Perkembangan IPA : Alam Semesta

A. Alam Semesta Beserta Isinya
       Alam semesta adalah seluruh materi, energi dan ruang tempat kedudukan materi dan energi. Atau ada pula yang mengatakan bahwa pengertian alam semesta mencakup tentang mikrokosmos dan makrokosmos. Mikrokosmos adalah benda-benda yang mempunyai ukuran sangat kecil, misalnya atom, elektron, sel, amuba, dan sebagainya. Sedang makrokosmos adalah benda-benda yang mempunyai ukuran yang sangat besar, misalnya bintang, planet, dan galaksi.
       Ukuran alam semesta kita saat ini diperkirakan 13 miliar tahun cahaya ke segala arah. Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun, yaitu sekitar 9,46 triliun kilometer atau 63 ribu kali jarak bumi ke matahari. Cahaya dipakai sebagai satuan ukur karena cahaya adalah benda tercepat di alam semesta. Ukuran ini tidak tetap karena alam semesta mengembang seiring waktu sehingga ukurannya terus bertambah di masa datang.
       Umur alam semesta diperkirakan 13 miliar tahun. Hal ini dikarenakan laju pengembangan bagian terjauh alam semsta hampir sama dengan kecepatan cahaya itu sendiri.
       Ruang gerak di alam semesta adalah tiga dimensi, dimana semua objek dapat bergerak dalam ruang yang tersaji secara matematis oleh tiga sumbu saling tegak lurus, kiri-kanan, atas-bawah, depan-belakang.
       Pada dasarnya alam semesta terisi oleh materi dan energi. Materi dalam alam semesta secara kasarnya terkumpul dalam hirarki berdasarkan sistem. Struktur terbesar dalam alam semesta adalah superkluster filamen. Objek-objek dalam alam semesta, yaitu:
1. Superkluster filamen
       Superkluster filamen adalah kumpulan dari puluhan hingga ratusan kluster galaksi. Gravitasi bersama mereka mengikatnya menjadi filamen dengan panjang 300 hingga 900 juta tahun cahaya, lebar 150 hingga 300 juta tahun cahaya dan tebal 15 hingga 30 juta tahun cahaya. Di antara superkluster dengan superkluster lainnya terdapat ruang kosong raksasa dengan sedikit (bila ada) galaksi.
2. Kluster galaksi

       Kluster galaksi adalah kumpulan dari puluhan hingga ribuan galaksi, semua terikat dalam gravitasi bersama. Kluster galaksi membentang dalam ukuran jutaan tahun cahaya. Kluster galaksi kita dinamakan grup lokal. Terdiri dari 25 galaksi. Membentang 3 juta tahun cahaya dengan dua galaksi utama, andromeda dan bima sakti.
       Dalam kasus MACSJ0025.4-1222, dua kluster galaksi perlahan bertabrakan dalam ratusan juta tahun. Tabrakan ini mengakibatkan materi gelap dalam kluster galaksi menjadi terpisah sebagian dengan materi normal. MACSJ0025 memuat ratusan galaksi, membentang tiga juta tahun cahaya, dan berada enam miliar tahun cahaya di rasi Cetus.
3. Galaksi.

       Galaksi adalah sistem organisasi dari ribuan hingga ratusan ribu tahun cahaya terdiri dari jutaan hingga triliunan bintang, saling tercampur dengan gas dan debu, semua terikat dalam gravitasi bersama. Ada sekitar 300 miliar galaksi di alam semesta. Ada empat jenis galaksi berdasarkan bentuknya, spiral, elips, sferoid dan tak beraturan. Sebagian besar galaksi elips memiliki kluster globular yang terang dan banyak.
       Adalah umum kalau galaksi saling tabrak dan saling makan. Sebagai contoh galaksi NGC 1316 berawal dari galaksi elips raksasa, sekitar 100 juta tahun lalu, menelan galaksi spiral tetangga yang kecil, NGC 1317. bukti ini ditunjukkan oleh karakteristik galaksi spiral berupa garis debu, dan puntiran bintang dan gas yang redup.
       Galaksi kita adalah bima sakti. Sebuah galaksi berbentuk spiral berisi sekitar 200 miliar bintang, salah satunya adalah matahari kita. Bima sakti kita tidak sendiri. Ia adalah bagian dari 25 galaksi dalam kluster galaksi grup lokal. Anggota lain termasuklah galaksi besar andromeda (M31), M32, M33, Awan Magellan besar, Awan Magellan kecil, Dwingeloo 1, beberapa galaksi kecil tak beraturan, dan banyak galaksi elips cebol dan galaksi sferoid cebol. galaksi elips cebol M32 dan NGC 205 I adalah galaksi satelit dari galaksi besar andromeda.
       Awan magellan kecil adalah galaksi tak beraturan berjarak 210 ribu tahun cahaya dari bumi. Ia memiliki banyak daerah pembentukan bintang yang muda, salah satunya N66, yang berusia 3 hingga 5 juta tahun dan belum membakar hidrogen di intinya. Bintang -bintang bayi ini berkerumun di kluster bintang NGC 346.
       Galaksi triangulum (M33) adalah galaksi ketiga terbesar dalam grup lokal. Galaksi spiral ini berdiameter 50 ribu tahun cahaya. Jaraknya 3 juta tahun cahaya dari bima sakti. Didalamnya terdapat daerah NGC 604 yang merupakan daerah pembentukan bintang yang aktif.
       Galaksi spiral M83 berjarak 12 juta tahun cahaya di rasi Hydra memiliki lengan-lengan spiral besar yang dipenuhi garis-garis debu dan kluster bintang biru sehingga disebut galaksi roda selatan. Daerah pembentukan bintang merah yang tidak terselip di lengan spiral memberinya nama lain, galaksi seribu rubi. Inti dari M83 adalah kumpulan kerumunan bintang neutron dan lubang hitam.
4. Kluster bintang

