EarthSci

Minggu ke-2 Pengantar Ilmu dan Teknologi Kebumian KU1284

BUMI & ALAM SEMESTA

EarthSci

–Teori terjadinya Alam Semesta, Tata Surya, dan Bumi

–Bumi sebagai bagian dari tata surya

–Geometri Bumi

Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 4

Perspektif 1: Dari kita ke alam raya

Hubble Deep Field 1996

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA - Institut Teknologi Bandung, 2008

Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian

Perspektif 2: Dari Saturnus ke kita dicuplik dr presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA - Institut Teknologi Bandung, 2008

Planet Bumi

Pembentukan Tata Surya Nama astronomi berasal dari kata Yunani : αστρου, yang artinya benda

dilangit (heavenly body).

Bintang, benda langit yang memancarkan cahaya sendiri, kumpulan bintang disebut galaksi.

Bintang terdekat dengan bumi adalah matahari, termasuk dalam galaksi Bima Sakti.

Skema hipotesis kabut : Kabut matahari berbentuk piringan yang berputar lambat dan memadat – putaran terus menerus, terjadi bentuk dasar matahari dan sebagian massa kabut terlepas dan berbentuk gelang yang lambat laun membentuk gumpalan yang memadat menjadi planet, lihat gambar 2.

Skema hipotesis kabut. (a) kabut matahari berbentuk lingkaran, (b) bentuk matahari yang dikelilingi planet.

Selain hipotesis kabut yang dikemukakan oleh Laplace (1796) berdasarkan peneliti Kant (1755), juga ada hipotesis lain, misalnya :

a. Hipotesis planetisimal dikemukakan oleh Chamberlain dan Moulton (1905) : diduga sebuah bintang yang berpapasan dengan Matahari secara cepat dapat menimbulkan perpecahan. Pecahan massa terbesar menarik massa yang lebih kecil sehingga akhirnya berderet gumpalan massa yang membentuk tata surya.

b. Hipotesis bintang ganda (double star) dikemukakan oleh Lytton (1930). Dalam galaksi ada bintang tunggal dan bintang berpasangan. Dalam pembentukan tata surya kita, matahari mempunyai diameter lebih kecil dari pada pasangannya. Ketika bintang raksasa pasangan meledak maka materi ledakan yang kecil tertarik oleh matahari membentuk planet. Jadi materi planet berasal dari ledakan bintang pasangan yang terlontar.

EarthSci

KEJADIAN ALAM SEMESTA

Adanya ledakan (Big Bang ) yang di ruang angkasa

Pembentukan bintang-bintang

Ledakan Supernova

Kondensasi Solar Nebula

Terbentuknya Chondrules & Solar Nebula

EarthSci BIG BANG THEORY

KEJADIAN ALAM SEMESTA

EarthSci

KEJADIAN ALAM SEMESTA

Tahapan pembentukan Tata Surya :• Awan Solar Nebular terbentuk dari Supernova• Perputaran awan menghasilkan kontraksi karena gravitasi membentuk cakram• Pembentukan cincin planet menggitari pusat (Matahari)• Matahari ternbentuk dan Cincin-2 terkondensasi membentuk Planet

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 12

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 13

A Star is Born!Bintang-bintang pertama lahir saat umur alam semesta ratusan juta tahun

Loeb 2006Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA – Institut Teknologi Bandung, 2008

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 14

SUPERNOVAAkhir periode radiatiftermonuklir bintang

• Pengkayaan unsur kimia• Gelombang kejut• Magnetohidrodinamika

rumit

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA – Institut Teknologi Bandung, 2008

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 15

Alam semesta memuai dan mendingin

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA – Institut Teknologi Bandung, 2008

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 16

Jaringan galaksi

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA – Institut Teknologi Bandung, 2008

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 17

Diagram Hubble Alam Semesta Mengembang Semakin Cepat ?

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA – Institut Teknologi Bandung, 2008

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 18

Galaksi dalam berbagai bentuk warna dan ukuran

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA – Institut

Teknologi Bandung, 2008

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 19

Manusia di antara yang terkecil dan yang

terbesar

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA –

Institut Teknologi Bandung, 2008

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 20

Dicuplik dr Presentasi P. W. Premadi Astronomi - FMIPA –

Institut Teknologi Bandung, 2008

EarthSci

KEJADIAN ALAM SEMESTA

PEMISAHAN PLANET DALAM & LUARPlanet dalam berubah dengan hilangnya unsur gasPlanet luar yang besar tetap terdiri dari unsur gas hidrogen dan helium

Bumi dan Alam Semesta Tata Surya : model geosentris, dikembangkan oleh Ptolemaeus (150 TM).

