Planet-planet dan planet-planet luar Rosa M. Ros, Hans Deeg

(1)

Planet-planet dan

planet-planet luar

Rosa M. Ros, Hans Deeg

International Astronomical Union

Universidad Politécnica de Cataluña, España Instituto de Astrofísica de Canarias, España

(2)

Tujuan



Memahami arti nilai-nilai numerik yang

terdapat pada tabel data tentang

planet-planet di Tata Surya



Memahami karakteristik utama sistem planet

(3)

Sistem Tata Surya

Kita mencari model-

model yang memberikan

informasi, dan bukan

hanya tentang seni dan

kerajinan tangan

(4)

Tentang Isi

Kita

ingin

model-model dengan muatan

ilmiah dan menam-

pilkan beberapa

hal kongkrit

(5)

Model jarak planet-planet ke

matahari

Merkurius 57 900 000 km 6 cm 0,4 AU Venus 108 300 000 km 11 cm 0,7 AU Bumi 149 700 000 km 15 cm 1,0 AU Mars 228 100 000 km 23 cm 1,5 AU Jupiter 778 700 000 km 78 cm 5,2 AU Saturnus 1 430 100 000 km 143 cm 9,6 AU Uranus 2 876 500 000 km 288 cm 19,2 AU Neptunus 4 506 600 000 km 450 cm 30,1 AU

(6)

Model diameter

Matahari

1 392 000 km

139,0 cm

Merkurius

4 878 km

0,5 cm

Venus

12 180 km

1,2 cm

Bumi

12 756 km

1,3 cm

Mars

6 760 km

0,7 cm

Jupiter

142 800 km

14,3 cm

Saturnus

120 000 km

12,0 cm

Uranus

50 000 km

5,0 cm

Neptunus

45 000 km

4,5 cm

(7)

Model diameter

T-shirt dengan diameter

planet-planet dalam skala

(8)

Diameter dan jarak ke matahari

Matahari _{1 392 000 km} _25,0cm Merkurius _{4 878 km} _{57 900 000 km} _0,1cm _{10 m} Venus 12 180 km 108 300 000 km 0,2 cm 19 m Bumi 12 756 km 149 700 000 km 0,2 cm 27 m Mars 6 760 km 228 100 000 km 0,1 cm 41 m Jupiter 142 800 km 778 700 000 km 2,5 cm 140 m Saturnus _{120 000 km 1 430 100 000 km} _{2,0 cm 250 m} Uranus 50 000 km 2 876 500 000 km 1,0 cm 500 m Neptunus _{45 000 km 4 506 600 000 km} _{1,0 cm 800 m}

Biasanya di halaman sekolah hanya dapat

mencapai Mars

(9)

Model diameter dan jarak di

(10)

Model di kota

(Barcelona)

Matahari Mesin cuci Puerta Instituto Mercurius Telur ikan Puerta Hotel Diplomatic Venus Kacang polong Pasaje Méndez Vigo Bumi Kacang polong Entre Méndez Vigo y Bruc Mars Butiran lada Paseo de Gracia

Jupiter jeruk Calle Balmes

Saturnus Jeruk keprok Pasaje Valeri Serra Uranus Kacang berangan Calle Entenza Neptunus Kacang berangan Estación de Sans

(11)

(12)

Model waktu



c = 300 000 km/dt

Waktu yang diperlukan cahaya dari bulan ke bumi adalah :

t = jarak EM / c = 384 000 km / 300 000 km/dt = 1,3 dt

Bagaimanakah

suatu percakapan

antara

planet-planet dengan

"video” ?

(13)

Sinar matahari memerlukan waktu...ke

Merkurius

57 900 000 km

3,3 menit

Venus

108 300 000 km

6,0 menit

Bumi

149 700 000 km

8,3 menit

Mars

228 100 000 km

12,7 menit

Jupiter

778 700 000 km

43,2 menit

Saturnus

1 430 100 000 km

1,32 jam

Uranus

2 876 500 000 km

2,66 jam

Neptunus

4 506 600 000 km

4,16 jam

(14)

Matahari dilihat dari planet-planet



a

= tan

a

= jari-jari matahari / jarak ke

matahari = 700 000/150 000 000 = 0,0045 radian

= 0,255

°

(15)

(16)

