Makalah Ipba Materi 14 Galaksi Dan Alam Semesta [PDF]

Citation preview

Makalah Kelompok



GALAKSI DAN ALAM SEMESTA



Diajukan untuk memenuhi salah tugas pada Mata Kuliah Ilmu Pengetahuan Bumi dan Antariksa OLEH KELOMPOK IV



NUR AISAH S NUR HASNI MPESURI NUR INSANA NURLIA NUR SATRIANI



(A1K116041) (A1K116042) (A1K116043) (A1K116046) (A1K116048)



JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2020



i



KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Segala puji bagi Allah SWT, karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga kami selaku penulis dapat menyusun makalah ini tepat pada waktunya. Makalah ini membahas tentang “Galaksi dan Alam Semesta meliputi kosmologi, quasar, kosmik, dan materi antar bintang” Shalawat dan salam semoga terlimpah curahkan kepada baginda tercinta kita yakni Nabi Muhammad SAW. Makalah ini di susun oleh penulis dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang dari diri penulis maupun yang datang dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan terutama pertolongan dari Allah SWT akhirnya makalah ini dapat terselesaikan Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan baik dari bentuk penyusunan maupun materinya. Kritik konstruktif dari pembaca sangat penulis harapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya.Terimah kasih wassalamu’alaikum warahmattullahi wabarakatuh.



Kendari, 4 April 2020



Penulis,



ii



DAFTAR ISI



HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i KATA PENGANTAR ..............................................................................................ii DAFTAR ISI .............................................................................................................ii BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang .... .......................................................................................1 B. Rumusan Masalah .......................................................................................2 C. Tujuan ........................................................................................................2 BAB II PEMBAHASAN A. Galaksi dan Alam Semesta ..........................................................................3 B. Kosmologi ...................................................................................................4 C. Quasar ..........................................................................................................8 D. Kosmik .........................................................................................................10 E. Materi Antar Bintang ..................................................................................15 BAB III PENUTUP A. Kesimpulan ..................................................................................................21 B. Saran ...........................................................................................................21 DAFTAR PUSTAKA



iii



BAB I PENDAHULUAN



A. Latar Belakang Alam semesta merupakan keseluruhan tempat yang ada selama kita hidup baik yang dapat terlihat dengan mata telanjang maupun yang memerlukan alat bantu lihat, atau bahkan yang tidak akan pernah kita lihat sekalipun. Dari bendabenda



yang sering kita lihat tersebut, seringkali kita kelompok-kelompokkan



sesuai dengan ciri-ciri yang dimilikinya. Yang paling mudah misalnya bendabenda tersebut kita kelompokkan sesuai dengan sifatnya, seperti tanaman, hewan, zat cair, padat, dan gas. Berbicara tentang alam semesta, tentu saja di dalam benak kita sebagai manusia biasa timbul sebuah pertanyaan bagaimanakah alam semesta yang begitu besar dan luas tak bertepi ini berawal, kemana ia menuju bagaimana hukum yang menjaga tatanan dan keseimbangannya bekerja. Alam semesta itu ada seperti yang kita ketahui sekarang ini bukanlah tanpa suatu proses, akan tetapi alam semesta ini ada karena tercipta dan melalui proses yang begitu panjang. . Alam semesta atau ruang semesta raya atau universe terbentuk melalui suatu kehendak Tuhan Maha Pencipta. Menurut pengamatan para astronom diperkirakan proses terjadinya di antara 10-20 miliar tahun yang lalu. Diawali dari gumpalan materi yang sangat besar dan padat berasal dari sekelompok materi angkasa yang mengalami ledakan sangat dahsyat, disertaidengan panas yang mencapai suhu 100 miliaroC. Peristiwa ledakan tersebut dikenal dengan nama BigBang dan dampak dari ledakan adalah berbagai benda angkasa (kosmos) terpisah bercerai berai berupa asap, debu, dan gas. Melalui proses pengerutan (kondensasi) awan panas dengan penurunan suhu sampai mencapai 30000C terbentuklah Nebula berupa seperangkat awan yang terdiri atas asap dan kabut yang berputar-putar. Hasil tumbukan dan penggabungan nebula di ruang angkasa terbentuklah galaksi yang merupakan kumpulan miliaran bintang yang terdapat di alam semesta.



1



Menurut teori Big-Bang berbagai bintang secara terus-menerus memancarkan sinar, panas, dan berbagai radiasi. Diperkirakan dalam suatu waktu akhirnya bintang tersebut akan menjadi dingin, mengalami keruntuhan, dan berakhir. Pada saat itulah terjadi akhir riwayat alam semesta. Teori lain tentang terbentuknya alam semesta yang disebut teori Steady State dan teori isolasi. Salah satu contoh galaksi adalah Bima Sakti (MilkyWay) tempat matahari kita berinduk, diprediksi di galaksi ini terkumpul kurang lebih 7000 bintang, salah satunya Matahari. Para astronom akan tetap mempelajari lebih lanjut tentang kejadian alam semesta dan senantiasa berkeyakinan akan menghasilkan teori baru tentang terbentuknya alam semesta (kosmogenesis). Berikut kami akan membahas mengenai galaksi dan alam semesta yang meliputi sejarah kosmologi, Quasar, kosmik dan materi antar bintang



B. Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan galaksi dan alam semesta? 2. Bagaimana teori terbentuknya alam semesta menurut ilmu kosmologi? 3. Apa yang dimaksud quasar ? 4. Bagaimana dampak radiasi sinar kosmik terhadap bumi? 5. Sebutkan jenis-jenis penyusun materi antar bintang