Bumi sebagai pusat alam semesta sedangkan bintang, matahari dan planet lain mengitari bumi.

Tahun 1543, terjadi revolusi ilmiah besar-besaran oleh Copernicus (1473 – 1543) yang mengganti model geosentris menjadi heliosentris, kemudian disempurnakan oleh Kepler (1571 – 1630).

Tata Surya terdiri dari benda-benda angkasa dengan matahari sebagai pusatnya (heliosentris) : planet dengan satelitnya (Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus dan Pluto), asteroid, komet dan meteorid.

Pertemuan Astronomi Int di Praha (Eropa) pada tahun 2007, Pluto dikeluarkan dari planet karena massanya kecil (densitasnya dan volumenya kecil), digolongkan sebagai asteroid

Catatan : meteor meteorit

meteorid atmosfer

bumi

meteorid : benda angkasameteor : bintang jatuhMeteorit : meteorid yang tidak habis terbakar

Tempatnya jatuhnya meteor di Amerika Serikat

(diameter +/- 10 km)

Model heliosentris

EarthSci

BUMI & SISTEM TATA SURYA

Terrestrial Planets: Mercury – Venus – Earth – Mars, Giant Planets: Jupiter – Saturn – Uranus – Neptune, and Pluto (not fit either category).

Asteroid Ribuan planet-planet kecil (D < 800 km) yang orbitnya

terletak antara orbit Mars – Jupiter, beberapa asteroid orbitnya menyimpang.

Orbit asteroid

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 31

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 32

Tabel 1.Jarak rata-rata planet – matahari dan periode revolusinya

Planet Jarak Planet – Matahari (SA)

Periode revolusi planet

Merkurius 0,39 88,0 hari

Venus 0,72 225,0 hari

Bumi 1,00 365,3 hari

Mars 1,52 687,0 hari

Jupiter 5,20 11,9 tahun

Saturnus 9,54 29,5 tahun

Uranus 19,19 84,0 tahun

Neptunus 30,07 164,0 tahun

Pluto 39,52 248,0 tahun

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 34

Data table comparing characteristics of the Nine Planets and the Sun.

Mean Distance from the sun(10^6M)

Radius(10^6M)

Average Density(kg/m^3)

Mean Temperatures(K)

Number of Moons

Sun 0 1410 Varies 9

Mercury

58 244 5430 623 0

Venus 108 605 5250 750 0

Earth 150 638 5520 273 1

Mars 228 340 3950 294 2

Jupiter 778 7190 1330 163 16

Saturn 1427 6020 690 93 18

Uranus 2871 2540 1290 57 15

Neptune

4497 2475 1640 57 8

Pluto 5914 160 2030 50 1

Hukum Gravitasi Universal Newton

221

r

mmGF =

r

vmF

2p=

Menjelaskan bulan tidak jatuh ke bumi, dan bumi serta planet lain tidak Menjelaskan bulan tidak jatuh ke bumi, dan bumi serta planet lain tidak jatuh ke matahari.jatuh ke matahari.

Gaya tarik dua benda :Gaya tarik dua benda :

(1)(1) Gaya sentrifugal planet dengan kecepatan v :Gaya sentrifugal planet dengan kecepatan v :

(2)(2)

Orbit planet dianggap lingkaranOrbit planet dianggap lingkaran

Dari (1) dan (2) : Dari (1) dan (2) : (3)(3)

mm11 = M : massa matahari, m = M : massa matahari, m22 = m = mpp : massa planet : massa planet

Gaya tarik bertindak sebagai gaya sentripetalGaya tarik bertindak sebagai gaya sentripetal Arti fisis (3) :Arti fisis (3) :

vv22 ~ 1/r ~ 1/r gerak planet cepat jika mendekat matahari (sesuai hukumgerak planet cepat jika mendekat matahari (sesuai hukum

Kepler 2).Kepler 2).

