Kamera Inframerah Kinerja Mutakhir Ti400, Ti300, dan Ti200 ...
Wawasan Mutakhir Tata Surya
description
Transcript of Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Wawasan Mutakhir Tata SuryaEtty Jaskarti
Alma Nuradnan Pramudita
-
KATA PENGANTAR
Alhamdu lillah buku Wawasan Mutakhir Tata Surya telah selesai.
Bagaimanapun tanpa berbagai kemudahan dari Allah, tidak mungkin
buku ini dapat selesai.
Buku ini merupakan peralihan antara ensiklopedia dan buku pelajaran.
Isinya sengaja dibuat lebih berat dari ensiklopedia untuk menegaskan
fakta bahwa astronomi merupakan bagian dari ilmu fisika. Pertimbangan
penegasan ini yaitu belum banyak diketahuinya kondisi belajar dan pola
pikir ilmu astronomi. Pun isi buku ini sengaja dibuat lebih ringan dari buku
pelajaran karena astronomi, sebagai ilmu tersendiri, tidak diajarkan di
sekolah menengah.
Meskipun penalaran matematika dan fisika dalam buku ini boleh jadi
membuat dahi berkerut, namun semoga buku ini justru menjadi hiburan
menantang bagi siswa sekolah menengah atas.
Semoga buku ini bermanfaat. Saran dan kritik akan sangat diperlukan
untuk menambah manfaat buku ini.
Bandung, 25 Juli 2011
Penulis
Wawasan Mutakhir Tata Surya i
-
DAFTAR ISI
Kata Pengantar i
Daftar Isi ii
Daftar Gambar v
Daftar Tabel viii
BAB I. PENDAHULUAN 1
BAB II. PLANET DI TATA SURYA 3
A. Tata Surya dan Karakteristiknya 3
1. Matahari Sebagai Pusat Tata Surya 3
2. Anggota Tata Surya 4
a. Matahari 4
b. Planet 6
1) Merkurius 6
2) Venus 8
3) Bumi 10
4) Mars 11
5) Jupiter 12
6) Saturnus 13
7) Uranus 15
8) Neptunus 16
B. Klasifikasi Planet 17
C. Tugas Bab II 20
ii Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
BAB III. HUKUM KEPLER DAN HUKUM NEWTON 21
A. Hukum Kepler 21
1. Hukum I Kepler 21
2. Hukum II Kepler 22
3. Hukum III Kepler 22
B. Hukum Gravitasi Universal 24
C. Penerapan Hukum Gravitasi Universal 29
D. Percepatan Gravitasi Bumi 33
E. Hubungan Hukum Newton dan Hukum III Kepler 35
F. Tugas Bab III 38
BAB IV. WAWASAN MUTAKHIR TATA SURYA 39
A. Asteroid 37
1. Sabuk Asteroid 38
2. Asteroid Trojan 42
3. Near Earth Asteroid (NEA) 43
B. Komet 45
C. Sabuk Kuiper 49
D. Planet Kerdil 51
1. Sejarah Penemuan Pluto 52
2. Kelompok Baru Tempat Pluto 54
E. Awan Oort 56
F. Tugas Bab IV 60
BAB V. PENGUMPULAN DATA ASTRONOMI 61
A. Pencatatan Posisi Benda Langit 59
1. Sistem Koordinat Horizon 59
Wawasan Mutakhir Tata Surya iii
-
a. Deklinasi Magnetik 62
2. Sistem Koordinat Ekuatorial 65
B. Gerak Semu Planet dan Bintang 68
C. Teleskop 70
D. Fotometri 74
E. Spektroskopi 77
F. Tugas Bab V 84
GLOSARIUM 85
DAFTAR PUSTAKA
iv Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1. Perbandingan jarak dan ukuran planet-planet. 3
Gambar II.2. Foto Matahari. 5
Gambar II.3. Foto permukaan Matahari. 5
Gambar II.4. Foto Merkurius. 7
Gambar II.5. Foto Caloris Basin. 7
Gambar II.6. Foto permukaan Venus dalam gelombang radio. 9
Gambar II.7. Foto Venus dalam sinar tampak. 9
Gambar II.8. Foto Bumi. 10
Gambar II.9. Perbandingan ukuran planet-planet kebumian. 10
Gambar II.10. Foto Mars. 11
Gambar II.11. Foto Kawah Victoria, Cape Verde. 12
Gambar II.12. Foto Jupiter. 13
Gambar II.13. Foto Bintik Merah Jupiter. 13
Gambar II.14. Foto Saturnus. 14
Gambar II.15. Foto badai Saturnus. 14
Gambar II.16. Foto Uranus. 16
Gambar II.17. Foto cincin dan awan Uranus. 16
Gambar II.18. Foto Neptunus. 17
Gambar II.19. Foto badai Neptunus. 17
Gambar II.20. Posisi planet terhadap Bumi. 19
Gambar III.1. Anatomi elips. 22
Gambar III.2. Ilustrasi Hukum II Kepler. 22
Gambar III.3. Instrumen Henry Cavendish. 28
Gambar III.4. Resultan gaya gravitasi. 30
Gambar III.5. Sudut siku-siku Matahari, Bulan, Bumi. 31
Wawasan Mutakhir Tata Surya v
-
Gambar IV.1. Foto Ceres. 41
Gambar IV.2. Foto Ida dan Dactyl. 41
Gambar IV.3. Ilustrasi model kerapatan sabuk asteroid. 42
Gambar IV.4. Ilustrasi sebaran asteroid. 42
Gambar IV.5. Ilustrasi titik-titik Lagrange. 45
Gambar IV.6. Ilustrasi orbit NEA. 46
Gambar IV.7. Potret komet Halley. 47
Gambar IV.8. Inti komet Tempel 1. 47
Gambar IV.9. Anatomi komet. 49
Gambar IV.10. Ilustrasi sabuk Kuiper. 52
Gambar IV.11. Plat foto penemuan Pluto. 55
Gambar IV.12. Plat foto penemuan Charon. 56
Gambar IV.13. Foto Pluto dan tiga satelitnya. 56
Gambar IV.14. Ilustrasi sistem Pluto-Charon. 57
Gambar IV.15. Ilustrasi ukuran awan Oort. 58
Gambar IV.16. Ilustrasi ukuran awan Oort. 59
Gambar V.1. Ilustrasi sudut ketinggian. 62
Gambar V.2. Sudut ketinggian dua objek yang berbeda. 62
Gambar V.3. Ilustrasi sudut azimut. 63
Gambar V.4. Sudut azimut dua objek yang berbeda. 63
Gambar V.5. Arah pengukuran sudut azimut. 63
Gambar V.6. Pengukuran sudut azimut menggunakan kompas. 63
Gambar V.7. Variasi posisi kutub utara magnet Bumi. 63
Gambar V.8. Konvensi tanda deklinasi magnetik. 65
Gambar V.9. Peta deklinasi magnetik. 66
Gambar V.10. Program prediksi deklinasi dari NOAA. 67
Gambar V.11. Ekuinoks dan titik balik Matahari. 68
vi Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar V.12. Ilustrasi sistem koordinat ekuatorial. 69
Gambar V.13. Orientasi pengamat terhadap ekuator. 70
Gambar V.14. Orientasi ekuator terhadap pengamat. 71
Gambar V.15. Garis edar Matahari pada 21 Desember. 72
Gambar V.16. Bayangan nyata pada lensa cembung. 73
Gambar V.17. Bayangan maya pada lensa cembung. 74
Gambar V.18. Sistem optik dengan dua lensa cembung. 75
Gambar V.19. Foto gugus Pleiades. 77
Gambar V.20. Penentuan intensitas piksel foto bintang. 78
Gambar V.21. Spektrum langit. 79
Gambar V.21. Ilustrasi spektrum kontinu benda hitam. 80
Gambar V.22. Warna lava. 80
Gambar V.23. Pembentukan garis emisi dan serapan. 81
Gambar V.24. Nebula planet M 57. 82
Gambar V.24. Korona Matahari. 82
Gambar V.24. Spektrograf sederhana. 83
Wawasan Mutakhir Tata Surya vii
-
DAFTAR TABEL
Tabel II.1. Kala rotasi, kala revolusi, dan jarak planet. 6
Tabel III.1. Hubungan percepatan gravitasi dengan ketinggian. 33
Tabel III.2. Percepatan gravitasi beberapa tempat di Bumi. 34
Tabel IV.1. Perbandingan jarak planet dari Matahari. 39
Tabel IV.2. Tahun penemuan dan massa asteroid. 40
Tabel IV.3. Sumbu semimayor komet. 51
viii Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
BAB I
PENDAHULUAN
Banyak kalangan yang senang pada dunia astronomi. Namun sering bagi
yang belum pernah mendalami astronomi, Tata Surya merupakan
lingkungan terbesar yang dapat dibayangkan. Ini lazim karena ukuran
dalam kehidupan sehari-hari jauh lebih kecil dari ukuran di Tata Surya.
Dapat dengan mudah dibayangkan sejauh apa 1.000 km itu, namun tidak
selalu mudah membayangkan sejauh apa 8 menit cahaya itu.
Dalam buku ini, dibahas Tata Surya, yang merupakan lingkungan
terdekat di luar atmosfer Bumi. Biasanya dalam buku teks sekolah
menengah, materi astronomi disajikan sebagai penambah wawasan saja.
Pembahasan paling dalam biasanya seputar fase Bulan, jarak planet dari
Matahari, periode revolusinya, pembentukan Tata Surya, atau komet.
Pada permulaan buku ini, hanya disajikan wawasan seputar Matahari
dan planet. Kemudian, aliran informasi ini segera diikuti dengan paparan
matematis tentang hukum-hukum di Tata Surya.
Baik menyenangkan maupun tidak, kajian matematis menimbulkan
kepenatan. Kepenatan ini diredakan dengan wawasan mutakhir tentang
Tata Surya. Bahasannya yaitu anggota Tata Surya selain Matahari dan
planet. Termasuk di dalamnya yakni status baru Pluto dan lingkungan
terluar Tata Surya. Dua hal tadi cukup ramai dikaji seiring dengan makin
canggihnya teknologi penginderaan. Akhirnya sebagai penutup buku ini,
disajikan sejumlah hal terkait pengumpulan data dalam astronomi.
Pendahuluan 1
-
Berikut poin-poin bahasan dalam buku ini.
Planet di Tata Surya: Matahari dan planet, temperatur lingkungan
planet, kala revolusi, kala rotasi, klasifikasi planet
Hukum Kepler dan Hukum Newton: Hukum Kepler, alur pemikiran
Hukum Gravitasi Universal, contoh kasus terkait gaya gravitasi,
gaya gravitasi dan gaya berat, gaya gravitasi dan percepatan
gravitasi
Wawasan Mutakhir Tata Surya: ragam kelompok asteroid, anatomi
komet, orbit komet, sabuk Kuiper, planet kerdil, status mutakhir
Pluto, awan Oort
Pengumpulan Data Astronomi: koordinat benda langit, variasi gerak
semu benda langit, bayangan pada lensa, fotometri, sistem
magnitudo bintang, spektroskopi, penentuan jenis unsur pada
bintang
Meskipun tidak memuat materi kalkulus, selain sedikit materi limit pada
akhir buku, penalaran matematika dan fisika dalam buku ini
membutuhkan kompetensi akademik setingkat sekolah menengah atas.
2 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
BAB II
PLANET DI TATA SURYA
A. Isi Tata SuryaSistem Tata Surya merupakan kumpulan benda langit yang terdiri atas
Matahari, planet, planet kerdil, asteroid, komet, serta meteoroid, yang
semuanya mengitari Matahari akibat gaya gravitasi.
Gambar II.1. Perbandingan jarak dari Matahari dan
ukuran planet di Tata Surya. (NASA/JPL)
1. Matahari Sebagai Pusat Tata SuryaMatahari merupakan pusat Tata Surya. Bumi yang hanyalah satu dari
anggota Tata Surya. Pun Matahari hanya satu dari jutaan bintang yang
ada di Galaksi.
Planet di Tata Surya 3
-
Sebagai bintang, Matahari sama saja dengan bintang-bintang lain.
