberapa dekade terakhir, secara tegas menyimpulkan bahwa kita tinggal pada sesuatu yang mirip dengan planet berbatu biasa yang disebut Bumi, satu dari delapan planet yang mengitari sebuah bintang biasa yang disebut Matahari, sebuah bintang yang berlokasi sekitar sepertiga dari pinggiran kumpulan besar bintang yang disebut Galaksi Bima Sakti (Milky Way), yang merupakan satu dari milyaran galaksi lain yang tersebar di seluruh jagat raya yang teramati.
Kita dihubungkan dengan alam semesta dan waktu tidak hanya oleh imajinasi kita saja, tetapi juga melalui warisan kosmik bersama. Hampir semua elemen kimia yang membentuk tubuh kita (hidrogen, oksigen, karbon, dan banyak lagi) dibentuk milyaran tahun yang lalu dalam pusat yang panas dari bintang-bintang yang mati mengakhiri evolusinya. Bintang-bintang raksasa ini mati dalam ledakan besar, menghamburkan elemen yang dibentuk jauh di dalam inti yang sangat besar. Akhirnya, materi ini terkumpul dalam awan gas yang secara perlahan runtuh dan melahirkan bintang generasi baru berikutnya. Dengan cara ini, Matahari dan keluarga planetnya terbentuk sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu. Segala sesuatu di Bumi dipasok atom dari bagian lain jagat raya, dan jauh dari masa lalu yang lebih jauh dari awal evolusi manusia. Di tempat yang lain, makhluk lain – mungkin dengan kecerdasan yang lebih tinggi daripada kita – barangkali saat ini sedang mengembara di dalam langit malam mereka sendiri. Matahari kita mungkin hanya sekadar sebuah titik cahaya terhadap mereka, jika memang tampak. Andaikan makhluk itu memang sekarang ada, mereka pasti berasal dari asal kosmik yang sama.
satu tahun cahaya dalam kenyataannya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun pada kecepatan 300.000 km perdetik. Kalau dihitung seterusnya, dalam satu tahun ada 365 hari, dalam satu hari ada 24 jam, dalam satu jam ada 60 menit, dalam 1 menit ada 60 detik, akan diperoleh bahwa 1 tahun cahaya sama dengan kira-kira 10 triliun kilometer. Untuk perbandingan, diameter Bumi besarnya sekitar 13.000 kilometer, yang kira-kira kurang dari satu per dua puluh detik cahaya.
Gambar I.1. Galaksi Andromeda
Tahun cahaya adalah satuan jarak yang diperkenalkan oleh astronom untuk melukiskan jarak yang sangat jauh. Kita akan sering menemukan satuan seperti ini dalam astronomi. Astronom sering memperbesar sistem metrik standar dengan tambahan satuan yang digunakan dalam masalah-masalah khusus yang sedang dibahas.
menghitung mulai dari angka 1 sampai dengan 1.000 dalam waktu 1.000 detik atau sekitar 16 menit. Akan tetapi, jika kita ingin menghitung sampai dengan 1.000.000, kita perlu waktu lebih dari dua minggu untuk menghitung dengan kecepatan 1 angka per detik, 16 jam per hari (kalau 8 jam diperlukan untuk tidur). Untuk menghitung dari 1 sampai dengan satu miliar dengan kecepatan yang sama, 1 angka per detik, dan 16 jam per hari diperlukan hampir 50 tahun! Dalam kemasan materi ini, kita tidak hanya berbicara ruang dengan besar milyaran kilometer, tetapi milyaran tahun cahaya; atau benda yang mengandung hanya triliunan atom, tetapi triliunan bintang, dan interval waktu yang hanya milyaran detik atau jam, tetapi milyaran tahun. Kita perlu menjadi akrab – dan nyaman – dengan bilangan-bilangan besar tersebut. Salah satu cara yang baik adalah mulai dengan belajar seberapa kali lebih besar satu juta dari satu ribu, dan berapa kali lebih besar satu miliar dari satu ribu.
Dengan kekurang-pahaman tentang obyek-obyek astronomi yang mereka amati, pengamat langit zaman kuno merangkum cerita untuk menerangkannya. Misalnya dikatakan, Matahari dibawa ke langit dengan kereta perang yang ditarik kuda terbang. Pola konstelasi bintang dicerminkan sebagai jagoan atau pahlawan mereka atau sebagai binatang yang mereka anggap sakti yang ditempatkan di langit oleh para dewa. Sekarang, tentu saja kita mempunyai konsepsi jagat raya yang sangat berbeda. Bintang yang kita lihat letaknya sangat jauh, adalah benda bundar yang bersinar yang mungkin kuat sinarnya sama atau ratusan kali kuat sinar Matahari kita.
I.3. Konstelasi di Langit
Gambar 1.2. Konstelasi Orion
Mungkin tidak begitu mengejutkan, pembentukan pola konstelasi bintang dipengaruhi oleh latar belakang budaya etnik masing-masing. Orang Cina zaman dulu melihat tokoh mitos berbeda dengan orang Yunani, orang Babilonia, dan juga orang Indonesia. Konstelasi yang disebut oleh orang Yunani sebagai Orion, di Indonesia dikenal dengan nama Waluku atau Wuluku, yang berarti alat bajak sawah.
Dalam banyak kelompok masyarakat, orang percaya bahwa ada manfaat lain dalam menelusuri secara terus menerus posisi benda langit yang berubah dari waktu ke waktu. Posisi relatif antara bintang-bintang dan planet-planet pada hari kelahiran seseorang dipelajari dengan seksama oleh ahli astrologi, yang menggunakan data untuk membuat ramalan tentang nasib orang tersebut. Jadi, dalam hal faedah , astronomi dan astrologi muncul dari desakan keperluan dasar yang sama yaitu kei gi a u tuk elihat asa depa . Dan, sesungguhnya, untuk waktu yang lama keduanya tidak bisa dipisahkan antara satu dari yang lainnya. Sekarang, kebanyakan orang mengenal bahwa astrologi tidak lebih dari sekadar hiburan semata, meski jutaan orang masih mempercayai horoskop dalam koran-koran setiap harinya. Walaupun begitu, terminologi astrologi lama – nama-nama dari konstelasi dan istilah-istilah yang digunakan untuk menggambarkan lokasi dan gerakan planet masih digunakan dalam dunia astronomi modern sekarang untuk memudahkan pengenalan daerah langit tertentu.
Secara umum dapat dikatakan, bahwa seperti ditunjukkan dalam Gambar I.3, bintang-bintang yang membentuk konstelasi tertentu sebenarnya tidak berdekatan antara satu dengan lainnya di langit, bahkan dengan standar astronomi sekali pun. Mereka semata-mata hanya cukup terang untuk diamati dengan mata telanjang dan kebetulan terletak kira-kira dalam arah yang sama di langit dilihat dari Bumi. Tetapi, konstelasi juga menyediakan cara yang cocok untuk para astronom untuk pengenalan daerah yang luas di langit, seperti halnya ahli geologi menggunakan benua atau seorang Presiden mengenal nama-nama provinsi dalam negaranya. Total ada 88 buah kontelasi di seluruh langit, tetapi hanya ada 12 yang berada pada atau sekitar ekliptika (lingkaran tahunan Matahari) yang disebut sebagai zodiak.
Bab II
Posisi Bintang di Langit
II.1. Bola Langit
Selama perjalanan malam, bintang-bintang atau konstelasi tampak bergerak dengan sangat pelan sekali (tidak bisa terdeteksi dengan pengamatan mata telanjang dalam rentang waktu yang singkat) sepanjang langit dari Timur ke Barat. Tetapi pengamat langit zaman dulu pun sangat sadar bahwa posisi relatif antara bintang yang satu dengan bintang lainnya tetap tidak berubah sepanjang pergerakan malam itu. Sangat alamiah kalau pengamat zaman dulu itu menyimpulkan bahwa bintang-bintang haruslah menempel ketat pada bola langit bagian dalam, ibarat sebuah kanopi yang mengelilingi Bumi.
Untuk titik pandangan modern, gerakan semu bintang-bintang di langit adalah hasil dari rotasi dari Bumi pada porosnya, bukan rotasi bola langit. Walaupun kita tahu bahwa Bumi bukanlah pusat alam semesta, untuk menerangkan gerak langit yang kita saksikan, kita e ga ggap seolah-olah Bumi menjadi pusat bola langit. Titik-titik tempat sumbu rotasi Bumi memotong langit disebut sebagai Kutub Langit. Pada belahan langit Utara, Kutub Langit Utara (KLU) terletak di atas Kutub Utara Bumi. Perpanjangan sumbu rotasi Bumi pada arah yang berlawanan menentukan Kutub Langit Selatan (KLS). Persis ditengah-tengah antara KLU dan KLS terletak ekuator langit, yang merupakan perpotongan antara bidang ekuator Bumi dengan bola langit.
