Materi Astronomi OSN SMP Bidang Studi IPS - Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah 1 Pendahuluan

Materi Astronomi untuk OSN Tingkat SMP 2014 Prof. Dr. Suhardja D. Wiramihardja, M.Sc.

Kelompok Keilmuan Astronomi Institut Teknologi Bandung

2014

Pengantar

Astronomi adalah sains yang berkembang dengan pesat yang ditandai dengan banyak penemuan baru. Dibekali dengan teknologi mutakhir dan pengetahuan teoritis baru, telaah tentang kosmos terus dilakukan untuk menyempurnakan pemahaman kita tentang jagat raya. Dengan senang hati kami menggunakan kesempatan ini untuk memberikan materi tentang konsep-konsep astronomi, evolusi ide dan penemuan mengenai garis depan perkembangan astronomi dewasa ini. Materi Astronomi ini ditulis untuk siswa tingkat SMP yang tidak mempunyai latar belakang pengetahuan astronomi yang diberikan dalam bentuk mata pelajaran seperti mata pelajaran – mata pelajaran lainnya. Materi ini dimaksudkan untuk diberikan sebagai bekal peserta didik dalam mengikuti Olimpiade Sains Tingkat SMP bagian Ilmu Pengetahuan Sosial (IPS). Walaupun tidak berasal dari pohon ilmu yang sama, untuk sementara mulai tahun 2014 materi Astronomi akan dimasukkan ke dalam Olimpiade Bidang IPS.

Kami paparkan gambaran luas astronomi dengan lebih deskriptif tanpa matematika yang terlalu berat. Namun, ketiadaan matematika yang terlalu canggih, kami harapkan tidak akan mengganggu penjelasan tentang konsep-konsep yang sangat penting mengenai materi-materi astronomi. Kami lebih menitik-beratkan kepada penalaran kualitatif, dan analogi dengan obyek dan fenomena yang akrab dengan siswa untuk menerangkan kompleksitas masalah tanpa terlalu menyederhanakan. Kami berusaha untuk mengkomunikasikan daya tarik astronomi untuk membangkitkan minat siswa terhadap keindahan jagat raya sekitar kita yang mengagumkan.

Penulisan materi ini dipicu oleh permintaan para Guru pada saat acara Workshop Peningkatan Pelajaran Sains Tingkat SMP di Surabaya 1520 Desember 2013 yang lalu. Karena Astronomi tidak diberikan dalam pelajaran di SMP sebagai sebuah mata pelajaran, atau disisipkan dalam mata pelajaran lainnya, sedangkan mulai tahun 2014 materi Astronomi akan dimasukkan ke dalam Olimpiade bidang IPS, dirasakan sangat perlu adanya bahan materi yang bisa dijadikan a ua agar para siswa peserta Oli piade tidak ertaru g ta pa a u isi. Berdasarkan pengalaman kami mengajarkan materi Astronomi pada beberapa pelatihan baik untuk guru

mau pun siswa, kami berusaha untuk mengkomunikasikan masalah-masalah dasar Astronomi kepada siswa SMP dengan menunjukkan keindahan jagat raya yang fantastik tanpa ketakutan yang berlebihan akan masalah-masalah Eksakta atau Sains.

Tulisan ini masih jauh dari sempurna. Kami akan secara regular memperbaiki dan meng-update dengan perkembangan ilmu astronomi. Tetapi semoga apa yang kami tulis bermanfaat.

Bab I Pendahuluan

I.1. Astronomi dan Jagat Raya

Sering disebutkan bahwa sekarang kita hidup dalam abad keemasan Astronomi. Sekarang fajar abad 21 sebenarnya adalah perioda kedua dari abad seperti itu dengan banyaknya penemuan dan eksplorasi ruang angkasa. Yang pertama adalah masa Renaissance (kelahiran kembali) yang dimulai dengan zaman pertama yang mempesona dalam kemajuan bidang sains, saat astronomi modern lahir.

Yang paling menonjol dan penting adalah kelahiran kembali astronomi, yaitu zamannya ilmuwan Italia Galileo Galilei (1564 – 1642). Walaupun bukan dia yang menemukan teleskop, tetapi Galileo adalah orang pertama yang dalam tahun 1610 merekam apa yang ia lihat ketika ia mengarahkan sebuah lensa kecil (berdiameter 5 cm) ke langit. Penemuannya menciptakan sebuah perubahan pandangan besar dalam astronomi, dan juga sebuah terobosan dalam persepsi manusia tentang kosmos.

Untuk pertama kalinya ia melihat noda/bintik Matahari (sunspots), permukaan Bulan yang tidak rata yang berkawah dan bergunung, dan semua dunia baru , yaitu empat buah bulan yang mengelilingi planet Jupiter, ia mengubah pandangan kekekalan kosmik dari Aristoteles yaitu gagasan bahwa jagat raya adalah sempurna dan tidak berubah. Akan tetapi, di lapangan Galileo menghadapi banyak masalah dengan para filsuf dan ahli teologi saat itu. Dalam memperjuangkan metoda ilmiahnya, ia menggunakan alat untuk menguji pemikirannya, dan yang ia temukan sangat tidak bersesuaian dengan pemikiran dan pandangan yang ada pada zaman itu.

Kemajuannya sangat sederhana. Ia menggunakan sebuah teleskop yang memfokuskan, memperbesar, dan mempelajari radiasi yang mencapai Bumi dari langit – khususnya cahaya dari Matahari, Bulan dan planet. Cahaya adalah satu macam radiasi yang paling dikenal oleh manusia di Bumi, karena ia memungkinkan kita untuk mengetahui keadaan permukaan planet. Tetapi juga cahaya memungkinkan teleskop melihat obyek di kedalaman jagat raya, yang memungkinkan kita menjelajah lebih jauh daripada apa yang bisa dilihat oleh mata telanjang. Dengan teleskop kecil yang sederhana ini, Galileo telah mengubah perjalanan ilmu paling tua – astronomi  saat itu, dan untuk selamanya.

Dia tara e da- e da a eh lai ya g ia te uka adalah gugusan-gugusan bintang sepanjang Galaksi Bima Sakti, bulan dan cincin sekeliling planet raksasa, nebula warna warni yang sebelumnya semua orang belum pernah melihatnya.

I.2. Tempat Kita di Bumi

Dari semua pandangan ilmu, Bumi bukanlah titik pusat atau menempati posisi khusus dalam jagat raya. Kita tidak mendiami tempat yang unik dalam jagat raya. Penelitian astronomi, terutama dalam beberapa dekade terakhir, secara tegas menyimpulkan bahwa kita tinggal pada sesuatu yang mirip dengan planet berbatu biasa yang disebut Bumi, satu dari delapan planet yang mengitari sebuah bintang biasa yang disebut Matahari, sebuah bintang yang berlokasi sekitar sepertiga dari pinggiran kumpulan besar bintang yang disebut Galaksi Bima Sakti (Milky Way), yang merupakan satu dari milyaran galaksi lain yang tersebar di seluruh jagat raya yang teramati.

Kita dihubungkan dengan alam semesta dan waktu tidak hanya oleh imajinasi kita saja, tetapi juga melalui warisan kosmik bersama. Hampir semua elemen kimia yang membentuk tubuh kita (hidrogen, oksigen, karbon, dan banyak lagi) dibentuk milyaran tahun yang lalu dalam pusat yang panas dari bintang-bintang yang mati mengakhiri evolusinya. Bintang-bintang raksasa ini mati dalam ledakan besar, menghamburkan elemen yang dibentuk jauh di dalam inti yang sangat besar. Akhirnya, materi ini terkumpul dalam awan gas yang secara perlahan runtuh dan melahirkan bintang generasi baru berikutnya. Dengan cara ini, Matahari dan keluarga planetnya terbentuk sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu. Segala sesuatu di Bumi dipasok atom dari bagian lain jagat raya, dan jauh dari masa lalu yang lebih jauh dari awal evolusi manusia. Di tempat yang lain, makhluk lain – mungkin dengan kecerdasan yang lebih tinggi daripada kita – barangkali saat ini sedang mengembara di dalam langit malam mereka sendiri. Matahari kita mungkin hanya sekadar sebuah titik cahaya terhadap mereka, jika memang tampak. Andaikan makhluk itu memang sekarang ada, mereka pasti berasal dari asal kosmik yang sama.

Secara sederhana dapat dikatakan, bahwa jagat raya (universe) adalah totalitas seluruh ruang angkasa, waktu, materi dan energi. Astronomi adalah telaah tentang jagat raya. Ia adalah sebuah subyek yang agak berbeda dengan yang lainnya, karena ia menuntut kita untuk secara mendalam mengubah pandangan kita tentang kosmos dan melihat materi sebagai sesuatu dengan skala yang sama sekali tidak akrab dengan pengalaman sehari-hari. Sebagai contoh, lihat saja misalnya sebuah galaksi yang bernama Andromeda (Gambar I.1). Ia adalah kumpulan besar bintang-bintang dengan jumlah ratusan milyar – lebih banyak bintang daripada jumlah manusia yang pernah hidup di Bumi. Struktur keseluruhan galaksi Andromeda terlihat di langit dengan diameter selebar 100.000 tahun cahaya. Meskipun tampaknya seperti satuan waktu,

satu tahun cahaya dalam kenyataannya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun pada kecepatan 300.000 km perdetik. Kalau dihitung seterusnya, dalam satu tahun ada 365 hari, dalam satu hari ada 24 jam, dalam satu jam ada 60 menit, dalam 1 menit ada 60 detik, akan diperoleh bahwa 1 tahun cahaya sama dengan kira-kira 10 triliun kilometer. Untuk perbandingan, diameter Bumi besarnya sekitar 13.000 kilometer, yang kira-kira kurang dari satu per dua puluh detik cahaya.

Gambar I.1. Galaksi Andromeda

Tahun cahaya adalah satuan jarak yang diperkenalkan oleh astronom untuk melukiskan jarak yang sangat jauh. Kita akan sering menemukan satuan seperti ini dalam astronomi. Astronom sering memperbesar sistem metrik standar dengan tambahan satuan yang digunakan dalam masalah-masalah khusus yang sedang dibahas.

Ribu (1.000), juta (1.000.000), milyar (1.000.000.000), bahkan triliun (1.000.000.000.000) – bilangan ini sering muncul dalam percakapan sehari-hari. Tetapi mari kita berhenti sejenak untuk memahami besaran bilangan ini dan meresapi perbedaan yang kentara antar bilangan ini. Seribu sangat mudah untuk dipahami. Dengan kecepatan 1 angka per detik, kita akan

menghitung mulai dari angka 1 sampai dengan 1.000 dalam waktu 1.000 detik atau sekitar 16 menit. Akan tetapi, jika kita ingin menghitung sampai dengan 1.000.000, kita perlu waktu lebih dari dua minggu untuk menghitung dengan kecepatan 1 angka per detik, 16 jam per hari (kalau 8 jam diperlukan untuk tidur). Untuk menghitung dari 1 sampai dengan satu miliar dengan kecepatan yang sama, 1 angka per detik, dan 16 jam per hari diperlukan hampir 50 tahun! Dalam kemasan materi ini, kita tidak hanya berbicara ruang dengan besar milyaran kilometer, tetapi milyaran tahun cahaya; atau benda yang mengandung hanya triliunan atom, tetapi triliunan bintang, dan interval waktu yang hanya milyaran detik atau jam, tetapi milyaran tahun. Kita perlu menjadi akrab – dan nyaman – dengan bilangan-bilangan besar tersebut. Salah satu cara yang baik adalah mulai dengan belajar seberapa kali lebih besar satu juta dari satu ribu, dan berapa kali lebih besar satu miliar dari satu ribu.