Karena jauh lebih dekat ke Bumi dibandingkan bintang-bintang lain,
Matahari tampak seperti piringan cahaya besar. Bintang-bintang lain
sangat jauh dari Bumi sehingga hanya tampak sebagai titik-titik cahaya.
2. Anggota Tata SuryaSemua anggota Tata Surya beredar mengitari Matahari, atau berevolusi,
dalam lintasan elips. Akibatnya, anggota Tata Surya pada suatu waktu
berada pada titik terdekat dan pada waktu lain berada pada titik terjauh
dari Matahari. Titik terdekat dengan Matahari disebut perihelion,
sedangkan titik terjauhnya disebut aphelion. Laju revolusi anggota Tata
Surya tidak tetap. Di dekat dekat perihelion, kelajuannya lebih besar
dibandingkan dengan di dekat aphelion. Bentuk orbit, laju revolusi, serta
hubungan antara ukuran orbit dan kala revolusi dirangkum dalam Hukum
Kepler.
a. Matahari
Matahari merupakan bintang terdekat dari Bumi. Jarak rata-rata Bumi
dari Matahari yaitu 149.600.000 km. Jarak ini dijadikan rujukan satu
satuan astronomi (SA: Satuan Astronomi atau AU: Astronomical Unit).
Matahari merupakan pusat gerak anggota Tata Surya. Gaya gravitasi
Matahari menjadikan semua planet beredar mengitari Matahari, dan
demikian juga benda-benda lainnya, seperti asteroid dan komet. Matahari
sendiri berotasi dengan arah sesuai arah rotasi sebagian besar planet
dan satelit.
4 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar II.2. Foto Matahari.
Nampak letupan plasma Matahari,
yang cukup besar dibandingkan
jari-jari Matahari. (NASA/ESA)
Gambar II.3. Foto permukaan
Matahari, diambil menggunakan
wahana Hinode. (JAXA/NASA)
Periode rotasi ekuator Matahari yaitu sekitar 34 hari, sedangkan rotasi
kutubnya butuh waktu sekitar 27 hari. Perbedaan itu disebabkan wujud
gas Matahari. (Sebenarnya, materi di Matahari berwujud plasma, bukan
gas. Meskipun demikian dalam banyak kasus, dapat dianggap materi di
Matahari berwujud gas.) Matahari bukanlah bintang yang besar.
Letaknya yang lebih dekat dari Bumi dibandingkan bintang-bintang
lainnya menjadikan Matahari tampak seperti bola besar bercahaya,
sedangkan bintang-bintang lainnya tampak seperti titik bercahaya.
Panas dan cahaya Matahari berasal dari reaksi fusi, yaitu penggabungan
inti hidrogen menjadi helium pada suhu dan tekanan yang sangat tinggi.
Suhu di pusat Matahari sekitar 35.000.000 C. Panas ini merambat dari
Planet di Tata Surya 5
-
dalam ke luar bola Matahari. Suhu di permukaan Matahari sekitar 6.000
C. Panas inilah yang dipancarkan ke ruang angkasa hingga akhirnya
mencapai permukaan Bumi.
b. Planet
Sampai saat ini, dikenal delapan planet yang mengelilingi Matahari, yaitu
Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus.
Planet-planet tersebut tidak memancarkan cahaya sendiri, tetapi
memantulkan cahaya Matahari. Kata planet berasal dari bahasa Yunani,
yaitu planetei, yang artinya pengembara. Namanya demikian karena
kedudukan planet terhadap bintang-bintang pada bola langit tidak tetap.
Selain mengitari Matahari, planet juga berotasi pada sumbunya. Periode
revolusi dan rotasi setiap planet dapat dilihat dalam tabel II.1.
Tabel II.1. Delapan planet yang Mengelilingi Matahari.
planet kala rotasi
(hari)
kala revolusi
(hari)
rerata jarak ke
Matahari (juta km)
Merkurius 58,6 88 57,9
Venus 243 224,7 108,23
Bumi 23,9 365,25 150
Mars 24,6 687 228
Jupiter 9,8 11,9 778
Saturnus 10,2 29,5 1.427
Uranus 10,8 84 2.870
Neptunus 15,6 164,8 4.497
1) Merkurius
6 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Merkurius berdiameter 4.878 km dan merupakan planet terdekat dari
Matahari. Jarak rata-rata Merkurius-Matahari yaitu 57,9 juta km. Karena
ukuran dan kedekatannya dengan Matahari, planet ini sulit diamati dari
Bumi jika tanpa teleskop. Merkurius dapat diamati sebagai titik terang di
dekat cakrawala timur sebelum Matahari terbit atau di dekat cakrawala
barat sesudah Matahari terbenam. Laju revolusinya mencapai 48 km/s
dan kala revolusinya 88 hari Bumi.
Gambar II.4. Foto Merkurius.
Nampak banyak kawah tumbukan. (NASA/Johns Hopkins University Applied
Physics Laboratory/Carnegie Institution of
Washington)
Gambar II.5. Caloris Basin, satu
daerah di permukaan Merkurius,
dipotret menggunakan wahana
Mariner 10. (NASA)
Meskipun Merkurius memiliki permukaan yang mirip Bulan, namun
struktur dalamnya lebih menyerupai Bumi. Diperkirakan bahwa Merkurius
Planet di Tata Surya 7
-
sebagian besar juga terdiri atas besi dan unsur-unsur berat seperti di
Bumi. Keadaan cuaca di Merkurius sangat kering dan panas pada bagian
siang, serta hampir tanpa udara. Intensitas sinar Matahari di
permukaannya tujuh kali lebih kuat dibandingkan di permukaan Bumi.
Atmosfer Merkurius sangat tipis dan tidak menyerap banyak sinar
Matahari. Dampaknya yaitu suhu siang hari di Merkurius mencapai 427
C, sedangkan suhu malam hari mencapai -173 C. Tipisnya atmosfer
Merkurius juga menyebabkan langit Merkurius gelap sehingga mungkin
bintang-bintang terlihat di siang hari.
2) VenusVenus dikenal sebagai kembaran Bumi karena ukuran keduanya hampir
sama. Diameter Venus 12.100 km, atau 644 km lebih kecil dari diameter
Bumi. Jarak terdekat Venus dari Bumi yaitu 41,4 juta km, lebih dekat dari
jarak terdekat Mars dari Bumi (55,7 juta km). Jarak Venus-Matahari
sekitar 108 juta km. Venus mengitari Matahari dalam 225 hari. Dilihat dari
Bumi, Venus merupakan benda langit paling terang setelah Matahari dan
Bulan. Kala rotasi Venus sangat lama, yaitu 243 hari. Tidak seperti Bumi
dan planet lain yang arah rotasinya sama dengan arah revolusinya, arah
rotasi Venus berlawanan dengan arah revolusinya (retrograde).
Para geolog mengalami kesulitan mempelajari permukaan Venus karena
terhalang awan tebal. Dengan radar pada wahana ruang angkasa
Venera, Pioneer, dan Magellan, informasi tentang permukaan Venus
dapat diperoleh. Permukaan Venus sangat kering dan panas. Tidak ada
zat cair pada permukaan Venus akibat tingginya temperatur, yang
menyebabkan semua cairan menguap.
8 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar II.6. Permukaan Venus,
dipotret dalam sinar radio dan
ditampilkan dalam warna sintetik. (NASA)
Gambar II.7. Venus dalam sinar
tampak. Permukaannya tidak
terlihat karena sinar tampak tidak
dapat menembus atmosfernya
yang kedap. (NASA/Ricardo Nunes)
Atmosfer Venus lebih tebal dari atmosfer planet kebumian lain. Penyusun
utama atmosfernya adalah karbondioksida serta sejumlah kecil nitrogen
dan uap air. Tekanan atmosfer Venus diperkirakan mencapai 90 kali
tekanan atmosfer Bumi. Temperatur lapisan paling atas Venus sekitar 13
C, namun temperatur permukaannya 462 C, lebih panas dibandingkan
permukaan planet lainnya. Tingginya suhu permukaan Venus merupakan
akibat efek rumah kaca. Energi sinar Matahari masuk dan ditahan oleh
molekul-molekul udara di Venus; awan tebal dan atmosfer Venus
menjadi penjebak energi sinar Matahari.
Planet di Tata Surya 9
-
3) BumiBumi merupakan planet tempat manusia hidup, satu-satunya planet yang
diketahui memiliki kehidupan sampai saat ini. Bumi merupakan planet
kelima terbesar, dengan diameter kira-kira 13.000 km (lima kali diameter
Pluto, yang merupakan planet kerdil, dan 1/11 kali planet Jupiter, yang
merupakan planet terbesar). Bumi berada pada jarak kira-kira 150 juta
km dari Matahari. Jarak ini disebut satu satuan astronomi (SA). Suhu
rata-rata permukaan Bumi 14 C. Hanya planet Bumi yang atmosfernya
memiliki cukup oksigen untuk mendukung kehidupan.
Gambar II.8. Foto Bumi. (NASA)
Gambar II.9. Perbandingan ukuran
Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars. (NASA)
Bumi mengitari Matahari dalam waktu 365 hari, 6 jam, 9 menit, 10 detik
dan menempuh jarak 958 juta kilometer. Waktu yang diperlukan Bumi
untuk sekali berevolusi disebut satu tahun Bumi. Pada orbitnya, Bumi
bergerak dengan kelajuan rata-rata 107,2 km/jam. Kala rotasi Bumi yaitu
23 jam, 56 menit, dan 4 detik, yang disebut sebagai satu hari Bumi.
10 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
4) MarsMars merupakan satu-satunya planet yang permukaannya dapat dilihat
dengan jelas menggunakan teleskop di permukaan Bumi. Mars berwarna
kemerahan karena tanahnya banyak mengandung oksida besi. Jarak
rata-rata Mars-Matahari yaitu 227,9 juta km. Diameter Mars diperkirakan
6.796 km, sedikit lebih dari setengah diameter Bumi. Kala revolusi Mars
687 hari dan kala rotasinya 24 jam 37 menit, sedikit lebih lama dari
periode rotasi Bumi.
Bentang alam permukaan Mars mirip dengan Bumi, dengan gunung,
ngarai, gurun, dan es di kedua kutubnya, walaupun tumbuhan dan
binatang tidak dapat hidup di Mars. Suhu permukaan Mars jarang lebih
dari 0 C. Diperkirakan jutaan tahun yang lalu, Mars memiliki air berwujud
cair dalam jumlah besar, namun saat ini, dipastikan tidak ada lagi aliran
air di permukaan Mars.
Gambar II.10. Foto Mars. Nampak
permukaan, awan, dan kutub Mars. (NASA/JPL)
Planet di Tata Surya 11
-
Gambar II.11. Kawah Victoria, Cape Verde, satu daerah di Mars,
dipotret menggunakan wahana pendarat Opportunity. (NASA/JPL/Cornell University)
Atmosfer Mars lebih tipis dari atmosfer Bumi. Atmosfer Mars sebagian
besar terdiri atas karbondioksida, dengan sejumlah kecil nitrogen, argon,
oksigen, karbonmonoksida, neon, kripton, dan xenon. Atmosfer Mars
juga mengandung uap air dalam jumlah yang sangat sedikit. Tekanan
atmosfer Mars sangat kecil, kurang dari 1/100 tekanan atmosfer Bumi.
Suhu permukaan Mars lebih rendah dari suhu permukaan Bumi karena
Mars lebih jauh dari Matahari. Di dekat khatulistiwa, suhunya dapat
setinggi 25 C, tetapi di kutub suhunya dapat serendah -123 C.
5) JupiterJupiter merupakan planet terbesar di Tata Surya. Diameternya mencapai
142.984 km, lebih dari 11 kali diameter Bumi. Jarak Jupiter-Matahari
sekitar 778,3 juta km. Jupiter merupakan bola besar gas dan cairan,
dengan sedikit padatan. Permukaannya berupa awan kemerahan,
membentuk barisan mengikuti garis lintang. Kala revolusi Jupiter 4.333
hari, atau hampir 12 tahun. Jupiter berotasi dengan periode 9 jam 55
menit, paling cepat di antara planet di Tata Surya. Atmosfer Jupiter terdiri
12 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
atas 86% hidrogen, 14% helium, dan gas organik seperti metana dan
amonia.