C. Tujuan 1. Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan galaksi dan alam semesta 2. Untuk mengetahui bagaimana teori terbentuknya alam semesta menurut ilmu kosmologi? 3. Untuk mengetahui apa yang dimaksud quasar 4. Untuk mengetahui dampak radiasi sinar kosmik terhadap bumi 5. Untuk mengetahui jenis-jenis penyusun materi antar bintang



2



BAB II PEMBAHASAN



A. Galaksi dan Alam Semesta Secara etimologi, galaksi berasal dari bahaya yunani yaitu Galaxias yang berarti sesuatu yang menyerupai susu, karena waktu itu tampak pita putih samar pada penampakannya di angkasa. Dalam perkembangannya kemudian berubah menjadi "nebula spiral" untuk objek tertentu, lalu istilah tersebut berganti menjadi "island universe" yang berarti alam semesta pulau, namun kata tersebut berubah menjadi "universe" (alam semesta) berarti keseluruhan jagad raya, kemudian kata tersebut berubah menjadi galaksi. Galaksi merupakan kumpulan sejumlah besar bintang dalam kesatuan akibat gravitasi. Selain itu juga galaksi dapat dikatakan sebagai kumpulan bintang yang membentuk suatu sistem dan terdiri dari banyak benda-benda angkasa berukuran besar yang dikelilingi oleh benda-benda angkasa secara teratur. Menurut para ahli Astronomi, pengertian galaksi adalah sistem yang terdiri atas bintang, debu dan gas yang sangat luas, dengan gaya gravitasi yang dimiliki anggotanya. Umumnya suatu galaksi terdiri dari milliaran bintang dengan warna, ukuran, dan karekteristik yang beragam. Benda langit yang memancarkan cahaya sendiri disebut bintang contohnya matahari. Galaksi memiliki beragam bentuk yang dilihat dari bentuk morfologinya tiga yaitu: 1. Bentuk elips, galaksi yang digolongkan kedalam bentuk ini yaitu galaksi yang berbentuk bundar sampai galaksi yang berbentuk bola pepat. 2. Bentuk Spiral, galaksi ini terdiri dari sebuah piringan bintang-bintang yang berotasi, materi antar bintang, serta tonjolan pusat yang terdiri atas bintangbintang tua. 3. Bentuk tak beraturan, galaksi yang memiliki bentuk khusus. Galaksi ini memiliki anggota yang terdiri dari bintang-bintang tua dan juga muda.



3



Sampai saat ini galaksi yang ditemukan bermacam-macam diantaranya galaksi bimasakti, magellan, ursa mayor, ursa mayor, andromeda, jauh, black eye. Bumi tempat kita tinggal sekarang terdapat pada galaksi bima sakti (The Milky Way). Kumpulan dari berbagai macam galaksi akan membentuk sesuatu yang lebih besar lagi yaitu Alam Semesta (universe). Para ahli astronomi menggunakan istilah alam semesta dalam pengertian tentang ruang angkasa dan benda-benda langit yang ada di dalamnya.



Gambar 1 Galaksi Bima Sakti Tempat Tata Surya Matahari dan Bumi Planet kita Berada



B. Kosmologi Kosmologi merupakan ilmu atau kajian tentang sifat, evolusi, asal alam semesta. Manusia sebagai makhluk tuhan yang berakal budi dan sebagai penghuni alam semesta selalu tergoda oleh rasa ingin tahunya untuk mencari penjelasan tentang makna dan hal-hal yang diamati. Kosmologi bukan astronomi yang membagi-bagi seluruh alam semesta menjadi galaksi, bintang, planet, bulan, lalu menelaahnya satu demi satu. Kosmologi memadukan semua cabang dan ranting pohon ilmu pengetahuan untuk memperoleh gambaran yang menyeluruh mengenai alam semesta. Kosmologi menelaah ruang dan waktu, menyelidiki asal-usul semua materi pengisi alam, mempelajari peristiwa kosmis penting, termasuk asal mula kehidupan dan kemungkinan perkembangan kecerdasan. Masalah yang dihadapi para kosmolog modern adalah mempersatukan sifat-sifat alam semesta teramati untuk memperoleh model-model alam semesta yang akan mendefinisikan struktur



4



dan evolusinya. Model alam semesta menjadi sarana yang dibangun manusia untuk memperoleh gambaran mengenai alam semesta yang demikian luas. Model ini dibentuk dengan bertumpu pada data empiris dan teori-teori fisika. Model alam semesta pun senantiasa diujikan. Hasil-hasil amatan baru atau teori-teori baru akan mengubah model alam semesta dari waktu ke waktu. Teori tentang terbentuknya alam semesta terlah terjadi perhatian para astronom sejak lama. Hal ini diungkapkan melalui apa yang diketahui tentang ruang angkasa, bintang, galaksi, nebula, komet, planet dan sebagainnya. Teori yang berkembang sampai saat ini dan di percaya ada tiga. 1. Teori “Big-Bang” Alam Semesta sangat luas dan tak ada seorangpun yang mengetahui secara pasti berapa luas alam semesta ini,orang orang dulu mengira Alam semesta ada dengan sendirinya dan akan tetap ada sampai kapanpun, pendapat ini sangat salah dengan ilmu pengetahuan modern saat ini. Banyak Teori yang berkembang tentang Alam Semesta,ada yang menyebutkan ada dengan sendirinya, ada yang menyebutkan terjadi karena ledakan dahysat dan berbagai Teori lainnya, namun saat ini yang paling banyak disepakati adalah teori big bang, teori ini berdasarkan kajian kosmologi mengenai bentuk awal dan perkembangan alam semesta. Teori Big Bang menjadi Teori yang mendekati kebenaran berdasarkan