Dengan kekurang-pahaman tentang obyek-obyek astronomi yang mereka amati, pengamat langit zaman kuno merangkum cerita untuk menerangkannya. Misalnya dikatakan, Matahari dibawa ke langit dengan kereta perang yang ditarik kuda terbang. Pola konstelasi bintang dicerminkan sebagai jagoan atau pahlawan mereka atau sebagai binatang yang mereka anggap sakti yang ditempatkan di langit oleh para dewa. Sekarang, tentu saja kita mempunyai konsepsi jagat raya yang sangat berbeda. Bintang yang kita lihat letaknya sangat jauh, adalah benda bundar yang bersinar yang mungkin kuat sinarnya sama atau ratusan kali kuat sinar Matahari kita.

I.3. Konstelasi di Langit

Antara Matahari terbenam dan Matahari terbit pada sebuah malam yang cerah, kita akan bisa melihat sekitar 3.000 titik cahaya di langit. Jika kita masukkan pemandangan langit dari muka Bumi sebaliknya, hampir 6.000 bintang tampak pada mata telanjang. Kecenderungan alamiah manusia adalah melihat pola dan hubungan antar benda-benda langit itu, walaupun pada kenyataannya tidak ada hubungan apapun sebenarnya, dan orang dulu menghubungkan bintang-bintang terang ke dalam konfigurasi yang disebut konstelasi atau rasi, yang orang zaman kuno menamakannya dengan makhluk mitos, jagoan atau pahlawan, dan binatang yang dirasakan penting untuk mereka. Gambar I.2 memperlihatkan sebuah konstelasi yang menonjol pada langit malam dari Oktober sampai Maret, yaitu si Pemburu dengan nama Orion. Orion adalah pahlawan berdasar mitos Yunani.

Gambar 1.2. Konstelasi Orion

Mungkin tidak begitu mengejutkan, pembentukan pola konstelasi bintang dipengaruhi oleh latar belakang budaya etnik masing-masing. Orang Cina zaman dulu melihat tokoh mitos berbeda dengan orang Yunani, orang Babilonia, dan juga orang Indonesia. Konstelasi yang disebut oleh orang Yunani sebagai Orion, di Indonesia dikenal dengan nama Waluku atau Wuluku, yang berarti alat bajak sawah.

Astronom zaman dulu mempunyai alasan yang praktis untuk mempelajari astronomi. Beberapa konstelasi bisa digunakan untuk petunjuk navigasi. Bintang Polaris menunjukkan arah Utara, dan lokasinya yang hampir tetap di langit, dari jam ke jam, dari malam ke malam, telah membantu penjelajah selama berabad-abad. Konstelasi lain digunakan sebagai kalender primitif untuk meramalkan musim menanam dan musim panen. Sebagai contoh, kenampakan bintang Waluku/Wuluku di langit Timur pada awal malam dianggap sebagai tanda dimulainya musim hujan, dan masa pertanian segera tiba.

Dalam banyak kelompok masyarakat, orang percaya bahwa ada manfaat lain dalam menelusuri secara terus menerus posisi benda langit yang berubah dari waktu ke waktu. Posisi relatif antara bintang-bintang dan planet-planet pada hari kelahiran seseorang dipelajari dengan seksama oleh ahli astrologi, yang menggunakan data untuk membuat ramalan tentang nasib orang tersebut. Jadi, dalam hal faedah , astronomi dan astrologi muncul dari desakan keperluan dasar yang sama yaitu kei gi a u tuk elihat asa depa . Dan, sesungguhnya, untuk waktu yang lama keduanya tidak bisa dipisahkan antara satu dari yang lainnya. Sekarang, kebanyakan orang mengenal bahwa astrologi tidak lebih dari sekadar hiburan semata, meski jutaan orang masih mempercayai horoskop dalam koran-koran setiap harinya. Walaupun begitu, terminologi astrologi lama – nama-nama dari konstelasi dan istilah-istilah yang digunakan untuk menggambarkan lokasi dan gerakan planet  masih digunakan dalam dunia astronomi modern sekarang untuk memudahkan pengenalan daerah langit tertentu.

Secara umum dapat dikatakan, bahwa seperti ditunjukkan dalam Gambar I.3, bintang-bintang yang membentuk konstelasi tertentu sebenarnya tidak berdekatan antara satu dengan lainnya di langit, bahkan dengan standar astronomi sekali pun. Mereka semata-mata hanya cukup terang untuk diamati dengan mata telanjang dan kebetulan terletak kira-kira dalam arah yang sama di langit dilihat dari Bumi. Tetapi, konstelasi juga menyediakan cara yang cocok untuk para astronom untuk pengenalan daerah yang luas di langit, seperti halnya ahli geologi menggunakan benua atau seorang Presiden mengenal nama-nama provinsi dalam negaranya. Total ada 88 buah kontelasi di seluruh langit, tetapi hanya ada 12 yang berada pada atau sekitar ekliptika (lingkaran tahunan Matahari) yang disebut sebagai zodiak.

Bab II

Posisi Bintang di Langit

II.1. Bola Langit

Selama perjalanan malam, bintang-bintang atau konstelasi tampak bergerak dengan sangat pelan sekali (tidak bisa terdeteksi dengan pengamatan mata telanjang dalam rentang waktu yang singkat) sepanjang langit dari Timur ke Barat. Tetapi pengamat langit zaman dulu pun sangat sadar bahwa posisi relatif antara bintang yang satu dengan bintang lainnya tetap tidak berubah sepanjang pergerakan malam itu. Sangat alamiah kalau pengamat zaman dulu itu menyimpulkan bahwa bintang-bintang haruslah menempel ketat pada bola langit bagian dalam, ibarat sebuah kanopi yang mengelilingi Bumi.

Untuk titik pandangan modern, gerakan semu bintang-bintang di langit adalah hasil dari rotasi dari Bumi pada porosnya, bukan rotasi bola langit. Walaupun kita tahu bahwa Bumi bukanlah pusat alam semesta, untuk menerangkan gerak langit yang kita saksikan, kita e ga ggap seolah-olah Bumi menjadi pusat bola langit. Titik-titik tempat sumbu rotasi Bumi memotong langit disebut sebagai Kutub Langit. Pada belahan langit Utara, Kutub Langit Utara (KLU) terletak di atas Kutub Utara Bumi. Perpanjangan sumbu rotasi Bumi pada arah yang berlawanan menentukan Kutub Langit Selatan (KLS). Persis ditengah-tengah antara KLU dan KLS terletak ekuator langit, yang merupakan perpotongan antara bidang ekuator Bumi dengan bola langit.

Ketika kita membicarakan lokasi bintang di langit, astronom berbicara dalam istilah atau besaran posisi sudut atau perbedaan sudut, bukan jarak bintang dari Bumi, karena yang kita lihat adalah proyeksi bintang pada langit. Bintang-bintang itu sendiri mempunyai jarak yang berbeda satu dengan lainnya.

II.2. Ukuran Sudut

Besar dan skala sering dinyatakan dengan mengukur panjang dan sudut. Konsep pengukuran panjang sudah sangat akrab kepada kita semua. Tetapi konsep pengukuran sudut mungkin masih kurang akrab. Tapi kita coba ingat beberapa fakta sederhana di bawah ini:

i. Sebuah lingkaran penuh besarnya 360 derajat (360). Jadi, setengah lingkaran yang merentang dari horizon ke horizon, melintasi titik tepat di atas kepala dan merangkum bagian langit yang tampak pada seseorang pada suatu saat, besarnya 180.

ii. Setiap bagian 1 lebih jauh dapat dibagi-bagi lagi ke dalam bagian dari derajat, yang disebut menit busur. Ada 60 menit busur (ditulis 60) dalam satu derajat. (Terminologi menit usur digunakan untuk membedakan satuan sudut ini dengan satuan menit waktu). Matahari dan Bulan tampak sebagai benda bulat yang besarnya 30 menit busur (30) atau setengah derajat di langit.

iii. Satu menit busur (1) dapat dibagi menjadi 60 detik busur (60). Dengan kata lain, kalau satu menit busur (1) adalah 1/60, maka satu detik busur (1) adalah 1/601/60 = 1/3.600. Satu detik busur (1) adalah satuan ukuran sudut yang sangat kecil – besarnya sudut dari sebuah benda dengan panjang 1 centimeter dilihat dari jarak 2 kilometer. Gambar II.2 melukiskan besaran sudut.

Gambar II.2 Besaran sudut.

Jangan dicampuradukkan satuan yang digunakan untuk mengukur sudut ini. Menit busur dan detik busur tidak ada hubungannya dengan pengukuran waktu, dan derajat tidak ada hubungannya dengan temperatur. Derajat, menit busur, dan detik busur adalah semata-mata cara untuk mengukur besarnya dan menentukan posisi benda langit pada bola langit.

Ukuran atau besarnya sudut dari sebuah benda bergantung kepada ukuran fisis yang sebenarnya dan jaraknya dari kita. Sebagai contoh, Bulan, pada jaraknya yang sekarang dari Bumi, mempunyai diameter sudut 0,5 atau 30. Jika Bulan ditempatkan pada jarak 2 kali lebih jauh, ia akan tampak setengahnya – 15 – walaupun besar fisis sebenarnya tetap sama. Jadi, besar sudut saja tidak cukup untuk menentukan diameter yang sebenarnya dari benda itu. Jarak ke benda tersebut harus harus juga diketahui.

II.3. Koordinat Langit

Metoda paling sederhana untuk menentukan lokasi bintang-bintang di langit adalah menentukan konstelasinya dan mengurutkannya dalam tingkatan terangnya. Bintang paling terang diberi notasi dengan abjad Yunani , bintang paling terang kedua diberi notasi , bintang yang ketiga , dan seterusnya. Jadi, dua bintang paling terang dalam konstelasi Orion – Betelgeuse dan Rigel – juga masing-masing dikenal sebagai Orionis dan Orionis. (Penelitian

paling kini ternyata menghasilkan bahwa Rigel lebih terang daripada Betelgeuse, tetapi nama bintang tetap.) Begitu juga, Sirius, bintang yang paling terang di langit, yang berlokasi di konstelasi Canis Major (Anjing Besar), diberi nama Canis Major (atau disingkat CMa). Bintang Kutub sekarang (Polaris) di konstelasi Ursa Minor (Beruang Kecil) juga dikenal sebagai Ursae Minoris (UMi), atau Antares, bintang raksasa merah (diameternya sama dengan 2.000 kali diameter Matahari) di rasi Scorpio disebut juga Scorpio (atau Sco), dan seterusnya. Karena lebih banyak lagi bintang terang dalam konstelasi tertentu sedangkan jumlah huruf dalam abjad Yunani terbatas, penggunaan pemakaian cara ini sangat terbatas. Akan tetapi untuk pengamatan bintang dengan mata telanjang, yang hanya melibatkan bintang-bintang terang saja, cara ini cukup memadai.

Untuk pengukuran yang lebih teliti, astronom menerapkan sistem koordinat langit pada bola langit. Jika kita menganggap bintang-bintang menempel pada sebuah bola langit yang berpusat di Bumi, sistem lintang dan bujur pada permukaan Bumi diperluas sehingga mencakup langit. Lintang dan bujur pada sistem koordinat permukaan Bumi, dalam sistem koordinat langit padanannya adalah masing-masing deklinasi dan asensiorekta. Gambar II.3 melukiskan maksud dari asensiorekta dan deklinasi pada bola langit, dan membandingkannya dengan bujur dan lintang pada permukaan Bola.

Perhatikan hal-hal di bawah ini:

i. Deklinasi () diukur dalam derajat () ke Utara atau Selatan dari ekuator Bumi. Jadi, ekuator langit berada pada deklinasi 0, KLU pada deklinasi + 90, dan KLS mempunyai deklinasi – 90 (tanda minus di si i e eri arti selatan dari ekuator langit .

ii. Asensiorekta () diukur dalam satuan jam, menit, dan detik.