Gambar II.12. Foto Jupiter. Di kiri
bawah, nampak bayangan Eropa,
salah satu satelit Jupiter. Bintik Merah,
sistem badai Jupiter, terlihat di kanan. (NASA/JPL/University of Arizona)
Gambar II.13. Bintik Merah,
sistem badai di Jupiter,
dipotret menggunakan
wahana Voyager 1. (NASA)
Suhu awan teratas Jupiter diperkirakan -140 C, dan suhu mencapai 21
C pada lapisan yang tekanan atmosfernya sepuluh kali tekanan
atmosfer Bumi. Suhu pusat Jupiter bahkan jauh lebih tinggi dari suhu
permukaan Matahari, yakni mencapai 24.000 C.
6) SaturnusSaturnus merupakan planet terbesar sesudah Jupiter. Jarak Saturnus-
Matahari sekitar 1.429,4 juta km. Ciri khas Saturnus yaitu cincin di
sekelilingnya. Cincin ini merupakan kumpulan partikel es. Planet lain
yang juga memiliki cincin yaitu Jupiter, Uranus, dan Neptunus, walaupun
tidak secerah cincin Saturnus.
Planet di Tata Surya 13
-
Cincin Saturnus terbagi menjadi tiga lapisan. Lebar lapisan terluar sekitar
16.990 km. Antara cincin luar dan cincin tengah terdapat ruang kosong
yang lebarnya sekitar 5.000 km. Cincin dalam berjarak sekitar 11.265 km
dari permukaan Saturnus. Cincin Saturnus pertama kali ditemukan oleh
astronom Italia, Galileo Galilei, pada awal tahun 1600. Dengan teleskop
kecilnya, Galileo mengira cincin tersebut satelit. Baru tahun 1656
menggunakan teleskop yang lebih besar, Christian Huygens dapat
melihat dengan lebih jelas struktur cincin Saturnus. Dihipotesiskan
awalnya cincin Saturnus merupakan kumpulan satelit yang kemudian
pecah. Pecahannya menyebar mengelilingi Saturnus sehingga dari jauh
tampak seperti cincin melingkar.
Gambar II.14. Foto Saturnus,
dipotret dengan wahana Cassini. (NASA/JPL/STScI)
Gambar II.15. Daerah terang
pada foto merupakan badai
yang menyapu Saturnus. (NASA/JPL/STScI)
14 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Diameter Saturnus sekitar 120.540 km, hampir sepuluh kali diameter
Bumi. Saturnus dapat dilihat dari Bumi dengan mata telanjang, walaupun
cincinnya tidak akan terlihat. Kala revolusi Saturnus 29,5 tahun dan kala
rotasinya 10 jam 39 menit. Suhu awan teratas Saturnus diperkirakan
-178 C.
7) UranusUranus merupakan planet terjauh yang masih dapat dilihat dari Bumi
tanpa teleskop, walaupun sangat redup. Letaknya sedemikian jauh dari
Bumi sehingga intensitas sinar Matahari yang dipantulkan ke Bumi
sangat kecil. Jarak rata-rata Uranus-Matahari yaitu 2.875 juta km.
Cahaya memerlukan waktu 2 jam 40 menit untuk menempuh jarak
sejauh ini. Diameter Uranus 51.118 km, lebih dari empat kali diameter
Bumi. Atmosfer atasnya berupa awan metana hijau-biru.
Kala revolusi Uranus lebih dari 84 tahun, sedangkan kala rotasinya 17
jam 14 menit. Awan atau atmosfer Uranus berotasi lebih cepat dari rata-
rata rotasi keseluruhan massa Uranus. Sumbu rotasi Uranus sangat
miring sehingga seolah-olah Uranus menggelinding pada lintasan
orbitnya.
Atmosfer Uranus tersusun oleh 83% hidrogen, 15% helium, 2% metana,
sejumlah kecil etana, dan gas-gas lain. Tekanan atmosfer di Uranus
diperkirakan 1,3 kali tekanan atmosfer Bumi. Suhu atmosfer Uranus
sekitar -214 C. Makin ke dalam, suhu naik dengan cepat dan
diperkirakan mencapai 7.000 C di intinya.
Planet di Tata Surya 15
-
Gambar II.16. Foto Uranus. Titik
terang di kanan adalah Ariel, salah
satu satelit Uranus; bayangannya
nampak di lapisan awan Uranus. (NASA/STScI)
Gambar II.17. Cincin dan
awan Uranus terlihat jelas,
dipotret menggunakan
teleskop Hubble. (NASA/ESA/M. Showalter)
8) NeptunusMeskipun berdiameter sekitar 49.100 km, hampir empat kali diameter
Bumi, Neptunus tidak dapat lagi dilihat dari Bumi tanpa teleskop. Jarak
Neptunus-Matahari 4.504,3 juta km, sekitar 30 kali jarak Bumi-Matahari.
Kala revolusi Neptunus 165 tahun. Neptunus berotasi dengan periode 16
Jam 7 menit. Laju rotasi awan Neptunus mencapai 1.100 km/jam.
16 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar II.18. Foto Neptunus.
Nampak Bintik Gelap, sistem
badai di Neptunus. Atmosfer
Neptunus termasuk yang paling
aktif di Tata Surya. (NASA)
Gambar II.19. Beberapa sistem
badai di Neptunus, dipotret
menggunakan wahana Voyager 2. (NASA/Tim Voyager 2)
Neptunus terdiri atas hidrogen, helium, air dan silikat. Silikat merupakan
mineral penyusun kerak Bumi, meskipun permukaan Neptunus tidak
padat seperti Bumi. Awan tebal selalu menyelimuti permukaan Neptunus.
B. Klasifikasi PlanetPlanet di Tata Surya dapat diklasifikasikan menjadi kelompok berikut.
1. Planet Dalam dan Planet Luar. Planet dalam berada di sebelah
dalam sabuk asteroid dan planet luar berada di sebelah luarnya.
Yang termasuk planet dalam yaitu Merkurius, Venus, Bumi, dan
Mars, sedangkan yang termasuk planet luar yaitu Jupiter,
Saturnus, Uranus, Neptunus.
Planet di Tata Surya 17
-
2. Planet Terestrial (Kebumian) dan Planet Jovian (Raksasa Gas).
Kelompok planet terestrial meliputi Merkurius, Venus, Bumi, dan
Mars, yang semuanya memiliki permukaan padat. Planet Jupiter,
Saturnus, Uranus, dan Neptunus termasuk kelompok planet
raksasa, yang semuanya diselubungi gas tebal.
3. Planet Inferior dan Planet Superior. Acuan pembagian ini yaitu
Bumi. Yang termasuk planet inferior yakni Merkurius dan Venus,
sedangkan planet superior yaitu Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus,
dan Neptunus. Digunakan istilah inferior dan superior untuk
merujuk pada jaraknya dari Matahari dilihat dari permukaan
Bumi. Pada bola langit, planet inferior tidak akan jauh dari
Matahari, sementara planet superior dapat sangat jauh dari
Matahari.
4. Konjungsi dan Oposisi. Pembagian ini hanya untuk menunjukkan
posisi. Ketika Merkurius atau Venus berada di antara Bumi dan
Matahari, posisinya disebut konjungsi bawah. Ketika keduanya
berada di belakang Matahari dan tidak terlihat dari Bumi,
posisinya disebut konjungsi atas. Untuk planet superior ketika
mereka terletak di belakang Matahari (tidak terlihat dari Bumi),
posisinya disebut konjungsi, sedangkan ketika berada di
belakang Bumi, atau Bumi terletak di antara planet dan Matahari,
maka posisinya disebut oposisi.
18 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar II.20. Kemungkinan posisi planet inferior dan superior
terhadap Bumi. Planet inferior tidak akan pernah berada dalam posisi
oposisi; Bumi tidak mungkin berada di antara Matahari dan planet
inferior.
Planet di Tata Surya 19
-
C. Tugas Bab IICarilah informasi dari buku atau situs di internet untuk mengisi tabel
berikut!
planet jari-jari (km) massa (kg) jumlah satelit
Merkurius
Venus
Bumi
Mars
Jupiter
Saturnus
Uranus
Neptunus
Sumber:
Catatan:
Astronom dapat mengetahui jari-jari planet melalui pengamatan dengan
teleskop. Massa planet dapat diketahui melalui pengamatan satelitnya.
Jika jarak satelit dari planet dan kala revolusinya dapat diamati dengan
teleskop, maka dapat dihitung massa planet. Perhitungan ini akan
disinggung dalam bab selanjutnya.
20 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
BAB III
HUKUM KEPLER DAN HUKUM NEWTON
A. Hukum KeplerLaju revolusi planet tidak tetap. Di dekat perihelion, kelajuan planet lebih
besar daripada di dekat aphelion. Laju orbit dan kala revolusi planet
dijelaskan dengan Hukum Kepler.
Pada abad 2, Claudius Ptolomeus merumuskan teori geosentris, yaitu
model Bumi sebagai pusat alam semesta dan planet-planet bergerak
melingkar mengelilingi Bumi. Pada abad 16, Copernicus (1473-1543)
mengajukan kembali teori heliosentris, dengan Matahari sebagai pusat
Tata Surya dan planet-planet beredar mengelilinginya.
Pertentangan kedua teori tadi mendorong para ahli mengumpulkan data
pengamatan, seperti yang dilakukan oleh Tycho Brahe (1546-1601). Data
gerak planet dari pengamatan Tycho Brahe dianalisis selama kurang
lebih 20 tahun oleh Johannes Kepler (1571-1630). Berikut kesimpulan
Kepler.
1. Hukum I KeplerSemua planet bergerak dalam lintasan elips dan Matahari terletak pada
salah satu fokusnya. Dalam lintasan elips, ada posisi terdekat dan terjauh
dari titik fokusnya. Elips adalah suatu kurva tertutup sedemikian sehingga
jumlah jarak dari sembarang titik ke kedua titik fokusnya tetap. Definisi ini
diilustrasikan dalam gambar III.1.
Hukum Kepler dan Hukum Newton 21
-
2. Hukum II KeplerSetiap planet bergerak sedemikian sehingga suatu garis khayal yang
ditarik dari Matahari ke planet tersebut akan menyapu luas yang sama
dalam selang waktu yang sama.
Gambar III.1. Kurva elips.
Definisi elips yaitu kumpulan
titik. atau kurva, yang jumlah
jaraknya dari kedua fokus
selalu tetap; F1P1 + F2P1 = F1P2
+ F2P2.
Gambar III.2. Jika sebuah planet
yang mengorbit Matahari menyapu
daerah A dan B yang luasnya
sama, maka waktu tempuh
sapuannya juga sama. Ini berarti
kelajuan ketika menyapu A lebih
kecil dari ketika menyapu B.
3. Hukum III KeplerKuadrat kala revolusi planet sebanding dengan pangkat tiga jarak rata-
rata planet tersebut ke Matahari.
periode2
jarak rata-rata ke Matahari 3=konstan (III.1)
22 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
atau
T2
P3=k (III.2)
dengan T periode, R jarak rata-rata dari Matahari, dan k tetapan, yang
nilainya sama untuk semua planet di Tata Surya.
Untuk dua planet, persamaan tadi dapat dituliskan menjadi berikut.
T12
R13=
T22
R23 (III.3)
Hukum Kepler merupakan dukungan kuat untuk teori Copernicus. Meski
demikian, Kepler tidak memiliki konsep gaya sebagai penyebab
berlakunya kesimpulannya. Newtonlah yang berhasil menurunkan
Hukum Kepler dari Hukum Gravitasi Universal yang digagasnya.
Hukum Gravitasi Universal mengharuskan setiap planet ditarik menuju
Matahari dengan sebuah gaya yang berbanding terbalik dengan kuadrat
jarak dari Matahari. Dengan gagasan ini, Newton mampu menerangkan
gerak planet di Tata Surya dan gerak jatuh di dekat permukaan Bumi
dengan satu konsep saja. Dengan kata lain, Newton berhasil
menyatukan mekanika benda langit dan mekanika kebumian, yang
sebelumnya dua kajian terpisah.
