Fisika SMP : Tata Surya

Cobalah kamu menengadah ke angkasa pada malam hari... 

Benda-benda apa saja yang terlihat olehmu ? Jika kamu menggunakan teleskop maka kamu akan melihat bermacam-macam jenis benda langit yang jumlahnya ribuan hingga jutaan. Namun jika kamu mengamatinya secara langsung tanpa alat bantu... benda-benda langit yang dapat kamu lihat lebih terbatas...

Ada benda langit yang dapat memancarkan cahaya sendiri yang disebut bintang. Sehingga bintang lebih mudah diamati pada malam hari dengan cahayanya yang berkedip-kedip. Jumlah bintang di langit sangat banyak... Jutaan dan bahkan milyaran bintang berkumpul menjadi satu membentuk galaksi. Kita berada di dalam galaksi Bima Sakti ( The Milky Way ) yang diperkirakan tersusun atas 100 milyar bintang. Di Jagat Raya sendiri diperkirakan tersusun atas 100 milyar galaksi.

Gambar : Galaksi Bima Sakti ( The Milky Way)

 Bintang yang paling dekat dengan kita adalah Matahari. Matahari menjadi pusat tata surya kita dan menjadi sumber cahaya ( energi ) di planet yang kita huni yaitu Bumi. Teori yang mengemukakan bahwa matahari sebagai pusat tata surya disebut teori heliosentris. Teori inilah yang benar dan berlaku hingga saat ini. Pada jaman dahulu ada juga yang beranggapan bahwa bumi adalah pusat tata surya yang dikenal dengan teori geosentris. Dan sekarang teori ini tidak berlaku lagi.

SISTEM TATA SURYA

Tata surya adalah susunan benda-benda langit yang terdiri atas matahari sebagai pusatnya dan planet-planet, meteorid, komet, serta asteroid yang mengelilingi matahari.

Perhatikanlah gambar di bawah ini :

 dari gambar di atas tampak Matahari ( Sun ) beserta planet-planet yang mengelilinginya yaitu Merkurius ( Mercury ), Venus, Mars, Jupiter, Saturnus ( Saturn ), Uranus dan Neptunus ( Neptune ). Jadi tata surya kita totalnya terdiri dari 8 planet.

= Lho... bukannya planet di tata surya kita ada 9 kan..? planet yang ke 9 kan planet pluto...

Memang benar... dulu pluto digolongkan sebagai planet tapi pada 24 Agustus 2006, para peneliti di International Astronomical Union (IAU) atau Badan Astronomi Internasional, memutuskan Pluto bukan lagi sebuah planet . Ini dikarenakan Pluto tidak memenuhi syarat-syarat baru sebuah planet. Status Pluto turun jadi dwarf planet atau planet kerdil.

IAU membuat tiga syarat yang harus dipenuhi sebuah benda langit jika ingin mendapat status planet. Pertama, harus mengorbit matahari dan arah orbitnya harus sama semua, tidak boleh berlawanan. Kedua, memiliki ukuran besar sehingga bentuknya tetap bulat. Ketiga, jalur orbitnya harus bersih, tidak ada benda langit lain di jalur orbit tersebut selain satelitnya sendiri.

 Pluto tidak lolos pada syarat yang ke ke tiga... Pluto belum mengosongkan daerah di sekitar orbitnya agar tidak ditempati benda-benda angkasa berukuran cukup besar lainnya selain satelitnya sendiri... di orbit pluto banyak benda - benda lainnya yang dinamakan Sabuk kuiper.

Kembali lagi ke sistem tata surya kita...

Peredaran benda langit yang berupa planet dan benda langit lainnya dalam mengelilingi matahari disebut Revolusi. Sebagian besar garis edar (orbit) revolusi berbentuk elips. Bidang edar planet-planet mengelilingi matahari disebut bidang edar, sedangkan bidang edar planet bumi disebut bidang ekliptika. Selain berevolusi benda-benda langit juga berputar pada porosnya yang disebut Rotasi, sedangkan waktu untuk sekali berotasi disebut kala rotasi.