       Kluster bintang adalah kumpulan bintang yang membentuk tata bintang tunggal terdiri dari puluhan hingga jutaan bintang. Matahari kita tidak berada dalam kluster bintang. Dalam radius sepuluh tahun cahaya, matahari hanya punya sedikit tetangga. Hal ini karena matahari berada di dekat lengan spiral luar galaksi bima sakti. Bila matahari kita ada dalam kluster bintang galaksi kita, ribuan bintang dapat berada dalam radius tersebut.
5. Globula

       Globula adalah tempat kelahiran bintang. Jenisnya dicirikan oleh bentuknya. Globula kometer dicirikan oleh kepala debu dan ekor. Fitur ini menyebabkan globula kometer memiliki bentuk visual mirip komet, namun kenyataannya sangat jauh berbeda. Di kepala globula terdapat bintang-bintang sangat muda. Globula kometer yang terkenal adalah CG4.
6. Nebula

       Sama dengan globula. Hanya saja bentuk nebula lebih tidak beraturan dan tidak sepekat globula. Nebula emisi biasanya berisi hidrogen energi tinggi. beberapa kluster bintang dapat berada di dalam nebula. Contoh nebula emisi adalah nebula hati dan jiwa (IC 1805) berjarak 6 ribu tahun cahaya dan lebarnya 300 tahun cahaya di arah rasi Cassiopeia. Nebula seperti ini merupakan daerah pembentukan bintang. Bintang yang lebih tua memicu pembentukan bintang yang lebih muda. Pembentukan bintang terpicu oleh aliran gas dingin penekan pada simpul yang cukup padat hingga dapat secara gravitasi menjadi bintang. Pada nebula semacam ini biasanya terdapat pilar-pilar spektakuler yang perlahan terbangun oleh gas panas yang mengalir keluar.
       Nebula planeter adalah nebula yang tampak seperti planet bila dilihat secara visual. Terbentuk dari gas yang disemburkan oleh bintang mirip matahari yang sekarat. Nebula planeter yang terkenal adala nebula heliks (NGC 7293). Jaraknya 700 tahun cahaya dari bumi, di rasi Aquarius. Nebula planeter lain yang terkenal adalah nebula cincin (M57) berjarak 2000 tahun cahaya di rasi lira. Cincin tengahnya selebar satu tahun cahaya. Lapisan-lapisan gasnya merupakan lapisan luar bintang yang terlontar dari bintang yang sekarat dan bertipe mirip matahari.
7. Bekas supernova

      Supernova adalah ledakan bintang pada saat bintang itu kehabisan bahan bakar nuklirnya. Hanya bintang dengan jangkauan massa tertentu yang mengalami supernova. Tahun 1006 M, cahaya mencapai bumi dari supernova di rasi Lupus, menciptakan “bintang dadakan” di langit yang tampak lebih terang dari Venus dan berlangsung selama dua tahun. Supernova itu, dinamakan SN 1006, terjadi 7 ribu tahun cahaya dan menciptakan bekas yang terus mengembang dan memudar sekarang. SN 1006 memiliki diameter 60 tahun cahaya. Dalam tahun-tahun terakhir, supernova yang lebih kuat lagi terjadi jauh di kedalaman alam semesta yang tampak tanpa alat bantu, namun hanya dalam beberapa detik.
8. Tata bintang

       Tata bintang adalah sistem organisasi sekitar satu tahun cahaya terdiri dari satu bintang dan jutaan hingga triliunan benda langit kecil, dari planet, komet, asteroid, meteoroid, satelit, debu, dan gas, semua terikat dengan gravitasi bersama. Tata bintang kita disebut tata surya terdiri dari satu bintang yaitu matahari, dan 8 planet, serta tak terhitung benda lainnya. Ada tata bintang yang terdiri dari bintang ganda, rangkap tiga, rangkap banyak bahkan ratusan hingga jutaan bintang. Bila telah membentuk sistem lebih dari sepuluh, tata bintang itu disebut kluster bintang. 85% bintang di galaksi bima sakti adalah tata bintang ganda.
9. Bintang
       Bintang adalah benda langit satuan yang memancarkan cahaya sendiri. Matahari adalah salah satu bintang kuning biasa di alam semesta. Usianya 5 miliar tahun. Korona matahari berukuran 20 kali diameter matahari sendiri dan dapat disaksikan pada saat gerhana matahari total. Matahari dan bintang pada umumnya memiliki bintik yang merupakan daerah lebih dingin dari sekitarnya. Mereka juga memiliki flare, sebuah juluran materi bintang yang mirip rambut api.
10. Planet

       Planet adalah benda langit yang mengelilingi sebuah bintang dalam orbit tidak saling memotong dan hampir melingkar, serta tidak menghasilkan cahaya sendiri. Tata surya diakui memiliki delapan planet. Planet dibedakan dari bahan penyusunnya, yaitu planet batu dan planet gas. Contoh planet batu adalah mars, bumi, venus dan merkurius. Contoh planet gas adalah saturnus dan neptunus. Semua planet gas memiliki cincin dan satelit.
       Selain planet, di tata surya kita juga terdapat planet cebol. saat ini (2008) ada 5 planet cebol di tata surya, yaitu Pluto, Ceres, Eris, Makemake dan Haumea. Haumea berbentuk sangat lonjong dan permukaannya halus. Orbit Haumea kadang lebih dekat ke matahari ketimbang Pluto, namun lebih sering lebih jauh. Haumea sendiri adalah nama IAU dari 2003EL61, yang diambil dari nama Tuhan Hawaii. Haumea memiliki dua buah satelit yang ditemukan tahun 2005, yang diberi nama Hi'iaka dan Namaka, nama-nama putri sang tuhan.
       Planet yang mengelilingi bintang lain disebut planet ekstrasolar. Ada lebih dari 300 planet ekstrasolar yang telah ditemukan (2008). Beberapa diantaranya mengelilingi bintang yang mirip dengan matahari. Sebagai contoh adalah bintang berjarak 500 tahun cahaya di rasi Scorpius, ia hanya sedikit lebih massif dan lebih dingin dari matahari. Namun ia jauh lebih muda, hanya beberapa juta tahun. Planet yang terdeteksi mengelilinginya berukuran 8 kali yupiter dan mengorbit 330 satuan astronomi dari bintangnya. Planet ini masih panas dan terang dalam cahaya infra merah karena panas yang dibangkitkan dalam pembentukannya oleh kontraksi gravitasi.
       Planet juga ditemukan dalam sistem bintang ganda. Sebagai contoh sistem bitang ganda BD+20 307. sistem ini sangat berdebu dan membuat sistem ini angat terang pada panjang gelombang infra merah. Sistem ini berusia sama dengan matahari dan debu yang mengelilinginya berasal dari tabrakan dua planet seukuran bumi dan venus. BD+20 307 berjarak 300 tahun cahaya di arah rasi Aries.
11. Satelit