Sains



dan Teknologi, bahkan para



ilmuwan



menyepakati bersama bahwa Teori terbentuknya alam semesta yakni Teori Big Bang. Teori Big Bang (terjemahan bebas: Ledakan Dahsyat atau Dentuman Besar) dalam kosmologi adalah salah satu teori ilmu pengetahuan yang menjelaskan perkembangan dan bentuk awal dari alam semesta. Menurut teori ini, alam semesta semual berwujud sebagai gumpalan sangat padat dan besar dari sekelompok atom. Gumpalan ini meledak yang menghasilkan panas sampai 100 miliar Celcius, dan dari ledakan inilah terbentuknya berbagai maca kosmos, benda alam. Teori ini menyatakan bahwa alam semesta ini terbentuk 5



dari ledakan mahadahsyat yang terjadi sekitar 13.700 juta tahun lalu. Ledakan ini melontarkan materi dalam jumlah sangat besar ke segala penjuru alam semesta. Materi-materi ini kemudian yang kemudian mengisi alam semesta ini dalam bentuk bintang, planet, debu kosmis, asteroid/meteor, energi, dan partikel lainnya dialam semesta ini. Pada tahun 1948, Gerge Gamov muncul dengan gagasan lain tentang Big Bang. Ia mengatakan bahwa setelah pembentukan alam semesta melalui ledakan raksasa, sisa radiasi yang ditinggalkan oleh ledakan ini haruslah ada di alam. Selain itu, radiasi ini haruslah tersebar merata di segenap penjuru alam semesta. Bukti yang ’seharusnya ada’ ini pada akhirnya diketemukan. Pada tahun 1965, dua peneliti bernama Arno Penziaz dan Robert Wilson menemukan gelombang ini tanpa sengaja. Radiasi ini, yang disebut ‘radiasi latar kosmis’, tidak terlihat memancar dari satu sumber tertentu, akan tetapi meliputi keseluruhan ruang angkasa. Demikianlah, diketahui bahwa radiasi ini adalah sisa radiasi peninggalan dari tahapan awal peristiwa Big Bang. Penzias dan Wilson dianugerahi hadiah Nobel untuk penemuan mereka. Pada tahun 1989, NASA mengirimkan satelit COBE (Cosmic Background Explorer). COBE ke ruang angkasa untuk melakukan penelitian tentang radiasi latar kosmis. Hanya perlu 8 menit bagi COBE untuk membuktikan perhitungan Penziaz dan Wilson. COBE telah menemukan sisa ledakan raksasa yang telah terjadi di awal pembentukan alam semesta. Dinyatakan sebagai penemuan astronomi terbesar sepanjang masa, penemuan ini dengan jelas membuktikan teori Big Bang. Bukti penting lain bagi Big Bang adalah jumlah hidrogen dan helium di ruang angkasa. Dalam berbagai penelitian, diketahui bahwa konsentrasi hidrogen-helium di alam semesta bersesuaian dengan perhitungan teoritis konsentrasi hidrogen-helium sisa peninggalan peristiwa Big Bang. Jika alam semesta tak memiliki permulaan dan jika ia telah ada sejak dulu kala, maka



6



unsur hidrogen ini seharusnya telah habis sama sekali dan berubah menjadi helium. Segala bukti meyakinkan ini menyebabkan teori Big Bang diterima oleh masyarakat ilmiah. Model Big Bang adalah titik terakhir yang dicapai ilmu pengetahuan tentang asal muasal alam semesta. Begitulah, alam semesta ini telah diciptakan oleh Allah Yang Maha Perkasa dengan sempurna tanpa cacat. 2. Teori Steady State Teori steady state atau teori pemantapan kelangsungan yang menyatakan bahwa unsur atom baru masih akan membentuk secara terus menerus di alam semesta. Unsur ini sebagai debu mengalami gerakan melingkar berputar-putar sampai terbentuknya galaksi baru. Jadi alam semesta terus menerus akan mengalami pembentukannya sepanjang masa, sehingga teori ini mempercayai bahwa alam semesta sekarang ini sama halnya dengan jutaan tahun yang lewat, dan akan sama keadaanya jutaan tahun yang akan datang. Oleh karena itu pengikut teori ini tidak mempercayai akan berakhirnya alam semesta. Para astronom akan tetap mempelajari lebih lanjut dan akan menghasilkan teori baru tentang terbentuknya alam semesta (kosmogenesis) (Ronan dalam Anon 1973). Pada akhirnya teori ini mempercayai bahwa segala sesuatu di alam semesta mengalami tatanan atau hukum alam yang pasti sehingga akan terjadi kelangsungan dinamika keadaan alam sesuai dengan kehendak Tuhan yang menciptakannya. Manusia berkewajiban dengan rasio dan intuisi (kata hati) untuk mengikuti dengan kearifan dan keikhlasan akan adanya segenap kenyataan yang dihadapi dengan pendekatan nisbi atau relatif. Pada pertengahan abad ke-20 seorang materialis, astronom terkemuka asal Inggris Fred Hoyle mengemukakan suatu teori yang disebut dengan teori “Steady State” yang mirip dengan teori alam semesta tetap abad ke-19. Teori ini menyatakan bahwa alam semesta berukuran tak hingga dan kekal sepanjang masa, tujuannya adalah untuk mempertahankan faham materialis.