Massa Jenis

Matahari _{1,41 g/cm3} _{Belerang (1,1-2,2)} Merkurius _{5,41 g/cm3} _{Pirit (5,2)} Venus _{5,25 g/cm3} _{Pirit (5,2)} Bumi _{5,52 g/cm3} _{Pirit (5,2)} Mars _{3,90 g/cm3} _{Sulfida (4,0)} Jupiter _{1,33 g/cm3} _{Belerang (1,1-2,2)}

Saturnus _{0,71 g/cm3} _{Kayu pinus (0,55)}

Uranus _{1,30 g/cm3} _{Belerang (1,1-2,2)} Neptunus _{1,70 g/cm3} Tanah liat (1,8-2,5)

(17)

Model Perataan



Potonglah strip karton berukuran

35 x 1 cm.



Lekatkan strip tersebut pada tongkat

silindris yang panjangnya 50 cm dan

diameternya 1 cm, biarkan ujung

bawah strip tidak dilekatkan ke batang

sehingga strip dapat bergerak

sepanjang tongkat.



Putar tongkat di antara tangan Anda

dengan cepat dalam satu arah dan arah

lainnya. Gaya sentrifugal akan

mengubah bentuk pita karton sama

seperti mengubah bentuk planet.

(18)

Perataan

Planet

(jari-jari equator – jari-jari polar )/ jari-jari equator Merkurius

_0,0

Venus

_0,0

Bumi

_0,0034

Mars

_0,005

Jupiter

_0,064

Saturnus

_0,108

Uranus

_0,03

Neptunus

_0,03

(19)

Model Periode Orbital



Lekatkan suatu benda pada salah satu

ujung tali dan pegang tali pada ujung

yang lain. Putarlah tali di atas kepala

Anda.



Jika Anda memanjangkan tali,

dibutuhkan waktu lebih lama untuk

menyelesaikan suatu periode orbit



Jika Anda you memendekkan tali,

dibutuhkan waktu lebih sedikit

untuk menyelesaikan suatu periode

orbit

(20)

Data orbital bumi

Laju sudut

w

=2

p

/T

= 2

p

/(365 x 24 x 60 x 60) = 0,000000199 radian/dt



2 p

/(365 x 24) = 0,000717 radian/jam

Laju orbit rata-rata v =

w

R

= 0,000000199 x 150 x 10

6

_{= 29,78 km/dt}

= 0,000717 x 150 x 10

6

_{= 107589 km/jam}

( Laju orbit rata-rata dari matahari mengelilingi pusat galaxy adalah 220 km/dt atau 800000 km/jam ).

(21)

Data orbital

Planet Periode orbital (hari) Jarak dari matahari (km) Laju rata-rata orbital (km/dt) Laju rata-rata orbital (km/jam) Mercurius _87,97 _{57,9 10}6 _47,.90 ₁₇₂₄₄₀ Venus 224,70 108,3 106 _35,.02 ₁₂₆₀₇₂ Bumi 365,26 149,7 106 29,.78 107208 Mars 686,97 228,1 106 24,08 86688 Jupiter 4331,57 778,7 106 13,.07 47052 Saturnus 10759,22 1 430,1 106 9,69 34884 Uranus 30799,10 2 876,5 106 _6,81 ₂₄₈₇₆ Neptunus _60190,00 _{4 506,6 10}6 _5,43 ₁₉₅₅₈

(22)

Model gravitasi permukaan



Gravitasi permukaan, F = GM m/d

2

, dengan

m = 1, d = R. Jadi g = GM/R

2

_{, dengan}

M = 4/3

p

R

3

r



Dengan substitusi diperoleh : g =

4/3 p

G

R

r

(23)

Gravitasi permukaan

Planet- planet Jari-jari Equator Massa Jenis Perhitung an gravitasi Gravitasi Riel Merkurius _{2439 km} _{5,4 g/cm3} _0,378 _{3,70 m/dt2} _0,37 Venus 6052 km 5,3 g/cm3 0,894 8,87 m/dt2 0,86 Bumi 6378 km 5,5 g/cm3 1,000 9,80 m/dt2 1,00 Mars 3397 km 3,9 g/cm3 0,379 3,71 m/dt2 0,38 Jupiter 71492 km 1,3 g/cm3 2,540 23,12 m/dt2 2,36 Saturnus 60268 km 0,7 g/cm3 1,070 8,96 m/dt2 0,91 Uranus 25559 km 1,2 g/cm3 0,800 8,69 m/dt2 0,88 Neptunus 25269 km 1,7 g/cm3 1,200 11,00 m/dt2 1,12 Bulan 1,62 m/dt2 0,16

(24)

Model “dampak kawah”

 Tutupi lantai dengan kertas koran untuk

mencegah lantai menjadi kotor.