Satuan sudut secara bersamaan digunakan juga dengan satuan waktu, untuk membantu dalam pengamatan astronomi. Dua set satuan ini dihubungkan dengan rotasi Bumi (atau bola langit). Dalam 24 jam, Bumi berotasi sekali pada sumbunya atau sebanyak 360. Jadi, dalam perioda 1 jam, Bumi berotasi sebesar 360/24= 15, atau 1 jam. Dalam 1 menit waktu, Bumi berotasi dalam sudut sebesar = 15/60 = 0,25, atau 15 menit busur (15). Dalam 1 detik waktu, Bumi berotasi sebesar sudut = 15/60 = 15 detik busur (15). Titik nol untuk asensiorekta dipilih saat Matahari di langit berada pada posisi Vernal Equinox, yaitu perpotongan antara ekuator langit dengan ekliptika.

Asensiorekta dan deklinasi secara spesifik menunjukkan lokasi di langit yang serupa dengan koordinat bujur dan lintang yang menentukan lokasi pada permukaan Bumi. Sebagai contoh, untuk mencari kota Padang, lihat 100 21 sebelah timur dari meridian Greenwich (garis pada permukaan Bumi dengan bujur 0) dan 057 sebelah utara ekuator. Dengan cara yang sama, untuk mencari lokasi bintang Betelgeuse pada bola langit, lihat 5h52m0s ke arah Timur Vernal Equinox (garis di langit dengan asensiorekta 0h), dan 724 sebelah Utara ekuator langit. Bintang Rigel yang disebutkan di atas, terletak pada = 5h

13m36s dan  = 813. Asensiorekta dan deklinasi terikat dalam bola langit. Walaupun bintang tampak bergerak di langit karena rotasi Bumi, koordinat mereka tetap konstan sepanjang malam, karena pada saat bersamaan titik vernal equinox yang menjadi titik nol asensiorekta bergerak dengan harga yang sama dengan bintang.

Bab III Gerak Bumi

III.1. Rotasi dan Revolusi Bumi

Kita mengukur waktu berdasar acuan pada Matahari. Karena irama hari dan malam sangat penting pada kehidupan kita, maka perioda waktu antara suatu tengah hari ke tengah hari berikutnya, atau suatu tengah malam ke tengah malam berikutnya, yaitu hari matahari yang panjangnya 24 jam, adalah satuan waktu sosial dasar manusia. Perubahan posisi Matahari dan bintang-bintang di langit sepanjang hari/malam disebut gerak harian. Seperti kita ketahui hal itu disebabkan oleh rotasi Bumi. Tetapi pada suatu waktu yang sama, posisi bintang di langit tidak akan berada pada tempat yang sama dari satu malam ke malam berikut. Tiap malam, keseluruhan bola langit tampak bergeser sedikit terhadap horizon, dibanding malam berikutnya. Cara yang paling mudah untuk mengkonfirmasi hal ini adalah dengan menyaksikan bintang-bintang yang tampak sesaat setelah Matahari terbenam atau sebelum fajar. Kita akan melihat bahwa bintang-bintang berada pada posisi sedikit berbeda dari malam sebelumnya (kira-kira 4 menit lebih cepat). Karena pergeseran kecil ini, hari yang diukur berdasar acuan bintang – disebut hari sideris – berbeda panjangnya dengan hari matahari.

Penyebab perbedaan antara hari matahari (hari dengan acuan Matahari) dan hari sideris (hari dengan acuan bintang) dilukiskan pada Gambar III.1. Terjadinya perbedaan ini dikarenakan Bumi melakukan dua macam gerakan yaitu rotasi dan revolusi secara bersamaan. Selama berotasi Bumi juga bergerak sedikit dalam orbitnya mengelilingi Matahari. Setiap Bumi berotasi sekali pada sumbunya ia juga bergerak sedikit sepanjang orbitnya mengitari Matahari. Oleh karena itu Bumi harus berotasi lebih besar daripada 360 (360 derajat) agar Matahari berada di posisi (di langit) satu hari sebelumnya. Jadi, interval waktu antara suatu tengah hari ke tengah hari berikutnya (satu hari matahari) lebih lama daripada satu perioda rotasi yang acuannya bintang (satu hari sideris). Planet Bumi perlu waktu 365 hari untuk mengorbit Matahari, jadi sudut tambahan yang ditempuh adalah 360/365 = 0,986. Karena Bumi berotasi dengan15per jam, diperlukan 3,9 menit untuk berotasi sebesar sudut 0,986 ini. Jadi hari matahari 3,9 menit (dibulatkan menjadi 4 menit) lebih panjang daripada hari sideris, atau panjang hari sideris sama dengan 23h56m.

III.2 Perubahan Musim

Gambar III.2 melukiskan bagaimana Bumi berevolusi mengelilingi Matahari dalam setahun. Untuk masing-masing posisi Bumi, langit yang tampak dari Bumi yang sedang mengalami malam hari berbeda-beda. Pada kira-kira bulan Maret langit yang tampak dalam bulan itu adalah langit yang menampilkan bintang-bintang dari konstelasi Leo, Virgo, dan Libra. Sedangkan tiga bulan setelahnya yaitu kira-kira bulan Juni bintang dalam rasi-rasi Scorpio, Sagittarius, dan Capricornus akan tampak. Begitu seterusnya. Perubahan musiman yang teratur ini terjadi karena revolusi Bumi mengelilingi Matahari. Bagian gelap belahan langit dari Bumi menghadap arah langit yang sedikit demi sedikit bergeser tiap malamnya. Perubahan dalam arah ini hanya sekitar 1 saja per malamnya – perubahan yang terlalu kecil untuk bisa dilihat dengan mata telanjang, dari suatu malam ke malam berikutnya. Tetapi akan terlihat kentara dalam rentang mingguan atau bulanan seperti ditunjukkan dalam Gambar III.2.

Gambar III.2 Pemandangan langit malam berubah dengan bergeraknya Bumi dalam orbitnya mengelilingi Matahari. Seperti ditunjukkan dalam gambar di atas, bagian malam hari dari Bumi menghadap sekumpulan konstelasi pada waktu yang berbeda dalam setahun. Dua belas nama-nama konstelasi yang tampak disini yang berada di atau dekat ekliptika disebut zodiak.

Setelah enam bulan Bumi telah mencapai bagian seberang orbitnya, dan kita menghadap ke kelompok bintang dan konstelasi yang sama sekali berbeda pada langit malamnya. Karena gerakan ini, Matahari tampak (terhadap pengamat di Bumi) bergerak relatif terhadap bintang-bintang latar belakang sepanjang tahun. Gerakan semu Matahari di langit mengikuti lintasan pada bola langit selama setahun disebut ekliptika. Ke 12 konstelasi yang dilalui Matahari ketika ia bergerak sepanjang ekliptika – yaitu konstelasi-konstelasi yang akan kita lihat pada arah Matahari jika konstelasi-konstelasi itu (zodiak) tidak terhalangi oleh silaunya sinar Matahari – memiliki arti yang sangat penting bagi astrolog zaman dulu.

Seperti diperlihatkan dalam Gambar III.2, ekliptika membentuk lingkaran besar pada bola langit, miring dengan sudut 23,5 terhadap ekuator langit.

Dalam kenyataannya, seperti diilustrasikan pada Gambar III.3, bidang ekliptika adalah bidang orbit Bumi mengelilingi Matahari. Kemiringan ini terjadi sebagai konsekuensi dari inklinasi sumbu rotasi Bumi kita terhadap bidang orbitnya.

Gambar III.3 Ekliptika dan ekuator langit

Titik pada ekliptika, tempat Matahari berada pada titik paling Utara di atas ekuator langit dikenal sebagai titik musim panas atau summer solstice atau Titik Balik Utara. Seperti pada GambarIII.3, titik ini menyatakan lokasi dalam orbit Bumi ketika Kutub Utara Bumi berada pali g dekat ke Matahari. Peristiwa ini terjadi sekitar tanggal 21 Juni – tanggal yang pasti sedikit bervariasi dari tahun ke tahun karena panjang satu tahun sesungguhnya tidak genap dengan hari yang penuh. Ketika Bumi berotasi, titik-titik sebelah Utara ekuator menghabiskan waktunya di bawah sinar Matahari pada tanggal tersebut, sehingga summer solstice berhubungan dengan siang hari terpanjang dalam setahunnya di belahan langit Utara dan siang hari terpendek di belahan langit Selatan.

Enam bulan kemudian, Matahari berada pada titik paling Selatan di bawah ekuator langit – atau, berarti, Kutub Utara Bumi berorientasi terjauh dari Matahari. Kita mencapai titik Musim Dingin (winter solstice) atauTitik Balik Selatan pada tanggal 21 Desember, saat terjadi siang hari terpendek di Belahan Langit Utara dan terpanjang di Belahan Langit Selatan.

Kombinasi lokasi Matahari terhadap ekuator langit dan panjang siang hari menyebabkan terjadinya empat musim yang dialami di Bumi oleh orang yang tinggal di belahan Utara dan belahan Selatan. Seperti dilukiskan dalam Gambar III.3, ketika Matahari berada tinggi di langit, berkas cahaya yang menimpa Bumi lebih terkonsentrasi – jatuh pada daerah yang lebih kecil. Akibatnya, Matahari terasa lebih panas. Jadi, pada Musim Panas di belahan Utara, ketika Matahari berada pada titik tertinggidi atas horizon dan siang hari berlangsung panjang, umumnya temperatur jauh lebih tinggi daripada dalam Musim Dingin, ketika Matahari berada ebih bawah dan siang hari berlangsung pendek.

Dua titik tempat ekliptika berpotongan dengan ekuator langit – yaitu ketika sumbu rotasi Bumi tegak lurus kepada garis yang menghubungkan Bumi dengan Matahari (Gambar III.3) – disebut ekinoks. Pada kedua tanggal itu, panjang siang dan malam sama. Dalam Musim Gugur (di Belahan Bumi Utara), ketika Matahari melintas dari Utara menuju Belahan Langit Selatan, kita mempunyai ekinoks Musim Gugur (autumnal equinox) (pada tanggal 21 September). Ekinoks Musim Semi (vernal equinox) terjadi pada saat Musim Semi di belahan Bumi Utara, pada kira-kira tanggal 21 Maret, ketika Matahari memotong ekuator langit menuju Utara (Gambar III.3). Karena hubungannya dengan akhir Musim Dingin dan awal musim pertumbuhan, titik vernal equinox ini sangat penting untuk astronom dan astrolog masa silam. Ia juga memainkan peran penting dalam sistem penentuan waktu. Interval waktu dari satu vernal equinox ke vernal equinox berikutnya – 365,2422 hari Matahari rata-rata (mean solar day)  disebut sebagai satu tahun tropis (tropical year).

III.3. Perubahan Jangka Panjang

Bumi mempunyai banyak gerakan – ia berputar pada sumbunya, ia bergerak mengitari Matahari, dan ia bersama Matahari bergerak melingkari Pusat Galaksi Bima Sakti. Kita telah melihat bagaimana gerakan-gerakan ini mengakibatkan terjadinya perubahan pada langit malam dan perubahan dalam musim. Pada kenyataannya situasinya lebih rumit lagi. Seperti gasing yang berputar cepat pada porosnya, sementara sumbunya sendiri secara perlahan mengitari sumbu vertikalnya, sumbu Bumi berubah arah sepanjang waktu (walaupun sudut antara sumbu dan garis yang tegak lurus pada bidang ekliptika selalu tetap sekitar 23,5). Seperti dilukiskan dalam Gambar III.4, perubahan ini disebut presesi. Presesi ini disebabkan oleh gaya tarik Bulan dan Matahari pada Bumi. Selama satu siklus presesi – sekitar 26.000 tahun – sumbu Bumi membuat sebuah kerucut.