7



Menurut H. Bondi, T. Gold, and F. Hoyle mengatakan bahwa alam semesta tidak ada awalnya dan tidak ada akhirnya. Alam semesta selalu terlihat tetap seperti sekarang. Materi secara terus menerus datang berbentuk atomatom hidrogen dalam angkasa (space) yang membentuk galaksi baru dan mengganti galaksi lama yang bergerak menjahui kita dalam ekspansinya. Materialisme adalah sistem pemikiran yang meyakini materi sebagai satusatunya keberadaan yang mutlak dan menolak keberadaan apapun selain materi. Berakar pada kebudayaan Yunani Kuno, dan mendapat penerimaan yang meluas di abad 19, sistem berpikir ini menjadi terkenal dalam bentuk paham Materialisme dialektika Karl Marx. 3. Teori osilasi Teori isolasi hampir sama dengan teoro kedadaan tunak. Menurut teori osilasi ini, alam semesta tidak ada awalnya dan tidak ada akhirnya. Dalam teori osilasi dikemukakan bahwa sekarang alam semesta tidak konstan, melainkan berekspansi yang dimulai dengan dentuman besar, kemudian beberapa waktu yang akan datang gravitasi akan mengatasi efek ekspansi ini sehingga alam semesta akan mulai mengempis., akhirnya mencapai titik koalisensi (gabungan) asal. Keadaan ini akan mengakibatkan temperature dan tekanan tinggi akan memecahkan semua materi ke dalam partikel-pertikel elementer (dasar) sehingga terjadi dentuman besar baru dan ekspansi mulai lagi. C. Quasar Sudah diketahui secara umum kalau di pusat galaksi hampir semua galaksi ada sebuah lubang hitam bermassa besar yang sangat kuat. Tapi ternyata di beberapa galaksi, daerah pusatnya sangat terang, melebihi bagian lain dari galaksi itu. Inti yang sangat terang ini disebut sebagai inti galaksi aktif ( active galactic nuclei / AGN). Inti galaksi aktif biasanya ditemukan di pusat galaksi dimana lubang hitam bermassa super besar berada. Karena lubang hitam inilah yang jadi pembangkit energi bagi inti galaksi aktif. Thomas Matthews dan Allan Sandage



8



pada tahun 1960 menemukan sebuah benda seperti bintang redup yang disebut benda quasar (quasi-stellar). Kata “kuasi” dapat diartikan mirip sebuah bintang padahal bukan bintang. Quasar merupakan okbjek mirip bintang jauh yang memancarkan cahaya sebanyak cahaya diseluruh galaksi bintang. Quasar atau quasi stellar radio source merupakan inti galaksi aktif yang berada jauh dan merupakan obyek yang sangat terang, sangat energetik dan sangat kuat. Obyek ini memancarkan energi yang sangat besar. Kalau dilihat di teleskop, quasar akan tampak seperti sebuah titik yang mirip dengan bintang. Tapi ternyata titik itu bukan sebuah bintang melainkan sebuah inti galaksi yang sangat terang yang berada jauh dari kita. Dari mana kita tahu quasar ini berada sangat jauh? Hasil pengamatan menunjukkan kalau quasar memiliki pergeseran merah yang besar sebagai efek dari memuainya alam semesta. Yang artinya jarak antara Bumi dan quasar itu akan semakin bertambah seiring dengan semakin besarnya pergeseran merah si quasar.Quasar ditenagai oleh lubang hitam bermassa sangat besar di pusat galaksi yang mengakresi materi yang mampat di sekitarnya dan memancarkan energi gravitasi yang sangat besar. Lubang hitam itu selalu melahap materi yang ada di sekelilinginya untuk masuk ke dalam dirinya. Seperti raksasa yang lahap memakan apapun yang ada di sekelilingnya Ketika lubang hitam mengakresi materi di sekitarnya, materi-materi tersebut berputar semakin cepat dan mulai memanas. Semua partikel saling bergesekan sehingga melepaskan sejumlah besar cahaya dan juga radiasi sinar X. Nah ketika materi ini kemudian dilahap oleh si lubang hitam, maka bagian kutub utara dan selatan lubang hitam akan melepaskan energi yang sangat besar yang oleh astronom disebut sebagai jet kosmik. Pernah liat pesawat jet melesat di udara? Sangat cepat dan menyisakan sebaris jejak di angkasa kan? Kira-kira seperti itulah jet kosmik. Energi yang dilepaskan melesat sangat cepat dan energinya pun sangat kuat.



9



Quasar sendiri tidak selalu berasal dari penggabungan galaksi, karena memang ia bukan hasil dari gabungan dua galaksi. Quasar bisa berada di galaksi apa saja yang lubang hitamnya bisa membangkitkan quasar di dalamnya. Tapi ketika dua buah galaksi bergabung, lubang hitam super masif di dalamnya memang akan membentuk quasar. Karena lubang hitam adalah pembangkit energi bagi inti galaksi aktif. Jika quasarnya terbentuk setelah penggabungan dua galaksi itu dari galaksi galaksi apa? Nah, ini bisa dari galaksi apa saja karena semua galaksi yang punya lubang hitam dengan massa super besar bisa menghasilkan quasar. Diperkirakan ketika Bimasakti dan Andromeda bergabung kelak juga akan membentuk quasar Karena keterbatasan kepekaan alat-alat astronomi, maka hanya quasarquasar yang paling terang yang tampak pada jarak yang jauh, sehingga para ilmuan sulit untuk mengambil kesimpulan evolusi semua



quasar dari



kekilapannya. D. Kosmik Dalam astrofisika, sinar kosmik adalah radiasi dari partikel bermuatan berenergi tinggi yang berasal dari luar atmosfer Bumi. Sinar kosmik merupakan partikel energi tinggi di angkasa luar yang diduga berasal dari sisa-sisa bintang mati. Namun, IceCube mendeteksi bahwa partikel-partikel itu tiba bukan dalam kondisi "seragam" dari semua arah. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa sinar 10