 Dalam suatu kotak, buatlah lapisan

tepung setinggi 1 atau 2 cm dengan saringan untuk membuat permukaan yang sangat halus

 Buatlah lapisan beberapa milimeter dari

bubuk cocoa di atas tepung dengan saringan

 Dari ketinggian sekitar 2 m, jatuhkan

sesendok makan bubuk kakao untuk membuat tanda seperti kawah

 Tepung yang digunakan dapat didaur

(25)

Kecepatan melepaskan diri



Jarak e = ½ at

2

+ v

₀

t



Kelajuan

v = a t + v

₀



Di permukaan v

₀

= 0, a = g dan e = R, jadi

R = ½ gt

2

_{dan v = gt.}

Dengan menghilangkan t, maka kecepatan

melepaskan diri

(26)

Kecepatan melepaskan diri

Planet Jari-jari equator Gravitasi permukaan Kecepatan me-lepaskan diri Merkurius 2 439 km 0,378 4,3 km/dt Venus 6 052 km 0,894 10,3 km/dt Bumi 6 378 km 1,000 11,2 km/dt Mars 3 397 km 0,379 5,0 km/dt Jupiter 71 492 km 2,540 59,5 km/dt Saturnus 60 268 km 1,070 35,6 km/dt Uranus 25 559 km 0,800 21,2 km/dt Neptunus 25 269 km 1,200 23,6 km/dt

(27)

Peluncuran roket



Kertas karton



Tabung tempat film/obat



¼ obat effervescent

(28)

(29)

Sistem-sistem planet di

luar tata surya

(30)

Tahun1995 Michael Mayor dan Didier

Queloz mengumumkan penemuan

suatu planet luar Pegasi 51 yang

mengorbit

2M1207b directly imaged (ESO)

(31)

Metode-metode yang digunakan

untuk menemukan planet-planet luar

Banyak metode yang digunakan, misalnya :

•

Kecepatan jari-jari atau Efek Doppler

•

Metode Transit

(32)

Lebih dari 2000 planet luar telah dikonfirmasi

sampai hari ini

Massa dari planet-planet di luar tata surya yang

sudah ditemukan sering dibandingkan dengan

massa Jupiter (1,9 x 10

27

_{kg) atau mirip dengan}

bumi

* Keterbatasan teknis

(33)

Sebuah huruf ditambahkan

setelah nama bintang pusat

dimulai dengan "b"

untuk planet pertama yang

ditemukan di sistem

( mis 51 Pegasi b).

Name-nama planet luar

Planet-planet berikutnya diberi nama berdasarkan abjad : c, d, e, f, dll

(34)

Nama planet Jarak rata-rata AU Periode Orbit Hari Massa media Mj atau Mt Ditemukan tahun Perkiraan diameter Km Ups And b 0,059 4,617 0,69 Mj 1996 124000 Ups And c 0,83 241,5 1,98 Mj 1999 176000 Ups And d 2,51 1274,6 3,95 Mj 1999 221000 Gl 581 e 0,030 3,149 1,9 Mt 2009 16000 Gl 581 b 0,041 5,368 15,65 Mt 2005 32000 Gl 581 c 0,073 12,932 5,36 Mt 2007 22000 Kepler-62 b 0,0553 5,714 <0,03 2013 16800 Kepler-62 c 0,0929 12,441 <0,013 2013 6800 Kepler-62 d 0,120 18,164 <0,044 2013 24000 Kepler-62 e 0,427 122,387 <0,113 2013 20000 Kepler-62 f 0,718 267,291 <0,11 2013 18000

(35)

Menentukan diameter-diameter dari

planet-planet luar



Merupakah hal yang umum untuk mengasumsikan

bahwa

massa jenis planet-planet luar adalah sama dengan

massa jenis Jupiter atau bumi



Karena massa jenis

r

= m/V, the massa m diketahui

dan volume bola V adalah V = 4/3

p

R

3

_{, maka jari-jari}

adalah

3

________

(36)