Garis yang berwarna biru itulah yang disebut ekliptika. Karena berbentuk ellips maka jarak bumi dengan matahari berubah-ubah. Jarak terdekat matahari dengan bumi disebut Perihelion. Sedangkan jarak terjauh matahari dengan bumi disebut Aphelion. Menurut hukum Kepler revolusi platet dalam waktu yang sama akan menempuh bidang edar yang sama luasnya.

Bidang OAB dan OCD mempunyai luas yang sama dan ditempuh dalam waktu yang sama. Sehingga dalam waktu yang sama jarak tempuhnya berbeda-beda ( busur CD > busur AB ). Maka kecepatan revolusi terbesar saat berada di titik orbit terdekat ( Perihelion ) dan kecepatan revolusi terkecil saat di titik orbit terjauh ( Aphelion )

ZONA TATA SURYA

Zona Tata Surya yang meliputi, planet bagian dalam, sabuk asteroid, planet bagian luar, dan sabuk Kuiper. Planet dalam atau planet kebumian ( The Terrestrial Planet ) adalah planet-planet yang terletak di antara matahari dan sabuk asteroid ( asteroid belt ) yaitu Merkurius, Venus, Bumi dan Mars. Sedangkan Planet luar atau planet raksasa ( The Giant Planet ) adalah planet-planet yang terletak di luar sabuk asteroid ( asteroid belt ) yaitu Jupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus.

Perhatikan gambar di bawah ini :

Matahari 

Matahari merupakan pusat tata surya yang berupa bola gas yang bercahaya. Matahari merupakan salah satu bintang yang menghiasi galaksi Bima Sakti. Suhu permukaan matahari 6.000 derajat celsius yang dipancarkan ke luar angkasa hingga sampai ke permukaan bumi, sedangkan suhu inti sebesar 15-20 juta derajat celsius. Matahari bukanlah bintang terbesar di antara milyaran bintang dalam galaksi Bima sakti. Matahari juga bukan bintang yang paling terang, tetapi mengapa matahari kelihatan paling terang di antara bintang-bintang lain?

Gambar : Matahari ( Sun )

Jarak matahari dari bumi kita sekitar 150 juta kilometer. Jarak ini disepakati sebagai 1 SA ( Satuan Astronomi ). Matahari merupakan bintang yang paling dekat dibandingkan bintang- bintang lainnya. Bintang terdekat kedua setelah matahari adalah Alpha Centauri, jaraknya lebih dari 200.000 SA. Jarak matahari hanyalah 1/546.000 kali jarak Sirrius ke bumi. Sirrius merupakan bintang yang paling terang.


Merkurius

Merkurius adalah planet terkecil di dalam tata surya dan juga yang terdekat dengan Matahari ( 0,4 SA ) dengan kala revolusi 88 hari.

Mirip dengan Bulan, Merkurius mempunyai banyak kawah dan juga tidak mempunyai satelit alami serta atmosfer. Suhu permukaan dari Merkurius berkisar antara 90 sampai 700 Kelvin ( -180 sampai 430 derajat Celcius ). Diameter Merkurius 40% lebih kecil daripada Bumi (4879,4 km).


Venus

Venus adalah planet terdekat kedua dari matahari setelah Merkurius ( 0,7 SA ). Planet ini memiliki radius 6.052 km dan mengelilingi Matahari dalam waktu 225 hari. Arah rotasi Venus berlawanan dengan arah rotasi planet-planet lain. Planet Venus juga tidak memiliki satelit alami. Atmosfer Venus mengandung 97% karbondioksida (CO2) dan 3% nitrogen, sehingga hampir tidak mungkin terdapat kehidupan.

Suhu permukaan planet ini adalah >460°C ( >860°F). Hal ini berarti bahwa Venus merupakan planet yang terpanas permukaannya di antara planet-planet lain di tata surya kita dan karena itulah Venus adalah Planet paling Terang di sistem tata surya kita dan bisa terlihat dari Bumi dengan Mata telanjang ketika selepas Matahari terbenam dan menjelang Matahari terbit yang biasa disebut Bintang Kejora /Bintang barat/ bintang Timur.