Ketika kita membicarakan lokasi bintang di langit, astronom berbicara dalam istilah atau besaran posisi sudut atau perbedaan sudut, bukan jarak bintang dari Bumi, karena yang kita lihat adalah proyeksi bintang pada langit. Bintang-bintang itu sendiri mempunyai jarak yang berbeda satu dengan lainnya.
II.2. Ukuran Sudut
Besar dan skala sering dinyatakan dengan mengukur panjang dan sudut. Konsep pengukuran panjang sudah sangat akrab kepada kita semua. Tetapi konsep pengukuran sudut mungkin masih kurang akrab. Tapi kita coba ingat beberapa fakta sederhana di bawah ini:
i. Sebuah lingkaran penuh besarnya 360 derajat (360). Jadi, setengah lingkaran yang merentang dari horizon ke horizon, melintasi titik tepat di atas kepala dan merangkum bagian langit yang tampak pada seseorang pada suatu saat, besarnya 180.
ii. Setiap bagian 1 lebih jauh dapat dibagi-bagi lagi ke dalam bagian dari derajat, yang disebut menit busur. Ada 60 menit busur (ditulis 60) dalam satu derajat. (Terminologi menit usur digunakan untuk membedakan satuan sudut ini dengan satuan menit waktu). Matahari dan Bulan tampak sebagai benda bulat yang besarnya 30 menit busur (30) atau setengah derajat di langit.
Gambar II.2 Besaran sudut.
Jangan dicampuradukkan satuan yang digunakan untuk mengukur sudut ini. Menit busur dan detik busur tidak ada hubungannya dengan pengukuran waktu, dan derajat tidak ada hubungannya dengan temperatur. Derajat, menit busur, dan detik busur adalah semata-mata cara untuk mengukur besarnya dan menentukan posisi benda langit pada bola langit.
Ukuran atau besarnya sudut dari sebuah benda bergantung kepada ukuran fisis yang sebenarnya dan jaraknya dari kita. Sebagai contoh, Bulan, pada jaraknya yang sekarang dari Bumi, mempunyai diameter sudut 0,5 atau 30. Jika Bulan ditempatkan pada jarak 2 kali lebih jauh, ia akan tampak setengahnya – 15 – walaupun besar fisis sebenarnya tetap sama. Jadi, besar sudut saja tidak cukup untuk menentukan diameter yang sebenarnya dari benda itu. Jarak ke benda tersebut harus harus juga diketahui.
II.3. Koordinat Langit
paling kini ternyata menghasilkan bahwa Rigel lebih terang daripada Betelgeuse, tetapi nama bintang tetap.) Begitu juga, Sirius, bintang yang paling terang di langit, yang berlokasi di konstelasi Canis Major (Anjing Besar), diberi nama Canis Major (atau disingkat CMa). Bintang Kutub sekarang (Polaris) di konstelasi Ursa Minor (Beruang Kecil) juga dikenal sebagai Ursae Minoris (UMi), atau Antares, bintang raksasa merah (diameternya sama dengan 2.000 kali diameter Matahari) di rasi Scorpio disebut juga Scorpio (atau Sco), dan seterusnya. Karena lebih banyak lagi bintang terang dalam konstelasi tertentu sedangkan jumlah huruf dalam abjad Yunani terbatas, penggunaan pemakaian cara ini sangat terbatas. Akan tetapi untuk pengamatan bintang dengan mata telanjang, yang hanya melibatkan bintang-bintang terang saja, cara ini cukup memadai.
Untuk pengukuran yang lebih teliti, astronom menerapkan sistem koordinat langit pada bola langit. Jika kita menganggap bintang-bintang menempel pada sebuah bola langit yang berpusat di Bumi, sistem lintang dan bujur pada permukaan Bumi diperluas sehingga mencakup langit. Lintang dan bujur pada sistem koordinat permukaan Bumi, dalam sistem koordinat langit padanannya adalah masing-masing deklinasi dan asensiorekta. Gambar II.3 melukiskan maksud dari asensiorekta dan deklinasi pada bola langit, dan membandingkannya dengan bujur dan lintang pada permukaan Bola.
Perhatikan hal-hal di bawah ini:
i. Deklinasi () diukur dalam derajat () ke Utara atau Selatan dari ekuator Bumi. Jadi, ekuator langit berada pada deklinasi 0, KLU pada deklinasi + 90, dan KLS mempunyai deklinasi – 90 (tanda minus di si i e eri arti selatan dari ekuator langit .
ii. Asensiorekta () diukur dalam satuan jam, menit, dan detik.
Satuan sudut secara bersamaan digunakan juga dengan satuan waktu, untuk membantu dalam pengamatan astronomi. Dua set satuan ini dihubungkan dengan rotasi Bumi (atau bola langit). Dalam 24 jam, Bumi berotasi sekali pada sumbunya atau sebanyak 360. Jadi, dalam perioda 1 jam, Bumi berotasi sebesar 360/24= 15, atau 1 jam. Dalam 1 menit waktu, Bumi berotasi dalam sudut sebesar = 15/60 = 0,25, atau 15 menit busur (15). Dalam 1 detik waktu, Bumi berotasi sebesar sudut = 15/60 = 15 detik busur (15). Titik nol untuk asensiorekta dipilih saat Matahari di langit berada pada posisi Vernal Equinox, yaitu perpotongan antara ekuator langit dengan ekliptika.
Asensiorekta dan deklinasi secara spesifik menunjukkan lokasi di langit yang serupa dengan koordinat bujur dan lintang yang menentukan lokasi pada permukaan Bumi. Sebagai contoh, untuk mencari kota Padang, lihat 100 21 sebelah timur dari meridian Greenwich (garis pada permukaan Bumi dengan bujur 0) dan 057 sebelah utara ekuator. Dengan cara yang sama, untuk mencari lokasi bintang Betelgeuse pada bola langit, lihat 5h52m0s ke arah Timur Vernal Equinox (garis di langit dengan asensiorekta 0h), dan 724 sebelah Utara ekuator langit. Bintang Rigel yang disebutkan di atas, terletak pada = 5h
Bab III Gerak Bumi
III.1. Rotasi dan Revolusi Bumi
Kita mengukur waktu berdasar acuan pada Matahari. Karena irama hari dan malam sangat penting pada kehidupan kita, maka perioda waktu antara suatu tengah hari ke tengah hari berikutnya, atau suatu tengah malam ke tengah malam berikutnya, yaitu hari matahari yang panjangnya 24 jam, adalah satuan waktu sosial dasar manusia. Perubahan posisi Matahari dan bintang-bintang di langit sepanjang hari/malam disebut gerak harian. Seperti kita ketahui hal itu disebabkan oleh rotasi Bumi. Tetapi pada suatu waktu yang sama, posisi bintang di langit tidak akan berada pada tempat yang sama dari satu malam ke malam berikut. Tiap malam, keseluruhan bola langit tampak bergeser sedikit terhadap horizon, dibanding malam berikutnya. Cara yang paling mudah untuk mengkonfirmasi hal ini adalah dengan menyaksikan bintang-bintang yang tampak sesaat setelah Matahari terbenam atau sebelum fajar. Kita akan melihat bahwa bintang-bintang berada pada posisi sedikit berbeda dari malam sebelumnya (kira-kira 4 menit lebih cepat). Karena pergeseran kecil ini, hari yang diukur berdasar acuan bintang – disebut hari sideris – berbeda panjangnya dengan hari matahari.
Penyebab perbedaan antara hari matahari (hari dengan acuan Matahari) dan hari sideris (hari dengan acuan bintang) dilukiskan pada Gambar III.1. Terjadinya perbedaan ini dikarenakan Bumi melakukan dua macam gerakan yaitu rotasi dan revolusi secara bersamaan. Selama berotasi Bumi juga bergerak sedikit dalam orbitnya mengelilingi Matahari. Setiap Bumi berotasi sekali pada sumbunya ia juga bergerak sedikit sepanjang orbitnya mengitari Matahari. Oleh karena itu Bumi harus berotasi lebih besar daripada 360 (360 derajat) agar Matahari berada di posisi (di langit) satu hari sebelumnya. Jadi, interval waktu antara suatu tengah hari ke tengah hari berikutnya (satu hari matahari) lebih lama daripada satu perioda rotasi yang acuannya bintang (satu hari sideris). Planet Bumi perlu waktu 365 hari untuk mengorbit Matahari, jadi sudut tambahan yang ditempuh adalah 360/365 = 0,986. Karena Bumi berotasi dengan15per jam, diperlukan 3,9 menit untuk berotasi sebesar sudut 0,986 ini. Jadi hari matahari 3,9 menit (dibulatkan menjadi 4 menit) lebih panjang daripada hari sideris, atau panjang hari sideris sama dengan 23h56m.