Bab IV Model Jagat Raya

IV.1. Model Jagat Raya Geosentris

Orang Yunani kuno dan peradaban sebelum mereka membangun model jagat raya. Telaah mengenai jagat raya pada skala paling besar disebut kosmologi. Sekarang, kosmologi perlu memandang jagat raya pada skala yang begitu besarnya sehingga bahkan galaksi keseluruhan dapat dianggap semata-mata sebagai titik-titik yang tersebar di seluruh alam semesta. Akan tetapi untuk orang Yunani kuno, jagat raya pada dasarnya adalah Tata Surya – Matahari, Bumi, dan Bulan, dan planet-planet yang diketahui saat itu. Bintang-bintang di latar belakangnya, memang merupakan bagian dari jagat raya, tetapi mereka dianggap suar cahaya yang tidak berubah yang menempel tetap pada bola langit. Orang Yunani kuno tidak mempertimbangkan Matahari, Bulan, dan planet-planet sebagai bagian dari kubah langit maha besar. Obyek-obyek ini memiliki pola perilaku yang beda dari bintang-bintang.

Model Tata Surya yang paling awal mengikuti ajaran dari filsof Yunani Aristoteles (384 – 322 S.M.) yaitu model jagat raya geosentris, yang menempatkan Bumi sebagai pusat jagat raya dan semua benda bergerak mengitarinya. Pada model ini digambarkan masing-masing planet bergerak seragam mengelilingi lingkaran kecil, yang disebut epicycle, yang pusatnya bergerak mengitari Bumi pada lingkaran yang lebih besar, yang disebut deferent, seperti diperlihatkan pada Gambar IV.1. Lingkaran epicycle dimaksudkan untuk bisa menerangkan perubahan terang planet dari waktu ke waktu.

Gambar IV.1. Model jagat raya Aristoteles.

Kemudian sekitar tahun 140 M, seorang astronom Yunani bernama Ptolemeus membangun model jagat raya yang bisa menerangkan juga lintasan lima planet yang waktu itu diketahui, dan juga garis edar Matahari dan Bulan. Disini kita tidak akan terlalu rinci memaparkan kedua model di atas, tetapi model dari Ptolemeus ini secara lengkap ditulis dalam Syntaxis (lebih dikenal dalam nama Arabnya, Almagest – the greatest , ya g e eri kerangka kerja intelektual untuk semua perdebatan dan pembicaraan tentang jagat raya selama seribu tahun. Sesungguhnya, sejarah mencatat bahwa beberapa astronom Yunani kuno berpendapat berbeda tentang gerak benda-benda langit ini. Di antara mereka adalah Aristarchus dari Samos (310 – 230 S.M.) yang mengusulkan bahwa semua planet, termasuk Bumi, berevolusi mengelilingi Matahari dan, lebih jauh lagi, Bumi berotasi pada sumbunya sekali sehari. Kombinasi revolusi dan rotasi yang ia usulkan akan menciptakan gerakan semu dari langit – ide sederhana yang akrab kepada setiap orang yang naik korsel dan melihat pemandangan yang bergerak lewat dalam arah yang berlawanan. Akan tetapi, penggambaran Aristarchus tentang langit, meskipun intinya benar, tidak memperoleh penerimaan yang luas dalam kurun waktu hidupnya. Pengaruh Aristoteles terlalu kuat, pengikutnya begitu banyak, dan tulisannya sangat menyeluruh. Model geosentris secara luas tidak tertandingi sampai abad 16.

Ajaran dari Aristoteles memang menyampaikan beberapa argumen sederhana dan agak memaksa untuk dukungan terhadap pandangannya. Antara lain, tentu saja, Bumi tidak terasa bahwa ia bergerak – dan jika Bumi memang bergerak, bukankah pasti akan terjadi angin besar ketika planet berevolusi dengan kecepatan tinggi mengitari Matahari ?

IV.2. Model Heliosentris dari Tata Surya

Gambaran jagat raya dari Ptolemeus bertahan utuh selama lebih kurang hampir 14 abad, yaitu sampai dengan abad 16. Seorang pendeta orang Polandia, Nicolaus Copernicus menemukan kembali model heliosentris (berpusat di Matahari) dari Aristarchus yang memberi penjelasan yang lebih alamiah dari fakta yang diamati daripada kosmologi geosentris yang kusut. Copernicus menegaskan bahwa Bumi berputar pada sumbunya dan, seperti planet lain, mengorbit Matahari. Akan kita lihat, model ini tidak sekadar menerangkan perubahan harian dan musiman yang teramati di langit, tetapi ia juga secara alami menerangkan gerak retrograde (gerak berbalik arah yang tampak di langit) dan perubahan terang dari planet. Realisasi kritis bahwa Bumi bukan pusat jagat raya, sekarang disebut sebagai revolusi Copernicus. Beberapa dasar dari revolusi Copernicus antara lain sebagai berikut: Bumi bukan merupakan pusat dari segalanya, pusat Bumi bukan merupakan pusat jagat raya tetapi hanya pusat gravitasi dan orbit Bulan, bintang-bintang berada pada jarak yang lebih jauh daripada Matahari, sehingga segala gerak semu bintang yang kita lihat adalah hasil dari rotasi Bumi, gerak harian dan tahunan bintang sesungguhnya disebabkan oleh berbagai gerakan Bumi, gerak retrograde planet terjadi sebagai akibat dari gerak Bumi.

Gambar IV.2 memperlihatkan bagaimana pandangan Copernicus menerangkan terang planet yang berubah, gerak retrograde dalam lintasan yang teramati.

Gambar IV.2 Gerak retrograde Mars

Kendati adanya dukungan dari beberapa data pengamatan, tidak ada rekan ilmuwan atau publik umum dengan mudah menerima model Copernicus. Model heliosentris bertentangan dengan bulir-bulir pemikiran sebelumnya dan menyimpang dari ajaran agama saat itu, karena pada dasarnya ia memposisikan Bumi pada tempat yang tidak sentral dan kurang istimewa dalam Tata Surya dan jagat raya. Dan pekerjaan Copernicus memiliki pengaruh kecil pada khalayak ramai pada zamannya, paling tidak salah satunya karena pemikirannya diterbitkan dalam bahasa Latin (bahasa standar dari masyarakat ilmiah pada zaman itu), dimana sebagian besar orang tidak dapat membacanya. Hanya lama setelah kematian Copernicus, ketika yang lain – khususnya Galileo Galilei – mempopulerkan idenya, Gereja Katolik Roma memandangnya dengan cukup serius untuk melarangnya. Tulisan Copernicus tentang jagat raya heliosentris ditempatkan pada Index of Prohibited Books (Indeks Buku-buku yang dilarang) di Gereja dalam tahun 1616. Tujuh puluh tiga tahun kemudian tulisan-tulisan itu pertama kali diterbitkan. Tulisan-tulisan itu tetap di sana sampai akhir abad 18.

IV.3. Lahirnya Astronomi Modern dan Pengamatan Bersejarah Galileo

Dalam abad berikutnya setelah kematian Copernicus dan publikasi teorinya tentang Tata Surya, dua orang ilmuwan – Galileo Galilei dan Johannes Kepler – menerbitkan rangkuman tulisan mengenai astronomi.

Galileo Galilei adalah seorang ahli matematika dan filsuf Italia. Dengan itikadnya untuk melakukan eksperimen guna menguji idenya – sebuah pendekatan yang agak radikal untuk saat itu – dan dengan mencakup teknologi baru dari teleskop, ia melakukan revolusi dalam eksperimen sains, sehingga ia secara luas dianggap sebagai Bapak dari sains eksperimen. Teleskopnya sendiri ditemukan di Belanda pada awal abad 17. Mendengar tentang penemuan ini (tetapi tanpa pernah melihatnya), Galileo membuat sebuah teleskop untuk dirinya dalam tahun 1609 dan mengarahkannya ke langit. Apa yang ia temukan ternyata sangat bertentangan dengan filosofi Aristoteles dan memasok banyak data baru untuk mendukung ide Copernicus. Menggunakan teleskopnya, Galileo menemukan bahwa Bulan mempunyai gunung, lembah, dan kawah. Mengamati Matahari, ia menemukan noda/bintik gelap yang sekarang dikenal sebagai bintik/noda Matahari (sunspot). Hasil pengamatan ini berseberangan dengan kebijakan orthodox Gereja zaman itu. Dengan memperhatikan penampilan bintik Matahari yang berubah posisinya dari hari ke hari, Galileo menyimpulkan bahwa Matahari berotasi, sekitar satu putaran sebulan, terhadap sumbu yang tegak lurus terhadap bidang ekliptika. Galileo juga melihat empat titik cahaya yang kecil, yang tidak tampak pada mata telanjang, mengitari planet Jupiter dan menyadari bahwa mereka itu adalah bulan (dari Jupiter). Untuk Galileo, fakta bahwa planet lain mempunyai bulan memberi dukungan yang sangat kuat pada model Copernicus. Jelas, bahwa Bumi bukan merupakan pusat dari segalanya. Ia juga menemukan bahwa Venus menunjukkan siklus fasa yang penuh, seperti Bulan kita, sebuah penemuan yang dapat dijelaskan hanya dengan teori gerak planet mengitari Matahari.

Dalam tahun 1610, Galileo menerbitkan buku yang diberi nama Sidereus Nuncius (The Starry Messenger), merinci penemuan pengamatannya dan kesimpulan yang kontroversial, yang mendukung teori Copernicus. Dalam melaporkan dan menginterpretasikan pengamatan yang menakjubkan yang dihasilkan oleh teleskop barunya, Galileo berhadapan langsung dengan ke-ortodok-an sains dan dogma agama pada zamannya. Ia sebenarnya sedang bermain api – ia pasti sangat sadar bahwa hanya beberapa tahun sebelumnya, dalam tahun 1600, astronom Giordano Bruno telah di akar pada tia g pa a g di Ro a, kare a ajara id’ah-nya bahwa Bumi mengitari Matahari. Akan tetapi, dengan segala resikonya, Galileo dengan lantang mengemukakan idenya yang mendapat ejekan, cemoohan, dan umpatan dari koleganya yang mengikuti ajaran Aristoteles. Dalam tahun 1616 idenya disidangkan di depan pengadilan.

Hasilnya, pekerjaan Copernicus dilarang oleh Gereja Katolik Roma, dan Galileo diperintahkan untuk meninggalkan usaha pencarian pemikiran astronominya.

Tetapi Galileo tidak berhenti. Dalam tahun 1632 ia mengobarkan lagi pemikirannya dengan mempublikasikan Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, yang membandingkan model Ptolemeus dengan model Copernicus. Buku ini memaparkan perbincangan tiga orang, yang salah seorangnya adalah Aristoteles yang berpandangan geosentris (yang kenyataannya adalah pendapat dari Paus saat itu yaitu Pope, Urban VIII), yang dikalahkan oleh sanggahan salah seorang dari dua pendukung kuat sistem heliosentris. Untuk membuat buku ini mudah diakses oleh khalayak ramai yang lebih luas, Galileo lebih memilih menulisnya dalam Bahasa Italia daripada Bahasa Latin. Tindakan ini membawa Galileo kepada konflik langsung dengan otoritas Gereja. Puncaknya, penguasa Gereja memaksanya, dibawah ancaman penyiksaan, untuk menarik kembali klaimnya bahwa Bumi mengorbit Matahari. Tetapi dia menolak, dan dia ditempatkan sebagai tahanan rumah dalam tahun 1613. Ia akhirnya menghabiskan sisa hidupnya di dalam penjara. Tidak sampai tahun 1992 Gereja secara terbuka mengampuni ti daka kri i al Galileo. Tetapi pencederaan terhadap pandangan ortodok akan jagat raya telah terjadi, da ji Copernicus sudah keluar botol, sekali dan untuk selamanya!!!!

