Tata Surya dan Antariksa

Modul Olimpiade IPA SD — Bab 11

Coba keluar rumah pada malam yang cerah, lalu tengadahkan kepalamu. Ada ribuan titik cahaya di sana. Sebagian besar adalah bintang — matahari-matahari lain yang jaraknya tak terbayangkan jauhnya. Beberapa titik yang cahayanya tidak berkedip ternyata bukan bintang, melainkan planet: tetangga kita sendiri.

Yang menakjubkan, semua benda itu tidak diam. Semuanya bergerak, dan gerakannya mengikuti aturan yang bisa kita hitung — bahkan bisa diramalkan bertahun-tahun sebelumnya. Gerhana Matahari yang terjadi di Indonesia pada 9 Maret 2016, misalnya, sudah diketahui tanggalnya jauh-jauh hari.

Bab ini mengajakmu mengenali isi tata surya, memahami mengapa semuanya bergerak seperti itu, dan menjelaskan berbagai pemandangan langit yang sering kita saksikan.

Susunan Tata Surya

Tata surya adalah kumpulan benda langit yang beredar mengelilingi Matahari. Anggotanya meliputi delapan planet, planet kerdil, satelit alami, asteroid, komet, dan meteoroid.

Urutan planet dari yang terdekat: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus.

• Planet dalam (planet kebumian): Merkurius, Venus, Bumi, Mars. Permukaannya berbatu, ukurannya kecil, dan satelitnya sedikit.
• Planet luar (planet raksasa): Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus. Tersusun dari gas dan es, ukurannya besar, punya cincin dan banyak satelit.

Matahari, Bintang Kita

Matahari adalah sebuah bintang — bola plasma raksasa yang sangat panas, bukan benda padat maupun cair. Dua unsur penyusun utamanya adalah hidrogen dan helium.

Lapisannya dari dalam ke luar: inti (tempat reaksi fusi), fotosfer (permukaan yang kita lihat), kromosfer, dan korona.

Ingat! Energi Matahari berasal dari reaksi fusi, yaitu penggabungan inti-inti hidrogen menjadi helium. Bukan fisi, dan bukan pemecahan helium menjadi hidrogen. Perhatikan baik-baik arah reaksinya pada pilihan jawaban, karena pengecohnya sering berupa arah yang dibalik.

Planet Dalam: Merkurius dan Venus

Merkurius adalah planet terdekat dari Matahari sekaligus yang terkecil. Karena hampir tidak punya atmosfer, panas siangnya langsung hilang saat malam — suhunya berayun sangat ekstrem.

Venus disebut bintang fajar atau bintang senja, karena tampak sangat terang menjelang Matahari terbit atau sesudah Matahari terbenam.

Ingat! Planet terpanas adalah Venus, bukan Merkurius. Merkurius memang lebih dekat ke Matahari, tetapi Venus punya atmosfer karbon dioksida yang sangat tebal sehingga panasnya terperangkap. Inilah efek rumah kaca. Suhu permukaan Venus mencapai sekitar 465 °C.

Bumi dan Mars

Bumi dijuluki planet biru karena sebagian besar permukaannya tertutup air. Bumi adalah satu-satunya planet yang diketahui memiliki kehidupan, dan punya satu satelit alami: Bulan.

Mars dijuluki planet merah. Warna itu bukan karena Mars panas, melainkan karena permukaannya kaya mineral besi yang teroksidasi — berkarat. Mars punya dua satelit kecil, Phobos dan Deimos.

Planet Raksasa

Keempat planet luar disebut kelompok planet gas: Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus.

• Jupiter — planet terbesar, punya Bintik Merah Raksasa berupa badai yang sudah berlangsung ratusan tahun.
• Saturnus — cincinnya paling jelas dan satelitnya paling banyak.
• Uranus — sumbu rotasinya hampir rebah, sehingga ia seolah "menggelinding" di orbitnya.
• Neptunus — planet terjauh, dengan angin paling kencang di tata surya.

Urutan Suhu Planet

Contoh Soal 1

Urutkan suhu keempat planet berikut dari yang paling dingin: Merkurius, Venus, Saturnus, Jupiter.

Pembahasan:

Langkah 1 — mulai dari yang paling jauh. Saturnus lebih jauh dari Jupiter, jadi Saturnus lebih dingin.

Langkah 2 — bandingkan planet raksasa dengan Merkurius. Merkurius jauh lebih dekat ke Matahari, sehingga lebih hangat daripada Jupiter maupun Saturnus.

Langkah 3 — di mana Venus? Meskipun letaknya di belakang Merkurius, Venus paling panas karena efek rumah kaca.

Jawaban: Saturnus – Jupiter – Merkurius – Venus.

Apa Itu Planet? Kisah Pluto

Menurut kesepakatan para astronom (IAU), sebuah benda langit disebut planet jika memenuhi tiga syarat:

1. Mengorbit Matahari;
2. Bentuknya hampir bulat karena gravitasinya sendiri;
3. Sudah membersihkan lingkungan orbitnya dari benda-benda lain.