Hukum Kepler dan Hukum Newton 23
-
B. Hukum Gravitasi UniversalSebelumnya, Galileo telah mempelajari gerak benda di Bumi dan Kepler
telah menyatakan tiga hukum yang menggambarkan gerakan planet.
Kajian keduanya dilanjutkan oleh Newton, yang berusaha menjelaskan
gerakan benda di Bumi dan gerakan planet. Akhirnya, Newton
memperoleh rumusan yang mendeskripsikan mekanisme umum
pergerakan segala benda.
Newton memikirkan kasus benda jatuh. Karena setiap benda jatuh
mengalami percepatan, Newton menyimpulkan bahwa terdapat gaya
yang bekerja pada benda tersebut. Gaya ini disebut gaya gravitasi.
Pertanyaannya yaitu bagaimana gaya ini bekerja pada. Jika pada benda
bekerja suatu gaya maka gaya itu tentu saja berasal dari benda lain.
Karena setiap benda yang dilepaskan selalu jatuh ke Bumi, Newton
menganggap bahwa Bumi sendiri yang melakukan gaya pada setiap
benda. Arah gaya gravitasi ini selalu menuju pusat Bumi.
Jika gaya gravitasi Bumi bekerja pada puncak pohon dan juga pada
puncak gunung, tentu gaya ini juga bekerja pada Bulan dan juga bekerja
pada benda-benda langit. Berdasarkan inspirasi ini, dan dengan bantuan
dan dorongan yang kuat dari Robert Hooke (1635-1703), Newton
kemudian membangun Hukum Gravitasi Universal.
Dari hasil pekerjaan Galileo dan ilmuwan lainnya, Newton mengetahui
bahwa percepatan benda yang jatuh bebas dekat permukaan Bumi yaitu
9,8 m/s2 ke arah pusat Bumi. Selanjutnya, Newton membandingkan
percepatan sentripetal bulan yang bergerak mengelilingi Bumi dan
24 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
percepatan gravitasi di permukaan Bumi. Newton mengetahui bahwa
Bulan mempunyai percepatan yang arahnya ke Bumi dan orbit yang
hampir melingkar. Percepatan ini disebabkan oleh suatu gaya dari Bumi,
yang secara kontinu menarik Bulan. Inilah gaya gravitasi, gaya yang
sama dengan yang menarik apel jatuh ke Bumi. Tapi apakah gaya tarik
ini sama untuk Bulan, yang jaraknya lebih jauh dari permukaan Bumi,
dan apel? Apakah lebih kuat atau lebih lemah?
Mula-mula, Newton mencari kelajuan Bulan mengelilingi Bumi. Rata-rata
jarak orbit Bulan yaitu 384.000 km. Untuk sekali mengorbit Bumi,
dibutuhkan waktu bagi Bulan sebanyak 27,3 hari, atau
27,3 hari=27,3243.600 detik . Dapat dihitung bahwa kelajuan Bulan
mengelilingi Bumi besarnya 1.033,75 m/s. Dapat dihitung pula bahwa
percepatan sentripetal Bulan asp=42 /T2 R=2,72103 m /s2 . Jika dibandingkan dengan percepatan gravitasi di permukaan Bumi sebesar
9,8 m/s2, maka besar percepatan sentripetal Bulan sama dengan berikut.
asp=2,72103 m /s2
9,8 m/s2g 1
3.600g (III.4)
Inilah percepatan Bulan menuju Bumi, yaitu kira-kira 1/3.600 kali
percepatan gravitasi di permukaan Bumi. Jarak Bumi-Bulan, atau jari-jari
orbit Bulan mengelilingi Bumi, yaitu 384.000 km, sedangkan jari-jari Bumi
sekitar 6.380 km.
jarak Bumi-Bulanjari-jari Bumi
60 (III.5)
Hukum Kepler dan Hukum Newton 25
-
Ini berarti kedudukan bulan 60 kali lebih jauh daripada benda-benda di
permukaan Bumi. Perhatikan bahwa 6060=3.600 . Jadi ada
kemungkinan hubungan antara jarak benda dan gaya gravitasi yang
dialaminya. Newton akhirnya berkesimpulan bahwa besarnya gaya
gravitasi pada benda berkurang seiring kuadrat jaraknya dari pusat Bumi.
F 1R2
(III.6)
Bulan yang jauhnya 60 kali jari-jari Bumi merasakan gaya gravitasi
sebesar 1/602=1/3.600 kali gaya gravitasi di permukaan Bumi. Setiap
benda yang ditempatkan sejauh 384.000 km dari pusat Bumi akan
mengalami percepatan gravitasi sebesar yang dialami Bulan, yakni
0,00272 m/s2.
Newton menyadari bahwa gaya gravitasi pada benda tidak hanya
bergantung pada jaraknya dari pusat Bumi, tetapi juga pada massanya.
Menurut Hukum III Gerak Benda, ketika Bumi melakukan gaya gravitasi
pada benda, Bulan misalnya, benda itu juga melakukan gaya reaksi pada
Bumi. Besar kedua gaya tersebut sama tetapi arahnya berlawanan.
Akhirnya, Newton mengemukakan bahwa besarnya gaya gravitasi
berbanding lurus dengan massa kedua benda.
FMmR2
(III.7)
26 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Dalam hubungan di atas, M massa Bumi, m massa benda, dan R jarak
antara pusat Bumi dan pusat benda.
Newton melangkah lebih jauh dalam menganalisis gravitasi. Dalam
kajiannya tentang orbit planet, ia menyimpulkan bahwa gaya yang
diperlukan untuk mempertahankan planet-planet itu bergerak mengelilingi
Matahari juga berkurang, berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya
terhadap Matahari. Hal itu membuatnya semakin yakin bahwa
gravitasilah yang bekerja pada Matahari dan planet-planet sehingga
setiap planet tetap pada orbitnya. Jika gaya gravitasi bekerja pada
benda-benda ini, mengapa tidak sekalian bekerja pada semua benda?
Pemikiran inilah yang mendasari dirumuskannya Hukum Gravitasi
Universal.
Setiap benda di alam semesta menarik benda lain dengan suatu gaya
yang besarnya sebanding dengan hasil kali kedua massa benda dan
berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Gaya ini
bekerja sepanjang garis yang menghubungkan kedua benda itu.
Secara matematis, besarnya gaya gravitasi dapat ditulis sebagai berikut.
F1,2=F2,1=Gm1 m2
R2(III.8)
Dengan m1 dan m2 massa masing-masing benda, R jarak antara kedua
benda, dan G tetapan yang nilainya ditentukan melalui eksperimen.
Hukum Kepler dan Hukum Newton 27
-
Gaya gravitasi antara dua benda pertama kali diukur oleh Henry
Cavendish pada tahun 1798, lebih dari seratus tahun setelah
diterbitkannya hukum-hukum Newton. Dalam eksperimennya, ia
menggunakan peralatan yang dibuatnya sendiri, sebagaimana yang
ditunjukkan pada gambar.
Gambar III.3. Instrumen dalam eksperimen
Cavendish. (Henry Cavendish)
Pada peralatan Cavendish, dua bola ditempatkan pada ujung-ujung
tongkat horizontal yang digantung pada pusatnya dengan seutas benang
halus. Bila bola ketiga didekatkan ke salah satu benda yang digantung,
gaya gravitasi menyebabkan bola yang digantung bergerak. Hal ini akan
memuntir benang. Pergerakan yang kecil ini selanjutnya diperbesar
menggunakan berkas cahaya, yang diarahkan ke cermin. Berkas cahaya
28 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
ini kemudian memantul dan menimpa skala. Penentuan besarnya gaya
yang memuntir benang selanjutnya memungkinkan penentuan besarnya
gaya gravitasi antara dua benda.
Cavendish tidak hanya memperkuat temuan Newton bahwa dua buah
benda saling tarik-menarik, tetapi ia juga dapat mengukur besarnya F,
m1, m2, dan R secara akurat sehingga ia mampu menentukan nilai
tetapan G. Berikut nilai G yang diterima sampai sekarang.
G=6,671011 Nm2/kg2 (III.9)
C. Penerapan Hukum Gravitasi UniversalHukum Kepler dan Hukum Gravitasi Universal memungkinkan
diketahuinya besaran-besaran pada anggota Tata Surya. Tinjaulah kasus
berikut!
Bumi bergerak mengelilingi Matahari dalam orbit yang berbentuk hampir
lingkaran. Dengan demikian, pada Bumi bekerja gaya sentripetal Fsp.
Gaya ini berasal dari gaya gravitasi antara Bumi dan Matahari.
Fsp=Fgrav
m v2
R=G Mm
R2(III.10)
Sementara itu, v=2R/T . Diketahui kala revolusi Bumi yaitu 3,15.107 s
dan jarak Bumi-Matahari yaitu 1,5.1011 m. Dari data ini, dapat dihitung
besar massa Matahari.
Hukum Kepler dan Hukum Newton 29
-
MMat= 2RT 2
RG= 4
2R3
T2 G
MMat=421,51011 m3
3,15107 s2 6,671011 Nm2/kg2 =2,011030 kg (III.11)
Gaya gravitasi merupakan besaran vektor sehingga penjumlahannya
harus menggunakan kaidah penjumlahan vektor. Gambar menunjukkan
sebuah benda yang massanya m1 dipengaruhi oleh benda yang
massanya m2 dan m3. Akibatnya pada benda m1, bekerja gaya F1,2, yaitu
interaksi antara m1 dan m2, serta F1,3, yaitu interaksi antara m1 dan m3.
Berikut resultan gaya gravitasi yang bekerja pada m1.
F1=F1,2F1,3 (III.12)
Gambar III.4. Benda m1
dipengaruhi gravitasi m2 dan m3.
30 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Besar resultan gayanya dihitung dengan aturan penjumlahan vektor.
F1=F1,22 F1,32 F1,2F1,3cos (III.13)
Tinjaulah kasus ketika posisi Matahari, Bumi, dan Bulan membentuk
sudut siku-siku pada Bulan! Dapat dihitung gaya gravitasi pada Bulan
untuk kasus ini.
Gambar III.5. Susunan ketika Bumi, Bulan,
dan Matahari membentuk sudut siku-siku
pada Bulan.
Diketahui mBulan = 7,35.1022 kg, mBumi = 5,89.1024 kg, mMatahari = 1,99.1030
kg, RBulan,Bumi = 3,84.108 m, dan RBulan,Matahari = 1,50.1011 m. Berikut gaya
gravitasi Bulan-Bumi.
Hukum Kepler dan Hukum Newton 31
-
FBulan,Bumi=GmBulan mBumiRBulan,Bumi
2
FBulan,Bumi=6,671011 7,351022 5,891024
3,841082 N
FBulan,Bumi=1,961020 N (III.14a)
Berikut gaya gravitasi Bulan-Matahari.
FBulan,Matahari=GmBulan mMatahariRBulan ,Matahari
2
FBulan,Matahari=6,671011 7,351022 1,991030
1,501011 2 N
FBulan,Matahari=4,341020 N (III.14b)
Karena gaya pada III.14a dan III.14b saling tegak lurus, berikut resultan
gaya pada Bulan.
FBulan=FBulan ,Bumi2 FBulan ,Matahari2
FBulan= 1,961020 24,341020 2 NFBulan=4,7610
20 N (III.15)
Berikut sudut antara gaya resultan dan Fbulan,Bumi.
=arctan FBulan,MatahariFBulan ,Bumi =arctan 4,341020
1,961020 =65,70 (III.16)
32 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
D. Percepatan Gravitasi BumiGaya gravitasi pada benda-benda di permukaan Bumi tidak lain
merupakan berat benda. Jadi, mg=GMm /R2 sehingga g=GM /R2 .
Percepatan gravitasi Bumi g ditentukan oleh massa Bumi dan jaraknya
dari pusat Bumi. Jika diketahui percepatan gravitasi di permukaan Bumi
9,8 m/s2 dan jari-jari Bumi R = 6,38.106 m, dapat ditentukan massa Bumi.