Penghitungan massa bintang pusat



Hukum Ketiga dari Kepler

a^3/ P^2

= konstan



Dengan satuan yang dipilih

MS = 0.0395 10

-18

_a

3

_{/ P}

2

Dengan

a adalah jarak dari orbit

satelit (dalam km)

P adalah periode revolusi

satelite (hari) dan

MS adalah

massa dari bintang pusat (dalam massa tata

surya )

misalnya ádalah mungkin untuk menghitung massa bintang pusat dan Ups Dan dan Gl 581 dalam massa tata surya (hasilnya seharusnya 1,3 dan 0,3 massa tata surya)

Planet Fomalhaut b (dalam kotak) dengan cahaya yang disebarkan

(37)

Skala yang sesuai adalah :

jarak

1 AU = 1 m

Diameter 10 000 km = 0,5 cm

.

Dalam kasus ini, semua planet luar dapat ditempatkan dalam suatu ruang kelas yang biasa dan lima planet pertama dari sistem tata surya kita (termasuk Jupiter) dapat

ditampilkan. Jika kegiatan ini dilakukan di luar kelas (misalnya di halaman sekolah) Anda dapat membangun suatu model yang lengkap.

(38)

Kita dapat membangun(sistem tata surya):

Jarak 1AU = 1m Diameter 10000 km = 0,5 cm

Sistem

Tata Surya

Jarak

AU

Diameter

km

Model

Jarak

Model

Diameter

Merkurius

0,39

4879

40 cm

0,2 cm

Venus

0,72

12104

70 cm

0,6 cm

Bumi

1 12756

1m

0,6 cm

Mars

1,52

6794

1,5 m

0,3 cm

Jupiter

5,2

142984

5 m

7 cm

Saturnus

9,55

120536

10 m

6 cm

Uranus

19,22

51118

19 m

2,5 cm

Neptunus

30,11

49528

30 m

2,5 cm

(39)

Kita dapat membangun

(Sistem planet-planet luar pertama yang

ditemukan ) :

Upsilon

Andromeda

Jarak

AU

Diameter

km

Model

Jarak

Model

Diameter

Ups And b

0,059

124000

6 cm

Ups And c

0,83

176000

83 cm

9 cm

Ups And d

2,51

221000

2,5 m

11 cm

(40)

Kita bisa membangun

(Sistem dengan planet-planet "terestrial” /

”daratan”) :

Gliese 581 Jarak

AU

Diameter

km

Model

Jarak

Model

Diameter

Gl.581 e

0,030

16000

3 cm

0,8 cm

Gl.581 b

0,041

32000

4 cm

1,5 cm

Gl.581 c

0,073

22000

7 cm

1 cm

Jarak 1 AU = 1m Diameter 10000 km = 0,5 cm

(41)

Kemungkinan kelayakhunian dari

(42)

Kita dapat membangun

( planet-planet"terestrial” yang lain ):

Kepler 62

_Jarak

AU

Diameter

km

Model

Jarak

Model

Diameter

Kepler-62 b 0,0553 16800 5,5 cm 0,8 cm Kepler-62 c 0,0929 6800 9 cm 0,3 cm Kepler-62 d 0,12 24000 12 cm 1,2 cm Kepler-62 e 0,427 20000 43 cm 1 cm Kepler-62 f 0,718 18000 72 cm 10,9 cm

(43)



Di zona yang dapat dihuni di sistem tata surya h

anya ada

3 planet yang dapat dihuni : venus , bumi dan mars

( tetapi Venus terlalu panas dikarenakan efek rumah

kaca dan Mars mungkin memiliki beberapa

kehidupan micro sangat dasar )

.

 _{Zona yang dapat dihuni di Kepler-62 : Jangkauan jarak dimana sedikitnya}

untuk beberapa kondisi atmosferik, dua planet ini bisa memiliki air cair di permukaannya, mungkin benar-benar menutupi mereka. Untuk Kepler-62e, yang terletak di dekat jangkauan lebih dalam dari zona yang dapat dihuni, ini akan membutuhkan suatu awan reflektif yang mengurangi radiasi yang

memanaskan permukaan. Sebaliknya, Kepler-62f terletak di zona lebih luar dari zona yang dapat dihuni.