III.2 Perubahan Musim
Gambar III.2 Pemandangan langit malam berubah dengan bergeraknya Bumi dalam orbitnya mengelilingi Matahari. Seperti ditunjukkan dalam gambar di atas, bagian malam hari dari Bumi menghadap sekumpulan konstelasi pada waktu yang berbeda dalam setahun. Dua belas nama-nama konstelasi yang tampak disini yang berada di atau dekat ekliptika disebut zodiak.
Setelah enam bulan Bumi telah mencapai bagian seberang orbitnya, dan kita menghadap ke kelompok bintang dan konstelasi yang sama sekali berbeda pada langit malamnya. Karena gerakan ini, Matahari tampak (terhadap pengamat di Bumi) bergerak relatif terhadap bintang-bintang latar belakang sepanjang tahun. Gerakan semu Matahari di langit mengikuti lintasan pada bola langit selama setahun disebut ekliptika. Ke 12 konstelasi yang dilalui Matahari ketika ia bergerak sepanjang ekliptika – yaitu konstelasi-konstelasi yang akan kita lihat pada arah Matahari jika konstelasi-konstelasi itu (zodiak) tidak terhalangi oleh silaunya sinar Matahari – memiliki arti yang sangat penting bagi astrolog zaman dulu.
Seperti diperlihatkan dalam Gambar III.2, ekliptika membentuk lingkaran besar pada bola langit, miring dengan sudut 23,5 terhadap ekuator langit.
Gambar III.3 Ekliptika dan ekuator langit
Titik pada ekliptika, tempat Matahari berada pada titik paling Utara di atas ekuator langit dikenal sebagai titik musim panas atau summer solstice atau Titik Balik Utara. Seperti pada GambarIII.3, titik ini menyatakan lokasi dalam orbit Bumi ketika Kutub Utara Bumi berada pali g dekat ke Matahari. Peristiwa ini terjadi sekitar tanggal 21 Juni – tanggal yang pasti sedikit bervariasi dari tahun ke tahun karena panjang satu tahun sesungguhnya tidak genap dengan hari yang penuh. Ketika Bumi berotasi, titik-titik sebelah Utara ekuator menghabiskan waktunya di bawah sinar Matahari pada tanggal tersebut, sehingga summer solstice berhubungan dengan siang hari terpanjang dalam setahunnya di belahan langit Utara dan siang hari terpendek di belahan langit Selatan.
Kombinasi lokasi Matahari terhadap ekuator langit dan panjang siang hari menyebabkan terjadinya empat musim yang dialami di Bumi oleh orang yang tinggal di belahan Utara dan belahan Selatan. Seperti dilukiskan dalam Gambar III.3, ketika Matahari berada tinggi di langit, berkas cahaya yang menimpa Bumi lebih terkonsentrasi – jatuh pada daerah yang lebih kecil. Akibatnya, Matahari terasa lebih panas. Jadi, pada Musim Panas di belahan Utara, ketika Matahari berada pada titik tertinggidi atas horizon dan siang hari berlangsung panjang, umumnya temperatur jauh lebih tinggi daripada dalam Musim Dingin, ketika Matahari berada ebih bawah dan siang hari berlangsung pendek.
Dua titik tempat ekliptika berpotongan dengan ekuator langit – yaitu ketika sumbu rotasi Bumi tegak lurus kepada garis yang menghubungkan Bumi dengan Matahari (Gambar III.3) – disebut ekinoks. Pada kedua tanggal itu, panjang siang dan malam sama. Dalam Musim Gugur (di Belahan Bumi Utara), ketika Matahari melintas dari Utara menuju Belahan Langit Selatan, kita mempunyai ekinoks Musim Gugur (autumnal equinox) (pada tanggal 21 September). Ekinoks Musim Semi (vernal equinox) terjadi pada saat Musim Semi di belahan Bumi Utara, pada kira-kira tanggal 21 Maret, ketika Matahari memotong ekuator langit menuju Utara (Gambar III.3). Karena hubungannya dengan akhir Musim Dingin dan awal musim pertumbuhan, titik vernal equinox ini sangat penting untuk astronom dan astrolog masa silam. Ia juga memainkan peran penting dalam sistem penentuan waktu. Interval waktu dari satu vernal equinox ke vernal equinox berikutnya – 365,2422 hari Matahari rata-rata (mean solar day) disebut sebagai satu tahun tropis (tropical year).
III.3. Perubahan Jangka Panjang
Bab IV Model Jagat Raya
IV.1. Model Jagat Raya Geosentris
Orang Yunani kuno dan peradaban sebelum mereka membangun model jagat raya. Telaah mengenai jagat raya pada skala paling besar disebut kosmologi. Sekarang, kosmologi perlu memandang jagat raya pada skala yang begitu besarnya sehingga bahkan galaksi keseluruhan dapat dianggap semata-mata sebagai titik-titik yang tersebar di seluruh alam semesta. Akan tetapi untuk orang Yunani kuno, jagat raya pada dasarnya adalah Tata Surya – Matahari, Bumi, dan Bulan, dan planet-planet yang diketahui saat itu. Bintang-bintang di latar belakangnya, memang merupakan bagian dari jagat raya, tetapi mereka dianggap suar cahaya yang tidak berubah yang menempel tetap pada bola langit. Orang Yunani kuno tidak mempertimbangkan Matahari, Bulan, dan planet-planet sebagai bagian dari kubah langit maha besar. Obyek-obyek ini memiliki pola perilaku yang beda dari bintang-bintang.
Gambar IV.1. Model jagat raya Aristoteles.
Kemudian sekitar tahun 140 M, seorang astronom Yunani bernama Ptolemeus membangun model jagat raya yang bisa menerangkan juga lintasan lima planet yang waktu itu diketahui, dan juga garis edar Matahari dan Bulan. Disini kita tidak akan terlalu rinci memaparkan kedua model di atas, tetapi model dari Ptolemeus ini secara lengkap ditulis dalam Syntaxis (lebih dikenal dalam nama Arabnya, Almagest – the greatest , ya g e eri kerangka kerja intelektual untuk semua perdebatan dan pembicaraan tentang jagat raya selama seribu tahun. Sesungguhnya, sejarah mencatat bahwa beberapa astronom Yunani kuno berpendapat berbeda tentang gerak benda-benda langit ini. Di antara mereka adalah Aristarchus dari Samos (310 – 230 S.M.) yang mengusulkan bahwa semua planet, termasuk Bumi, berevolusi mengelilingi Matahari dan, lebih jauh lagi, Bumi berotasi pada sumbunya sekali sehari. Kombinasi revolusi dan rotasi yang ia usulkan akan menciptakan gerakan semu dari langit – ide sederhana yang akrab kepada setiap orang yang naik korsel dan melihat pemandangan yang bergerak lewat dalam arah yang berlawanan. Akan tetapi, penggambaran Aristarchus tentang langit, meskipun intinya benar, tidak memperoleh penerimaan yang luas dalam kurun waktu hidupnya. Pengaruh Aristoteles terlalu kuat, pengikutnya begitu banyak, dan tulisannya sangat menyeluruh. Model geosentris secara luas tidak tertandingi sampai abad 16.
IV.2. Model Heliosentris dari Tata Surya
Gambaran jagat raya dari Ptolemeus bertahan utuh selama lebih kurang hampir 14 abad, yaitu sampai dengan abad 16. Seorang pendeta orang Polandia, Nicolaus Copernicus menemukan kembali model heliosentris (berpusat di Matahari) dari Aristarchus yang memberi penjelasan yang lebih alamiah dari fakta yang diamati daripada kosmologi geosentris yang kusut. Copernicus menegaskan bahwa Bumi berputar pada sumbunya dan, seperti planet lain, mengorbit Matahari. Akan kita lihat, model ini tidak sekadar menerangkan perubahan harian dan musiman yang teramati di langit, tetapi ia juga secara alami menerangkan gerak retrograde (gerak berbalik arah yang tampak di langit) dan perubahan terang dari planet. Realisasi kritis bahwa Bumi bukan pusat jagat raya, sekarang disebut sebagai revolusi Copernicus. Beberapa dasar dari revolusi Copernicus antara lain sebagai berikut: Bumi bukan merupakan pusat dari segalanya, pusat Bumi bukan merupakan pusat jagat raya tetapi hanya pusat gravitasi dan orbit Bulan, bintang-bintang berada pada jarak yang lebih jauh daripada Matahari, sehingga segala gerak semu bintang yang kita lihat adalah hasil dari rotasi Bumi, gerak harian dan tahunan bintang sesungguhnya disebabkan oleh berbagai gerakan Bumi, gerak retrograde planet terjadi sebagai akibat dari gerak Bumi.