Revolusi Copernicus adalah sebuah contoh utama bagaimana metoda ilmiah, meskipun pada suatu saat dipengaruhi oleh pendapat subyektif, dan keberpihakan manusiawi, dengan kegigihan dari peneliti, akhirnya derajat obyektivitas yang pasti dapat dicapai. Dengan bergulirnya waktu, banyak kelompok ilmuwan memeriksa, mengkonfirmasi, dan memperhalus pengujian eksperimen yang akhirnya dapat menetralisir sikap subyektif individual. Biasanya, satu generasi ilmuwan dapat membawa obyektivitas yang memadai untuk menunjang pada masalah, walaupun beberapa, terutama, konsep yang revolusioner sangat terhalang oleh tradisi, agama, sehingga diperlukan waktu yang lebih banyak. Dalam kasus model heliosentris konfirmasi yang obyektif tidak diperoleh sampai kira-kira tiga abad setelah Copernicus menerbitkan hasil kerjanya dan lebih dari 2000 tahun setelah Aristarchus mengusulkan konsep ini. Namun demikian, pada kenyataannya obyektivitas pada akhirnya datang, dan sebagai hasilnya, pengetahuan kita tentang jagat raya berkembang tidak terbatas.

IV.4. Hukum Gerak Planet

Pada saat yang sama Galileo menjadi terkenal dengan pengamatan perintis menggunakan teleskop dan promosi lantang tentang sistem heliosentris, Johannes Kepler, seorang matematikawan dan astronom Jerman sedang mengembangkan hukum-hukum gerak planet yang sekarang menyandang namanya. Dalam segala hal, Galileo adalah ahli pengamatan modern pertama. Ia menggunakan teknologi yang sedang muncul, dalam bentuk teleskop,

untuk mencapai pandangan baru terhadap jagat raya. Sebaliknya, Kepler adalah seorang teoritis murni. Pekerjaan pertamanya yang mengklarifikasi pengetahuan kita tentang gerak planet hampir semuanya berdasar pengamatan orang lain, terutama koleksi data yang melimpah yang dihimpun oleh Tycho Brahe (1546 – 1601), dan dianggap sebagai salah seorang astronom pengamatan terbesar yang pernah hidup.

IV.5. Data Pengamatan Brahe

Tycho, demikian ia sering dipanggil, adalah seorang aristokrat eksentrik dan sekaligus juga seorang pengamat yang sangat terampil. Lahir di Denmark, ia mendapat pendidikan pada beberapa universitas ternama di Eropa, tempat ia belajar astrologi, kimia, dan obat-obatan. Sebagian besar pengamatannya, dibuat di observatoriumnya sendiri, yang bernama Uraniberg, di Denmark. Di sana, dengan menggunakan instrument rancangannya sendiri, Tycho memelihara rekaman catatan pengamatan yang sangat teliti dan akurat dari bintang-bintang, planet-planet, dan peristiwa langit lain yang penting dan patut diperhatikan (termasuk komet dan supernova) yang membantu meyakinkannya bahwa pandangan Aristoteles tentang jagat raya adalah salah).

Dalam tahun 1597, setelah kalah dalam sidang pengadilan di Denmark, Tycho Brahe pindah ke Praha sebagai ahli Matematik Kerajaan dari Holy Roman Empire. Praha kebetulan sangat dekat dengan Graz, di Austria, tempat Kepler tinggal dan bekerja. Kepler bergabung dengan Tycho di Praha dalam tahun 1600 dan ditugaskan untuk bekerja mencoba menemukan teori yang dapat menerangkan data planet dari Tycho Brahe. Ketika Tycho meninggal setahun kemudian, Kepler tidak hanya mewarisi posisi data Tycho Brahe, tetapi juga miliknya yang tidak ternilai harganya: akumulasi hasil pengamatan planet untuk rentang beberapa dekade. Pengamatan Tycho, meskipun dibuat dengan mata telanjang, kualitasnya sangat tinggi. Dalam kebanyakan kasus, posisi bintang yang dia ukur akurat sampai 1. Kepler mulai bekerja mencari prinsip yang menyatu untuk menerangkan dengan rinci gerak planet tanpa perlu memasukkan epicycle. Upaya ini menghabiskan waktu dari 29 tahun sisa hidupnya.

Kepler telah menerima gambar heliosentris dari Tata Surya. Tujuannya adalah menemukan gambaran gerak planet yang sederhana dan halus dalam kerangka kerja Copernicus, yang cocok dengan pengamatan rinci yang kompleks dari Tycho. Pada akhirnya, ia menemukan bahwa dirasa perlu untuk meninggalkan ide asli Copernicus yang sederhana tentang orbit planet yang berbentuk lingkaran. Setelah tahun-tahun yang lama dari mempelajari data planet Brahe, setelah banyak awal yang keliru, Kepler mengembangkan hukum-hukumnya yang sekarang menyandang namanya.

IV.6. Hukum Kepler

Hukum Kepler pertama berhubungan dengan bentuk orbit planet.

i. Lintasan orbit planet mengelilingi Matahari bentuknya eliptis (bukan lingkaran), dengan Matahari berada pada salah satu fokusnya.

Gambar IV.3 Elips adalah lingkaran yang agak pepat. Eksentrisitas elips adalah ukuran dari kepepatan.

Hukum Kepler kedua berhubungan dengan kecepatan planet dalam bagian yang berbeda dari orbitnya.

ii. Garis khayal yang menghubungkan Matahari dengan planet menyapu luas yang sama dari elips pada interval waktu yang sama.

Gambar IV.4 Hukum Kepler Kedua Daerah Area 1 dan Area 2

Ketika mengorbit Matahari, sebuah planet menyapu daerah Area 1 dan Area 2 dalam waktu yang sama. Akan tetapi, perhatikan, bahwa jarak yang ditempuh planet sepanjang busur P1P2 lebih besar daripada jarak yang ditempuh sepanjang busur P3P4. Karena waktunya sama dan jaraknya berbeda, kecepatannya pun harus berbeda. Ketika planet berada dekat dengan Matahari, seperti pada sektor Area 1, ia harus bergerak lebih cepat daripada ketika berada pada jarak paling jauh, seperti dalam sektor Area 2. Perhatikan juga, bahwa kedua hukum ini tidak hanya terbatas berlaku pada planet saja. Mereka berlaku juga pada setiap benda yang mengorbit. Satelit mata-mata, misalnya, bergerak sangat cepat ketika dekat dengan permukaan Bumi, bukan karena mereka didorong dengan roket yang berdaya kuat, tetapi karena orbitnya yang sangat eksentrik berada pada pengaruh Hukum Kepler.

Kepler menerbitkan kedua hukum pertamanya dalam tahun 1609. Saat itu ia mengatakan bahwa ia telah membuktikannya hanya untuk orbit Mars. Sepuluh tahun kemudian, ia memperluasnya ke semua planet yang saat itu diketahui (Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, dan Saturnus) dan menambah Hukum Ketiga yang berhubungan dengan besarnya orbit planet dengan perioda orbit siderisnya – waktu yang diperlukan planet untuk menyelesaikan satu putaran mengelilingi Matahari.

iii. Kuadrat perioda orbit planet sebanding dengan pangkat tiga sumbu setengah panjangnya.

Hukum Ketiga ini khususnya menjadi sederhana kalau kita memilih periode sideris Bumi yaitu tahun sebagai satuan waktu dan Satuan Astronomi (sa) sebagai satuan panjang. Satu Satuan Astronomi (sa) adalah setengah sumbu panjang orbit Bumi mengelilingi Matahari – pada intinya adalah jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari. Seperti tahun cahaya, Satuan Astronomi adalah satuan yang dibuat untuk digunakan pada jarak yang sangat-sangat jauh yang sering dijumpai dalam astronomi. Dengan menggunakan satuan ini untuk waktu dan panjang, kita akan dapat menulis Hukum Kepler Ketiga untuk setiap planet sebagai

P2 (dalam tahun Bumi)=a3 (dalam satuan astronomi)

Dalam formula ini, P adalah perioda orbit sideris planet dan a adalah panjang setengah sumbu panjang. Hukum ini berimplikasi bahwa perioda P (dalam tahun) planet bertambah lebih cepat daripada besar orbitnya a (dalam Satuan Astronomi). Sebagai contoh, Bumi, dengan sumbu setengah panjang orbitnya 1 sa, mempunyai perioda orbit sama dengan 1 tahun Bumi. Planet Venus yang mengorbit Matahari pada jarak sekitar 0,7 sa, hanya membutuhkan 0,6 tahun Bumi – kira-kira 225 hari – untuk menyelesaikan satu putaran. Berbeda dengan Saturnus, yang jaraknya hampir 10 sa dari Matahari, memerlukan sekitar 10 tahun Bumi untuk satu kali mengorbit Matahari. Tabel IV.1 memberikan beberapa parameter fisik planet-planet dalam Tata Surya.

Hal-hal utama yang dapat dipahami dari Tabel IV.1 adalah, dengan pengecualian pada planet Merkurius, orbit planet hampir lingkaran (yaitu eksentrisitasnya hampir 0), dan makin jauh planet dari Matahari, makin besar perioda orbitnya, yang bersesuaian dengan Hukum Kepler Ketiga. Yang paling penting adalah Hukum Kepler ini dipatuhi oleh kesemua planet bukan hanya oleh enam planet yang data pengamatannya dijadikan perumusan kesimpulan hukumnya.

Bab V Tata Surya

V.1. Pemahaman Awal

Bangsa Yunani dan astronom dulu faham tentang Bulan, bintang dan lima planet – Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus – di langit malam. Mereka juga tahu tentang dua tipe lain dari benda langit yang bukan bintang atau planet. Komet tampak sebagai untaian cahaya yang panjang dengan gumpalan inti bagian kepalanya di langit malam dan tetap tampak selama perioda sampai beberapa minggu dan kemudian pelan-pelan hilang dari pandangan. Meteor atau bintang jatuh adalah li tasa tera g sesaat dari ahaya ya g erkele at eli tasi la git, biasanya, memudar dalam waktu kurang dari satu detik setelah mereka pertama tampak. Fenomena yang sekejap ini pastilah sangat akrab terhadap astronom zaman silam, tetapi peran

ereka dala potret esar Tata “urya tidak di e gerti sa pai e erapa waktu ke udia . Pengetahuan manusia tentang hakekat dasar Tata Surya masih secara garis besar tidak berubah sejak zaman dulu sampai awal abad 17, ketika penemuan teleskop membuat pengamatan yang lebih rinci menjadi mungkin. Penemuan Galileo Galilei tentang fasa Venus dan empat bulan yang mengitari Jupiter dalam abad 17 membantu pandangan kemanusiaan tentang jagat raya selamanya.

Dengan kemajuan teknologi yang terus berlangsung, pengetahuan tentang Tata Surya meningkat dengan cepat. Astronom mulai menemukan obyek yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sebelum akhir abad 19, astronom telah menemukan cincin Saturnus (1659), planet Uranus (1758) dan Neptunus (1846), banyak satelit/bulan dari planet-planet, dan asteroid –

pla et ke il ya g e gor it Matahari, ya g se agia esar e ghu i sabuk lebar (disebut sabuk asteroid) yang terletak antara Mars dan Jupiter. Ceres, asteroid paling besar dan yang pertama terdeteksi, ditemukan dalam tahun 1801.