       Satelit adalah benda yang sifatnya mirip planet namun mengelilingi planet. Contoh satelit adalah bulan, anthe dan methone (keduanya satelit saturnus). Tumbukan meteor pada permukaan satelit planet gas dapat menghasilkan cincin atau busur yang mengelilingi planet.
12. Asteroid

       Asteroid adalah batuan besar yang melayang di angkasa. Asteroid merupakan bahan baku planet yang gagal menyatu sehingga tetap menjadi batuan yang tercerai berai. Di tata surya, sumber asteroid utama adalah sabuk asteroid di antara mars dan yupiter. Jumlahnya yang begitu banyak membuat asteroid dinamakan dalam bentuk penomoran, seperti asteroid 2867 Šteins, yang berpapasan dengan Rosetta bulan september 2008 dan 21 Lutetia yang akan dijumpainya bulan juli 2010.
13. Komet

       Komet memiliki asal yang sama dengan asteroid. Hanya saja bahan penyusunnya lebih ringan. Sehingga pada saat berada di dekat matahari, bahan pembungkusnya akan menguap meninggalkan jalur seperti ekor panjang. Nama komet dinamakan sesuai penemunya, sebagai contoh komet Churyumov-Gerasimenko yang akan dikunjungi Rosetta bulan november 2014.
14. Meteoroid

       Meteoroid adalah batuan-batuan kecil yang terlontar dari tumbukan yang disebabkan objek lebih besar. Bila batuan ini memasuki atmosfer bumi, ia akan terbakar dan kita menyebutnya meteor. Bila batuan ini cukup keras dan besar, ia dapat sampai ke tanah dan kita menyebutnya meteorit. Ada jutaan meteorit yang jatuh di bumi setiap hari, namun kebanyakan mereka terlalu kecil untuk disadari. Ataupun bila cukup besar, mungkin jatuh di lautan, terkubur dalam pasir atau lumpur atau tidak terbedakan dengan batuan biasa. Meteor yang datang dari bulan, mars atau asteroid akan sangat membantu bila ditemukan karena akan mengungkapkan tentang benda langit tersebut. Terdapat waktu tertentu dimana terjadi hujan meteor. Di setiap bulan agustus ada hujan meteor perseid, yang diakibatkan pelintasan komet Swift-Tuttle.

B. Teori Terjadinya Alam Semesta
1. Teori keadaan tetap (Steady-state theory)
       Teori keadaan tetap didasari pada  prinsip kosmologi sempurna. Teori ini menyatakan bahwa alam semesta ada tanpa awal dan tetap ada tanpa akhir. Hal tersebut didasari oleh kenyataan bahwa setiap galaksi memiliki jumlah yang tetap sama meski ada pada kurun waktu yang berbeda. Dalam teori ini tidak dikenal istilah penciptaan ataupun kiamat. Alam semesta ada dan akan tetap ada.
       Teori asal usul alam semesta ini sebetulnya merupakan teori yang paling jadul. Dan dikemukakan pada saat teknologi belum canggih seperti sekarang ini. Sekarang, teori keadaan tetap sudah tidak lagi dipercayai oleh kebanyakan orang kecuali mereka yang tidak beragama (atheis).

2. Teori dentuman besar (big-bang theory)
       Hipotesis teori dentuman besar (Big-Bang) dikemukakan pertama kali oleh George Lematitre.  Teori ini menyebutkan bahwa asal usul alam semesta dimulai dari sebuah primeval atom atau atom yang sangat padat. Suatu saat karena terlalu padat dan memiliki energi kalor yang tinggi, atom ini meledak hingga semua materinya terlempar ke seluruh penjuru ruang hampa yang ada di sekitarnya.
       Sejak ledakan itu, semua partikel ledakan atom tersebut (planet, asteroid, meteorid, dll.) berekspansi hingga ribuan juta tahun. Dari ekspansi tersebut timbulah dua gaya yang saling berlawanan yaitu gaya gravitasi dan gaya repulsi kosmis. Teori ini menyebutkan bahwa suatu waktu, ekspansi tersebut pasti akan berhenti. Berarti secara umum teori ini berlawanan dengan teori keadaan tetap karena mengenal penciptaan dan kiamat.
3. Teori Nebular
       Hipotesis teori nebular dikemukakan pertama kali oleh Laplace pada tahun 1796. Teori ini menyebutkan bahwa tata surya terbentuk dari kondensasi awan atau kabut gas yang sangat panas. Kondensasi itu membentuk bagian-bagian terpisah yang terus berputar. Pada bagian tengah kondensat, partikel memusat dan memampat sehingga terbentukklah matahari. Pada partikel yang berada di sisi juga berputar dan membentuk planet-planet dan sisa kondensat membentuk satelit, asteroid, meteor, dan lain sebagainya.
4. Teori Tidal atau Teori Pasang Surut
       Hipotesis teori nebular dikemukakan pertama kali oleh James Jeans dan Harold Jeffreys di tahun 1919. Teori ini menyebutkan bahwa planet merupakan hasil dari percikan bintang (matahari) yang disebut tidal. Planet-planet besar terjadi karena adanya percikan besar antara 2 bintang besar yang saling berdekatan. Peristiwa mendekatnya 2 bintang besar tentu sangat jarang sekali terjadi, oleh karena itu selama ini percikan matahari tidak mampu membentuk planet.
5. Teori Bintang Kembar
       Teori bintang kembar menyebutkan bahwa alam semesta terbentuk karena adanya dua matahari kembar. Salah satu matahari tersebut meledak karena terlalu padat dan panas. Ledakan tersebut membentuk planet-planet dan karena adanya gaya gravitasi, planet-planet tersebut beredar mengelilingi bintangnya.
6. Teori Creatio Continua
       Hipotesis teori creatio continua dikemukakan pertama kali Fred Hoyle, Bendi, dan Gold. Menurut teori ini semesta dari dahulu ada dan tetap ada. Secara prinsip, teori ceatio continua hampir mirip dengan teori keadaan tetap. Bedanya, pada teori ini disebutkan bahwa setiap saat ada partikel alam semesta (baik berbentuk planet, satelit, dan lain sebagainya) yang lenyap dan lahir.