Gambar IV.2 Gerak retrograde Mars
IV.3. Lahirnya Astronomi Modern dan Pengamatan Bersejarah Galileo
Dalam abad berikutnya setelah kematian Copernicus dan publikasi teorinya tentang Tata Surya, dua orang ilmuwan – Galileo Galilei dan Johannes Kepler – menerbitkan rangkuman tulisan mengenai astronomi.
Galileo Galilei adalah seorang ahli matematika dan filsuf Italia. Dengan itikadnya untuk melakukan eksperimen guna menguji idenya – sebuah pendekatan yang agak radikal untuk saat itu – dan dengan mencakup teknologi baru dari teleskop, ia melakukan revolusi dalam eksperimen sains, sehingga ia secara luas dianggap sebagai Bapak dari sains eksperimen. Teleskopnya sendiri ditemukan di Belanda pada awal abad 17. Mendengar tentang penemuan ini (tetapi tanpa pernah melihatnya), Galileo membuat sebuah teleskop untuk dirinya dalam tahun 1609 dan mengarahkannya ke langit. Apa yang ia temukan ternyata sangat bertentangan dengan filosofi Aristoteles dan memasok banyak data baru untuk mendukung ide Copernicus. Menggunakan teleskopnya, Galileo menemukan bahwa Bulan mempunyai gunung, lembah, dan kawah. Mengamati Matahari, ia menemukan noda/bintik gelap yang sekarang dikenal sebagai bintik/noda Matahari (sunspot). Hasil pengamatan ini berseberangan dengan kebijakan orthodox Gereja zaman itu. Dengan memperhatikan penampilan bintik Matahari yang berubah posisinya dari hari ke hari, Galileo menyimpulkan bahwa Matahari berotasi, sekitar satu putaran sebulan, terhadap sumbu yang tegak lurus terhadap bidang ekliptika. Galileo juga melihat empat titik cahaya yang kecil, yang tidak tampak pada mata telanjang, mengitari planet Jupiter dan menyadari bahwa mereka itu adalah bulan (dari Jupiter). Untuk Galileo, fakta bahwa planet lain mempunyai bulan memberi dukungan yang sangat kuat pada model Copernicus. Jelas, bahwa Bumi bukan merupakan pusat dari segalanya. Ia juga menemukan bahwa Venus menunjukkan siklus fasa yang penuh, seperti Bulan kita, sebuah penemuan yang dapat dijelaskan hanya dengan teori gerak planet mengitari Matahari.
Hasilnya, pekerjaan Copernicus dilarang oleh Gereja Katolik Roma, dan Galileo diperintahkan untuk meninggalkan usaha pencarian pemikiran astronominya.
Tetapi Galileo tidak berhenti. Dalam tahun 1632 ia mengobarkan lagi pemikirannya dengan mempublikasikan Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, yang membandingkan model Ptolemeus dengan model Copernicus. Buku ini memaparkan perbincangan tiga orang, yang salah seorangnya adalah Aristoteles yang berpandangan geosentris (yang kenyataannya adalah pendapat dari Paus saat itu yaitu Pope, Urban VIII), yang dikalahkan oleh sanggahan salah seorang dari dua pendukung kuat sistem heliosentris. Untuk membuat buku ini mudah diakses oleh khalayak ramai yang lebih luas, Galileo lebih memilih menulisnya dalam Bahasa Italia daripada Bahasa Latin. Tindakan ini membawa Galileo kepada konflik langsung dengan otoritas Gereja. Puncaknya, penguasa Gereja memaksanya, dibawah ancaman penyiksaan, untuk menarik kembali klaimnya bahwa Bumi mengorbit Matahari. Tetapi dia menolak, dan dia ditempatkan sebagai tahanan rumah dalam tahun 1613. Ia akhirnya menghabiskan sisa hidupnya di dalam penjara. Tidak sampai tahun 1992 Gereja secara terbuka mengampuni ti daka kri i al Galileo. Tetapi pencederaan terhadap pandangan ortodok akan jagat raya telah terjadi, da ji Copernicus sudah keluar botol, sekali dan untuk selamanya!!!!
Revolusi Copernicus adalah sebuah contoh utama bagaimana metoda ilmiah, meskipun pada suatu saat dipengaruhi oleh pendapat subyektif, dan keberpihakan manusiawi, dengan kegigihan dari peneliti, akhirnya derajat obyektivitas yang pasti dapat dicapai. Dengan bergulirnya waktu, banyak kelompok ilmuwan memeriksa, mengkonfirmasi, dan memperhalus pengujian eksperimen yang akhirnya dapat menetralisir sikap subyektif individual. Biasanya, satu generasi ilmuwan dapat membawa obyektivitas yang memadai untuk menunjang pada masalah, walaupun beberapa, terutama, konsep yang revolusioner sangat terhalang oleh tradisi, agama, sehingga diperlukan waktu yang lebih banyak. Dalam kasus model heliosentris konfirmasi yang obyektif tidak diperoleh sampai kira-kira tiga abad setelah Copernicus menerbitkan hasil kerjanya dan lebih dari 2000 tahun setelah Aristarchus mengusulkan konsep ini. Namun demikian, pada kenyataannya obyektivitas pada akhirnya datang, dan sebagai hasilnya, pengetahuan kita tentang jagat raya berkembang tidak terbatas.
IV.4. Hukum Gerak Planet
untuk mencapai pandangan baru terhadap jagat raya. Sebaliknya, Kepler adalah seorang teoritis murni. Pekerjaan pertamanya yang mengklarifikasi pengetahuan kita tentang gerak planet hampir semuanya berdasar pengamatan orang lain, terutama koleksi data yang melimpah yang dihimpun oleh Tycho Brahe (1546 – 1601), dan dianggap sebagai salah seorang astronom pengamatan terbesar yang pernah hidup.
IV.5. Data Pengamatan Brahe
Tycho, demikian ia sering dipanggil, adalah seorang aristokrat eksentrik dan sekaligus juga seorang pengamat yang sangat terampil. Lahir di Denmark, ia mendapat pendidikan pada beberapa universitas ternama di Eropa, tempat ia belajar astrologi, kimia, dan obat-obatan. Sebagian besar pengamatannya, dibuat di observatoriumnya sendiri, yang bernama Uraniberg, di Denmark. Di sana, dengan menggunakan instrument rancangannya sendiri, Tycho memelihara rekaman catatan pengamatan yang sangat teliti dan akurat dari bintang-bintang, planet-planet, dan peristiwa langit lain yang penting dan patut diperhatikan (termasuk komet dan supernova) yang membantu meyakinkannya bahwa pandangan Aristoteles tentang jagat raya adalah salah).
Dalam tahun 1597, setelah kalah dalam sidang pengadilan di Denmark, Tycho Brahe pindah ke Praha sebagai ahli Matematik Kerajaan dari Holy Roman Empire. Praha kebetulan sangat dekat dengan Graz, di Austria, tempat Kepler tinggal dan bekerja. Kepler bergabung dengan Tycho di Praha dalam tahun 1600 dan ditugaskan untuk bekerja mencoba menemukan teori yang dapat menerangkan data planet dari Tycho Brahe. Ketika Tycho meninggal setahun kemudian, Kepler tidak hanya mewarisi posisi data Tycho Brahe, tetapi juga miliknya yang tidak ternilai harganya: akumulasi hasil pengamatan planet untuk rentang beberapa dekade. Pengamatan Tycho, meskipun dibuat dengan mata telanjang, kualitasnya sangat tinggi. Dalam kebanyakan kasus, posisi bintang yang dia ukur akurat sampai 1. Kepler mulai bekerja mencari prinsip yang menyatu untuk menerangkan dengan rinci gerak planet tanpa perlu memasukkan epicycle. Upaya ini menghabiskan waktu dari 29 tahun sisa hidupnya.
IV.6. Hukum Kepler
Hukum Kepler pertama berhubungan dengan bentuk orbit planet.
i. Lintasan orbit planet mengelilingi Matahari bentuknya eliptis (bukan lingkaran), dengan Matahari berada pada salah satu fokusnya.
Gambar IV.3 Elips adalah lingkaran yang agak pepat. Eksentrisitas elips adalah ukuran dari kepepatan.
Hukum Kepler kedua berhubungan dengan kecepatan planet dalam bagian yang berbeda dari orbitnya.