Bumi

Bumi adalah planet ketiga dari delapan planet dalam Tata Surya. Jarak antara Bumi dengan matahari adalah 149.6 juta kilometer atau 1 SA. Bumi mempunyai lapisan udara (atmosfer) yang melindung permukaan Bumi dari sinar ultraviolet dan radiasi dari luar angkasa. Lapisan udara ini menyelimuti Bumi hingga ketinggian sekitar 700 kilometer. Perbedaan suhu permukaan Bumi adalah antara -70 °C hingga 55 °C bergantung pada iklim setempat.

Satu hari di bumi sama dengan satu kali rotasi bumi yang lamanya sama dengan 24 jam dan satu tahun di Bumi sama dengan satu kali revolusi bumi yang lamanya sama dengan 365,25 hari. Bumi satu-satunya planet yang diketahui memiliki mahluk hidup. Bumi memiliki satu satelit alami yang disebut bulan.

Satelit dan Bulan

Satelit adalah benda langit yang mengelilingi planet. Bulan merupakan satelit yang mengitari bumi. Bulan mempunyai tiga gerakan sekaligus yaitu rotasi bulan, revolusi bulan mengitari bumi dan bersama-sama bumi mengitari matahari.

Gambar : Bulan ( Moon )

Mars

Mars adalah planet terdekat keempat dari Matahari ( 1,5 SA ). Planet ini mengorbit selama 687 hari dalam mengelilingi Matahari. Planet ini juga berotasi. Kala rotasinya 25,62 jam. Planet ini sering dijuluki sebagai "planet merah" karena tampak dari jauh berwarna kemerah-kemerahan. Ini disebabkan kandungan permukaan tanahnya yang kaya akan unsur besi dalam bentuk senyawa hematit ( besi(III) oksida ).

Planet ini memiliki atmosfer tipis yang kandungan utamanya adalah karbon dioksida. Planet ini memiliki 2 buah satelit, yaitu Phobos dan Deimos.

Gambar : Deimos

Gambar : Phobos

Sabuk Asteroid

Asteroid secara umum adalah objek Tata Surya yang terdiri dari batuan dan mineral logam beku yang jumlahnya berjuta-juta. Sabuk asteroid utama terletak di antara orbit Mars dan Yupiter, berjarak antara 2,3 dan 3,3 SA dari matahari. Diameter asteroid sangat beragam mulai dari ratusan kilometer sampai ukuran mikro ( sangat kecil ). Asteroid terbesar dan yang pertama kali ditemukan bernama Ceres. Sekarang Ceres diklasifikasikan sebagai planet kerdil. Diameternya adalah sedikit kurang dari 1000 km, cukup besar untuk memiliki gravitasi sendiri untuk menggumpal membentuk bundaran.

Gambar : Ceres

Sabuk Asteroid ( Asteroid belt )

Jupiter

Jupiter adalah planet terdekat kelima dari matahari setelah Merkurius, Venus, Bumi dan Mars. Jarak rata-rata antara Yupiter dan Matahari adalah 778,3 juta km atau 5,2 SA. Jupiter adalah planet terbesar dan terberat dengan diameter 14.980 km dan memiliki massa 318 kali massa bumi.

Periode rotasi planet ini adalah 9,8 jam, sedangkan periode revolusi adalah 11,86 tahun. Jupiter memiliki 63 satelit, di antaranya Io, Europa, Ganymede, Callisto (Galilean moons).

Callisto ( Gallilean Moons )

Ganymede : Satelit terbesar di  Jupiter dan tata surya

Saturnus

Saturnus adalah sebuah planet di tata surya yang dikenal juga sebagai planet bercincin, dan merupakan planet terbesar kedua di tata surya setelah Jupiter. Jarak Saturnus sangat jauh dari Matahari ( 9,5 SA ), karena itulah Saturnus tampak tidak terlalu jelas dari Bumi. Saturnus berevolusi dalam waktu 29,46 tahun. Selain berevolusi, Saturnus juga berotasi dalam waktu yang sangat singkat, yaitu 10 jam 14 menit. Saturnus sangat mudah dikenali karena sistem cincinnya. Cincin Saturnus sangat unik, terdiri beribu-ribu cincin yang mengelilingi planet ini. Bahan pembentuk cincin ini masih belum diketahui.