kosmik galaksi dapat mengubah iklim bumi, mempengaruhi cuaca, memicu badai dan menutupi awan. Seperti dilansir Livescience.com, edisi 30 Juli 2010, studi menunjukkan bahwa sinar kosmik berlebih datang dari satu bagian di langit, dan sinar kosmik yang kurang kadarnya datang dari bagian lain. Sinar kosmik dapat berupa elektron, proton dan bahkan inti atom seperti besi atau yang lebih berat lagi. Kebanyakan partikel-partikel tersebut berasal dari proses-proses energi tinggi di dalam galaksi, misalnya seperti supernova. Dalam perjalanannya, sinar kosmik berinteraksi dengan medium antar bintang dan kemudian atmosfer Bumi sebelum mencapai detektor. Fisikawan membagi sinar kosmik menjadi dua kategori: primer dan sekunder. Sinar kosmik utama berasal jauh di luar atmosfer bumi. Sinar kosmik sekunder adalah partikel yang dihasilkan dalam atmosfer bumi sebagai akibat dari tabrakan antara sinar kosmik primer dan molekul di atmosfer. Selain memicu terjadinya reaksi inti pada atmosfer bumi, sinar kosmis juga mengionisasikan gasgas yang ada di lapisan atmosfer tinggi, menghasilkan suatu lapisan yang bermuatan listrik. Lapisan tersebut dikenal dengan ionosfir. Lapisan ionosfir berfungsi sebagai lapisan pelindung bumi terhadap radiasi sinar kosmik yang membahayakan manusia dan sebagai pemantul gelombang radio yang dipancarkan dari bumi, sehingga membantu komunikasi lewat radio. Intensitas sinar kosmik pada lapisan atas atmosfer bervariasi rata-rata sekitar 15 % selama satu siklus matahari yaitu dengan rentang 5% untuk daerah dekat dengan ekuator magnetik bumi sampai 50% untuk daerah di kutub Bumi. 1. Spektrum Energi Untuk Sinar Kosmik Sinar kosmik merupakan energi partikel subatomik bermuatan, yang berasal di luar angkasa. Mereka mungkin menghasilkan partikel sekunder yang menembus atmosfer bumi dan permukaan. Sinar panjang adalah sejarah sebagai sinar kosmik yang dianggap radiasi elektromagnetik. Sinar kosmik paling utama (mereka yang memasuki atmosfer dari ruang angkasa dalam) terdiri dari partikel subatomik akrab stabil yang biasanya terjadi di Bumi, seperti proton, 11



inti atom, atau elektron. Namun, sebagian kecil adalah partikel stabil antimateri, seperti positron atau antiproton, dan sifat yang tepat dari sebagian kecil yang tersisa adalah area penelitian aktif. Sekitar 89% dari sinar kosmik proton sederhana atau inti hidrogen, 10% adalah inti helium atau partikel alfa, dan 1% adalah inti elemen berat. Inti ini merupakan 99% dari sinar kosmik. Elektron menyendiri (seperti partikel beta, meskipun sumber utama mereka tidak diketahui) merupakan lebih dari 1% yang tersisa. Berbagai energi partikel mencerminkan berbagai sumber. Kisaran asal dari proses pada Matahari (dan mungkin bintang lain juga), untuk yang belum diketahui mekanisme fisik di terjauh alam semesta teramati. Ada bukti bahwa sinar kosmik energi yang sangat tinggi yang dihasilkan selama periode jauh lebih lama dari ledakan sebuah bintang tunggal atau peristiwa galaksi tiba-tiba, menunjukkan proses percepatan beberapa yang mencakup jarak yang sangat jauh dalam hal ukuran bintang. Mekanisme tidak jelas produksi sinar kosmis pada jarak galaksi ini sebagian hasil dari fakta bahwa (tidak seperti radiasi lainnya) medan magnet di galaksi kita dan galaksi lain tikungan arah sinar kosmik parah, sehingga mereka tiba hampir secara acak dari segala arah, menyembunyikan petunjuk apapun dari arah sumber awal mereka. Sinar kosmik dapat memiliki energi lebih dari 1020 eV, jauh lebih tinggi dari 10121013 eV bahwa akselerator partikel Terestrial dapat menghasilkan. Sinar kosmik yang diperkaya dengan lithium, berilium, dan boron berkaitan dengan kelimpahan relatif dari unsur-unsur di alam semesta dibandingkan dengan hidrogen dan helium, dan dengan demikian dianggap memiliki peran utama dalam sintesis ketiga unsur melalui proses " sinar kosmik nukleosintesis ". Mereka juga menghasilkan beberapa disebut isotop stabil dan radioisotop cosmogenic di Bumi, seperti karbon-14. Dalam sejarah fisika partikel, sinar kosmik adalah sumber penemuan positron, muon, dan pi meson. Sinar kosmik menulis bagian dari radiasi latar belakang alam di Bumi, rata-rata sekitar 10-15% dari itu. Namun, orang yang hidup di ketinggian yang 12