Gambar IV.4 Hukum Kepler Kedua Daerah Area 1 dan Area 2
Ketika mengorbit Matahari, sebuah planet menyapu daerah Area 1 dan Area 2 dalam waktu yang sama. Akan tetapi, perhatikan, bahwa jarak yang ditempuh planet sepanjang busur P1P2 lebih besar daripada jarak yang ditempuh sepanjang busur P3P4. Karena waktunya sama dan jaraknya berbeda, kecepatannya pun harus berbeda. Ketika planet berada dekat dengan Matahari, seperti pada sektor Area 1, ia harus bergerak lebih cepat daripada ketika berada pada jarak paling jauh, seperti dalam sektor Area 2. Perhatikan juga, bahwa kedua hukum ini tidak hanya terbatas berlaku pada planet saja. Mereka berlaku juga pada setiap benda yang mengorbit. Satelit mata-mata, misalnya, bergerak sangat cepat ketika dekat dengan permukaan Bumi, bukan karena mereka didorong dengan roket yang berdaya kuat, tetapi karena orbitnya yang sangat eksentrik berada pada pengaruh Hukum Kepler.
Kepler menerbitkan kedua hukum pertamanya dalam tahun 1609. Saat itu ia mengatakan bahwa ia telah membuktikannya hanya untuk orbit Mars. Sepuluh tahun kemudian, ia memperluasnya ke semua planet yang saat itu diketahui (Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, dan Saturnus) dan menambah Hukum Ketiga yang berhubungan dengan besarnya orbit planet dengan perioda orbit siderisnya – waktu yang diperlukan planet untuk menyelesaikan satu putaran mengelilingi Matahari.
iii. Kuadrat perioda orbit planet sebanding dengan pangkat tiga sumbu setengah panjangnya.
Hukum Ketiga ini khususnya menjadi sederhana kalau kita memilih periode sideris Bumi yaitu tahun sebagai satuan waktu dan Satuan Astronomi (sa) sebagai satuan panjang. Satu Satuan Astronomi (sa) adalah setengah sumbu panjang orbit Bumi mengelilingi Matahari – pada intinya adalah jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. Seperti tahun cahaya, Satuan Astronomi adalah satuan yang dibuat untuk digunakan pada jarak yang sangat-sangat jauh yang sering dijumpai dalam astronomi. Dengan menggunakan satuan ini untuk waktu dan panjang, kita akan dapat menulis Hukum Kepler Ketiga untuk setiap planet sebagai
P2 (dalam tahun Bumi)=a3 (dalam satuan astronomi)
Dalam formula ini, P adalah perioda orbit sideris planet dan a adalah panjang setengah sumbu panjang. Hukum ini berimplikasi bahwa perioda P (dalam tahun) planet bertambah lebih cepat daripada besar orbitnya a (dalam Satuan Astronomi). Sebagai contoh, Bumi, dengan sumbu setengah panjang orbitnya 1 sa, mempunyai perioda orbit sama dengan 1 tahun Bumi. Planet Venus yang mengorbit Matahari pada jarak sekitar 0,7 sa, hanya membutuhkan 0,6 tahun Bumi – kira-kira 225 hari – untuk menyelesaikan satu putaran. Berbeda dengan Saturnus, yang jaraknya hampir 10 sa dari Matahari, memerlukan sekitar 10 tahun Bumi untuk satu kali mengorbit Matahari. Tabel IV.1 memberikan beberapa parameter fisik planet-planet dalam Tata Surya.
Bab V Tata Surya
V.1. Pemahaman Awal
Bangsa Yunani dan astronom dulu faham tentang Bulan, bintang dan lima planet – Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus – di langit malam. Mereka juga tahu tentang dua tipe lain dari benda langit yang bukan bintang atau planet. Komet tampak sebagai untaian cahaya yang panjang dengan gumpalan inti bagian kepalanya di langit malam dan tetap tampak selama perioda sampai beberapa minggu dan kemudian pelan-pelan hilang dari pandangan. Meteor atau bintang jatuh adalah li tasa tera g sesaat dari ahaya ya g erkele at eli tasi la git, biasanya, memudar dalam waktu kurang dari satu detik setelah mereka pertama tampak. Fenomena yang sekejap ini pastilah sangat akrab terhadap astronom zaman silam, tetapi peran
ereka dala potret esar Tata “urya tidak di e gerti sa pai e erapa waktu ke udia .
Pengetahuan manusia tentang hakekat dasar Tata Surya masih secara garis besar tidak berubah sejak zaman dulu sampai awal abad 17, ketika penemuan teleskop membuat pengamatan yang lebih rinci menjadi mungkin. Penemuan Galileo Galilei tentang fasa Venus dan empat bulan yang mengitari Jupiter dalam abad 17 membantu pandangan kemanusiaan tentang jagat raya selamanya.
Dengan kemajuan teknologi yang terus berlangsung, pengetahuan tentang Tata Surya meningkat dengan cepat. Astronom mulai menemukan obyek yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sebelum akhir abad 19, astronom telah menemukan cincin Saturnus (1659), planet Uranus (1758) dan Neptunus (1846), banyak satelit/bulan dari planet-planet, dan asteroid –
pla et ke il ya g e gor it Matahari, ya g se agia esar e ghu i sabuk lebar (disebut sabuk asteroid) yang terletak antara Mars dan Jupiter. Ceres, asteroid paling besar dan yang pertama terdeteksi, ditemukan dalam tahun 1801.
Berdasar hasil eksplorasi, Tata Surya kita diketahui mengandung satu bintang (Matahari), delapan planet (setelah Pluto tidak diklasifikasikan sebagai planet lagi), paling tidak 135 bulan yang mengorbit planet-planet, enam buah asteroid yang diameternya lebih besar daripada 300 kilometer, puluhan ribu asteroid, komet, myriad dengan diameter beberapa kilometer, dan meteoroids dengan besar kurang dari 100 m yang tidak terhitung jumlahnya. Daftar ini tidak diragukan lagi akan makin besar dengan terus dilakukannya eksplorasi tetangga kosmik kita. Sejak pertengahan 1990-an, astronom telah mendeteksi lebih dari 100 extrasolar planet – planet yang mengorbit bintang selain dari Matahari kita. Banyak planet baru yang ditemukan tiap tahunnya
V.2. Pengamatan Planet
Astronom Yunani kuno mengamati bahwa sepanjang malam bintang-bintang bergerak pelan-pelan melintasi langit. Selama sebulan, Bulan berpindah tempat dengan pelan dan tetap sepanjang jalurnya di langit relatif terhadap bintang-bintang, melewati siklus fasa yang kita kenal. Selama lintasan dalam setahun, Matahari bergerak maju sepanjang ekliptika pada laju yang nyaris tetap. Tetapi astronom kuno juga sadar tentang lima benda yang lain – planet Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus – yang perilakunya tidak terlalu mudah untuk dipahami.
Gambar V.1 Gerak prograde dan retrograde planet
V.3. Elongasi dan Fasa
Elongasi adalah sudut antara pusat dua benda astronomis dilihat dari pusat Bumi.Tetapi karena Bumi begitu kecil dibanding jarak antara Matahari dan planet-planet, elongasi dapat diamati dari titik mana pun di permukaan Bumi tanpa kesalahan yang berarti. Elongasi planet umumnya diambil sebagai jarak sudutnya dari pusat Matahari. Ketika elongasi sama dengan nol derajat, planet disebut sebagai berada pada konjungsi. Karena Merkurius dan Venus lebih dekat ke Matahari daripada Bumi, mereka berada pada konjungsi ketika mereka berada antara Bumi dan Matahari – ini disebut sebagai konjungsi inferior, dan ketika mereka berada di belakang Matahari, disebut sebagai konjungsi superior.
seterusnya – terangnya paling tinggi saat berada pada oposisi, yaitu ketika berjarak paling dekat dengan Bumi. Astronom kuno pun mengetahui bahwa perubahan terang planet berhubungan dengan perubahan jaraknya dari Bumi. Seperti Bulan, planet-planet tidak memancarkan cahaya sendiri, tetapi mereka bersinar oleh pantulan sinar Matahari dan, bisa disebutkan bahwa mereka tampak paling terang ketika planet-planet tersebut berada pada jarak paling dekat dengan kita.
V.4. Besaran-besaran Planet
Tabel V.1 memberikan beberapa besaran-besaran fisik dasar orbit dari delapan planet, dengan ditambah beberapa obyek Tata Surya yang lain (Matahari, Bulan, asteroid, dan komet) untuk perbandingan. Perhatikan, bahwa Matahari dengan massa lebih dari seribu kali planet yang paling massif (planet Jupiter), jelas berperan sebagai anggota yang paling dominan dari Tata Surya. Pada kenyataannya, Matahari mengandung sekitar 99,9 persen dari semua material Tata Surya. Planet-planet – termasuk planet kita sendiri – sangat tidak berarti untuk dibandingkan dengan Matahari.
V.5. Susunan Tata Surya
Dengan standar Bumi, Tata Surya luas sekali. Jarak dari Matahari ke Pluto (yang sejak tahun 2006 tidak diklasifikasi sebagai planet lagi) adalah 40 sa, hampir satu juta kali radius Bumi dan sekitar 15.000 kali jarak Bumi-Bulan. Kendati Tata Surya sangat terentang jauh, tetapi secara astronomis semua planet terletak pada jarak yang sangat dekat dari Matahari. Bahkan radius orbit Pluto kurang dari 1/1000 tahun cahaya, sementara bintang yang paling dekat dari kita jaraknya sekitar 4,3 tahun cahaya.