Abad 20 membawa peningkatan penyempurnaan berlanjut dalam teleskop optik. Satu lagi, Pluto (saat itu masih diklasifikasi sebagai planet) ditemukan, bersama dengan tiga lagi sistem cincin pada planet, belasan satelit/bulan, dan ribuan asteroid. Abad 20 itu juga melihat munculnya astronomi non-optis – terutama astronomi radio dan inframerah – dan eksperimen di Bulan, dan banyak sekali wahana antariksa tak berawak telah meninggalkan Bumi dan menjelajah ke semua planet.

Berdasar hasil eksplorasi, Tata Surya kita diketahui mengandung satu bintang (Matahari), delapan planet (setelah Pluto tidak diklasifikasikan sebagai planet lagi), paling tidak 135 bulan yang mengorbit planet-planet, enam buah asteroid yang diameternya lebih besar daripada 300 kilometer, puluhan ribu asteroid, komet, myriad dengan diameter beberapa kilometer, dan meteoroids dengan besar kurang dari 100 m yang tidak terhitung jumlahnya. Daftar ini tidak diragukan lagi akan makin besar dengan terus dilakukannya eksplorasi tetangga kosmik kita. Sejak pertengahan 1990-an, astronom telah mendeteksi lebih dari 100 extrasolar planet – planet yang mengorbit bintang selain dari Matahari kita. Banyak planet baru yang ditemukan tiap tahunnya

V.2. Pengamatan Planet

Astronom Yunani kuno mengamati bahwa sepanjang malam bintang-bintang bergerak pelan-pelan melintasi langit. Selama sebulan, Bulan berpindah tempat dengan pelan dan tetap sepanjang jalurnya di langit relatif terhadap bintang-bintang, melewati siklus fasa yang kita kenal. Selama lintasan dalam setahun, Matahari bergerak maju sepanjang ekliptika pada laju yang nyaris tetap. Tetapi astronom kuno juga sadar tentang lima benda yang lain – planet Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus – yang perilakunya tidak terlalu mudah untuk dipahami.

Pada mata telanjang (bahkan melalui teleskop), planet-planet tidak berperilaku teratur dan gerakannya tidak bisa diramal seperti Matahari, Bulan, dan bintang-bintang. Planet-planet berubah dalam terangnya, dan mereka tidak tetap berada pada posisi tertentu di langit. Tidak seperti Matahari dan Bulan, planet-planet sepertinya mengembara pada bola langit – karena memang sesungguhnya kata planet diambil dari kata Yunani yang berarti pengembara. Planet-planet tidak pernah bergerak jauh dari ekliptika dan umumnya melintas pada bola langit dari Timur ke Barat, seperti Matahari. Akan tetapi, mereka tampaknya kadang-kadang bergerak lebih cepat atau kadang-kadang lebih lambat selama perjalanannya, dan ada saatnya planet-planet tersebut bergerak berbalik dan maju lagi relatif terhadap bintang-bintang, seperti diberikan dalam Gambar V.1. Dengan kata lain, ada perioda ketika planet bergerak kearah Timur (relatif terhadap bintang-bintang) ia berhenti, dan kemudian planet itu tampak bergerak ke arah Barat di langit selama sebulan atau dua bulan sebelum berubah arah lagi dan meneruskan perjalanan ke arah Timurnya. Gerakan ke arah Timur biasanya disebut sebagai gerak langsung atau prograde, dan gerakan dalam lintasan ke arah Barat disebut sebagai gerakan retrograde.

Gambar V.1 Gerak prograde dan retrograde planet

V.3. Elongasi dan Fasa

Elongasi adalah sudut antara pusat dua benda astronomis dilihat dari pusat Bumi.Tetapi karena Bumi begitu kecil dibanding jarak antara Matahari dan planet-planet, elongasi dapat diamati dari titik mana pun di permukaan Bumi tanpa kesalahan yang berarti. Elongasi planet umumnya diambil sebagai jarak sudutnya dari pusat Matahari. Ketika elongasi sama dengan nol derajat, planet disebut sebagai berada pada konjungsi. Karena Merkurius dan Venus lebih dekat ke Matahari daripada Bumi, mereka berada pada konjungsi ketika mereka berada antara Bumi dan Matahari – ini disebut sebagai konjungsi inferior, dan ketika mereka berada di belakang Matahari, disebut sebagai konjungsi superior.

Konjungsi adalah peristiwa ketika planet dan Matahari berada pada arah yang sama di langit. Pada konjungsi inferior, planet berada pada jarak yang terdekat ke Bumi. Pada konjungsi superior, planet berada pada jarak terjauh dari Bumi. Planet superior – Mars, Jupiter dan

seterusnya – terangnya paling tinggi saat berada pada oposisi, yaitu ketika berjarak paling dekat dengan Bumi. Astronom kuno pun mengetahui bahwa perubahan terang planet berhubungan dengan perubahan jaraknya dari Bumi. Seperti Bulan, planet-planet tidak memancarkan cahaya sendiri, tetapi mereka bersinar oleh pantulan sinar Matahari dan, bisa disebutkan bahwa mereka tampak paling terang ketika planet-planet tersebut berada pada jarak paling dekat dengan kita.

V.4. Besaran-besaran Planet

Tabel V.1 memberikan beberapa besaran-besaran fisik dasar orbit dari delapan planet, dengan ditambah beberapa obyek Tata Surya yang lain (Matahari, Bulan, asteroid, dan komet) untuk perbandingan. Perhatikan, bahwa Matahari dengan massa lebih dari seribu kali planet yang paling massif (planet Jupiter), jelas berperan sebagai anggota yang paling dominan dari Tata Surya. Pada kenyataannya, Matahari mengandung sekitar 99,9 persen dari semua material Tata Surya. Planet-planet – termasuk planet kita sendiri – sangat tidak berarti untuk dibandingkan dengan Matahari.

V.5. Susunan Tata Surya

Dengan standar Bumi, Tata Surya luas sekali. Jarak dari Matahari ke Pluto (yang sejak tahun 2006 tidak diklasifikasi sebagai planet lagi) adalah 40 sa, hampir satu juta kali radius Bumi dan sekitar 15.000 kali jarak Bumi-Bulan. Kendati Tata Surya sangat terentang jauh, tetapi secara astronomis semua planet terletak pada jarak yang sangat dekat dari Matahari. Bahkan radius orbit Pluto kurang dari 1/1000 tahun cahaya, sementara bintang yang paling dekat dari kita jaraknya sekitar 4,3 tahun cahaya.

Planet yang paling dekat ke Matahari adalah Merkurius. Makin keluar, kita akan menemui Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus Uranus, dan Neptunus. Semua lintasannya berbentuk elips dengan Matahari berada pada salah satu fokusnya. Sebagian besar orbit planet mempunyai eksentrisitas yang kecil, dengan kekecualian pada Merkurius. Berdasar ini, sangat beralasan kalau kita anggap bahwa hampir semua orbit planet berbentuk lingkaran dengan pusat Matahari. Orbit beberapa anggota Tata Surya diilustrasikan dalam Gambar V.2.

Gambar V.2 Orbit planet

Semua planet mengorbit Matahari berlawanan arah jarum jam kalau dilihat dari atas Kutub Utara Bumi, dan terletak hampir pada bidang yang sama seperti Bumi (bidang ekliptika) kecuali Merkurius yang agak menyimpang, bersudut sekitar 7 terhadap bidang ekliptika. Gambar V.3 adalah potret planet-planet Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, dan Saturnus yang diambil pada saat kesatu-arahan (alignment) planet dalam bulan April 2002. Kelima planet ini pada saat

tertentu dapat berada pada daerah yang sama di langit, dikarenakan orbit mereka terletak hampir pada bidang yang sama di antariksa.

Gambar V.3 Planetary alignment.

V.6. Planet Kebumian (terrestrial) dan Planet Raksasa (Jovian)

Pada skala besar, Tata Surya menampilkan sebuah seri gerakan yang teratur. Planet-planet bergerak dalam bidang, pada lintasan eliptis orbit yang hampir konsentris dan hampir lingkaran, dalam arah yang sama mengelilingi Matahari, pada interval orbit yang secara tetap bertambah. Akan tetapi, sifat dan besaran fisis masing-masing tidak sama.

Gambar V.4 membandingkan planet satu dengan lainnya dan dengan Matahari. Perbedaan yang jelas dapat ditarik antara planet dalam dan planet luar dari Tata Surya kita, berdasar kerapatan (density) dan besaran fisik yang lain. Planet dalam – Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars – ukurannya kecil, padat, dan berbatu dalam komposisinya. Sementara planet luar – Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus – ukurannya besar dengan kerapatan rendah dan ber-gas.

Gambar V.4 Perbandingan antar Matahari dan planet-planetnya

Karena besaran fisik dan sifat kimia Merkurius, Venus, dan Mars agak serupa dengan Bumi, empat planet paling dalam disebut sebagai planet kebumian (terrestrial planets). Planet yang lebih besar – Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus – serupa satu dengan lainnya secara kimia maupun fisik (dan sangat berbeda dari planet Bumi), diberi label planet jovian atau planet raksasa atau planet ke-Jupiteran, dengan Jupiter sebagai anggota yang paling besar dalam grup planet raksasa ini. Kata jovian datang dari Jove, nama lain untuk Dewa Romawi, Jupiter. Planet jovian semuanya jauh lebih besar daripada planet kebumian dan sangat berbeda dari mereka dalam komposisi dan strukturnya.

Keempat planet kebumian semuanya terletak di dalam jarak 1,5 sa dari Matahari. Semuanya kecil dan bermassa releatif kecil, dan semua umumnya mempunyai komposisi yang berbatu dan permukaan padat. Karakteristik lainnya adalah:

- Keempat planet kebumian mempunyai atmosfer, yang terentang dari hampir vakum pada Merkurius sampai dunia yang panas dan rapat seperti di Venus.

- Bumi sendiri mempunyai oksigen dalam atmosfer dan air cair pada permukaannya - Kondisi permukaan pada keempat planet sangat berbeda satu dari lainnya, terentang

dari daratan luas sampai daerah yang tandus, banyak berkawah seperti pada Merkurius sampai aktivitas vulkanik yang tersebar luas seperti di Venus.

- Bumi dan Mars berputar dengan harga yang hampir sama – satu rotasi setiap 24 jam Bumi – tetapi Merkurius dan Venus memerlukan beberapa bulan untuk berotasi satu kali saja, dan Venus berotasi dengan arah yang berbeda dari yang lainnya.

- Bumi dan Mars mempunyai bulan, tetapi Merkurius dan Venus tidak.

- Bumi dan Merkurius mempunyai medan magnet yang kekuatannya dapat diukur, dengan kekuatan yang sangat berbeda, sementara Venus dan Mars tidak mempunyai. Planet-planet kebumian terletak berdekatan satu sama lain, dekat Matahari, planet-planet jovian berjauhan satu dengan lainnya di bagian Tata Surya yang lebih luar. Planet-planet kebumian kecil, padat, dan berbatu; Planet-planet jovian besar dan gaseous, terbentuk utamanya dari hidrogen dan helium (elemen paling ringan), yang sangat langka pada planet dalam. Planet kebumian mempunyai permukaan yang padat; planet jovian tidak (atmosfer mereka yang rapat menebal dengan kedalaman, yang akhirnya melebur dengan bagian interior yang cair). Planet kebumian mempunyai medan magnet yang lemah - kalau ada. Planet jovian semuanya mempunyai medan magnet yang kuat. Dari semua planet kebumian hanya tiga buah saja yang mempunyai bulan; planet jovian masing-masing mempunyai banyak bulan. Lebih jauh lagi, semua planet jovian mempunyai cincin, fitur yang tidak dikenal pada planet kebumian. Akhirnya, semua keempat planet jovian diduga mengandung bagian inti yang pada seperti Bumi yang besarnya kira-kira 10 sampai 15 kali massa Bumi.