M=gR2
G=
9,8 m /s2 6,38106 m2
6,671011 Nm2/kg2=5,981024 kg (III.17)
Dapat pula dihitung percepatan gravitasi di permukaan planet lain,
dengan terlebih dahulu mengganti M dengan massa planet yang
dimaksud. Tentu saja, R yaitu jarak antara permukaan dan pusat planet
yang ditinjau.
Bentuk Bumi bukan bulat sempurna, tetapi agak pepat pada kedua
kutubnya. Oleh karena itu, jari-jari Bumi berbeda-beda dari satu tempat
ke tempat lain. Perbedaan jari-jari Bumi mengakibatkan perbedaan nilai g
di permukaan Bumi. Tempat yang jari-jarinya lebih kecil percepatan
gravitasinya lebih besar dari tempat yang jari-jarinya lebih besar.
Tabel III.1. Percepatan gravitasi di atas permukaan Bumi.
ketinggian (km) percepatan gravitasi (m/s2)
1 9,80
10 9,77
Hukum Kepler dan Hukum Newton 33
-
ketinggian (km) percepatan gravitasi (m/s2)
1.000 7,32
2.000 5,68
3.000 4,35
4.000 3,70
5.000 3,08
6.000 2,60
7.000 2,23
8.000 1,93
9.000 1,69
10.000 1,49
50.000 0,13
0,00
Tabel III.2. Percepatan gravitasi di berbagai tempat di Bumi.
tempat garis lintang
()
Ketinggian
(m)
percepatan gravitasi
(m/s2)
Kutub Utara 90 0 9,832
Greenland 70 20 9,825
Stockholm 59 45 9,818
Brussels 51 102 9,811
Banff 51 1.376 9,808
New York 41 38 9,803
Chicago 42 182 9,803
Denver 40 1.638 9,796
San Fransisco 38 114 9,800
Canal Zone 9 6 9,782
34 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
E. Hubungan antara Hukum Newton dan Hukum III
KeplerNewton dapat menunjukkan bahwa Hukum Kepler dapat diturunkan
secara matematis dari Hukum Gravitasi Universal dan Hukum Gerak
Benda. Dalam penurunannya, digunakan kalkulus dan transformasi
koordinat. Rumit memang, tapi dapat dilakukan perhitungan sederhana
untuk menggambarkan hubungan antara Hukum Newton dan Hukum III
Kepler.
Akan dianalisis gerak melingkar planet. Asumsi gerak melingkar planet
dapat digunakan karena memang kenyataannya orbit sebagian besar
planet hampir lingkaran. Diandaikan sebuah planet dengan massa m1
bergerak mengelilingi Matahari yang massanya Mmat dengan kelajuan v1.
Jika jarak antara planet dan Matahari R1, maka berlaku hubungan
berikut.
Fgravitasi=Fsentripetal
Gm1 MMat
R12 =m1
v12
R1
GMMatR1
=v12 (III.18)
Jika periode planet ini adalah T1, maka v 1=2R1/T1 dan berlaku
hubungan berikut.
GMMatR1
=42R1
2
T12
Hukum Kepler dan Hukum Newton 35
-
T1
2
R13=
42
MMat G(III.19)
Untuk planet lain, berlaku hubungan yang sama.
T22
R23=
42
MMat G(III.20)
Jadi, T12/R1
3=T22 /R2
3 atau T12/T2
2=R13 /R2
3 , serupa dengan Hukum III
Kepler.
Tinjau kasus berikut! Periode Bumi mengelilingi Matahari yaitu satu tahun
dan jarak Bumi-Matahari yaitu 1,5.1011 m. Jika diketahui periode revolusi
planet Mars yaitu 1,87 tahun, dapat dihitung jarak rata-rata Mars-
Matahari.
TBumi2
RBumiMat3 =
TMars2
RMarsMat3
RMarsMat3 =
TMars2
TBumi2 RBumiMat
3
RMarsMat=3 1,87212 1,51011 m 3=2,281011 m (III.21)
36 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
F. Tugas Bab IIIJika diketahui massa dan jari-jari planet, dapat ditentukan percepatan
gravitasi di permukaannya dengan persamaan g=GM /R2 . Gunakan
data dari tugas bab sebelumnya untuk mengisi tabel berikut!
planet percepatan gravitasi (m/s2)
Merkurius
Venus
Bumi
Mars
Jupiter
Saturnus
Uranus
Neptunus
Matahari
Catatan:
Tentu saja permukaan padat hanya ada pada planet kebumian. Matahari
dan planet jovian tidak memiliki permukaan padat.
Hukum Kepler dan Hukum Newton 37
-
BAB IV
WAWASAN MUTAKHIR TATA SURYA
A. AsteroidMenurut Aturan Titius-Bode, perbandingan jarak planet dari Matahari
mengikuti pola 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, 196, 388, 772. Meskipun tidak
ada penjelasan mengapa pola ini berlaku, pola ini memang terjadi pada
beberapa planet. Berikut nilai jarak rata-rata planet dari Matahari dan
perbandingannya satu sama lain.
Tabel IV.1. Perbandingan jarak planet dari Matahari.
planet sumbu semimayor (km) sumbu semimayor (SA)
pengamatan Titius-Bode
Merkurius 57,91.106 km 0,4 0,4
Venus 108,21.106 km 0,7 0,7
Bumi 149,60.106 km 1,0 1,0
Mars 227,92.106 km 1,5 1,6
Jupiter 778,57.106 km 5,2 5,2
Saturnus 1.433,53.106 km 9,6 10,0
Uranus 2.872,46.106 km 19,2 19,6
Sekali lagi perlu ditegaskan bahwa tidak ada penjelasan mengapa
perbandingan jarak planet dari Matahari hampir cocok dengan Aturan
Titius-Bode. Bagaimanapun, astronom ingin tahu apakah memang
Aturan Titius-Bode memang berlaku. Jika memang Aturan Titius-Bode
berlaku, maka di antara Mars dan Jupiter ada planet yang jaraknya
Wawasan Mutakhir Tata Surya 39
-
sekitar 2,8 SA dari Matahari. Alih-alih menemukan planet, astronom
menemukan sabuk asteroid.
Kini, telah diketahui bahwa hanya Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter,
Saturnus, Uranus, dan sabuk asteroid saja yang mengikuti Aturan Titius-
Bode. Benda lain di Tata Surya sama sekali tidak mengikuti aturan
tersebut.
1. Sabuk AsteroidSabuk asteroid dinamai demikian karena isinya bukan benda tunggal,
melainkan kumpulan benda yang membentang membentuk daerah mirip
sabuk atau cincin. Sabuk asteroid berada di antara orbit Mars dan
Jupiter.
Tabel IV.2. Tahun penemuan dan massa beberapa asteroid.
asteroid tahun
penemuan
massa
(1016 kg)
massa asteroidmassa Bumi
Ceres 1801 87.000 0,000145641
Pallas 1802 31.800 0,000053234
Vesta 1807 30.000 0,000050221
Hygiea 1849 8.850 0,000014815
Fides 1855 130 0,000000218
Ida 1884 4,2 0,000000007
Umumnya makin kecil massanya, makin sukar suatu benda diamati.
Inilah sebabnya makin kecil massa asteroid, makin terlambat dia
ditemukan.
40 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar IV.1. Foto Ceres,
asteroid terbesar, diambil
dengan teleskop Hubble. (NASA/ESA/J. Parker/P. Thomas/L.
McFadden)
Gambar IV.2. Foto Ida dan
satelitnya, Dactyl. Foto diambil
dengan wahana Galileo. (NASA/JPL)
Asteroid paling besar dinamai Ceres. Bentuknya bulat, diameternya
sekitar 950 km. Ceres juga merupakan asteroid pertama yang ditemukan.
Sementara itu, kebanyakan asteroid bentuknya tidak teratur. Bulatnya
Ceres terjadi karena cukup besarnya massa Ceres sehingga dapat
menarik komponen dirinya membentuk bulatan. Tabel IV.2 memuat
perbandingan massa beberapa asteroid.
Jumlah asteroid sangat banyak. Dapat diperkirakan seberapa rapat
sabuk asteroid. Asumsikan bahwa sabuk asteroid tipis, rata-rata orbit
asteroid berbentuk lingkaran, dan asteroid tersebar merata! Kemudian,
definisikan n jumlah asteroid, d jarak rata-rata antarasteroid, ro jarak
batas luar sabuk asteroid dari Matahari, r i jarak batas dalam sabuk
Wawasan Mutakhir Tata Surya 41
-
asteroid dari Matahari, r jarak rata-rata sabuk asteroid dari Matahari, w
lebar sabuk asteroid, dan kerapatan asteroid di sabuk asteroid!
= n ro2r i2
= n ror i ror i
= n2 wr (IV.1)
Besaran pada dasarnya menyatakan berapa banyak asteroid per luas
area. Jadi, 1/ menyatakan berapa luas area yang ditempati tiap
asteroid.
Gambar IV.3. Ilustrasi asumsi
daerah yang ditempati tiap
asteroid di sabuk asteroid.
Ditunjukkan juga dua
kemungkinan besar jarak
sebuah asteroid ke asteroid
terdekat.
Gambar IV.4. Ilustrasi sebaran
asteroid di sabuk asteroid pada 14
Agustus 2006, ditandai sebagai titik-
titik putih, dilihat tegak lurus bidang
ekliptika. (NASA/JPL/Minor Planet Center)
42 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Berikut jarak rata-rata antarasteroid.
d=4d14d2
8=1
2 12 =122 2 r wn (IV.2)Dapat dilihat pada gambar IV.4 bahwa lebar sabuk asteroid kira-kira
sama dengan radius orbit Bumi. Jadi, r2,8150.000.000 km dan
w150.000 .000 km . Dua nilai ini dimasukkan ke hubungan IV.2
sehingga didapat hubungan berikut.
d 759.461.738n
km (IV.3)
Jika dianggap terdapat sejuta asteroid, berikut jarak rata-rata
antarasteroidnya.
d 759.461.7381.000 .000
km759.462 km (IV.4)
Jadi jika ada sejuta asteroid, maka jarak rata-rata antarasteroid hampir
dua kali jarak Bumi-Bulan. (Jarak rata-rata Bumi-Bulan sekitar 384.0000
km.) Pada jarak sebesar ini, berikut diameter sudut Ceres.
Ceres2arcsin 950 km/2759.461 km 0,07 (IV.5)
Dengan demikian jika dianggap sabuk asteroid tipis, sebarannya merata,
dan orbit asteroid berupa lingkaran, maka dari asteroid lain, Ceres
Wawasan Mutakhir Tata Surya 43
-
tampak sepuluh kali lebih kecil dari ukuran Bulan. (Diameter sudut Bulan
sekitar 0,5.)
Perkiraan tadi menggunakan asumsi sabuk asteroid tipis. Kenyataannya,
sabuk asteroid memiliki ketebalan yang cukup signifikan. Dampaknya
yaitu asteroid lebih tersebar karena lebih banyak ruang yang dapat
ditempati. Tidaklah aneh jika belum pernah ada wahana luar angkasa
yang menabrak asteroid ketika melewati sabuk asteroid.
2. Asteroid TrojanSekitar seratus tahun setelah Ceres ditemukan, ditemukan kumpulan
asteroid yang mengiringi Jupiter. Kumpulan ini dinamai asteroid Trojan.
Sebarannya pada 14 Agustus 2006 dapat dilihat pada gambar IV.4,
ditandai sebagai titik-titik hijau.
Pada sistem tiga benda, terdapat lima lokasi di sekitar mereka yang
besar gaya gravitasinya sama dengan besar gaya sentripetalnya. Lokasi
ini dinamai titik Lagrange. Tiga titik Lagrange berada segaris dengan
garis hubung pusat massa dua benda, sementara dua titik lainnya
membentuk segitiga samasisi yang alasnya garis hubung dua benda.
Telah ditemukan juga asteroid Trojan yang mengiringi Mars dan
Neptunus.
44 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar IV.5. Ilustrasi posisi titik Lagrange
sistem tiga benda.
3. Near Earth Asteroid (NEA)Ada juga asteroid yang orbitnya dekat atau memotong orbit Bumi.
Asteroid ini dinamai Near Earth Asteroid (NEA). Dengan demikian jika
dulu dikatakan bahwa asteroid berada di sabuk asteroid, kini dikatakan
bahwa ada asteroid yang di sabuk asteroid, ada yang mengiringi Jupiter,
Mars, dan Neptunus, dan ada yang di sekitar Bumi.