Hingga 2006, Saturnus diketahui memiliki 56 buah satelit alami. Tujuh di antaranya cukup masif untuk dapat runtuh berbentuk bola di bawah gaya gravitasinya sendiri. Mereka adalah Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan (Satelit terbesar dengan ukuran lebih besar dari planet Merkurius) dan Iapetus.


Uranus 

Uranus adalah planet ketujuh dari Matahari dan planet yang terbesar ketiga di tata surya. Jarak planet ini dengan matahari sekitar 19,6 SA. Atmosfernya itu adalah atmofer yang terdingin dalam Tata Surya, dengan suhu terendah 49 K (−224 °C).

Uranus memiliki 27 satelit yang diketahui, yang terbesar adalah Titania, Oberon, Umbriel, Ariel dan Miranda.


Neptunus

Neptunus merupakan planet terjauh (kedelapan) dari tata surya jika ditinjau dari Matahari. Neptunus mengorbit Matahari pada jarak 30,1 SA atau sekitar 4.450 juta km. Periode rotasi planet ini adalah 16,1 jam, sedangkan periode revolusinya adalah 164,8 tahun.

Neptunus memiliki 13 satelit yang diketahui. Yang terbesar, Triton, geologinya aktif, dan memiliki geyser nitrogen cair. Triton adalah satu-satunya satelit besar yang orbitnya terbalik arah (retrogade).


Komet

Komet adalah benda langit yang mengelilingi matahari dengan garis edar berbentuk sangat lonjong. Komet terdiri dari kumpulan debu dan gas yang membeku pada saat berada jauh dari Matahari. Ketika mendekati Matahari, sebagian bahan penyusun komet menguap membentuk kepala gas dan ekor. Karena terdorong oleh radiasi dan angin matahari itulah ekor komet selalu menjauhi matahari. Panjang "ekor" komet dapat mencapai jutaan km.

 Komet membutuhkan ratusan hingga ribuan tahun untuk menyelesaikan satu kali mengorbit Matahari. Contoh Komet : Komet Lovejoy dan Komet Halley. Komet Halley terakhir muncul pada tahun 1986 dan muncul setiap 76 tahun.


Meteoroid 

Meteoroid adalah batuan-batuan kecil yang sangat banyak dan melayang-layang di angkasa luar. Batuan-batuan ini banyak mengandung unsur besi dan nikel. Batuan-batuan ini masuk ke atmosfer bumi karena pengaruh gravitasi bumi. Gesekan dengan atmosfer bumi menghasilkan panas yang membakar habis batuan- batuan itu sebelum sempat mencapai permukaan bumi. Namun kadang kala ada juga sisa-sisa batuan ini yang mencapai bumi. Batuan-batuan atau benda langit yang bergesekan dengan atmosfer bumi dan terbakar disebut meteor.

Adapun batuan-batuan yang tidak habis terbakar dan sampai di permukaan bumi disebut meteorit.

Ada sebuah meteorit yang jatuh di Arizona USA dengan ukuran yang sangat besar hingga membentuk sebuah kawah. Kawah tersebut dinamakan Kawah Barringer. Contoh meteorit dapat dilihat di Museum Geologi, Bandung.

 Benda-benda langit yang berada di dalam tata surya tersusun secara rapi. Selama bergerak benda-benda itu tidak saling ber- tabrakan. Hal itu terjadi karena adanya gaya gravitasi pada masing- masing benda langit. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa yang menyebabkan gerakan benda-benda langit teratur adalah gaya gravitasi. Namun, penyebab sesungguhnya adalah Sang Pembuat gaya gravitasi yaitu Tuhan Yang Mahabesar.


MATAHARI SEBAGAI BINTANG

Matahari adalah bola raksasa yang terbentuk dari gas hidrogen dan helium. Matahari termasuk bintang berwarna putih yang berperan sebagai pusat tata surya. Matahari termasuk bintang karena dapat memancarkan/menghasilkan energi cahaya sendiri. Matahari tampak sangat besar karena letaknya paling dekat dengan bumi. Jarak matahari dengan Bumi rata-rata 149.680.000 kilometer ( 1 SA ). Hal itulah yang menyebabkan pada waktu siang hari kita tidak dapat melihat bintang selain matahari.