Jika V = 0, maka gaya sentrifugal = 0, tetapi gaya tarik Jika V = 0, maka gaya sentrifugal = 0, tetapi gaya tarik ≠≠ 0, sehingga 0, sehingga

planet jatuh ke matahariplanet jatuh ke matahari

r

GMV =

r

m1 m2F

Matahari Salah satu bintang dari kumpulan milyardan bintang dalam Salah satu bintang dari kumpulan milyardan bintang dalam

galaksi Bima Sakti.galaksi Bima Sakti. Bintang terdekat bumi; dengan jarak 1 SA, 1 SA = 150 juta km Bintang terdekat bumi; dengan jarak 1 SA, 1 SA = 150 juta km

(jarak rata-rata bumi – matahari)(jarak rata-rata bumi – matahari) Jarak bumi – Alpha Centuri (bintang terdekat kedua adalah Jarak bumi – Alpha Centuri (bintang terdekat kedua adalah

270.000 SA.270.000 SA. Satuan jarak antar bintang dinyatakan dalam :Satuan jarak antar bintang dinyatakan dalam :

1 tahun cahaya : jarak yang ditempuh cahaya 1 tahun1 tahun cahaya : jarak yang ditempuh cahaya 1 tahun = 365,3 x 24 x 60 x 60 s x 3 x 10 = 365,3 x 24 x 60 x 60 s x 3 x 1088 m/s m/s

= 9,5 x 10= 9,5 x 101212 km km

1 parsek = 3,1 x 101 parsek = 3,1 x 101313 km = 3,26 tahun cahaya km = 3,26 tahun cahaya Jari-jari matahari = 7 x 10Jari-jari matahari = 7 x 1055 km = 109 x jari-jari bumi km = 109 x jari-jari bumi Massa matahari = 1,99 x 10Massa matahari = 1,99 x 103030 kg = 333.400 x massa bumi kg = 333.400 x massa bumi Densitas (massa jenis) matahari = 1,41 gcmDensitas (massa jenis) matahari = 1,41 gcm-3-3 = ¼ x densitas rata- = ¼ x densitas rata-

rata bumirata bumi

Migrasi Tahunan (Gerak Semu) Matahari Gerak semu matahari akibat rotasi dan revolusi bumi yang

dibatasi oleh garis lintang 23,50 U disebut tropis Cancer atau garis balik utara dan 23,50 S disebut tropis Capricorn atau garis balik selatan.

Posisi matahari di ekuator disebut ekinoks atau hari kulminasi terjadi pada tanggal 21 Maret dan 23 September. Pada jam 12.00 sinar matahari tegak lurus ekuator, sinar matahari menyinggung KU dan KS, lingkaran terang membagi garis lintang tempat sama besar, sehingga lamanya siang dan malam hari sama 12 jam diseluruh tempat di bumi.

Posisi matahari pada lintang 23,50 U pada tanggal 22 Juni disebut solstis musim panas atau 23,50 S pada 22 Desember disebut solstis musim dingin BBU. Lingkaran terang tidak membagi garis lintang sama besar kecuali di ekuator sehingga lamanya siang tidak sama dengan malam kecuali di ekuator.

EarthSci

TERBENTUKNYA BUMI

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 39

Planet Bumi dan Bulan

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 40

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 41

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 42

Konsep Bumi Ukuran bumi terbatas, kemampuan menopang kehidupan

terbatas, penduduk bertambah terus, sumber daya alam renewable (dapat diperbaharui) mengalami kerusakan parah, sumber daya alam non renewable terus berkurang dan kerusakan alam terus meningkat → Ilmu dan Teknologi Kebumian sangat penting : S1, S2, S3 FITB – ITB.

Bumi sebagai bawang, terdiri dari lapisan-lapisan dari pusatnya sampai puncak atmosfer. Bumi Indonesia terdiri dari atmosfer, hidrosfer, litosfer dan kriosfer (Puncak Jaya Wijaya).

Ukuran bumi : Radius polar = 6357 km, radius ekuator = 6378 km dan radius rata-rata = 6371 km.

Perbandingan keliling lingkaran dengan diameternya = π = 3,1416. Luas bumi = 4πR2 ~ 510 juta km2. Volumenya = 4/3 πR3 = 1,08 x 1012 km3. Massa bumi = 5,98 x 1024 kg, dan densitasnya = 5,52 g/cm3.