lebih tinggi dapat memperoleh beberapa kali lebih banyak radiasi kosmik dari pada permukaan laut, dan awak penerbangan jarak jauh dapat melipat gandakan radiasi pengion paparan tahunan mereka. Karena intensitas sinar kosmik jauh lebih besar di luar atmosfer bumi dan medan magnet, diharapkan memiliki dampak besar pada desain pesawat ruang angkasa yang aman dapat mengangkut manusia dalam ruang antarplanet. 2. Komposisi Sinar Kosmik Sinar kosmik secara luas dapat dibagi menjadi dua kategori: primer dan sekunder. Sinar kosmik yang berasal dari sumber astrofisika adalah sinar kosmik primer. Sinar kosmik primer berinteraksi dengan materi antar menciptakan sinar kosmik sekunder. Matahari juga memancarkan sinar kosmik energi yang rendah terkait dengan jilatan api matahari. Hampir 90% sinar kosmik proton, sekitar 9% adalah inti helium (alfa partikel) dan hampir 1% adalah elektron. Rasio hidrogen untuk inti helium (28%) adalah sama sebagai rasio kelimpahan primordial unsur elemen ini (24%). Fraksi yang tersisa terdiri dari inti berat lainnya yang produk akhir nuklir sintesis, produk dari Big Bang, terutama lithium, berilium, dan boron.Ini inti cahaya muncul dalam sinar kosmik dalam kelimpahan yang jauh lebih besar (~ 1%) dibandingkan di atmosfer matahari, di mana kelimpahan mereka adalah sekitar 10-9% bahwa helium. Perbedaan kelimpahan adalah hasil dari cara sinar kosmik sekunder terbentuk. Karbon dan oksigen inti bertabrakan dengan materi antar bintang untuk membentuk lithium, berilium dan boron dalam proses yang disebut spallation sinar kosmik. Spallation juga bertanggung jawab untuk menunjukkan jumlah ion skandium, titanium, vanadium, dan mangan dalam sinar kosmik yang dihasilkan oleh tabrakan inti besi dan nikel dengan materi antar bintang. Eksperimen satelit telah menemukan bukti dari beberapa antiproton dan positron dalam sinar kosmik primer, meskipun tidak ada bukti dari inti atom antimateri kompleks, seperti anti-helium inti (anti-alpha) partikel. Antiproton 13



tiba di Bumi dengan maksimal energi karakteristik dari 2 GeV, menunjukkan produksi mereka dalam proses fundamental berbeda dari proton sinar kosmis. 3. Aliran Sinar Kosmik Fluks sinar kosmik yang masuk pada bagian atas atmosfer tergantung pada angin matahari, medan magnet bumi, dan energi dari sinar kosmik. Angin matahari berkurang kecepatannya partikel yang masuk dan blok beberapa partikel dengan energi bawah sekitar 1 GeV. Jumlah angin matahari tidak konstan karena perubahan aktivitas matahari. Dengan demikian, tingkat fluks sinar kosmik bervariasi dengan aktivitas matahari. Medan magnet bumi mengalihkan sebagian dari sinar kosmik, sehingga menimbulkan pengamatan bahwa fluks ini rupanya tergantung pada lintang, bujur, dan sudut azimut. Garis-garis medan magnet membelokkan sinar kosmik ke arah kutub, sehingga menimbulkan aurora. Pada jarak ~ 94 AU dari Matahari, angin matahari mengalami transisi, yang disebut shock terminasi, dari supersonik untuk kecepatan subsonik. Daerah antara shock pemutusan dan heliopause bertindak sebagai penghalang sinar kosmik, penurunan fluks pada energi yang lebih rendah sekitar 90%. Di masa lalu, diyakini bahwa fluks sinar kosmik tetap cukup konstan sepanjang waktu. Namun, penelitian terbaru menunjukkan 1,5 sampai 2 kali lipat milenium-skala waktu perubahan fluks sinar kosmik dalam empat puluh ribu tahun terakhir. Besarnya energi fluks sinar kosmik di ruang antar bintang sangat sebanding dengan energi lain ruang dalam: rata-rata energi sinar kosmik kepadatan sekitar satu elektron-volt per sentimeter kubik ruang antar bintang, atau ~ 1 eV/cm3, yang sebanding untuk kepadatan energi dari cahaya bintang terlihat sebesar 0,3 eV/cm3, bidang galaksi kepadatan energi magnetik (diasumsikan 3 microgauss) yang adalah ~ 0,25 eV/cm3, atau latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB) radiasi energi kepadatan di ~ 0,25 eV/cm3. Namun, sinar kosmik, tidak seperti komponen energi lain di atas, terdiri dari partikel pengion, dan ini jauh lebih merusak proses biologi dari energi 14



sederhana menyarankan. Sebagaimana dicatat di bawah, sinar kosmik membuat rata-rata 10 sampai 15% dari radiasi latar belakang pengion pada manusia di Bumi, tetapi komponen ini dapat beberapa kali lebih besar untuk orang yang hidup pada ketinggian yang lebih tinggi. 4. Deteksi Sinar Kosmik Kosmik sinar Bulan bayangan, seperti terlihat dalam muon sekunder terdeteksi 700 m di bawah tanah, pada detektor 2 Soudan Bulan seperti yang terlihat oleh Compton Gamma Ray Observatory, dalam sinar gamma yang lebih besar dari 20 MeV. Ini diproduksi oleh penembakan sinar kosmik dari permukaannya. Sinar kosmik berbenturan dengan inti gas atmosfer, menghasilkan hujan, antara lain, pion dan kaons, kerusakan yang menjadi muon. Ini muon dapat mencapai permukaan bumi, dan bahkan menembus untuk beberapa jarak ke tambang dangkal. Muon mudah terdeteksi oleh berbagai jenis detektor partikel seperti ruang awan atau ruang gelembung atau detektor sintilasi. Muon Beberapa diamati oleh detektor terpisah pada saat yang sama menunjukkan bahwa mereka telah diproduksi dalam acara mandi yang sama. Sinar kosmik berdampak tubuh planet lain di tata surya yang terdeteksi secara tidak langsung dengan mengamati emisi sinar gamma energi tinggi dengan sinar gamma teleskop. Ini dibedakan dari proses peluruhan radioaktif oleh energi mereka lebih tinggi di atas sekitar 10 MeV. E. Materi Antar Bintang Ketika sedang mengamati indahnya langit malam, pernahkah Anda bertanya-tanya tentang kekosongan pada ruang antar bintang. Sebenarnya, ruang antar bintang itu tidak kosong. Materi antar bintang (interstellar matter) adalah sebutan untuk pengisi kekosongan itu. Keberadaan materi antar bintang (MAB) sangat penting sekali, karena sifat materi penyusunnya mempengaruhi apa yang kita pelajari dalam astronomi. Dengan mempelajari MAB, kita jadi tahu 15