Daerah Tata Surya Dalam lebih rapat daripada Tata Surya Luar karena
lebih banyak planet untuk luas area tertentu. Dampaknya yaitu usikan
gravitasi di Tata Surya Dalam sering terjadi. Jadi, orbit NEA tidak akan
berumur panjang. Seiring waktu, orbitnya akan berubah akibat usikan
gravitasi dari planet dalam. Asal NEA mungkin dari sabuk asteroid atau
daerah tertentu yang mendapat usikan gravitasi Jupiter, planet termasif di
Tata Surya.
Wawasan Mutakhir Tata Surya 45
-
Gambar IV.6. Ilustrasi orbit NEA Atira, Aten,
Apollo, dan Amor.
Ditinjau dari orbitnya, ada empat kelompok NEA. (Besaran a yaitu sumbu
semimayor, Q yaitu aphelion, dan q yaitu perihelion.)
1. Atira. Orbit asteroid ini berada di dalam orbit Bumi, a < 1 SA, Q <
0,983 SA.
2. Aten. Orbit asteroid ini memotong orbit Bumi, namun sumbu
semimayornya lebih pendek dari sumbu semimayor orbit Bumi, a
< 1 SA, Q > 0,983 SA.
3. Apollo. Orbit asteroid ini memotong orbit Bumi dan sumbu
semimayornya lebih panjang dari sumbu semimayor orbit Bumi,
a > 1 SA, q < 1,017 SA.
4. Amor. Orbit asteroid Amor hampir selalu berada di antara Bumi
dan Mars, a > 1 SA, 1,017 SA < q < 1,3 SA.
46 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
B. KometKomet juga merupakan anggota Tata Surya. Pun komet beredar
mengelilingi Matahari. Ketika mendekati Matahari, bahan pada komet
dipanasi Matahari dan menguap.
Rata-rata ukuran dan massa komet lebih kecil dari rata-rata ukuran dan
massa asteroid. Intinya tersusun atas batuan, debu, bekuan air, dan
bekuan gas. Karena massanya kecil, bentuk inti komet tidak teratur. Jika
hanya inti saja yang teramati, maka komet hampir tidak dapat dibedakan
dari asteroid.
Gambar IV.7. Potret komet Halley,
29 Mei 1910. (The Yerkes Observatory)
Gambar IV.8. Inti komet Tempel
1, dipotret dengan wahana Deep
Impact. (NASA/JPL/Caltech/UMD)
Wawasan Mutakhir Tata Surya 47
-
Komet berasal dari luar orbit Neptunus. Jauhnya jarak daerah ini dari
Matahari memungkinkan bahan-bahan pada komet tetap beku. Karena
usikan gravitasi planet-planet jovian atau bintang yang melintas dekat
Tata Surya, orbit komet berubah sedemikian sehingga lintasannya masuk
ke daerah Tata Surya Dalam.
Di Tata Surya Dalam, radiasi Matahari menguapkan bekuan pada komet.
Aliran uap ini membawa serta debu. Jika gaya gravitasi inti komet
sanggup menahan uap dan debu ini, terbentuk selubung uap dan debu
yang disebut koma.
Radiasi Matahari memiliki tekanan. Selain itu, Matahari juga
memancarkan angin Matahari, yang isinya ion. Baik tekanan radiasi
maupun angin Matahari mendorong koma sehingga terulur membentuk
ekor. Ekor komet dapat membentang hingga sejauh 1 SA dari inti komet.
Seperti koma, ekor komet terdiri atas debu dan gas. Rata-rata massa
debu lebih besar dari rata-rata massa gas. Jadi, pengaruh tekanan
radiasi dan angin Matahari pada debu lebih kecil dari pengaruhnya pada
gas. Debu yang terlontar dari inti komet akan tertinggal, membentuk ekor
debu yang melengkung. Sementara itu, tekanan radiasi dan angin
Matahari selalu mengarah menjauhi Matahari. Akibatnya yaitu ekor gas
komet selalu lurus dan menjauhi Matahari.
48 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar IV.9. Ekor debu dan gas
komet. Ekor gas selalu menjauhi
Matahari, sementara ekor debu selalu
terseret, melengkung menjauhi arah
gerak komet. (NASA Ames Researh Center/K. Jobse/P. Jenniskens)
Kebanyakan komet memiliki orbit yang sangat lonjong. Berdasarkan
orbitnya, komet dibagi menjadi kelompok-kelompok berikut.
1. Komet Periode Pendek. Komet ini memiliki periode kurang dari
200 tahun. Komet periode pendek dibagi lagi menjadi dua
kelompok, yakni komet keluarga Jupiter (JFC, Jupiter Family
Comet), jika periodenya kurang dari 20 tahun, dan komet
Wawasan Mutakhir Tata Surya 49
-
keluarga Halley (HFC, Halley Family Comet), jika periodenya
antara 20 dan 200 tahun.
2. Komet Periode Panjang. Komet ini memiliki periode lebih dari
200 tahun.
3. Komet Penampakan Tunggal. Komet ini memiliki lintasan berupa
parabola atau hiperbola. Dua jenis lintasan ini bukan lintasan
tertutup sehingga bisa saja komet ini kemudian lepas dari Tata
Surya. Walaupun demikian ketika di Tata Surya Dalam, komet ini
belum tentu lepas. Ini karena usikan gravitasi planet jovian dapat
menjadikan lintasan komet tersebut elips.
4. Komet Sabuk Asteroid. Telah ditemukan adanya komet di sabuk
asteroid. Penemuan komet ini mengaburkan perbedaan antara
asteroid dan komet. Boleh jadi komet merupakan asteroid yang
memiliki bahan mudah menguap, atau boleh jadi asteroid
merupakan komet yang tidak aktif.
Dari Hukum III Kepler, dapat ditentukan panjang sumbu semimayor orbit
jika diketahui kala revolusi.
Tkomet2
akomet3
=TBumi
2
aBumi3
=1 tahun2/SA3
akomet=3 Tkomet21 tahun2 SA (IV.6)
Dari persamaan IV.6, dapat ditentukan panjang sumbu semimayor orbit
komet.
50 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Tabel IV.3. Panjang sumbu semimayor komet.
kelompok asteroid sumbu semimayor
JFC < 7,4 SA
HFC 7,4-34,2 SA
periode panjang > 34,2 SA
Tentu saja bentuk dan orientasi orbit komet beragam dan tidak tetap,
tergantung eksentrisitas, sudut kemiringannya terhadap ekliptika, dan
usikan gravitasi Neptunus, Uranus, Saturnus, dan, terutama, Jupiter.
C. Sabuk KuiperTahun 1943, Kenneth Essex Edgeworth mengajukan hipotesis
keberadaan benda-benda kecil di luar orbit Neptunus. Hipotesis serupa
juga diajukan oleh Gerard Kuiper pada tahun 1951.
Hipotesis ini didukung oleh kondisi fisik komet. Ketika dekat dengan
Matahari, bahan inti komet menguap. Padahal, usia Tata Surya 4,5
milyar tahun. Rentang waktu ini tentu cukup untuk menguapkan seluruh
bahan inti komet. Kenyataannya, penampakan koma dan ekor komet
masih saja ada hingga kini. Jadi, mungkin saja ada daerah di luar orbit
Neptunus yang isinya benda-benda kecil dan inti komet. Dari daerah
inilah mungkin komet berasal. Penampakan koma dan ekor terjadi ketika
komet ditarik ke Tata Surya Dalam oleh planet jovian. Daerah asal komet
periode pendek dinamai sabuk Kuiper, sementara daerah asal komet
periode panjang dinamai awan Oort.
Wawasan Mutakhir Tata Surya 51
-
Gambar IV.10. Sebaran benda-benda di sabuk Kuiper
pada 1 Januari 2000, ditandai sebagai titik-titik hijau.
Matahari dan planet-planet jovian diberi label nama. (Minor Planet Center)
Tahun 1992, David Jewitt dan Jane Luu berhasil mendeteksi keberadaan
dua benda di daerah sabuk Kuiper. Kini, telah dideteksi keberadaan
puluhan benda di sabuk Kuiper.
Pluto merupakan anggota sabuk Kuiper. Meskipun demikian ketika Pluto
ditemukan, keberadaan sabuk Kuiper tidak dapat dipastikan.
52 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
D. Planet KerdilKetika Pluto ditemukan tahun 1930, telah diketahui keberadaan Matahari,
komet, asteroid, dan tentu saja planet. Dibandingkan planet, orbit Pluto
sangat lonjong. Pun orbitnya memotong orbit Neptunus. Bagaimanapun,
Pluto berbentuk bundar dan orbitnya bersih dari benda lain. (Ceres juga
bundar, namun di sekelilingnya banyak asteroid lain.) Karena itu, Pluto
dikelompokkan sebagai planet.
Tahun 1990-an, telah ditemukan benda-benda di daerah sabuk Kuiper.
Benda-benda ini memiliki orbit serupa Pluto, yakni sangat lonjong dan
tidak sebidang dengan ekliptika. Astronom mulai curiga bahwa Pluto
merupakan bagian dari kelompok tersendiri yang menghuni sabuk
Kuiper.
Tahun 2005, telah diketahui keberadaan Quaoar, Sedna, dan Eris.
Ukuran ketiganya tidak jauh berbeda dengan Pluto, pun orbitnya juga
lonjong dan tidak sebidang dengan ekliptika. Akhirnya pada tahun 2006,
International Astronomical Union (IAU) menetapkan definisi-definisi
berikut untuk anggota Tata Surya.
1. Planet. Planet yaitu benda langit yang a) orbitnya mengelilingi
Matahari, b) massanya cukup besar sehingga bentuknya hampir
bulat, dan c) telah membersihkan orbitnya dari benda-benda lain.
2. Planet Kerdil. Planet kerdil yaitu benda langit yang a) orbitnya
mengelilingi Matahari, b) massanya cukup besar sehingga
bentuknya hampir bulat, c) belum membersihkan orbitnya dari
benda-benda lain, dan d) bukan satelit.
Wawasan Mutakhir Tata Surya 53
-
3. Benda Kecil. Benda kecil yaitu benda-benda selain planet, planet
kerdil, atau satelit.
Dalam definisi IAU di atas, satelit yaitu benda yang mengelilingi benda
lain selain Matahari, yang pusat massa sistemnya di bawah permukaan
benda yang dikelilingi. Sementara itu, maksud membersihkan orbitnya
yaitu massanya dominan sehingga sekalipun ada benda-benda lain di
orbitnya, mereka di bawah pengaruh gravitasi massa dominan tersebut.
Dengan demikian, Jupiter merupakan planet karena kumpulan asteroid di
orbitnya terikat gravitasi Jupiter, sementara Ceres bukan planet karena
pengaruh gravitasinya pada asteroid lain tidak dominan.
Melalui spektroskopi, diketahui bahwa kebanyakan benda di sabuk
Kuiper tersusun terutama atas bekuan air dan senyawa hidrokarbon.
1. Sejarah Penemuan PlutoTahun 1906, Percival Lowell mengadakan pencarian planet kesembilan.
Hingga meninggalnya, Percival Lowell tidak menemukannya.
Tahun 1929, Vesto Melvin Slipher, kepala observatorium yang didirikan
Lowell, menugaskan pencarian planet kesembilan pada Clyde
Tombaugh. Setelah setahun mencari objek yang perpindahan posisinya
besar pada plat-plat foto, Tombaugh menemukan planet kesembilan.
Nama Pluto diusulkan oleh Venetia Burney, siswa sekolah dasar di
Inggris.
54 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar IV.11. Dua dari sekian banyak plat foto yang diperiksa Clyde
Tombaugh. Yang dicari yaitu objek yang pergeserannya besar. Pada
gambar, objek tersebut ditandai dengan tanda panah; itulah Pluto. (Lowell Observatory Archives)
Tahun 1978, James W. Christy memeriksa kembali plat-plat foto Pluto.