Di bagian belakang planet jovian yang paling luar, Neptunus, terdapat satu lagi dunia kecil, yang membeku dan misterius, Pluto yang tidak memenuhi kategori planet manapun. Oleh karena itu sejak 2006 Pluto sudah tidak diklasifikasikan lagi sebagai planet. Namun ia masih ada di orbit semula yang selama ini kita kenal.

Tabel V.2 membandingkan dan membedakan beberapa besaran dan sifat fisis kunci dari tipe planet kebumian dan jovian.

Tabel V.2 Perbandingan antara Planet Kebumian dan Planet Jovian

Planet Kebumian Planet Jovian

Dekat dengan Matahari Jauh dari Matahari Beda antar orbit sempit Beda antar orbit lebar

Massa kecil Massa besar

Radius kecil Radius besar

Utamanya berbatu Utamanya ber-gas

Permukaan padat Tidak memiliki permukaan padat

Densitas tinggi Densitas rendah

Rotasi lambat Rotasi cepat

Medan magnet lemah Medan magnet kuat

Bulan sedikit Bulan banyak

V.7. Sisa Planet

Dalam ruang yang luas di antara ke delapan planet beredar bongkahan dari batu dan es yang tidak terhitung jumlahnya, yang semuanya mengorbit Matahari, dan banyak daripadanya mempunyai lintasan sangat eksentrik. Komponen akhir dari Tata Surya ini adalah kumpulan materi antarplanet – puing-puing kosmik yang terentang dengan ukuran dari asteroid yang relatif besar, sampai komet yang lebih kecil dan bahkan meteoroid yang lebih kecil lagi, sampai bulir paling kecil dari debu antar planet yang mengisi lingkungan kosmik kita.

Debu timbul ketika materi antar planet bertumbukkan dan pecah tercerai-berai menjadi pecahan-pecahan yang lebih kecil, dan kemudian, bertumbukkan lagi dan secara perlahan menjadi fragmen-fragmen mikroskopik, yang akhirnya masuk ke dalam Matahari atau terhembus keluar oleh angin Matahari, sebagai arus dari partikel bermuatan yang energetic yang secara terus menerus mengalir keluar dari Matahari dan melingkupi Tata Surya keseluruhan. Debu sangat sukar untuk dideteksi dalam cahaya tampak, tetapi telaah inframerah mengungkap bahwa ruang angkasa secara mengejutkan mengandung I sangat baik menurut standar Bumi, tetapi sebenarnya positif kotor menurut standar ruang antar bintang atau ruang antar galaksi.

Bab VI

Planet Anggota Tata Surya

VI.1. Merkurius

Merkurius sukar dilihat karena jaraknya yang terlalu dekat ke Matahari. Planet ini mengelilingi Matahari dengan kecepatan rata-rata 172.000 km per jam (paling tinggi di antara planet lainnya). Merkurius seperti Bulan kita. Permukaannya berkawah banyak. Kawah-kawah ini diduga hasil dari bombardemen meteorit pada planet dalam pada fasa terakhir pembentukannya. Kawah paling besar, Caloris Basin, diameternya kira-kira 1.300 km. Adanya daratan datar dan halus dari permukaannya seperti mare di permukaan Bulan kita menyarankan pernah terjadi banjir lava yang besar di zaman kuno. Terdapat tebing-tebing dengan ketinggian sampai 2 km dan panjang sampai 1500 km.

Sumbu rotasi Merkurius vertikal, tidak miring seperti Bumi. Jadi Matahari selalu tepat di atas ekuator, sehingga Merkurius tidak mempunyai musim seperti di Bumi. Temperatur bervariasi dari sangat panas di daerah yang tersinari Matahari, 430C, sampai dingin yang menggigit di belahan planet yang gelapnya, 180 C. Temperatur yang sangat tinggi menyebabkan atmosfernya sangat tipis karena sebagian gas-gasnya telah menguap meninggalkan planet. Tetapi helium, sodium, hidrogen dan oksigen terdeteksi ada disana dalam jumlah kecil. Merkurius mempunyai medan magnetik yang lemah. Gambar VI.1 memperlihatkan foto Merkurius.

Gambar VI.1 Merkurius

VI.2. Venus

Planet Venus yang cantik menyandang nama Dewi Kecantikan dan Cinta dari budaya bangsa Romawi. Pada malam hari terang Venus mengalahkan bintang-bintang. Terang Venus begitu menyolok sehingga planet ini sering keliru dilaporkan sebagai unidentified flying object (UFO). Venus, seperti Merkurius, mengitari Matahari di dalam orbit Bumi. Ia tampak di langit Barat mengikuti Matahari terbenam. Pada saat itu ia disebut sebagai bintang malam. Ia akan menjadi

bintang pagi pada saat fajar di langit Timur. Venus bersinar sangat terang karena ia diselimuti atmosfer tebal yang memantulkan sinar Matahari yang jatuh padanya. Atmosfer tebal ini menghalangi permukaan planetnya untuk bisa dilihat.

Lebih dari 20 wahana antarikasa ber-robot milik Amerika dan Russia telah didaratkan di sana dan mengirimkan data kembali ke Bumi untuk dianalisa. Atmosfernya terdiri dari 97 persen karbon dioksida, sisanya uap air, helium, neon, argon, senyawa belerang, dan oksigen. Venus mengalami efek rumah kaca karena sinar Matahari bisa masuk ke dalam, tetapi sinar inframerah yang dipantulkan tidak bisa keluar karena terperangkap karbon dioksida sehingga temperatur permukaan tinggi sekali mencapai 482C. Gambar VI.2 memperlihatkan planet Venus.

Gambar VI.2 Venus

VI.3. Mars

Mars yang berwarna merah ini mengingatkan orang Romawi dulu akan darah dan api, maka mereka menamakan planet ini sebagai Dewa Perang. Mars memiliki 2 buah bulan (satelit) dan diberi nama Pho os ketakuta dan Dei os terror , yang hanya bisa dilihat dengan teleskop yang kuat. Planet superior (di luar orbit Bumi) seperti Mars tampak paling terang

ketika ia ada di arah berlawanan dari Bumi dilihat dari Matahari. Posisi ini disebut oposisi. Sebaliknya ia sukar diamati ketika berada di seberang Matahari dilihat dari Bumi. Posisi ini disebut konjungsi. Temperatur berkisar antara -123C dan -10C.

Wahana antariksa pertama yang mendarat di Mars adalah Viking Lander I yang mendarat di sana pada 20 Juli, 1976. Warna merah berasal dari tanah lempung yang kaya akan besi yang berkarat karena proses kimiawi. Batu-batuan diselimuti material lembut yang kemerah-merahan. Mars memiliki gunung api, yang beberapa darinya masih aktif. Olympus Mons adalah gunung api terbesar dalam Tata Surya. Gambar VI.3 memperlihatkan planet Mars.

VI.4. Jupiter

Jupiter diberi nama mitologi Romawi yang berarti Raja Dewa-Dewa atau penguasa Jagat Raya. Sebagai planet paling besar, pada malam hari terang Jupiter mengalahkan terang bintang atau planet-planet lain, kecuali Venus. Planet Jupiter dan Bintik Merah Besar (Great Red Spot) yang tampak pada sabuk warna warni, yang gelap dan terang, serta empat bulan (satelit) paling besar dapat dilihat dengan menggunakan teleskop kecil. Satelitnya: Io, Europa, Ganymede, dan Callisto (disebut satelit Galileo karena pertama diamati oleh Galileo) berubah polanya tiap malam bersamaan dengan revolusinya mengelilingi planet induknya. Dengan teknologi dan wahana antariksa tak berawak sekitar seratusan satelit Jupiter sudah ditemukan.

Great Red Spot yang terkenal adalah badai atmosfer yang besar. Ia telah teramati untuk selama 300 tahun dengan ukuran, terang, dan warna yang berubah. Jupiter memiliki medan magnetik yang kuat. Gambar VI.4 memperlihatkan planet Jupiter.

Gambar VI.4 Jupiter (disandingkan dengan Bumi).

VI.5. Saturnus

Saturnus, planet paling jauh yang masih dilihat dengan mata telanjang diberi nama oleh orang Romawi sebagai Dewa Pertanian. Saturnus adalah planet paling indah dengan cincin yang melingkari planet induknya. Dengan mata biasa ia hanya tampak sebagai titik cahaya terang agak kemerahan, yang bagi awam sukar untuk membedakannya dari bintang terang. Tetapi dengan teleskop kecil pun kita sudah bisa melihat keindahan cincinnya yang terdiri dari beberapa lingkaran cincin, yang diberi nama sesuai dengan urutan penemuannya. Dari planet ke arah luar, nama lingkaran-lingkaran cincin ini adalah D, C, B, A, F, G, dan E. Penampakan cincin tidak selalu sama bergantung kepada sudut yang dibentuk oleh bidang cincinnya sesuai dengan garis pandang kita. Meskipun cincin yang paling terang lebarnya kira-kira 65.000 km,

tetapi tebalnya hanya beberapa kilometer saja. Bintang-bintang dapat dilihat melalui cincin itu. Cincin Saturnus terdiri dari partikel debu yang berlapis es. Mereka bersinar karena memantulkan cahaya Matahari. Partikel yang lebih besar mungkin sisa bulan yang hancur akibat tabrakan. Atau cincin itu mungkin material yang tidak sempat menjadi bulan pada awal-awal pembentukannya.

Seperti Jupiter, Saturnus adalah bola gas berlapis majemuk yang sangat besar dengan inti iron-silicate yang relatif kecil. Ia memiliki atmosfer yang dinamis yang pepat di kutub-kutubnya karena rotasi yang cepat. Dengan interval 29,5 tahun, ketika belahan Utara Saturnus menerima panas paling banyak dari Matahari, bintik putih yang besar tiba-tiba muncul. Bintik ini yang lebarnya ribuan kilometer adalah topan gas raksasa yang muncul dari kedalaman atmosfer. Dengan massa yang sama dengan 95 massa Bumi dalam volume yang 844 kali volume Bumi, Saturnus mempunyai kerapatan rata-rata yang paling kecil di antara semua planet. Planet Saturnus akan mengapung di dalam air andaikan ada samudra yang cukup luas untuk menampungnya. Saturnus mempunyai medan magnet yang cukup kuat.

Saturnus mempunyai puluhan satelit yang sudah terkonfirmasi. Jumlah ini akan bertambah terus karena data yang dikirimkan balik ke Bumi dari Voyager masih terus dianalisa.

Titan adalah satelit Saturnus yang paling besar dan paling menantang untuk diteliti. Ia memiliki atmosfer yang berwarna orange. Atmosfernya terutama berupa nitrogen, dengan hidrokarbon seperti metan. Titan mungkin terbuat dari batu dan es dengan kemungkinan ada lautan metan dan etan cair. Satelit lain seperti Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, dan Rhea tampaknya terdiri terutama es dari air. Kecuali Enceladus, semua dipenuhi kawah-kawah. Hyperion dan Iapetus juga tampaknya terutama berupa es dari air. Gambar VI.6 memperlihatkan planet Saturnus.

Galaksi elips diberi label E diikuti dengan angka 0 sampai 7 untuk menunjukkan derajat kepepatan bentuk eliptis yang teramati. Sebuah galaksi E0 tampak bundar, sementara sebuah galaksi E7 kelihatannya sangat pepat/pipih, dengan diameter maksimumnya lebih dari tiga kali diameter minimumnya.