10/27/13 Peng Ilmu dan Teknologi Kebumian 44

Gambar 5. EkinoksGambar 5. Ekinoks

terang gelapterang gelap

Gambar 6a. Solstis Gambar 6a. Solstis musim panas BBUmusim panas BBU

Gambar 6b. Solstis Gambar 6b. Solstis musim dingin BBUmusim dingin BBU

Gambar 7. Sudut jatuh dan insolasi : Insolasi A > B > C

Kecepatan Revolusi Bumi Jika massa matahari = 1,99 x 1030 kg dan jarak rata-rata

matahari – bumi = 1 SA = 150 juta km, maka kecepatan revolusi bumi :

Dibuka Pengantar ITB, V = 107800 km/j. Kecepatan revolusi bumi sebesar ini diperlukan agar bumi tidak terseret jatuh ke matahari.

2211 kgNm10x6,67G,r

GMV −−==

110

19

30-11

ms150

10x1,99x6,67ms

10x150

10x1,99x10 x 6,67V −− ==

161919

ms10x890ms10x0,89ms15

10 x 13,2733V −−− ===

1113 ms30.000~ms29830~ms10x29,83V −−−=

km/jam108000~km/jam107388V =

Komet

disebut juga bintang berekor. Komet mempunyai orbit elip tetapi eksentrisitasnya sangat besar, sehingga komet hanya dapat dilihat jika berada diperihelion dan kemudian menghilang.

Komet terdiri dari ekor dan kepala. Karena ada gaya dorong matahari oleh radiasi dan angin matahari (solar wind), maka ekor komet selalu menjauhi matahari.

Yang terkenal adalah komet Halley, ditemukan oleh Halley tahun 1705.

Munculnya komet sering dikaitkan dengan malapetaka di Bumi. Komet Halley yang muncul di London pada bulan Maret 1997, dikaitkan dengan bunuh dirinya 39 anggota Sekte di Amerika (Koran PR).

Komet Halley

10/27/13

Ikuticahaya itu

hingga ke ujung dunia

TIMELINE BENTUK BUMI

Bentuk bumi seperti bola ?

ERATOSTHENES (c. 250 BC)

skeliling ×

θ

=360

217 ′=θ

stadias 4400=

meterstadia 160 1 ≈

θ= sradius

MenurutEratosthenes :

DIMENSI BUMI: TIMELINE

Eratosthenes (230 SM) : 6317 km

Posidonius (100 SM) : 5675 km

Khalifah Al-Mamum (900 M) : 7000 km

Snellius (1600 M) : 6160 km

Sekarang : 6371 km

Radius Bola Bumi :

Kosasih Prijatna, 2005

Dimensi ellipsoid

Beberapa Ellipsoid ReferensiThn. Nama a (m) b (m) 1/f

1830 Airy 6377563 6356257 299.3251830 Everest 6377276 6356075 300.8021841 Bessel 6377397 6356079 299.1531866 Clarke 6378206 6356584 294.978 1907 Helmert 6379200 6356818 298.3001909 Hayford 6378388 6356912 297.0001927 NAD-27 6378206.4 6356912 294.97869821948 Krassovsky 6378245 6356863 298.3001960 WGS-60 6378165.0 6356783.3 298.31966 WGS-66 6378145 6356760 298.251967 GRS-67 6378160.0 6356774.5 298.2471674271972 WGS-72 6378135.0 6356751 298.261980 GRS-80 6378137.0 6356752 298.2572221011984 WGS-84 6378137.0 6356752 298.257223563

Kosasih Prijatna, 2005

Apakah GEOID ?

Gauss (1828), Listing (1873) mengajukankonsep bentuk matematis bumi: GEOID

Geoid adalah bidang ekipotensialgayaberat bumi yang berimpitdengan permukaan laut ‘ideal’

Ellipsoid = pendekatan untuk geoid

Realisasi: geoid dianggap palingmendekati mean sea level (MSL)secara global

Kosasih Prijatna, 2005

G E O I D

Kosasih Prijatna, 2005

GEOID INDONESIA dari EGM-96

Perbedaan antar Model Bumi

Topografi - geoid

Geoid – ellipsoid (geosentrik)

Ellipsoid – bola (geosentrik)

10000

100

10000

Deviasi maks. (m)

Hasanuddin Z. Abidin, 2001

Topografi, Ellipsoid, Geoid

θ

verticaldeflection