C. Anggota Sistem Tata Surya
1. Matahari
       Matahari adalah pusat tata surya. Matahari merupakan sebuah bintang yang paling dekat dengan bumi. Seperti bintang lainnya, Matahari merupakan sebuah benda panas yang tersusun oleh berbagai gas yang bertekanan tinggi.
       Dibandingkan dengan bintang-bintang lain dalam galaksi kita, ukuran Matahari adalah sedang. Namun demikian, Matahari adalah raksasa jika dibandingkan dengan planet yang terbesar sekali pun. Diameter Matahari 109 kali diameter Bumi, yaitu 1,4 juta km. Walaupun Matahari itu berbentuk gas, beratnya lebih dari 300.000 kali berat Bumi. Suhu permukaannya ± 5.000°C.
       Energi panas yang dipancarkan Matahari memungkinkan terjadinya kehidupan di Bumi. Selain itu, tanpa pemantulan cahaya Matahari, kita tidak dapat melihat anggota-anggota lain dari tata surya, kecuali komet dan meteor.
2. Planet
       Planet-planet merupakan benda terbesar dalam tata surya setelah Matahari, kecuali beberapa satelit yang diameternya sebanding dengan planet Merkurius. Berdasarkan jarak planet-planet ini dari Matahari, planet-planet dapat diurutkan. Urutan planet itu adalah Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus.
3. Asteroid
       Menurut Titus Bode, ada daerah kosong antara Mars dan Jupiter. Para ahli astronomi pada masa Bode yakin bahwa ada sebuah planet yang belum diketahui di antara kedua benda itu. Untuk menelitinya, pada tanggal 1 Januari 1801, seorang ahli astronomi Italia, Giuseppi Piazzi menemukan sebuah benda langit dalam ruang angkasa di antara orbit Mars dan Jupiter. Kemudian, benda ini dinamakan Ceres yang diketahui mempunyai diameter sekitar 1.000 km. Lambat laun daerah kosong di antara Mars dan Jupiter ditemukan benda-benda kecil lain yang mirip planet. Sekarang telah ditemukan lebih dari seribu benda-benda kecil seperti ini dan ditaksir seluruhnya lebih dari 5.000 buah. Benda langit ini dikenal sebagai planet kecil atau asteroid.
4. Komet
       Di antara berbagai anggota keluarga Matahari yang paling aneh ialah komet. Komet tidak tunduk pada berbagai hukum yang menguasai kesembilan planet dan beribu-ribu asteroid. Komet bukannya bergerak di dalam orbit yang hampir sirkuler pada arah yang tunggal, tetapi berputar sekeliling Matahari dalam bentuk elips yang memanjang luar biasa dan ke setiap arah Komet berada sedemikian jauh dari Matahari sehingga tidak kelihatan meskipun dengan menggunakan teleskop terbesar yang dimiliki manusia.
       Dahulu, orang menganggap bahwa beberapa komet berasal jauh dari luar tata surya, kemudian mendekati Matahari dan ketika meninggalkan Matahari komet tidak akan kembali lagi. Sekarang, secara umum telah disepakati bahwa komet termasuk anggota keluarga Matahari. Pada saat mula-mula ditemukan, komet biasanya tampak sebagai benda yang suram dan terpencar. Pusatnya merupakan bagian yang terpadat. Bagian padat ini disebut sebagai inti. Daerah mirip tudung yang mengelilingi inti disebut koma. Pad saat komet mendekati Matahari, koma menjadi lebih cerah.
       Pada jarak sekitar 160 juta km dari Matahari, beberapa komet menunjukkan zat berkabut yang mengalir dan menjauhi Matahari serta membentuk ekor. Ekor ini tampak terdiri atas gas yang sangat tipis yang bersinar dengan menyerap dan memantulkan cahaya Matahari yang jatuh di atasnya. Komet dipaksa menjauhi Matahari oleh tekanan angin Matahari. Banyak komet tidak pernah mengembangkan ekor. Komet-komet itu akan tetap menjadi benda yang kabur.
5. Meteor
       Orang percaya bahwa komet mungkin pecah menjadi partikel-partikel yang kadang-kadang terlihat memasuki atmosfer Bumi sebagai meteor. Besar meteor berkisar dari pecahan yang tidak lebih besar dari kepala jarum sampai batu raksasa yang beratnya berton-ton. Kita dapat mengetahui adanya meteor dengan melihat cahaya cerah yang dihasilkan oleh benturan meteor dengan atmosfer Bumi. Kebanyakan meteor hancur setelah membentur atmosfer. Namun beberapa di antaranya mendarat di Bumi dan disebut meteorit.
6. Satelit
       Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus mempunyai satelit atau bulan yang berputar mengelilingi planet-planet tersebut. Dari hasil pengamatan para astronom baru-baru ini, mungkin Pluto mempunyai satelit. Jumlah satelit setiap planet berbeda-beda.