Gambar X.4 Diagram Garpu Tala

Galaksi spiral dinyatakan dengan huruf S, mempunyai inti pusat (central nucleus) dikelilingi oleh piringan yang pepat yang berisi bintang, gas, dan debu yang teratur ke dalam bentuk pola lengan spiral. Mereka dikategorikan menurut ukuran gembungan pusat (nuclear bulge)–nya, keketatan dari pola spiral, dan derajat kerapata dala le ga mereka. Sebuah galaksi Sa mempunyai inti (nucleus) pusat yang besar, dan ketat terikat dengan lengan yang relatif rata; sebuah galaksi Sb mempunyai inti yang agak lebih kecil dan lengan spiral yang lebih longgar yang sering berisi daerah HII yang terang dan gugus bintang muda yang panas; dan sebuah galaksi Sc e pu yai i ti ya g relatif ke il da le ga spiral ya g lo ggar k otty ya g didominasi oleh banyak daerah HII dan kumpulan bintang-bintang muda. Dalam galaksi spiral batang yang diberi label SB , lengan muncul dari ujung yang mirip batang kaku atau ellipsoid

yang terelongasi dari materi cerlang (luminous) dari intinya. Mereka diklasifikasi menjadi SBa, SBb, SBc, menurut kriteria serupa seperti spiral.

Secara tradisional Galaksi Bima Sakti dianggap sebagai pertengahan antara Sb dan Sc, sehingga ia bisa ditulis sebagai Sbc. Tetapi sekarang banyak telaah yang menyimpulkan bahwa Galaksi kita bisa diklasifikasi sebagai tipe spiral batang, SBbc. Galaksi yang tidak beraturan (irregular) yang tidak mempunyai inti yang kentara atau struktur yang berurutan dinyatakan dengan Irr dan secara umum dibagi ke dalam Irr I dan Irr II . Galaksi Irr I memperlihatkan bukti dari pembentukan bintang yang sedang berlangsung (misalnya asosiasi bintang OB dan daerah HII); galaksi Irr II mempunyai penampilan yang terkoyak, dan bentuk mereka tampaknya terganggu oleh aktivitas internal yang hebat atau oleh tumbukan atau papasan dekat dengan galaksi lain.

X.6. Gugusan Galaksi

Foto dari survey langit memperlihatkan bahwa bagian besar galaksi bergabung dalam grup, yang disebut sebagai gugus galaksi (clusters of galaxies). Gugus-gugus ini mengandung mulai dari beberapa puluh sampai ribuan galaksi yang terikat bersama oleh gaya gravitasi karena mereka saling mengorbit satu dengan lainnya pada kecepatan sekitar 1.000 km per detik. Galaksi kita termasuk pada gugus galaksi yang kecil, Grup Lokal (Local Group), dengan kira-kira 30 galaksi anggota. Lokal erarti ahwa galaksi-galaksi anggota berada dalam daerah dengan ukuran 3 juta tahun cahaya. Tiga dari galaksi-galaksi ini – Galaksi Bima Sakti, Andromeda (M31), dan M33 di Triangulum – berjenis spiral. Yang lainnya adalah eliptikal (termasuk pasangan yang terang dari M31, yaitu NGC 205 dan M32) atau irregular (termasuk Awan Magelan – Magellanic Clouds). Sebagian besar lainnya adalah galaksi katai, dan galaksi kecil yang diameternya beberapa ribu tahun cahaya.

Super gugus galaksi (supercluster) adalah gugus dari gugus-gugus galaksi. Superclusters adalah sistem terikat dengan gravitasi yang paling besar yang sejauh ini telah diamati. Besar diameternya antara 100 juta sampai 1 milyar tahun cahaya. Grup Lokal tempat Galaksi kita bergabung terletak pada pinggiran Virgo Cluster yang berada pada pusat dari Local Supercluster.

X.7. Di Antara Bintang-Bintang

Ruang di antara bintang-bintang praktis umumnya kosong, tetapi kondisi lokal berbeda banyak. Medium antar bintang, yaitu materi dan radiasi di antara bintang-bintang, sangat-sangat

renggang dibandingkan dengan vakum yang paling vakum yang bisa dilakukan di Bumi. Materi antar-bintang (MAB) khususnya sangat penting karena ia adalah bahan mentah untuk pembentukan bintang-bintang dan planet-planet. MAB berupa 99% gas (kira-kira 75% adalah massa gas hidrogen dan 23% adalah helium) dan 1% berupa debu antar-bintang, partikel padat yang kecil. Dalam Galaksi kita, bagian besar gas dan debu antar-bintang terkonsentrasi dalam lengan spiral, yang adalah tempat bintang-bintang baru berlokasi. Bermacam awan gas dan debu secara terus menerus diperkaya oleh material yang dilontarkan oleh supernova dan angin bintang. Daerah HI adalah awan atom hidrogen netral dengan temperatur seda g . Daerah HII adalah awan hidrogen terionisasi yang berada dekat bintang yang sangat panas. Lebih dari 100 molekul antar-bintang disamping hidrogen telah dideteksi dalam awan molekuler raksasa yang rapat, gelap, dan dingin. Uap air dan molekul organik adalah yang paling menantang keingintahuan. Mereka ini merupakan komponen kunci dari semua kehidupan di Bumi. Penemuan mereka di ruang antar-bintang telah membangkitkan pertanyaan yang menakjubkan mengenai asal kehidupan di jagat raya!

Secara historis, nebula, dari ahasa Lati u tuk awan , digu aka u tuk menggambarkan segala macam kumpulan benda kecil yang terlihat kabur di langit, termasuk yang sekarang banyak diketahui sebagai gugus bintang atau galaksi. Kata ini kadang-kadang masih digunakan untuk konsentrasi gas dan debu. Nebula emisi yang terang, atau daerah HII, adalah awan yang berkilau dengan cara mengabsorpsi dan memancarkan kembali cahaya bintang dari bintang muda yang sangat panas di dekatnya. Nebula Orion adalah contoh yang terkenal yang dapat kita amati.

Nebula absorpsi yang gelap, atau awan molekuler, adalah konsentrasi materi antar-bintang yang relatif rapat tempat debu menyerap atau menghamburkan cahaya bintang dan menghalangi bintang yang berada di belakangnya dari pandangan kita.

Bab XI

Jagat Raya yang Mengembang

XI.1. Pertanyaan yang Abadi

Manusia sejak dulu bertanya-tanya tentang bagaimana alam ini mulai dan apakah alam ini akan berakhir? Mitos kuno, filosofi, dan teologi semua memberikan model masing-masing. Kosmologi adalah studi tentang asal, struktur sekarang, evolusi, dan akhir jagat raya. Astronom membangun model kosmologi, penjelasan matematis yang mencoba menerangkan bagaimana jagat raya mulai, bagaimana ia berubah dengan berjalannya waktu, dan apa yang akan terjadi padanya pada masa depan. Model-model ini harus konsisten dengan data pengamatan yang kita miliki tentang matahari dan galaksi.

Pengamatan dasar yang harus diperhitungkan oleh model kosmologi mana pun ialah bahwa cahaya dari galaksi yang jauh, panjang gelombangnya akan bergeser ke arah panjang gelombang merah dalam spektrumnya. Fenomena ini disebut pergeseran merah kosmologi. Teori modern mengatakan bahwa pergeseran merah ini terjadi akibat ekspansi ruang-waktu, yaitu bahwa galaksi lain sedang bergerak menjauh dari kita. Hal itu bukan dikarenakan galaksi-galaksi tersebut menjauhi kita, tetapi karena ruang-waktunya yang mengembang/ekspansi. Walaupun galaksi-galaksi itu diam terhadap kita di ruang-waktu, karena ruang-waktunya mengembang maka galaksi-galaksi tersebut menjauhi kita. Galaksi yang paling jauh yang kita amati mempunyai pergeseran merah paling besar. Gambar XI.1 memperlihatkan fenomena ini.

Gambar XI.1 Galaksi yang menjauh

XI.2. Hubungan Kecepatan – Jarak

Astronom Amerika Serikat, Edwin Hubble, yang menghabiskan sebagian besar hidupnya untuk mempelajari galaksi, meneliti hubungan antara kecepatan menjauh dan jarak dari banyak galaksi. Ia menemukan bahwa hubungan linier yang kita peroleh di atas memang benar. Makin jauh galaksi, makin cepat ia menjauh. Hukum Hubble (1929) mengatakan bahwa kecepatan menjauh galaksi, v, langsung sebanding dengan jaraknya dari kita, d. Formulanya adalah

V = H d

Notasi H disebut konstanta Hubble.

Konstanta Hubble ini sangat penting. Ia memberi nilai mengenai seberapa cepat galaksi itu menjauh, atau nilai mengenai seberapa cepat jagat raya mengembang. Ia juga digunakan dalam Hukum Hubble untuk menaksir jarak ke galaksi dari pergeseran merah mereka yang kita ukur. Untuk menentukan H secara akurat adalah suatu hal yang sukar karena ketidakpastian dalam skala jarak ekstragalaktik. Harga yang diberikan sering dimutakhirkan, dan besarnya antara 50 dan 100 km/det/Mpc (15 sampai 30 km per detik per juta tahun cahaya).

XI.3. Ledakan Besar (Big Bang)

Teori Big Bang mengatakan bahwa awal jagat raya menjadi ada seperti sekarang terjadi dalam ledakan luar biasa dalam peristiwa yang disebut Big Bang, dan sejak itu ia terus berevolusi. Awal ini terjadi 10 sampai 20 milyar tahun yang lalu. Semua materi dan radiasi dari jagat raya kita sekarang, awalnya bersatu dalam satu paket yang diistilahkan sebagai bola api awal (primeval fireball), keadaan yang luar biasa panas dan rapat, yang kemudian langsung mengembang dengan cepat. Big Bang ini adalah awal dari ruang dan waktu yang bisa kita ketahui.

Jagat raya secara cepat mengembang (volume semakin besar, kerapatan semakin kecil dan temperatur semakin kecil) yang mengakibatkan radiasi dari panas awal yang luar biasa itu mulai dengan cepat mendingin. Dalam beberapa detik, proton (inti hidrogen), neutron, dan elektron terbentuk. Dalam waktu beberapa menit deuterium pertama (hidrogen berat) dan inti helium, dan sedikit elemen ringan terbentuk. Beberapa juta tahun kemudian, materi dan radiasi terpisah. Sekitar satu milyar tahun kemudian barulah terbentuk galaksi dan bintang. Galaksi dan bintang galaksi terus bergerak saling menjauh satu dari lainnya.

Sekarang kita melakukan pengamatan dan melihat bahwa jagat raya tetap mengembang. Bintang masih terbentuk di dalam galaksi, dengan menggunakan hidrogen awal yang berasal dari Big Bang. Materi yang teramati dari jagat raya terdiri dari kira-kita 74% hidrogen dan 24% helium, dengan sedikit elemen ringan lainnya, seperti deuterium dan lithium, sesuai dengan prediksi.

Sebagian besar astronom menerima uraian teori Big Bang yang menjelaskan tahap awal dan sekarang dari jagat raya. Tentang masa depan jagat raya, prediksinya bermacam-macam sampai saat nanti hidrogen awal habis digunakan dalam bintang dan kemudian mereka berhenti bersinar. Nasib akhir jagat raya akan ditentukan oleh kompetisi antara pengembangan ke arah luar dan tarikan gravitasi ke arah dalam. Parameter kosmologi yang dapat diobservasi dalam hal ini adalah parameter densitas, yakni perbandingan antara kerapatan alam semesta yang terukur dan kerapatan kritis alam semesta.

Model jagat raya terbuka (open universe) mengatakan bahwa jagat raya akan terus mengembang tidak terbatas. Maka jagat raya, yang dimulai dengan Big Ba g ya g ergolak pa as seperti usik adas, aka eredup ke dala kegelapa dala ya yia pilu ya g amat dingin.