bagaimana MAB meredupkan, memerahkan, atau bahkan menghalangi cahaya bintang. Selain itu MAB juga memberikan petunjuk mengenai komposisi materi pembentukan bintang, karena bintang lahir dari MAB ini. Sekalipun massanya hanya beberapa persen dari massa bintang, materi antar bintang memainkan peranan penting dalam pembentukan bintang dan juga kegunaannya dalam menjejak distribusi massa dalam Bima Sakti. Pada dasarnya materi antar bintang bintang adalah debu antar bintang dan gas antar bintang. Debu memiliki peran penting karena partikel sub-mikron dalam debu menghamburkan cahaya tampak sedemikian efisien sehingga absorpsi antar bintang mempengaruhi hampir seluruh pengamatan optik. Materi antar bintang juga berperan dalam pembentukan Awan Molekular Raksasa (GMCs, Gas Molecular Clouds), di mana sebagian besar pembentukan bintang terjadi. Secara umum terdapat dua jenis penyusun materi antar bintang, yang pertama adalah debu antar bintang dan yang kedua adalah gas. Masing-masing jenis materi ini memberikan pengaruh yang berbeda ketika diamati. 1. Debu Antar Bintang Debu antar bintang adalah materi yang jauh lebih kecil kelimpahannya dibandingkan dengan gas antar bintang, namun pengaruhnya terhadap berkas cahaya visual lebih besar. Hal ini disebabkan ukuran partikelnya yang besar (dalam orde 1/1000 mm), bandingkan dengan panjang gelombang cahaya tampak (1/20000 mm), sehingga materi ini cenderung untuk menyerap dan menghamburkan berkas cahaya. Debu antar bintang ini tersusun dari partikelpartikel es, karbon, atau silikat. Karakteristik debu ini menghasilkan bermacam efek terhadap cahaya bintang, yang akan dijelaskan sebagai berikut. a. Nebula Gelap Ada daerah tertentu di ruang antar bintang yang memiliki kepadatan debu yang sangat tinggi, sehingga cukup untuk menjadi awan (nebula) yang kedap cahaya. Walaupun kepadatan partikelnya masih jauh lebih rendah dari pada di Bumi, namun besarnya awan ini mengakibatkan terhalangnya cahaya 16



bintang. Celah gelap memanjang di daerah Cygnus dan Horsehead Nebulae (Kepala Kuda) di Orion adalah contoh nebula gelap, yang menghalangi datangnya berkas cahaya bintang ke arah pengamat.



Gambar 2 (Horsehead Nebula (Sumber: APOD)



b. Efek Redupan Sekumpulan debu dapat juga memberikan efek meredupnya cahaya bintang. Besarnya bervariasi, misalnya 1 magnitudo setiap 1 kiloparsek yang ditempuh cahaya tersebut. Hal ini memunculkan permasalahan ketika akan ditentukan jarak sebuah bintang. Karena dalam menentukan jarak, diperlukan perbandingan antara magnitudo semu dan mutlak. Harga magnitudo semu yang didapat akan mengalami kesalahan akibat dari efek redupan tersebut, sehingga menyebabkan kesalahan pada nilai jarak bintang. Untuk mengatasinya, perlu diketahui terlebih dahulu seberapa besar efek redupan yang dialami cahaya bintang tersebut. c. Efek Pemerahan Penghamburan berkas cahaya tidak sama di semua panjang gelombang. Karena ukuran partikel debu yang kecil, maka hanya gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang yang pendek yang lebih terkena efek penghamburan ini. Artinya, hanya cahaya ungu dan biru yang paling terkena efeknya. Sementara merah dan jingga tidak mengalami halangan yang berarti ketika melintasi debu antar bintang. Akibat dari kekurangan cahaya ungu dan biru ini, cahaya yang sampai di Bumi akan tampak merah. Hal inilah yang disebut sebagai efek pemerahan. 17



d. Nebula Pantulan Hamburan oleh debu antar bintang, terutama cahaya biru, terkadang menerangi daerah di sekitarnya. Akibatnya, awan debu antar bintang ini akan tampak biru karena cahaya bintang di belakangnya melintasi awan debu ini. Contoh dari nebula pantulan ini adalah gugus bintang Pleiades di Taurus serta Nebula Trifid di Sagittarius.