Sumber energi matahari berasal dari reaksi fusi yang terjadi di dalam inti matahari. Reaksi fusi ini merupakan penggabungan atom-atom hidrogen menjadi helium. Reaksi fusi tersebut akan menghasilkan energi yang sangat besar. Energi matahari terpancar ke segala arah dalam bentuk energi cahaya. Energi cahaya matahari adalah campuran gelombang elektromagnetik yang terdiri dari gelombang inframerah, cahaya tampak, sinar ultraviolet. Energi yang dipancarkan tersebut, hanya sebagian kecil yang sampai di bumi. Namun sejumlah energi yang kecil tersebut sudah cukup sebagai sumber energi di bumi.

Panas Matahari menghangatkan bumi dan membentuk iklim, sedangkan cahayanya menerangi Bumi serta dipakai oleh tumbuhan untuk proses fotosintesis. Tanpa Matahari, tidak akan ada kehidupan di Bumi karena banyak reaksi kimia yang tidak dapat berlangsung. Dan sekarang matahari dapat dijadikan sebagai sumber energi alternatif melalui alat yang dinamakan Sel Surya / Panel Surya. Alat ini dapat merubah energi matahari menjadi energi listrik.


Lapisan-lapisan Matahari

Matahari terdiri atas empat lapisan, yaitu inti matahari, fotosfer, kromosfer, dan korona.

a. Inti Matahari 
Bagian dalam dari matahari, yaitu inti matahari. Pada bagian ini terjadi reaksi fusi sebagai sumber energi matahari. Suhu pada inti matahari dapat mencapai 15.000.000 ^oC. Energi yang dihasilkan dari reaksi fusi akan dirambatkan sampai pada lapisan yang paling luar, yang kemudian akan terealisasi ke angkasa luar.

b. Fotosfer 
Fotosfer adalah bagian permukaan matahari. Lapisan ini mengeluarkan cahaya sehingga mampu memberikan penerangan sehari-hari. Suhu pada lapisan ini mampu mencapai lebih kurang 6.000 ^oC dan mempunyai ketebalan sekitar 500 km.

c. Kromosfer
Kromosfer adalah lapisan di atas fotosfer dan bertindak sebagai atmosfer matahari. Kromosfer mempunyai ketebalan 16.000 km dan suhunya mencapai lebih kurang 9.800 ^oC. Kromosfer terlihat berbentuk gelang merah yang mengelilingi bulan pada waktu terjadi gerhana matahari total.

d. Korona 
Korona adalah lapisan luar atmosfer matahari. Suhu korona mampu mencapai lebih kurang 1.000.000 ^oC. Warnanya keabu-abuan yang dihasilkan dari adanya ionisasi pada atom-atom akibat suhunya yang sangat tinggi. Korona tampak ketika terjadi gerhana matahari total, karena pada saat itu hampir seluruh cahaya matahari tertutup oleh bulan. Bentuk korona, seperti mahkota dengan warna keabu-abuan.


Gangguan-Gangguan pada Matahari

Gejala-gejala aktif pada matahari atau aktivitas matahari sering menimbulkan gangguan-gangguan pada matahari. Gangguan-gangguan tersebut, yaitu sebagai berikut :

a. Gumpalan-Gumpalan pada Fotosfer (Granulasi)
Gumpalan-gumpalan ini timbul karena rambatan gas panas dari inti matahari ke permukaan. Akibatnya, permukaan matahari tidak rata melainkan bergumpal-gumpal.

b. Bintik Matahari (Sun Spot)
Bintik matahari merupakan daerah tempat munculnya medan magnet yang sangat kuat. Bintik-bintik ini bentuknya lubang- lubang di permukaan matahari di mana gas panas menyembur dari dalam inti matahari, sehingga dapat mengganggu telekomunikasi gelombang radio di permukaan bumi.