Planet yang paling dekat ke Matahari adalah Merkurius. Makin keluar, kita akan menemui Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus Uranus, dan Neptunus. Semua lintasannya berbentuk elips dengan Matahari berada pada salah satu fokusnya. Sebagian besar orbit planet mempunyai eksentrisitas yang kecil, dengan kekecualian pada Merkurius. Berdasar ini, sangat beralasan kalau kita anggap bahwa hampir semua orbit planet berbentuk lingkaran dengan pusat Matahari. Orbit beberapa anggota Tata Surya diilustrasikan dalam Gambar V.2.
Gambar V.2 Orbit planet
tertentu dapat berada pada daerah yang sama di langit, dikarenakan orbit mereka terletak hampir pada bidang yang sama di antariksa.
Gambar V.3 Planetary alignment.
V.6. Planet Kebumian (terrestrial) dan Planet Raksasa (Jovian)
Pada skala besar, Tata Surya menampilkan sebuah seri gerakan yang teratur. Planet-planet bergerak dalam bidang, pada lintasan eliptis orbit yang hampir konsentris dan hampir lingkaran, dalam arah yang sama mengelilingi Matahari, pada interval orbit yang secara tetap bertambah. Akan tetapi, sifat dan besaran fisis masing-masing tidak sama.
Gambar V.4 Perbandingan antar Matahari dan planet-planetnya
Karena besaran fisik dan sifat kimia Merkurius, Venus, dan Mars agak serupa dengan Bumi, empat planet paling dalam disebut sebagai planet kebumian (terrestrial planets). Planet yang lebih besar – Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus – serupa satu dengan lainnya secara kimia maupun fisik (dan sangat berbeda dari planet Bumi), diberi label planet jovian atau planet raksasa atau planet ke-Jupiteran, dengan Jupiter sebagai anggota yang paling besar dalam grup planet raksasa ini. Kata jovian datang dari Jove, nama lain untuk Dewa Romawi, Jupiter. Planet jovian semuanya jauh lebih besar daripada planet kebumian dan sangat berbeda dari mereka dalam komposisi dan strukturnya.
Keempat planet kebumian semuanya terletak di dalam jarak 1,5 sa dari Matahari. Semuanya kecil dan bermassa releatif kecil, dan semua umumnya mempunyai komposisi yang berbatu dan permukaan padat. Karakteristik lainnya adalah:
- Keempat planet kebumian mempunyai atmosfer, yang terentang dari hampir vakum pada Merkurius sampai dunia yang panas dan rapat seperti di Venus.
- Bumi sendiri mempunyai oksigen dalam atmosfer dan air cair pada permukaannya - Kondisi permukaan pada keempat planet sangat berbeda satu dari lainnya, terentang
dari daratan luas sampai daerah yang tandus, banyak berkawah seperti pada Merkurius sampai aktivitas vulkanik yang tersebar luas seperti di Venus.
- Bumi dan Mars mempunyai bulan, tetapi Merkurius dan Venus tidak.
- Bumi dan Merkurius mempunyai medan magnet yang kekuatannya dapat diukur, dengan kekuatan yang sangat berbeda, sementara Venus dan Mars tidak mempunyai. Planet-planet kebumian terletak berdekatan satu sama lain, dekat Matahari, planet-planet jovian berjauhan satu dengan lainnya di bagian Tata Surya yang lebih luar. Planet-planet kebumian kecil, padat, dan berbatu; Planet-planet jovian besar dan gaseous, terbentuk utamanya dari hidrogen dan helium (elemen paling ringan), yang sangat langka pada planet dalam. Planet kebumian mempunyai permukaan yang padat; planet jovian tidak (atmosfer mereka yang rapat menebal dengan kedalaman, yang akhirnya melebur dengan bagian interior yang cair). Planet kebumian mempunyai medan magnet yang lemah - kalau ada. Planet jovian semuanya mempunyai medan magnet yang kuat. Dari semua planet kebumian hanya tiga buah saja yang mempunyai bulan; planet jovian masing-masing mempunyai banyak bulan. Lebih jauh lagi, semua planet jovian mempunyai cincin, fitur yang tidak dikenal pada planet kebumian. Akhirnya, semua keempat planet jovian diduga mengandung bagian inti yang pada seperti Bumi yang besarnya kira-kira 10 sampai 15 kali massa Bumi.
Di bagian belakang planet jovian yang paling luar, Neptunus, terdapat satu lagi dunia kecil, yang membeku dan misterius, Pluto yang tidak memenuhi kategori planet manapun. Oleh karena itu sejak 2006 Pluto sudah tidak diklasifikasikan lagi sebagai planet. Namun ia masih ada di orbit semula yang selama ini kita kenal.
Tabel V.2 membandingkan dan membedakan beberapa besaran dan sifat fisis kunci dari tipe planet kebumian dan jovian.
Tabel V.2 Perbandingan antara Planet Kebumian dan Planet Jovian
Planet Kebumian Planet Jovian
Dekat dengan Matahari Jauh dari Matahari Beda antar orbit sempit Beda antar orbit lebar
Massa kecil Massa besar
Radius kecil Radius besar
Utamanya berbatu Utamanya ber-gas
Permukaan padat Tidak memiliki permukaan padat
Densitas tinggi Densitas rendah
Rotasi lambat Rotasi cepat
Medan magnet lemah Medan magnet kuat
Bulan sedikit Bulan banyak
V.7. Sisa Planet
Dalam ruang yang luas di antara ke delapan planet beredar bongkahan dari batu dan es yang tidak terhitung jumlahnya, yang semuanya mengorbit Matahari, dan banyak daripadanya mempunyai lintasan sangat eksentrik. Komponen akhir dari Tata Surya ini adalah kumpulan materi antarplanet – puing-puing kosmik yang terentang dengan ukuran dari asteroid yang relatif besar, sampai komet yang lebih kecil dan bahkan meteoroid yang lebih kecil lagi, sampai bulir paling kecil dari debu antar planet yang mengisi lingkungan kosmik kita.
Bab VI
Planet Anggota Tata Surya
VI.1. Merkurius
Merkurius sukar dilihat karena jaraknya yang terlalu dekat ke Matahari. Planet ini mengelilingi Matahari dengan kecepatan rata-rata 172.000 km per jam (paling tinggi di antara planet lainnya). Merkurius seperti Bulan kita. Permukaannya berkawah banyak. Kawah-kawah ini diduga hasil dari bombardemen meteorit pada planet dalam pada fasa terakhir pembentukannya. Kawah paling besar, Caloris Basin, diameternya kira-kira 1.300 km. Adanya daratan datar dan halus dari permukaannya seperti mare di permukaan Bulan kita menyarankan pernah terjadi banjir lava yang besar di zaman kuno. Terdapat tebing-tebing dengan ketinggian sampai 2 km dan panjang sampai 1500 km.
Gambar VI.1 Merkurius
VI.2. Venus
bintang pagi pada saat fajar di langit Timur. Venus bersinar sangat terang karena ia diselimuti atmosfer tebal yang memantulkan sinar Matahari yang jatuh padanya. Atmosfer tebal ini menghalangi permukaan planetnya untuk bisa dilihat.
Lebih dari 20 wahana antarikasa ber-robot milik Amerika dan Russia telah didaratkan di sana dan mengirimkan data kembali ke Bumi untuk dianalisa. Atmosfernya terdiri dari 97 persen karbon dioksida, sisanya uap air, helium, neon, argon, senyawa belerang, dan oksigen. Venus mengalami efek rumah kaca karena sinar Matahari bisa masuk ke dalam, tetapi sinar inframerah yang dipantulkan tidak bisa keluar karena terperangkap karbon dioksida sehingga temperatur permukaan tinggi sekali mencapai 482C. Gambar VI.2 memperlihatkan planet Venus.
Gambar VI.2 Venus
VI.3. Mars
ketika ia ada di arah berlawanan dari Bumi dilihat dari Matahari. Posisi ini disebut oposisi. Sebaliknya ia sukar diamati ketika berada di seberang Matahari dilihat dari Bumi. Posisi ini disebut konjungsi. Temperatur berkisar antara -123C dan -10C.
Wahana antariksa pertama yang mendarat di Mars adalah Viking Lander I yang mendarat di sana pada 20 Juli, 1976. Warna merah berasal dari tanah lempung yang kaya akan besi yang berkarat karena proses kimiawi. Batu-batuan diselimuti material lembut yang kemerah-merahan. Mars memiliki gunung api, yang beberapa darinya masih aktif. Olympus Mons adalah gunung api terbesar dalam Tata Surya. Gambar VI.3 memperlihatkan planet Mars.