Gambar 3 (Trifid Nebula/M20 (Sumber: APOD)



2. Gas Antar Bintang Gas antar bintang memiliki penyusun utama adalah Hidrogen dengan sedikit Helium. Kepadatan gas dalam suatu ruang antar bintang biasanya mencapai 1 atom/cm3 , sementara di beberapa tempat, kepadatan partikel gas antar bintang dapat mencapai 105 atom/cm3 . Namun kerapatan ini masih jauh lebih rendah daripada kepadatan gas di Bumi, 1019 atom/cm3. Di dalam gas antar bintang terdapat beberapa molekul organik yang disebut molekul antar bintang. Molekul-molekul organik yang telah diketahui adalah molekul yang menjadi dasar kehidupan seperti hidroksil radikal, amonia, air, metil alkohol, metil sianida, formaldehid, hidrogen sianida, dan karbon monoksida. Kelimpahan molekul-molekul ini jauh lebih kecil dari hidrogen. Nebula gas ini dibagi menjadi tiga jenis, yaitu daerah H II, H II, dan awan molekul. a. Daerah H II, Nebula Emisi Jika bintang muda dan panas (golongan B dan O) terletak dekat dengan nebula gas, maka pancaran ultra ungu dari bintang tersebut akan 18



mengionisasi gas hidrogen yang terkandung di dalam nebula itu. Ketika inti atom hidrogen menangkap elektron yang lain, pada saat yang bersamaan dipancarkan pula radiasi elektromagnetik dalam panjang gelombang cahaya tampak. Akibatnya, cahaya dari bintang tersebut diubah menjadi cahaya tampak oleh nebula gas ini. Dan jika dilihat spektrumnya, nebula ini memberikan garis emisi yang kuat. Contoh nebula jenis ini adalah Nebula Orion di daerah pedang Orion, Nebula Lagoon dan Nebula Trifid di Sagittarius.



Gambar 4 (Great Orion Nebula (Sumber: APOD)



Ada dua macam lagi nebula emisi yang berbeda dengan yang disebut di atas. Kedua macam nebula ini dibentuk dalam evolusi bintang. Yang pertama adalah planetary nebula, yaitu ketika sebuah bintang bermassa kecil menjelang evolusi tahap akhirnya, melontarkan selubung gas yang didorong dari bintang akibat tekanan dari dalamnya. Selama proses ini, gelombang UV dari bintang meradiasi selubung tersebut, sehingga terjadi peristiwa yang sama seperti penjelasan sebelumnya. Dan kita dapat melihat sebuah bintang di tengah-tengah awan gas tersebut. Contoh planetary nebula jenis ini adalah Nebula Cincin (M57) di rasi Lyra.Yang kedua adalah sisa ledakan supernova. Supernova adalah peristiwa ledakan bintang bermassa besar akibat tekanan yang sangat besar dari bagian pusat bintang. Gas yang tersisa setelah ledakan tersebut menerima pancaran energi dari pusat nebula. Contohnya, Cygnus Loop.



19



Gambar 5 (Cygnus Loop (Sumber: APOD)



b. Daerah H I, Awan Hidrogen Netral Di daerah awan gas ini, tidak ada sumber gelombang UV yang dapat mengionisasi hidrogennya. Awan ini gelap, dingin dan transparan. Pengamatan objek ini bergantung pada sifat yang dimiliki oleh inti atom hidrogennya. Diketahui bahwa pada elektron dan inti pada sebuah atom memiliki momentum spin. Keduanya dapat memiliki spin yang searah atau berlawanan. Dalam keadaan spin searah, atom memiliki tingkat energi yang lebih tinggi daripada spin berlawanan. Jika sebuah atom berada dalam keadaan spin searah, maka setelah 10^6 tahun atom tersebut akan berubah ke tingkat energi yang lebih rendah ( spin berlawanan ). Proses ini, disebut “electron spin flop”, akan menghasilkan pancaran energi pada daerah panjang gelombang radio (sekitar 21 cm). Maka, pengamatan yang telah dilakukan pun lebih banyak dilakukan oleh para astronom radio.



20



BAB III PENUTUP



A. Kesimpulan Kosmologi adalah Ilmu Alam Semesta adalah ilmu pengetahuan tentang kosmos (cosmos) atau universe. Istilah universe ditujukan kepada segenap pangada atau segenap yang ada, yang tercipta mulai dari atom, molekul, batu metal, gas, tumbuhan, binatang, sistem solar (Matahari) dan segala yang ada lainnya. Terbentuknya alam semesta menjadi teka-teki yang menyibukkan bagi umat manusia. Sejauh perkembangan teori terbentuknya alam semesta, belum ada yang dapat membuktikan secara empirik kebenarannya. Hal ini dikarenakan manusia adalah hal nisbi bagi alam raya. Manusia adalah sesuatu yang sangat baru di alam raya. Maka walaupun manusia dengan susah payah mencari-cari bagaimana



terbentuknya



alam



semesta



sering



terhalang



keterbatasan



pandangannya. Keterbatasan pandangan ini sangat terikat dengan pengetahuan apriori yang dimiliki manusia. Hal ini menyebabkan bahwa pandangan tentang alam raya sulit diuji kebenarannya melalui pengalaman. B. Saran Setelah mempelajari materi tentang Galaksi dan Alam Semesta yang meliputi Kosmologi, Kosmik, Quasar dan Materi antar Bintang diharapkan tidak ada lagi salah dalam mengartikannya. Selain itu juga diharapkan agar mampu mempelajari dengan baik materi-materi yang berkaitan sehingga dengan mudah dapat memahami perbedaan masing-masing mengenai materi tersebut.



21



DAFTAR PUSTAKA



Aly Abdullah, & Eny Rahma. 2011. Ilmu Alamiah Dasar. Bumi Aksara. Jakarta. Baskoro Aldino A, Clara Y Yatini, & Dhani Herdiwijaya. Pengaruh Sinar Kosmik Terhadap Pembentukan Awan Total Dan Awan Atas Wilayah Indonesia Dalam Periode 1979-1995. LAPAN. Bandung Tjasyono Bayong. 2009. Ilmu Kebumian dan Antariksa. Rosda. Bandung Purnama, Heri. 2008. Ilmu Alamiah Dasar. Rineka Cipta. Jakarta



22