c. Lidah Api Matahari ( Prominensa )
Lidah api matahari merupakan hamburan gas dari tepi kromosfer matahari. Lidah api dapat mencapai ketinggian 10.000 km. Lidah api sering disebut prominensa atau protuberan. Lidah api terdiri atas massa proton dan elektron atom hidrogen yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Massa partikel ini dapat mencapai permukaan bumi. Sebelum masuk ke bumi, pancaran partikel ini tertahan oleh medan magnet bumi (sabuk Van Allen), sehingga kecepatan partikel ini menurun dan bergerak menuju kutub, kemudian lama-kelamaan partikel berpijar yang disebut aurora. Hamburan partikel ini mengganggu sistem komunikasi gelombang radio.

d. Letupan (Flare)
Flare adalah letupan-letupan gas di atas permukaan matahari. Flare dapat menyebabkan gangguan sistem komunikasi radio, karena letusan gas tersebut terdiri atas partikel-partikel gas bermuatan listrik.


BUMI SEBAGAI PLANET

Bumi adalah salah satu planet yang diketahui dengan adanya kehidupan sampai saat ini. Sifat-sifat bumi sering digunakan sebagai acuan untuk memahami sifat-sifat planet yang lain.

Bentuk Bumi
 
planet Bumi sangat mirip dengan bulat pepat (oblate spheroid), sebuah bulatan yang tertekan ceper pada bagian kutub-kutubnya yang menyebabkan buncitan pada bagian khatulistiwa. Buncitan ini terjadi karena rotasi Bumi, menyebabkan ukuran diameter katulistiwa 43 km lebih besar dibandingkan diameter dari kutub ke kutub.

Rotasi Bumi 

Rotasi bumi adalah perputaran bumi pada porosnya. Rotasi bumi memerlukan waktu 23 jam 56 menit dan dibulatkan menjadi 24 jam. Arah rotasi bumi dari barat ke timur.

Rotasi bumi menyebabkan hal-hal berikut :

a. Gerak semu harian matahari
Sepanjang pagi hingga petang hari, matahari seolah-olah bergerak kebalikan arah rotasi bumi (barat ke timur) yaitu dari timur ke barat. Matahari pada pagi hari terbit di sebelah timur dan bergerak sepanjang hari yang akhirnya tenggelam di sebelah barat.

b. Terjadinya siang dan malam
 Peristiwa siang dan malam terjadi secara bergantian karena bumi berputar pada porosnya (rotasi bumi). Bumi berotasi dari barat ke timur dan hanya separuh permukaan bumi yang mendapat sinar matahari. Bagian bumi yang disinari matahari mengalami siang. Sementara itu, malam terjadi di bagian lain bumi yang tidak disinari matahari.

serta perbedaan waktu Kala rotasi bumi lebih kurang 24 jam, sehingga tiap jam ber- beda bujur sebesar 360 24 o = 15o . Daerah-daerah yang garis bujurnya sama mempunyai waktu yang sama pula. Perhatikan Gambar 13.7.Jika letak bujur standar di sebelah barat bujur nol, maka wak- tunya dikurangi. Adapun jika letak bujur standar di sebelah timur bujur nol, waktunya ditambah. Waktu di daerah bujur timur adalah waktu Greenwich ditam- bah selisih jam, sehingga waktu di belahan timur dirumuskan:dengan: GMT = bujur nol BT = bujur timur Waktu di daerah bujur barat adalah waktu Greenwich + se- lisih jam, sehingga waktu di belahan barat dirumuskan:c Pembelokan arah angin Pembelokan arah angin berdasarkan hukum Buys Ballot yang berbunyi: 1) udara bergerak dari tempat yang bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah, 2) di belahan bumi selatan, angin membelok ke kiri, sedangkan di belahan bumi utara angin membelok ke kanan.d. Pembelokan arah arus laut Gerak pembelokan arah angin dan arus laut disebut efek Coriolis. Arus laut memang disebabkan oleh angin. Di belahan bumi utara, arus laut membelok searah jarum jam, sedangkan di belahan bumi selatan, arus laut membelok berlawanan arah jarum jam. Akibat rotasi bumi, bentuk bumi tidak bulat sempurna, tetapi agak lonjong (elips). Diameter bumi di daerah kutub sebesar 12.714 km, sedangkan di daerah khatulistiwa 12.757 km.