D. Lapisan Bumi

1. Lapisan Dalam Bumi
Secara struktur lapisan dalam bumi, dibagi menjadi tiga bagian, yaitu sebagai berikut:
a. Kerak bumi (crush)
       Merupakan kulit bumi bagian luar (permukaan bumi). Tebal lapisan kerak bumi mencapai 70 km dan merupakan lapisan batuan yang terdiri dari batu-batuan basa dan masam. Lapisan ini menjadi tempat tinggal bagi seluruh mahluk hidup. Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai 1.1000C. Lapisan kerak bumi dan bagian di bawahnya hingga kedalaman 100 km dinamakan litosfer.
b. Selimut atau selubung (mantle)
       Merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan kerak bumi. Tebal selimut bumi mencapai 2.900 km dan merupakan lapisan batuan padat. Suhu di bagian bawah selimut bumi mencapai 3.0000C.
c. Inti bumi (core)
       Terdiri dari material cair, dengan penyusun utama logam besi (90%), nikel (8%), dan lain-lain yang terdapat pada kedalaman 2900 – 5200 km. Lapisan ini dibedakan menjadi lapisan inti luar dan lapisan inti dalam.
1)      Lapisan inti luar tebalnya sekitar 2.000 km dan terdiri atas besi cair yang suhunya
mencapai 2.2000C.
2)      Lapisan inti dalam merupakan pusat bumi berbentuk bola dengan diameter sekitar 2.700 km. Inti dalam ini terdiri dari nikel dan besi yang suhunya mencapai 4.5000C.
2. Lapisan Luar Bumi
a. Atmosfer
       Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari matahari dan mengurangi suhu ekstrem di antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet.
b. Troposfer
       Lapisan ini berada pada level yang terrendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan di bumi. Dalam lapisan ini kehidupan terlindung dari sengatan radiasi yang dipancarkan oleh benda-benda langit lain. Dibandingkan dengan lapisan atmosfer yang lain, lapisan ini adalah yang paling tipis (kurang lebih 15 kilometer dari permukaan tanah). Ketinggian yang paling rendah adalah bagian yang paling hangat dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas dari matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Biasanya, jika ketinggian bertambah, suhu udara akan berkurang secara tunak (steady), dari sekitar 17 sampai -52. Pada permukaan bumi yang tertentu, seperti daerah pegunungan dan dataran tinggi dapat menyebabkan anomali terhadap gradien suhu tersebut.
       Lapisan ini dianggap sebagai bagian atmosfer yang paling penting, karena berhubungan langsung dengan permukaan bumi yang merupakan habitat dari berbagai jenis mahluk hidup termasuk manusia, serta sebagain besar iklim berlangsung pada lapisan troposfer. Susunan kimia udara troposfer terdiri dari 78,03% nitrogen, 20,99 oksigen, 0,93% argon, 0,03% asam arang, 0,0015% nenon, 0,00015% helium, 0,0001% kripton, 0,00005% hidrogen, serta 0,000005% xenon.
Di dalam troposfer terdapat tiga jenis awan yaitu:
1) Awan rendah (cumulus), yang tingginya antara 0 – 2 km
2) Awan pertengahan (alto cumulus lenticularis), tingginya antara 2 – 6 km
3) Awan tinggi (cirrus) yang tingginya antara 6 – 12 km.
Troposfer terbagi lagi ke dalam empat lapisan, yaitu :
1) Lapisan Udara Dasar
       Tebal lapisan udara ini adalah 1 – 2 meter di atas permukaan bumi. Keadaan di dalam lapisan udara ini tergantung dari keadaan fisik muka bumi, dari jenis tanaman, ketinggian dari permukaan laut dan lainnya. Keadaan udara dalam lapisan inilah yang disebut sebagai iklim mikro, yang memperngaruhi kehidupan tanaman dan juga jasad hidup di dalam tanah.
2) Lapisan Udara Bawah
       Lapisan udara ini dinamakan juga lapisan-batasan planiter (planetaire grenslag, planetary boundary layer). Tebal lapisan ini 1 – 2 km. Di sini berlangsung berbagai perubahan suhu udara dan juga menentukan iklim.
3) Lapisan Udara Adveksi (Gerakan Mendatar)
       Lapisan ini disebut juga lapisan udara konveksi atau lapisan awan, yang tebalnya 2 – 8 km. Di dalam lapisan udara ini gerakan mendatar lebih besar daripada gerakan tegak. Hawa panas dan dingin yang beradu di sini mengakibatkan kondisi suhu yang berubah-ubah.
4) Lapisan Udara Tropopouse
       Merupakan lapisan transisi antara lapisan troposfer dan stratosfer terletak antara 8 – 12 km di atas permukaan laut (dpl). Pada lapisan ini terdapat derajat panas yang paling rendah, yakni antara – 460 C sampai – 800 C pada musim panas dan antara – 570 C sampai – 830 C pada musim dingin. Suhu yang sangat rendah pada tropopouse inilah yang menyebabkan uap air tidak dapat menembus ke lapisan atmosfer yang lebih tinggi, karena uap air segera mengalami kondensasi sebelum mancapai tropopouse dan kemudian jatuh kembali ke bumi dalam bentuk cair (hujan) dan padat (salju, hujan es).
c. Stratosfer
       Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu – 700F atau sekitar – 570C. Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu.Disini juga tempat terbangnya pesawat. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang signifikan yang terjadi pada lapisan ini.
       Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah semakin naik, karena bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon yang bertambah. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultra ungu. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar 180C pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya.
Lapisan stratosfer dibagi dalam tiga bagian yaitu:
1)      Lapisan udara isoterm; terletak antara 12 – 35 km dpl, dengan suhu udara – 500 C sampai -550C.
2)      Lapisan udara panas; terletak antara 35 – 50 km dpl, dengan suhu – 500 C sampai +500C.
3)      Lapisan udara campuran teratas; terletak antara 50 – 80 km dpl, dengan suhu antara +500 C sampai -700 C. karena pengaruh sinar ultraviolet, pada ketinggian 30 km oksigen diubah menjadi ozon, hingga kadarnya akan meningkat dari 5 menjadi 9 x 10-2 cc di dalam 1 m3.
d. Mesosfer
       Kurang lebih 25 mil atau 40km diatas permukaan bumi terdapat lapisan transisi menuju lapisan mesosfer. Pada lapisan ini, suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, sampai menjadi sekitar – 1430C di dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km diatas permukaan bumi. Suhu serendah ini memungkinkan terjadi awan noctilucent, yang terbentuk dari kristal es. Daerah transisi antara lapisan mesosfer dan termosfer disebut mesopouse dengan suhu terendah – 1100 C.
e. Termosfer
       Transisi dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 81 km. Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar 19820C. Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra ungu. Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer, yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh. Molekul oksigen akan terpecah menjadi oksegen atomik di sini. Proses pemecahan molekul oksigen dan gas-gas atmosfer lainnya akan menghasilkan panas, yang akan menyebabkan meningkatnya suhu pada lapisan ini. Suhu pada lapisan ini akan meningkat dengan meningkaknya ketinggian. Ionosfer dibagi menjadi tiga lapisan lagi, yaitu:
1) Lapisan Udara E
       Terletak antara 80 – 150 km dengan rata-rata 100 km dpl. Lapisan ini tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara KENNELY dan HEAVISIDE dan mempunyai sifat memantulkan gelombang radio. Suu udara di sini berkisar – 700 C sampai +500 C .
2) Lapisan udara F
Terletak antara 150 – 400 km. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara APPLETON.
3) Lapisan udara atom
       Pada lapisan ini, benda-benda berada dalam lbentuk atom. Letaknya lapisan ini antara 400 – 800 km. Lapisan ini menerima panas langsung dari matahari, dan diduga suhunya mencapai 12000 C. Fenomena aurora yang dikenal juga dengan cahaya utara atau cahaya selatan terjadi di lapisan ini.
f. Eksosfer
       Merupakan lapisan atmosfer yang paling tinggi. Pada lapisan ini, kandungan gas-gas atmosfer sangat rendah. Batas antara ekosfer (yang pada dasarnya juga adalah batas atmosfer) dengan angkasa luar tidak jelas. Daerah yang masih termasuk ekosfer adalah daerah yang masih dapat dipengaruhi daya gravitasi bumi. Garis imajiner yang membatasi ekosfer dengan angkasa luar disebut magnetopause. Adanya refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh partikel debu meteoritik. Cahaya matahari yang dipantulkan tersebut juga disebut sebagai cahaya Zodiakal.