VI.4. Jupiter
Jupiter diberi nama mitologi Romawi yang berarti Raja Dewa-Dewa atau penguasa Jagat Raya. Sebagai planet paling besar, pada malam hari terang Jupiter mengalahkan terang bintang atau planet-planet lain, kecuali Venus. Planet Jupiter dan Bintik Merah Besar (Great Red Spot) yang tampak pada sabuk warna warni, yang gelap dan terang, serta empat bulan (satelit) paling besar dapat dilihat dengan menggunakan teleskop kecil. Satelitnya: Io, Europa, Ganymede, dan Callisto (disebut satelit Galileo karena pertama diamati oleh Galileo) berubah polanya tiap malam bersamaan dengan revolusinya mengelilingi planet induknya. Dengan teknologi dan wahana antariksa tak berawak sekitar seratusan satelit Jupiter sudah ditemukan.
Gambar VI.4 Jupiter (disandingkan dengan Bumi).
VI.5. Saturnus
tetapi tebalnya hanya beberapa kilometer saja. Bintang-bintang dapat dilihat melalui cincin itu. Cincin Saturnus terdiri dari partikel debu yang berlapis es. Mereka bersinar karena memantulkan cahaya Matahari. Partikel yang lebih besar mungkin sisa bulan yang hancur akibat tabrakan. Atau cincin itu mungkin material yang tidak sempat menjadi bulan pada awal-awal pembentukannya.
Seperti Jupiter, Saturnus adalah bola gas berlapis majemuk yang sangat besar dengan inti iron-silicate yang relatif kecil. Ia memiliki atmosfer yang dinamis yang pepat di kutub-kutubnya karena rotasi yang cepat. Dengan interval 29,5 tahun, ketika belahan Utara Saturnus menerima panas paling banyak dari Matahari, bintik putih yang besar tiba-tiba muncul. Bintik ini yang lebarnya ribuan kilometer adalah topan gas raksasa yang muncul dari kedalaman atmosfer. Dengan massa yang sama dengan 95 massa Bumi dalam volume yang 844 kali volume Bumi, Saturnus mempunyai kerapatan rata-rata yang paling kecil di antara semua planet. Planet Saturnus akan mengapung di dalam air andaikan ada samudra yang cukup luas untuk menampungnya. Saturnus mempunyai medan magnet yang cukup kuat.
Saturnus mempunyai puluhan satelit yang sudah terkonfirmasi. Jumlah ini akan bertambah terus karena data yang dikirimkan balik ke Bumi dari Voyager masih terus dianalisa.
Gambar VI.5 Saturnus
VI.6. Uranus
Uranus adalah planet pertama yang diidentifikasi dengan menggunakan teleskop. Astronom berkebangsaan Inggris, William Herschel (1738 – 1822) menemukannya dalam tahun 1781 dengan menggunakan teleskop 150 mm yang dia buat sendiri. Asalnya planet ini akan diberi nama King George III, tetapi akhirnya nama Uranus yang dipilih yang merupakan Dewa Langit orang Yunani kuno. Uranus dengan magnitudo maksimum + 5,7 tampak seperti piringan kecil kalau dilihat dengan teleskop.
sinar Matahari. Atmosfernya memiliki awan yang bergerak dari Timur ke Barat. Uranus mempunyai magnetosfer dengan sabuk radiasi yang kuat dan emisi radio. Intensitas medan magnetnya sebanding dengan medan magnet Bumi. Planet ini dikitari oleh sebelas cincin tipis yang sempit yang gelap dan terdiri dari batuan berbalut es. Partikel cincinnya mungkin sisa satelitnya yang hancur karena tabrakan atau terkoyak karena efek gravitasi.
Gambar VI.6 Uranus
VI.7. Neptunus
Meskipun Neptunus, planet paling kecil dari planet gas raksasa, hanya menerima cahaya 3% saja dari yang diterima Jupiter, ia memiliki atmosfer yang dinamik. Angin yang paling kuat di antara planet lainnya menghembus ke arah Barat, berlawanan arah dengan arah rotasi. Bintik Gelap yang Besar (Great Dark Spot) 1989 adalah topan raksasa sebesar Bumi dengan kecepatan angin sekitar 2.000 km per jam. Medan magnetik Neptunus membuat sudut 47 dengan sumbu rotasi. Ini menandakan karakteristik aliran di dalam interior. Medan magnetik ini menyebabkan emisi radio dan aurora yang lemah. Voyager menemukan empat cincin melingkari Neptunus. Cincin-cincin ini sangat kabur dan material di dalamnya begitu halus sehingga mereka tidak bisa diungkap sepenuhnya dengan pengamatan teleskop dari Bumi. Neptunus mempunyai paling tidak delapan bulan yang sudah dikonfirmasi. Triton adalah yang terbesar dan paling menarik. Permukaan Triton mempunyai es dari methan. Pengukuran inframerah memperlihatkan adanya karbon monoksida dan karbon dioksida, dan juga es dari karbon dioksida. Enam bulan kecil yang gelap yang ditemukan Voyager 2 berada dekat ke bidang ekuator Neptunus. Mereka diberi nama mitologi Dewa Air. Proteus, yang paling besar, mempunyai diameter 420 km. Seperti cincin, bulan-bulan yang kecil ini diduga berasal dari fragmen bulan yang lebih besar yang saling bertabrakan. Gambar VI.7 memperlihatkan planet Neptunus.
VI.8. Asteroid
Asteroid atau planet kerdil (minor planet) adalah benda kecil berbatu yang bentuknya tidak beraturan yang mengorbit Matahari. Sebagian besar menghuni jalur di dalam daerah yang disebut sebagai sabuk asteroid (asteroid belt), yang terletak antara orbit Mars dengan Jupiter. Melalui teleskop, asteroid (dari bahasa Yunani yang berarti mirip bintang ta pak seperti bintang. Asteroid paling besar pertama ditemukan oleh astronom Sicilia, Giuseppi Piazi (1746 – 1826) dalam tahun 1801. Diberi nomor 1 dan diberi nama Ceres, yang besarnya 950 km. Lebih dari 30.000 asteroid telah dikatalogkan sejak itu, dan kira-kira bertambah 200 – an setiap tahunnya.
Asteroid diklasifikasikan ke dalam tiga tipe utama dengan menggunakan spectrophotometry, yaitu cara penentuan magnitudo yang akurat dalam daerah panjang gelombang tertentu. Asteroid tipe C, adalah asteroid yang terutama bersifat karbon, yang nampak sangat gelap dan biasanya berada pada sabuk asteroid bagian luar. Asteroid tipe S, adalah asteroid yang mengandung campuran silicate dan logam, yang nampak agak terang dan biasanya menghuni bagian dalam sabuk asteroid. Asteroid tipe M, adalah asteroid yang metalik dan tampak sangat terang.
Asteroid yang terang mungkin kumpulan massa yang berkondensasi dari nebula Matahari awal, tetapi tidak pernah menjadi cukup besar untuk menjadi planet. Yang paling terang, 4 Vesta, yang diameternya 530 km. Yang lebih lemah mungkin berupa fragmen yang berasal dari tabrakan yang berulang-ulang.
VI.8 Asteroid Mathilde, salah satu asteroid tipe C. Panjangnya sekitar 50 km.
VI.9. Komet
Komet yang terang selalu memukau manusia kapan pun. Tidak seperti bintang biasa, benda yang tampak seperti sapu api ini datang dan perginya tidak bisa diprediksi. Catatan tentang komet terang mundur ke abad 4 Sebelum Masehi. Dalam perjalanan sejarah masa lalu orang selalu merasa ketakutan akan datangnya komet ini yang dianggap sebagai pertanda kedatangan malapetaka, apakah bencana alam atau perang.
Istilah komet diberikan berdasar pada penampilannya. Baik bahasa Yunani, kata kometes maupun bahasa Latin, kata cometa, artinya ra ut pa ja g . Saat ia bersinar di langit, komet yang terang mempunyai kepala dengan inti yang mirip bintang, disebut nucleus, yang dikelilingi halo yang terang yang disebut coma, dan ekor panjang yang bersinar. Intinya berukuran beberapa kilometer. Coma bisa memanjang sampai 100.000 km atau lebih. Ekornya bisa memanjang jutaan kilometer ke dalam ruang antariksa.
Milyaran komet mungkin mengorbit jauh di pinggiran Tata Surya kita, tetapi kita tidak bisa melihat mereka dari Bumi. Mereka bersinar di langit hanya kalau mereka melintas dekat Matahari. Ketika komet masih jauh di pinggiran Tata Surya ia hanya berupa nucleus. Bentuk dan permukaannya tidak beraturan. Nucleus terutama berupa es dari air dan gas lain yang membeku bercampur partikel batu atau logam, es dari air dan gas lain yang membeku bercampur partikel batu atau logam. Kerapatan dan gravitasi permukaannya rendah.