Dia menemukan bahwa foto Pluto lonjong pada sejumlah plat. Ternyata,
periode kelonjongan foto Pluto sama dengan periode rotasi Pluto.
Disimpulkan bahwa ada benda lain yang mengorbit Pluto, dengan
periode revolusi sama dengan periode rotasi Pluto.
Tahun 1985, dipastikan bahwa memang ada benda yang mengorbit
Pluto. Satelit Pluto ini dinamai Charon. Akhirnya pada tahun 2005,
ditemukan lagi dua satelit Pluto, yakni Nix dan Hydra.
Wawasan Mutakhir Tata Surya 55
-
2. Kelompok Baru Tempat PlutoPluto mengelilingi Matahari dan bentuknya hampir bulat. Sementara itu
sejak 1985, diketahui bahwa lingkungan Pluto ditempati oleh banyak
benda yang tidak banyak terpengaruh gravitasi Pluto. Jadi, Pluto belum
membersihkan orbitnya. Sejak 2006, Pluto dinyatakan sebagai planet
kerdil.
Gambar IV.12. Dua dari plat-
plat foto yang diperiksa James
W. Christy pada tahun 1978.
Foto kiri lebih lonjong dari foto
kanan. (United States Naval Observatory)
Gambar IV.13. Pluto dan tiga
satelitnya, dipotret dengan
teleskop Hubble. (H. Weaver/A. Stern/HST Pluto Companion Search Team)
Pun status Charon sebagai satelit dipertanyakan. Jika m yaitu massa dan
d jarak pisah Pluto-Charon diukur dari Pluto, dapat dihitung C, jarak
pusat massa Pluto-Charon dari Pluto.
C=mPluto0mCharond
mPlutomCharon=
mCharonmPlutomCharon
d (IV.7)
56 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Diketahui massa Pluto 1,31.1022 kg dan massa Charon 1,52.1021 kg.
C= 1,521021 kg
1,311022 kg1,521021 kgd=0,104 d (IV.8)
Jadi, pusat massa Pluto-Charon selalu terletak pada sekitar 1/10 jarak
pisah Pluto-Charon. Sementara itu, diketahui jarak rata-rata Charon-Pluto
yaitu 19.600 km. Dapat dihitung jarak pusat massa Pluto-Charon dari
pusat massa Pluto.
C=0,10419.600 km=1.960 km (IV.9)
Gambar IV.14. Posisi pusat massa Pluto-Charon berada di atas
permukaan Pluto. Jadi, Pluto dan Charon saling mengelilingi.
Wawasan Mutakhir Tata Surya 57
-
Padahal, jari-jari Pluto 1.195 km. Jadi, pusat massa Pluto-Charon selalu
di atas permukaan Pluto. Dengan demikian, ada kejanggalan jika Charon
dikelompokkan sebagai satelit. Kini, ada anggapan bahwa Pluto-Charon
merupakan sistem planet kerdil ganda.
E. Awan OortTahun 1932 untuk menjelaskan keberadaan komet periode panjang,
Ernst pik mengajukan hipotesis keberadaan kumpulan inti komet di
bagian luar Tata Surya, lebih jauh daripada sabuk Kuiper. Tahun 1950,
Jan Hendrik Oort mengajukan hipotesis serupa.
Gambar IV.15. Ilustrasi perbandingan ukuran awan Oort
terhadap sabuk Kuiper dan orbit Pluto. (NASA/JPL)
58 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Benda-benda di awan Oort kebanyakan tersusun atas bekuan air dan
gas. Meskipun demikian pada tahun 1996, ditemukan asteroid yang
menghuni awan Oort. Ada juga planet kerdil di awan Oort, yang
ditemukan tahun 2003 dan dinamai Sedna.
Gambar IV.15. Perbandingan ukuran Tata Surya Dalam, Tata
Surya Luar, orbit Sedna, dan awan Oort. (NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)
Wawasan Mutakhir Tata Surya 59
-
F. Tugas Bab IVCarilah informasi dari buku atau situs di internet untuk mengisi tabel
berikut!
Wahana Luar Angkasa Era Setelah 2000nama wahana objek tujuan jenis
pengorbit pendarat pelintas
Sumber:
Catatan:
Meskipun suatu wahana memiliki objek tertentu sebagai sasaran misi,
seringkali wahana tersebut juga digunakan untuk meneliti objek lain yang
dilintasi dalam perjalanannya.
60 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
BAB V
PENGUMPULAN DATA ASTRONOMI
A. Pencatatan Posisi Benda LangitObjek yang dikaji dalam astronomi yaitu benda langit. Padahal, benda
langit ada banyak. Di Tata Surya saja, ada sebuah bintang, delapan
planet, ratusan satelit, ribuan asteroid, puluhan benda kecil, dan ribuan
komet. Untuk menghindari kebingungan, disusun cara menyatakan posisi
benda langit.
Umumnya, astronom mengamati benda langit dari permukaan Bumi. Dari
permukaan Bumi, benda langit tampak bergerak pada bola langit. Inilah
sebabnya rujukan kebanyakan sistem koordinat langit berupa besaran-
besaran kebumian. Dalam pencatatan posisi benda langit, Bumi
dianggap sebagai pusat langit. Selain itu, informasi jarak tidak disertakan.
1. Sistem Koordinat HorizonHorizon, atau cakrawala, yaitu garis pemisah Bumi dan langit. Di laut
lepas, pengamat seolah-olah berada di pusat horizon. Di daratan atau
tepi pantai, horizon bisa saja tidak terlihat karena terhalang bentukan
alami, seperti pohon atau gunung, atau bentukan buatan, seperti
bangunan.
Setiap sistem koordinat pasti memiliki rujukan. Sebagai contoh, rujukan
koordinat Kartesian yaitu titik nol. Nilai x, y, dan z diukur dari titik nol ini.
Pengumpulan Data Astronomi 61
-
Dalam koordinat horizon, rujukannya ada dua, yaitu horizon dan arah
utara.
Gambar V.1. Ilustrasi sudut
ketinggian.
Gambar V.2. Dua objek yang
sudut ketinggiannya sama belum
tentu posisinya sama juga.
Di permukaan Bumi, langit tampak sebagai bola raksasa. Sudut yang
dibentuk oleh benda langit, pengamat, dan proyeksi benda langit pada
horizon disebut sudut ketinggian.
Ada banyak kemungkinan posisi yang sudut ketinggiannya sama. Bisa
saja suatu objek yang sudut ketinggiannya tertentu ada di timur, barat,
tenggara, atau selatan. Dengan kata lain, sudut ketinggian saja tidak
cukup untuk menyatakan posisi benda langit. Jadi, perlu didefinisikan
satu lagi sudut.
Sudut kedua berkaitan dengan jarak objek dari utara. Sudut ini, yang
dibentuk oleh utara, pengamat, dan proyeksi benda pada cakrawala,
disebut sudut azimut.
62 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar V.3. Ilustrasi sudut
azimut.
Gambar V.4. Dua kemungkinan
posisi proyeksi benda di
cakrawala jika arah pengukuran
azimut tidak ditentukan.
Sudut azimut dapat diukur dari utara ke timur atau dari utara ke barat.
Tidak ada kendala teknis untuk arah manapun yang dipilih. Semata-mata
supaya seragam, disepakati bahwa arah yang digunakan selalu utara ke
timur.
Gambar V.5. Ilustrasi
kesepakatan arah pengukuran
sudut azimut.
Gambar V.6. Ilustrasi
pengukuran sudut azimut
suatu objek dengan
kompas.
Pengumpulan Data Astronomi 63
-
a. Deklinasi Magnetik
Sudut azimut yaitu sudut yang dibentuk oleh utara, pengamat, dan
proyeksi benda pada cakrawala. Dari definisi ini, dapat disimpulkan
bahwa bentangan sudut azimut terletak pada bidang pengamatan.
Dengan demikian, nilai sudut azimut dapat diukur dengan kompas.
Gambar V.7. Posisi Kutub Utara Magnet sejak 1931 dan Kutub Utara
Geografi. Proyeksi Kutub Utara Geografi pada bola langit merupakan
Kutub Utara Langit. Kutub Utara Langit merupakan salahsatu ujung
sumbu edar gerak semu harian benda langit. (Off the Beaten Path Maps)
Gerak semu harian benda langit terjadi karena rotasi Bumi. Kutub Utara
dan Selatan Langit berhimpit dengan sumbu rotasi Bumi. Sementara itu,
medan magnet Bumi timbul bukan karena rotasi, melainkan gerakan
64 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
logam cair di inti Bumi. Tentu saja inti Bumi ikut berotasi bersama
keseluruhan Bumi, namun laju dan variasinya tidak sama. Akibatnya
yaitu kutub magnet tidak selalu sama dengan kutub geografi.
Yang ditunjuk jarum kompas yaitu utara magnet, bukan utara geografi.
Selisih sudut antara utara magnet dan utara geografi disebut deklinasi
magnetik. Deklinasi magnetik bernilai positif jika utara magnet di timur
utara geografi; nilainya negatif jika utara magnet di barat utara geografi.
Gambar V.8. Deklinasi magnetik bernilai positif
jika arah utara magnet di timur utara geografi.
Pengumpulan Data Astronomi 65
-
Nilai deklinasi magnetik bervariasi untuk tiap tempat dan waktu. Idealnya,
dilakukan pengukuran setiap saat. Namun karena aktivitas semacam ini
pasti butuh biaya dan perubahan deklinasi berlangsung lambat, dapat
digunakan program, misalnya, yang dibuat National Oceanic and
Atmosphere Administration (NOAA), atau peta deklinasi magnetik.
Gambar V.9. Peta deklinasi magnetik untuk tahun 2000. Garis-garis
pada peta menghubungkan daerah-daerah dengan deklinasi magnetik
sama. (National Imaging and Mapping Agency)
66 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar V.10. Layanan internet prediksi deklinasi magnetik. (NOAA)
2. Sistem Koordinat EkuatorialTinjaulah kasus pengamatan di khatulistiwa! Lintasan Matahari tegak
lurus terhadap bidang cakrawala. Di utara khatulistiwa, lintasan Matahari
condong ke selatan. Sementara itu di selatan khatulistiwa, lintasan
Matahari condong ke utara. Dengan demikian, sistem koordinat horizon
berlaku lokal, bukan global.
Pengamatan dapat dilakukan di mana saja. Jika data pengamatan
disampaikan pada pengamat dari lokasi lain menggunakan sistem
koordinat horizon, dapat terjadi kebingungan. Karena itu, dikembangkan
sistem koordinat ekuatorial, yang berlaku global. Sistem koordinat ini
pada dasarnya merupakan perluasan sistem koordinat geografi ke bola
langit. Rujukan sistem ini yaitu ekuator langit dan Titik Aries. Titik Aries
yaitu posisi Matahari ketika tepat di ekuator langit dan Belahan Bumi
Utara mengalami musim semi.
Pengumpulan Data Astronomi 67
-
Gam
bar V.11. Posisi-posisi B
umi saat ekuinoks dan titik balik M
atahari.
68 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar V.12. Koordinat ekuatorial merupakan perluasan koordinat
geografi ke bola langit. Ekuator langit sebidang dengan ekuator
Bumi. Ekliptika yaitu posisi tahunan Matahari terhadap bola langit.
Dalam sistem koordinat geografi, posisi lokasi terhadap ekuator disebut
lintang, sedangkan posisi lokasi terhadap Greenwich disebut bujur.
Sementara itu dalam sistem koordinat langit, posisi benda langit terhadap
ekuator langit disebut deklinasi, sedangkan posisi benda langit terhadap
Pengumpulan Data Astronomi 69
-
titik Aries disebut asensiorekta. Nilai deklinasi bervariasi dari -90 hingga
90, dengan tanda negatif berarti di selatan ekuator. Nilai asensiorekta
bervariasi dari 0h hingga 24h, diukur ke arah timur, dengan 1h sama
dengan 15.
B. Gerak Semu Planet dan BintangBenda langit sebenarnya memang bergerak, namun pergerakannya
sangat kecil jika dilihat dari Bumi. Penampakan bergeraknya benda langit
dari timur ke barat terutama disebabkan oleh rotasi Bumi. Selain itu, garis
edar benda langit akan berbeda jika dilihat dari lintang yang berbeda.