E. Teori Pembentukan Bumi
1. Teori Kabut Atau Yang Sering Disebut (Nebula)
       Dari jaman sebelum masehi, para ahli sudah memikirkan bagaimana proses terjadinya bumi. Dan salah satunya adalah teori kabut atau yang disebut nebula yang diperkenalkan oleh Immanuel Kant pada tahun 1755 serta Piere de Laplace pada tahun 1796. Dimana mereka berdua terkenal dengan teori kabut kant laplace.
       Dalam teori tersebut mengatakan bahwa di dalam jagat raya terdapat gas yang berkumpul menjadi kabut atau nebula. Dimana gaya tarik menarik antara gas yang kemudian membentuk kumpulan kabut yang sangat besar serta berputar semakin cepat.Dimana proses perputaran yang sangat cepat ini, materi kabut dibagian khatulistiwa terlempar dan terpisah serta memadat yang disebabkan karena pendinginan.
       Pada bagian yang terlempar ini menjadi planet – planet di dalam tata surya. Teori nebula terbagi menjadi beberapa tahap .
       Matahari beserta planet-planet yang masih berbentuk gas, dimana kabut yang masih sangat pekat dan besar.Kabut yang masih berputar serta berpilin dengan kuat dan pemadatan terjadi pada pusat lingkaran dan kemudian membentuk matahari.
       Lalu pada saat bersamaan materi lainnya membentuk menjadi massa yang lebih kecil dai pada matahari dan kemudian menjadi planet, serta bergerak memutari matahari.Kemudian materi tersebut semakin besar dan selalu melakukan gerakan yang teratur mengitari matahari dalam satu orbit yang tetap kemudian membentuk tingkatan keluarga matahari.