Dengan mendekatnya komet dari pinggiran Tata Surya ke beberapa ratus juta kilometer dari Matahari, ia memanas. Gasnya menyublim dan lepas ke ruang antariksa dengan debu dari permukaannya. Gravitasi komet terlalu lemah untuk menarik kembali gas dan debu yang lepas. Mereka mengembang keluar ribuan kilometer sekeliling nucleus, membentuk coma. Komet bersinar karena gas berflourisensi dan debunya memantulkan sinar Matahari.
Ketika komet bergerak mendekati Matahari, ekornya yang terdiri dari gas mulai mengembang dan debunya lepas dari nucleus. Tekanan radiasi dari Matahari mendorong partikel debu keluar. Komet terus bergerak, ekor debu melengkung di belakangnya. Ekor komet itu sangat tipis sehingga kita bisa melihat bintang di belakangnya melalui ekor itu. Molekul dan atom netral berlanjut mengembang keluar dari nucleus sampai mereka terionisasi. Awan hidrogen sekeliling nucleus komet Halley tumbuh sampai besarnya beberapa ratus ribu kilometer.
Dengan makin tingginya kecepatan komet saat makin mendekati Matahari, nasibnya sangat tidak bisa diprediksi. Pancaran gas dan debu yang kuat dari nucleus bisa mengubah gerak orbitnya. Andai komet masih utuh waktu mengitari Matahari, ia akan meneruskan pengembaraannya kembali ke angkasa luar yang dingin. Beberapa material tertinggal di belakang dan sisanya membeku kembali. Coma dan ekornya menghilang. Beberapa komet berpapasan dengan Matahari begitu dekatnya sehingga mereka tercerai-berai. Kadang-kadang ada yang langsung menghujam Matahari dan habis riwayatnya.
perioda revolusi yang panjang - antara 200 hingga jutaan tahun - dengan orbit yang hampir parabolik.
Jika komet melintas dekat planet raksasa, khususnya Jupiter, ia akan dipengaruhi gravitasi yang kuat dari planet itu. Kemudian komet itu bisa menghujam planet itu, atau keluar dari Tata Surya, atau berubah menjadi komet dengan perioda yang relatif pendek mengitari Matahari dalam orbit yang eliptis.
Astronom telah mengkatalogkan sekitar 150 komet perioda pendek atau komet periodik, yang mempunyai perioda revolusi mengelilingi Matahari dari beberapa tahun atau beberapa puluh sampai 200 tahun. Mereka secara periodik muncul terang di langit setiap mereka mendekati Matahari. Yang paling terkenal dan konsisten terang terus adalah komet Halley, yang telah diamati untuk 30 kali melewati perihelionnya sejak 240 SM. Gambar VI.9 menunjukkan bagaimana penampilan komet ketika mendekati Matahari.
VI.10. Meteor dan Hujan Meteor
Apakah a da per ah e oho sesuatu ketika elihat bintang jatuh ? Kilata ahaya itu sama sekali bukan bintang. Mereka adalah meteor, kilatan cahaya yang terjadi karena meteoroid memasuki atmosfer Bumi dengan kecepatan sampai 72 km per detik. Gesekan dengan udara membakar partikel kecil ini ketika mereka berada pada ketinggian antara 60 sampai 110 km dari permukaan Bumi. Pada langit gelap yang cerah kita akan bisa menyaksikan enam meteor per jam tiba-tiba berkelebat di langit. Meteoroid yang besar bisa menghasilkan meteor yang luar biasa terangnya – disebut sebagai bola api (fire-ball). Yang paling besar bisa bertahan sebagian, dan sampai ke Bumi.
Pada beberapa tanggal yang telah diprediksi setiap tahun kita bisa melihat banyak meteor seperti diguyurkan dari langit. Penampilan meteor seperti ini disebut hujan meteor atau meteor shower. Hujan meteor berhubungan erat dengan komet. Mereka terjadi ketika Bumi, yang bergerak sepanjang orbitnya menyebrangi sekumpulan meteoroid yang tertinggal di belakang sebuah komet.
Meteorit dibagi ke dalam tiga tipe utama: (1) Meteorit besi yang mengandung sekitar 90% besi, (2) Meteorit besi-batu yang mengandung besi, nikel, dan silicate, (3) Meteorit batu yang mengandung silicate yang tinggi, dan hanya 10% massanya adalah besi dan nikel.
Bab VII Matahari
Matahari adalah bintang yang paling dekat ke Bumi. Ia memasok cahaya, panas, dan energi untuk kehidupan. Zaman kuno orang menyembah Matahari sebagai dewa pemberi kehidupan. Beberapa nama yang diberikan kepada Matahari antara lain Aton, Apollo, Helios, dan Sol. Ilmuwan sekarang mempelajari Matahari. Ia sangat penting untuk segala yang ada di Bumi dan kunci untuk memahami bintang yang jauh yang tidak dapat diamati secara rinci.
Energi total Matahari sangat besar. Luminositas Matahari, L
, besarnya 3,85 10
26
watt. Energi Matahari praktis tidak akan ada habis-habisnya. Besar energi Matahari yang jatuh pada atmosfer luar Bumi per detik, disebut konstanta Matahari (solar constant), adalah 1.400 watt/m2. Besar energi ini sama dengan besar pasokan panas dan cahaya dalam seminggu yang tersedia dari semua cadangan minyak, batu bara, gas alam yang ada di Bumi. Perubahan dari keluaran energi dari Matahari mempengaruhi iklim, atmosfer, dan cuaca di Bumi, dan begitu juga sistem transmisi dan komunikasi modern.
Jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari, disebut satuan astronomi (astronomical unit), adalah kira-kira 150 juta km. Matahari adalah bola gas yang sangat besar. Radiusnya (R) sekitar 690.000 km. Dari Bumi, diameter sudut Matahari kira-kira 32, hampir sama dengan diameter sudut Bulan. Penampakan yang sama ini bisa terjadi karena jarak Matahari 400 kali lebih jauh daripada jarak Bulan.
Teori Nebula yang pertama kali diusulkan oleh filsuf Immanuel Kant (1724 – 1804), mengatakan bahwa Matahari dan planet-planetnya terbentuk bersama-sama dari awan gas dan debu antar bintang vyang berotasi, disebut nebula Matahari (solar nebula), sekitar 5 milyar tahun yang lalu. Nebula Matahari berkondensasi menjadi Matahari yang baru terbentuk, dikelilingi oleh piringan gas dan debu yang akan menjadi planet-planet, bulan-bulan, dan benda anggota Tata Surya lainnya. Matahari memuat lebih dari 99% massa Tata Surya dan mempunyai gaya gravitasi yang menahan planet-planet tetap mengitarinya.
sekitar 5.800 K, tempat asal energi dipancarkan ke ruang antariksa. Lapisan kedua adalah kromosfer (chromosphere), dari bahasa Yunani ya g erarti bola warna , adalah lapisan tipis yang merentang sekitar 10.000 km diatas fotosfer. Ia biasanya tampak dari Bumi hanya saat Gerhana Matahari Total. Semakin ke arah luar temperatur bertambah tinggi dan mencapai rata-rata 15.000 K. Terakhir adalah corona, dari bahasa Latin ya g erarti mahkota , adalah atmosfer yang paling luar tepat di atas kromosfer adalah bagian interior Matahari. Temperatur dan kerapatan menaik semakin ke dalam dari permukaan. Jauh di dalam temperatur naik menjadi 15 juta K, tekanannya sekitar 200 milyar atmosfer, kerapatannya lebih dari 100 kali air. Intinya adalah pembangkit tenaga tempat reaksi fusi nuklir menghasilkan energi Matahari. Di dalam sini, hidrogen berfusi menjadi helium.
Bintik Matahari (sunspot) adalah daerah kecil pada fotosfer Matahari yang terang, yang tampak agak gelap dan relatif dingin. Mereka biasanya muncul dalam kelompok dua atau lebih. Bintik Matahari berlangsung antara beberapa jam sampai beberapa bulan. Mereka tampak gelap karena temperaturnya yang relatif dingin dibanding sekitarnya, yaitu sekitar 4.200 K. Pada suatu saat lebih dari 300 bintik Matahari tampak pada piringan Matahari. Jumlah bintik Matahari secara teratur meningkat ke jumlah maksimum dan turun ke minimum dalam siklus 11 tahunan, yang disebut sebagai siklus bintik Matahari (sunspot cycle).
Aktivitas Matahari yang lain adalah letupan Matahari (solar flare), yaitu letupan material atau kilatan cahaya yang dahsyat yan