Gambar V.13. Orientasi pengamat pada lintang 0, 30 LU,
60 LS, dan 90 LS yang berbeda terhadap ekuator.
70 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Jika ditinjau dari bidang pengamatan, yang bervariasi yaitu orientasi
ekuator terhadap bidang pengamatan. Hal ini diilustrasikan dalam
gambar V.14
Gambar V.14. Variasi orientasi ekuator terhadap bidang pengamatan.
Jika orientasi ekuator terhadap bidang pengamatan diketahui, dapat
diketahui pula garis edar benda langit dengan deklinasi tertentu. Pada
gambar V.15, ditunjukkan garis edar Matahari pada tanggal 21
Desember, yang deklinasinya -23,5.
Lintasan benda langit sejajar dengan ekuator. Selain itu jika deklinasinya
negatif, lintasan benda langit berada di selatan ekuator.
Pengumpulan Data Astronomi 71
-
Gambar V.15. Garis edar Matahari pada tanggal 21 Desember di
lintang 0, 30 LU, 60 LS, dan 90 LS.
C. TeleskopTanpa alat bantu, planet tampak sebagai titik bercahaya di langit. Tidak
banyak yang dapat diketahui tentang titik bercahaya ini selain tentang
posisi dan pola geraknya.
Dengan teleskop, dapat diamati bentuk planet. Hal ini dimungkinkan oleh
sifat pembiasan cahaya ketika melewati lensa. Dalam konteks teleskop,
lensa yang banyak digunakan yaitu lensa cembung. Pada lensa
cembung, 1) berkas sinar sejajar dikumpulkan di titik fokus dan 2) berkas
sinar yang melewati pusat lensa diteruskan tanpa dibelokkan.
72 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar V.16. Berkas sinar yang melalui lensa cembung untuk
kasus terbentuknya bayangan nyata.
Jika f yaitu titik fokus, s posisi benda, dan s' posisi bayangan benda,
berlaku hubungan berikut.
1s 1
s'=1
f(V.1)
Perbesaran bayangan, M, dirumuskan sebagai berikut.
M= s 's
M= fsf
(V.2a)
M=s ' ff
(V.2b)
Pengumpulan Data Astronomi 73
-
Bayangan nyata memiliki perbesaran positif, sedangkan bayangan maya
memiliki perbesaran negatif.
Gambar V.17. Berkas sinar yang melalui lensa cembung
untuk kasus terbentuknya bayangan maya.
Bayangan maya lebih mudah dilihat daripada bayangan nyata. Ini karena
bayangan maya selalu berada di belakang lensa sehingga hampir selalu
terlihat jika mata berada dekat dengan lensa. Sementara itu untuk
melihat bayangan nyata, jarak mata dari lensa harus diatur sesuai
dengan hubungan V.1. Karena itu jika mata yang digunakan untuk
74 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
melihat bayangan benda, sebaiknya bayangan akhir yang terjadi
merupakan bayangan maya.
Posisi benda langit sangat jauh dari pengamat sehingga berkas sinar
yang datang dapat dianggap sejajar. Dari asumsi ini dan hubungan V.1,
berlaku hubungan berikut pada lensa objektif.
s 'obj= limsobj
fobj sobjsobjfobj
= fobj (V.3)
Gambar V.18. Sistem optik dengan dua lensa, seperti yang
ada pada teleskop sederhana.
Bayangan lensa objektif bersifat nyata dan berfungsi sebagai benda bagi
lensa okuler. Karena jarak bayangan ini dari okuler sama dengan fokus
lensa okuler, berlaku hubungan berikut.
Pengumpulan Data Astronomi 75
-
s 'oku= limsokuf oku
f okusokusokuf oku
= (V.4)
Berikut persamaan perbesaran teleskop.
Mtele= limsobj ,s 'oku
MobjMoku
Mtele= limsobj ,s 'oku
s'objsobj
s 'okusoku
Mtele=s 'objsoku
(V.5a)
Mtele=fobjfoku
(V.5b)
D. FotometriFotometri yaitu pengukuran kecerlangan bintang. Tanpa alat bantu
sekalipun, dapat ditentukan mana bintang yang lebih terang dari yang
lainnya. Masalahnya yaitu terang atau redup merupakan penilaian
subjektif; dibutuhkan penilaian baku yang objektif.
Kecerlangan bintang dinyatakan dalam besaran magnitudo melalui
hubungan berikut.
m2m1=2,5log I2I1 (V.6)Besaran m yaitu magnitudo dan I yaitu fluks radiasi bintang. Fluks radiasi
yaitu energi dari bintang per detik per luas area pada jarak tertentu dari
76 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
bintang. Satuan fluks radiasi yaitu J.m-2.s-1. Makin terang suatu bintang,
makin kecil magnitudonya.
Gambar V.19. Foto gugus Pleiades. Bintang yang lebih terang
nampak lebih besar. (NASA/ESA/AURA/Caltech/Palomar Observatory)
Fluks radiasi diterima pada jarak tertentu dari bintang. Jadi makin jauh
jarak dari bintang, makin kecil fluksnya. Dampaknya yaitu kecerlangan
bintang tergantung pada 1) energi yang dihasilkan per detik dan 2)
jaraknya dari pengamat. Berikut perluasan hubungan V.6.
m2m1=2,5 log I2I1
Pengumpulan Data Astronomi 77
-
m2m1=2,5 log L2/4D22L1/4D12 m2m1=2,5 log L2L1 D1
2
D22 (V.7)
Besaran L yaitu luminositas bintang dan D jarak bintang dari pengamat.
Luminositas yaitu energi yang dipancarkan bintang per detik ke segala
arah. Satuan untuk luminositas yaitu J.s-1.
Gambar V.20. Contoh tampilan intensitas piksel foto bintang pada
perangkat Iris. Nilai intensitas piksel kedua bintang ditandai dengan
kotak merah.
Dengan perangkat lunak pengolah citra, dapat dihitung nilai intensitas
piksel foto bintang. Intensitas piksel jelas tidak sama dengan fluks
radiasi, tetapi berbanding lurus dengan fluks radiasi. Dengan demikian
78 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
jika diketahui perbandingan intensitas piksel dua bintang, dapat diketahui
pula selisih magnitudo kedua bintang tersebut.
E. SpektroskopiSpektroskopi yaitu penguraian cahaya bintang. Dari spektroskopi, dapat
diketahui, diantaranya, jenis zat pada bintang.
Gambar V.21. Spektrum langit, dengan garis-garis serapan
unsur-unsur di atmosfer dan Matahari. (Eric Bajart/G. Maureen)
Setiap benda bertemperatur pasti memancarkan gelombang
elektromagnetik. Jika temperaturnya rendah, kebanyakan sinarnya
Pengumpulan Data Astronomi 79
-
berupa inframerah. Jika temperaturnya sangat tinggi, kebanyakan
sinarnya berupa ultraviolet. Jika sinar ini melalui prisma, akan terbentuk
spektrum kontinu.
Gambar V.22. Spektrum kontinu dari benda bertemperatur.
Gambar V.23. Lava dengan temperatur
1.000-1.200 C. Lava memancarkan sinar
pada semua panjang gelombang, namun
yang paling tinggi intensitasnya yaitu sinar
merah-kuning. (Hawaii Volcano Observatory)
80 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Radiasi dengan frekuensi tertentu yang diterima gas bertekanan rendah
digunakan untuk menaikkan tingkat energi elektron. Ketika elektron ini
kembali ke tingkat energi semula, radiasi tadi dipancarkan kembali. Nilai
frekuensi radiasi ini bergantung pada selisih tingkat energi elektron.
Karena susunan elektron bersifat khas untuk tiap atom, frekuensi yang
diserap dan dipancarkan akan berbeda untuk atom yang berbeda. Yang
teramati oleh pengamat yaitu garis-garis terang pada frekuensi tertentu,
tanpa disertai kontinum.
Gambar V.24. Jika terdapat gas renggang di antara pengamat dan
sumber radiasi, terjadi garis-garis serapan. Jika sumber radiasi tidak
segaris dengan pengamat dan gas renggang, terjadi garis-garis emisi.
Spektrum energi sumber radiasi berupa spektrum kontinu pada semua
panjang gelombang. Jika terdapat gas bertekanan rendah di antara
sumber radiasi dan pengamat, radiasi dengan frekuensi tertentu
digunakan untuk menaikkan tingkat energi elektron. Ketika elektron ini
Pengumpulan Data Astronomi 81
-
kembali ke tingkat energi semula, radiasi tadi dipancarkan kembali ke
segala arah. Yang teramati oleh pengamat yaitu spektrum kontinu
dengan garis gelap pada frekuensi tertentu.
Gambar V.25. Nebula planet M 57,
yang merupakan lontaran material
bintang. Spektrum nebula planet
berupa garis-garis terang pada
frekuensi tertentu. (AURA/STScI/NASA)
Gambar V.26. Korona
merupakan gas renggang di
antara pengamat dan inti
Matahari. Spektrum korona
berupa kontinum dengan garis-
garis gelap pada frekuensi
tertentu. (Luc Viatour)
Alat pengurai cahaya disebut spektrograf/spektrometer. Spektrum
cahaya dapat direkam dengan, misalnya, kamera digital. Untuk
mengetahui frekuensi garis emisi atau serapan, digunakan spektrum
pembanding dari percobaan di laboratorium.
82 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
Gambar V.27. Searah jarum jam dari kiri atas, logam natrium
dipanaskan hingga menguap. Gas panas natrium akan memancarkan
sinar pada frekuensi tertentu. Sinar ini diuraikan dengan prisma pada
spektrograf. Ditampilkan dua garis emisi sampel gas natrium, dilihat
dari teropong pada ujung spektrograf. Tentu saja kini, digunakan
spektrograf dan perekam data elektronik. (BBC Chemistry: A Volatile History - The Order of the Elements)
Pengumpulan Data Astronomi 83
-
F. Tugas Bab VGunakan persamaan V.6 dan V.7 untuk mengisi tabel berikut!
Kecerlangan Relatifmagnitudo IMatahari
ISiriusMatahari Sirius
-26.7 -1.44
Dari permukaan Bumi, yang lebih terang yaitu (Matahari/Sirius).
(Lingkari jawabannya!)Kecerlangan Mutlak
DSiriusDMatahari
LMatahariLSirius
540.000
Jika ditaruh pada jarak yang sama dari permukaan Bumi, yang lebih
terang yaitu (Matahari/Sirius). (Lingkari jawabannya!)
Catatan:
Fluks bintang diukur dengan bolometer, yang pada dasarnya merupakan
pengukur besar energi radiasi yang datang. Jarak bintang diukur
menggunakan pengamatan paralaks.
84 Wawasan Mutakhir Tata Surya
-
GLOSARIUM
Aphelion: Jarak terdekat antara Matahari dan benda yang
mengelilinginya.
Asensiorekta: Sudut antara titik Aries dan proyeksi benda langit pada
ekuator langit.
Asteroid: Benda yang bentuknya tidak beraturan karena gaya
gravitasinya tidak cukup besar untuk membulatkan dirinya.
Awan Oort: Daerah terluar Tata Surya, diperkirakan merupakan asal
komet periode panjang. Sedna merupakan planet kerdil yang
aphelionnya mencapai awan Oort. Sebaran benda-benda di awan
Oort membentuk bola, melingkupi Tata Surya Dalam.
Azimut: Sudut yang dibentuk utara, pengamat, dan proyeksi benda pada
cakawala, diukur ke timur.
Bayangan Nyata: Bayangan yang dapat diproyeksikan dengan jelas
pada layar.
Bayangan Maya: Bayangan yang tidak dapat diproyeksikan dengan
jelas pada layar.
Bintang: Benda yang 1) melangsungkan reaksi fusi sehingga 2)
memancarkan sinar. Seringkali, benda yang tidak lagi
melangsungkan reaksi fusi, tapi masih memancarkan sinar melalui
mekanisme lain, juga disebut bintang. Contohnya yaitu bintang
neutron, bintang katai putih, dan bintang katai hitam, yang semuanya
tadi sebelumnya merupakan bintang juga.
Deklina