2. Teori Planetisima
       Sejak awal abad 20, Forest Ray Moulton seorang ahli astronomi asal amerika serta rekannya Thomas C.Chamberlain ahli geologi, mengemukakan teori planestisimal hypothesis, bahwa matahari terbentuk dari massa gas yang bermassa sangat besar, disaat ada bintang lain yang melintas dan sangat dekat dan hampir terjadinya tabrakan. Terlalu dekatnya lintasan mempengaruhi antara gaya gravitasi dengan dua bintang yang mengakibatkan tertariknya gas serta materi ringan yang ada pada bagian tepi.
       Pengaruh gaya gravitasi menyebabkan materi terlempar dan meninggalkan permukaan matahari serta permukaan bintang. Materi yang terlempar menyusut serta membuat gumpalam planestimal. Kemudian planestimal dingin dan memadat yang membentuk planet yang mengitari matahari.
3. Tori Pasang Surut Gas (Tidal)
        Teori yang dikemukakan James Jeans dan Harold Jeffrey tahun 1918, bintang besar yang mendekati matahari dengan jarak pendek, yang pada akhirnya membuat pasang surut pada badan matahari, pada saat matahari dalam keadaan gas. Penyabab terjadinya pasang surut air laut adalah massa bulan serta jauhnya jarak antara bulan ke bumi 60 kali radius orbit di bumi.
       Namun jika bintang yang massanya mendekati masa besarnya dengan matahari  mendekat, lalu akan membentuk semacam gunung  gelombang pada badan matahari, yang terjadi karna gaya tarik bintang. Gunung-gunung tadi akan menjadi tinggi yang sangat luar biasa kemudian terbentuk semacam lidah pijar yang sangat besar, yang menjulur oleh massa matahari dan mengarah ke arah bintang besar. Lambat laun kolom-kolom ini akan pecah kemudian akan menjadi benda tersendirian.
       Dalam lidah yang panas ini terjadi perapatan gas-gas dan akhirnya kolom-kolom ini akan pecah, lalu berpisah menjadi benda-benda tersendiri, yaitu planet-planet. Bintang besar yang menyebabkan penarikan pada bagian-bagian tubuh matahari tadi, melanjutkan perjalanan di jagat raya, sehingga lambat laun akan hilang pengaruhnya terhadap planet yang berbentuk tadi.
       Planet-planet akan mengelilingi matahari namun tetapi ketika mengelilingi planet-planet yang besar proses pendinginannya akan lambat sedangkan pada planet-planet kecil akan berjalan lebih cepat.
4. Teori Bintang Kembar
       Teori yang dikemukakan seorang ahli astronomi R.A Lyttleton , teori ini menerangkan bahwa galaksi berawal dari kombinasi bintang kembar. Dimana satu dari bintang itu meledak membuat banyak material yang terlempar, sedangkan bintang yang tidak meledak itu disebut matahari dan bintang yang meledak itu menjadi planet-planet yang mengelilingi matahari.
5. Teori Big Bang
       Teori big bang menjelaskan bahwa bumi berasal dari puluhan milyar tahun yang lalu. Dimana ada gumpalan kabut yang sangat besar berputar pada porosnya. Putaran itu memungkinkan bagian-bagian kecil terlempar sedangkan bagian besar menjadi satu dan menjadi pusat pembentukan cakram raksasa.
        Gumpalan raksasa itu meledak dan mebentuk galaksi dan nebula-nebula. Sekitar 4,6 miliyar tahun Pembekuan yang terjadi membuat nebula-nebula membentuk galaksi bernama galaksi bima sakti dan kemudian terbentuk sistem tata surya. Bagian ringan yang terlempar membentuk gumpalan-gumpalan yang  memadat. Dan gumpalan itu membentuk planet-planet.

F. Bumi Sebagai Bagian Dari Sistem Tata Surya
1. Bentuk dan Ukuran Bumi
       Pada zaman dahulu, manusia beranggapan bahwa bentuk bumi adalah datar dan luasnya tak terhinggga. Namun pada abad ke-6 SM, seorang pemikir Yunani bernama Pythagoras beranggapan bahwa bentuk bumi menyerupai bola. Pada abad ke-4 SM, Aristoteles meyakini bahwa bentuk bumi itu bulat. Keyakinanya itu timbul setelah menagmati bayangan yang menutupi permukaan bulan pada waktu terjadi gerhana bulan.
       Bentuk bumi yang bulat menyebabkan benda-benda yang bergerak menjauhi seorang pengamat di permukaan bumi akan tampak seolah-olah tenggelam di balik ufuk. Bumi apabila dilihat dari angkasa luar akan tampak berwarna kebiru-biruan, sehingga disebut sebagai planet biru. Warna kebiru-biruan tersebut disebabkan oleh keadaan di bumi sendiri yaitu karena 70 % permukaan bumi berupa laut dan samudra. Selain itu, susunan dan ketebalanangkasanya juga menentukan ciri khas penampakannya.
       Pada saat ini telah diketahui bahwa garis tengah bumi adalah 12.714 km dari kutub ke kutub dan 12. 757 km di sepanjang garis khatulistiwa.
2. Gerak Rotasi Bumi
       Gerak bumi yang berputar mengitari porosnya sendiri disebut gerak rotasi bumi. waktu yang diperlukan bumi untuk berotasi satu kali mengitari porosnya adalah 1 hari atau 24 jam (tepatnya 23 jam, 56 menit 4,09 detik). Arah rotasi bumi adalah “arah timur” yaitu dari barat ke timur. Gerak rotasi bumi yang arahnya ke timur mengakibatkan pada siang hari matahari seolah-olah bergerak dari timur ke barat, demikian juga dengan bulan dan bintang di malam hari. Gerak benda-benda langit disebut gerak harian langit atau sering disebut gerak semu harian. Bintang dalam gerak hariannya akan kembali pada tempat yang sama di bola langit setelah menempuh waktu yang sama dengan periode rotasi bumi.
       Akibat rotasi bumi terhadap porosnya yaitu pergantian siang dan malam hari, gerak semu harian benda langit, pengembungan di khatulistiwa dan pemepatan di kedua kutub bumi, dan perbedaan waktu untuk tempat-tempat yang berbeda derajat bujurnya.
3. Revolusi Bumi
       Satu kali bumi beredar mengelilingi matahari (berevolusi) diperlukan waktu 365,25 hari atau 1 tahun. Kecepatan rata-rata bumi dalam berevolusi adalah 30 km/s, sedangkan kecepatan berotasi adalah 464 m/s.
       Revolusi bumi menyebabkan beberapa peristiwa yaitu pergantian musim di bumi sepanjang tahun; perbedaan lamanya waktu siang dan malam; terlihatnya rasi bintang yang berbeda setiap bulan, hal ini karena setiap bulan posisi bumi berbeda dengan bulan sebelumnya sehingga langit di atas kepala kita pun berbeda akibatnya bintang-bintang yang tampak jadi berbeda. Kumpulan bintang dengan pola-pola tertentu disebut rasi bintang; dan adanya gerak semu tahunan matahari.
        Empat musim di bumi terjadi di daerah-daerah pada belahan bumi utara dan belahan bumi selatan, sedangkan di daerah khatulistiwa tidak ada pergantian musim.

G. Rumah Kaca
1. Pengertian Efek Rumah Kaca
       Efek rumah kaca adalah suatu proses pemanasan permukaan planet atau benda langit yang disebabkan oleh komposisi serta keadaan atmosfernya. Bumi kita ini adalah salah satu planet dari sebuah tata surya yang berpusat pada matahari sebagai sumber energi. Energi yang kita terima bukan cuman panasnya saja, tetapi juga gravitasi matahari yang membuat bumi dan planet-planet lain berevolusi mengelilingi matahari sebagai pusatnya. Jadi bumi adalah benda langit.

       Tidak seperti planet yang lain yang tidak memiliki atmosfer atau komposisi atmosfernya berbeda, atmosfer bumi menunjang terjadinya kehidupan di dalamnya. Nah, efek rumah kaca ini terjadi karena ada perubahan komposisi atmosfer dimana panas yang diterima dari matahari tidak bisa dipantulkan secara optimal sehingga panasnya tetap tersimpan di dalam atmosfer kita. Salah satu yang paling disalahkan adalah jumlah gas karbon dioksida yang terlalu banyak.
       Istilah rumah kaca sendiri sebenarnya sudah dikenal sejak tahun 1824. Pertama kali dikemukakan oleh seorang fisikawan asal Perancis bernama Jean Baptise Joseph Fourier. Setidaknya gas rumah kaca yang dianggap paling banyak adalah berasal dari uap air yang dimana unsur tersebut mencapai atmosfer akibat penguapan air laut, danau serta sungai. Sedangkan karbondioksida merupakan gas terbanyak kedua setelah uap air. Untuk gas rumah kaca lain dari proses alami diantaranya adalah letusan vulkanik dari gunung berapi, pernapasan hewan maupun manusia yang menghirup oksigen lalu membuang karbondioksida serta dan pembakaran material organik seperti tumbuhan maupun kegiatan industri. Meskipun uap air juga turut bertanggungjawab terhadap sebagian besar dari adanya efek rumah kaca, namun kebanyakan orang menganggap bahwa efek rumah kaca hanya diakibatkan oleh naiknya konsentrasi gas karbondioksida (CO2) serta gas-gas lain. Anggapan tersebut memang bisa dianggap tidak salah, namun kurang tepat.
Gas yang dianggap penyebab terbesar terjadinya efek rumah kaca
a.      Karbondioksida
       Kenaikan karbon dioksida (CO2) yang merupakan sejenis senyawa kimia berbentuk gas ini biasanya disebabkan oleh adanya pembakaran bahan bakar minyak, batu bara serta bahan bakar organik lainnya yang melampaui kemampuan tumbuhan-tumbuhan maupun laut untuk menyerapnya. Hal inilah yang akhirnya mengakibatkan adanya efek rumah kaca.
b.      Metana
       Gas  Hidrokarbon Metana biasanya dilepaskan selama produksi serta transportasi batu bara, gas alam, maupun minyak bumi. Metana yang dianggap sebagai komponen utama gas alam masuk dalam kategori gas rumah kaca dan mengakibatkan efek rumah kaca.
c.       Nitrogen Oksida
       Sebuah gas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil dan juga dari lahan pertanian. Gas Nitrogen Oksida dihasilkan dari reaksi antara nitrogen dan oksigen di udara saat terjadi pembakaran, biasanya pada suhu tinggi. Sering kali gas ini berasal dari tempat dengan kepadatan lalu lintas tinggi. Gas ini juga termasuk gas rumah kaca dan bisa mengakibatkan efek rumah kaca.
d.      Gas-Gas Lain
       Selain Karbondioksida, Metana dan Nitrogen Oksida yang menyumbang gas rumah kaca, ada pula beberapa gas lain diantaranya adalah belerang dioksida, klorofluorokarbon (CFC) dan lain-lain.
2. Akibat Efek Rumah Kaca
       Sudah sejak lama para ilmuwan mengkhawatirkan akibat dari efek rumah kaca karena bisa merusak lingkungan. Salah satu akibatnya yang sudah terasa adalah dengan meningkatnya suhu permukaan bumi yang akhirnya bisa mengakibatkan adanya perubahan iklim yang sangat ekstrem. Tentunya hal tersebut dapat mengakibatkan terganggunya hutan serta ekosistem lain di bumi, dan mengurangi kemampuannya guna menyerap karbon dioksida di atmosfer.
       Efek rumah kaca sebenarnya tidak selalu buruk dan justru sangat dibutuhkan karena jika tidak ada nantinya bisa mengakibatkan bumi menjadi sangat dingin atau bisa keseluruhan akan tertutupi es. Namun jika gas-gas yang bisa membuat efek rumah kaca telah berlebihan di atmosfer, akibatnya akan mengakibatkan pemanasan global.
3. Cara Mengurangi Efek Rumah Kaca
       Ada satu cara yang “mujarab” untuk mengurangi gas rumah kaca, yakni dengan memelihara pepohonan serta menanam pohon lebih banyak. Pohon dianggap mampu menyerap karbon dioksida lebih cepat dan dalam jumlah banyak, memecahnya melalui fotosintesis, maupun menyimpan karbon pada kayunya. Salah satu upaya dunia internasional untuk menanggulangi gas rumah kaca adalah dengan mengadakan konvensi yang disebut Protokol Kyoto. Protokol Kyoto memerintahkan negara-negara dunia untuk berkomitmen mengurangi emisi/pengeluaran karbon dioksida serta lima gas rumah kaca lainnya untuk menanggulangi dampak efek rumah kaca.




Komentar

Postingan Populer