Perhatikan bahwa alasan "ukurannya kecil" atau "jaraknya jauh" bukan syarat resmi — keduanya hanya pengecoh.

Satelit Alami

Satelit alami adalah benda langit yang mengelilingi sebuah planet. Bulan adalah satelit alami Bumi.

Ingat! Di antara semua satelit, hanya Titan (satelit Saturnus) yang punya atmosfer tebal, dan atmosfernya sebagian besar berupa nitrogen — mirip Bumi. Bulan, Ganymede, dan Callisto tidak punya atmosfer berarti.

Satelit Galilean adalah empat satelit besar Jupiter yang ditemukan Galileo Galilei pada tahun 1610: Io, Europa, Ganymede, dan Callisto.

Ingat! Titan milik Saturnus dan Triton milik Neptunus. Keduanya sering diselipkan ke dalam daftar satelit Galilean sebagai pengecoh.

Adapun jumlah satelit terbanyak dimiliki oleh Saturnus, disusul Jupiter. Mars hanya punya dua, dan Bumi hanya satu.

Sabuk Asteroid dan Sabuk Kuiper

Di tata surya ada dua kawasan besar yang berisi benda-benda langit kecil:

• Sabuk asteroid — terletak antara orbit Mars dan Jupiter. Isinya batuan dan logam.
• Sabuk Kuiper — terletak di luar orbit Neptunus. Suhunya sangat dingin, dan isinya kebanyakan benda es. Pluto berada di kawasan ini.

Komet

Komet tersusun dari es, debu, dan gas beku — karena itu ia sering dijuluki "bola salju kotor". Bagiannya meliputi inti (nukleus), koma (selubung gas di sekelilingnya), serta ekor.

Ingat! Ini berarti ketika komet sedang bergerak menjauhi Matahari, ekornya justru berada di depan arah geraknya.

Meteoroid, Meteor, dan Meteorit

• Meteoroid — batu kecil yang masih melayang di antariksa.
• Meteor — meteoroid yang terbakar akibat gesekan dengan atmosfer, terlihat sebagai "bintang jatuh".
• Meteorit — sisa yang tidak habis terbakar dan berhasil mencapai permukaan Bumi.

Rotasi dan Revolusi

Rotasi adalah gerak berputar pada sumbunya sendiri. Bumi berotasi sekali dalam satu hari (± 24 jam), dari arah barat ke timur.

Revolusi adalah gerak mengelilingi benda lain. Bumi berevolusi mengelilingi Matahari sekali dalam satu tahun (± 365¼ hari).

Akibat rotasi: pergantian siang dan malam, gerak semu harian Matahari (terbit di timur dan terbenam di barat), perbedaan waktu antardaerah, serta perbedaan percepatan gravitasi di berbagai tempat.

Akibat revolusi: pergantian musim, gerak semu tahunan Matahari, perbedaan lama siang dan malam, serta perubahan rasi bintang yang terlihat sepanjang tahun.

Ingat! Pergantian musim terjadi karena sumbu Bumi miring 23,5°, bukan karena jarak Bumi ke Matahari berubah. Buktinya, Bumi justru paling dekat ke Matahari pada bulan Januari — saat belahan utara sedang musim dingin.

Hukum Kepler

Hukum Kepler I: lintasan setiap planet berbentuk elips, dengan Matahari berada di salah satu titik fokusnya — bukan tepat di tengah.

Titik terdekat planet ke Matahari disebut perihelion, dan titik terjauhnya disebut aphelion.

Gravitasi dan Orbit Satelit

Fase-Fase Bulan

Bulan tidak memancarkan cahaya sendiri; ia hanya memantulkan cahaya Matahari. Separuh permukaannya selalu terang, tetapi bagian terang yang menghadap ke Bumi berubah-ubah seiring peredarannya.

Urutannya: bulan baru → sabit awal → paruh awal → cembung awal → purnama → cembung akhir → paruh akhir → sabit akhir, lalu kembali ke bulan baru. Satu siklus penuh berlangsung sekitar 29,5 hari.

Ingat! Awal bulan pada kalender Hijriah ditandai munculnya sabit muda yang terlihat sesudah fase bulan baru — bukan fase bulan baru itu sendiri, karena saat bulan baru tidak ada bagian terang yang menghadap kita.

Gerhana Matahari

Gerhana Matahari terjadi ketika Bulan berada di antara Matahari dan Bumi, sehingga bayangan Bulan jatuh ke permukaan Bumi. Susunannya: Matahari – Bulan – Bumi.

• Daerah yang terkena umbra (bayangan inti) melihat gerhana total.
• Daerah yang terkena penumbra (bayangan tambahan) melihat gerhana sebagian.

Contoh Soal 2

Jika Bulan sedang berada pada lintasan terjauhnya dari Bumi, gerhana apa yang terlihat oleh daerah yang segaris dengan Matahari dan Bulan?

Pembahasan:

Langkah 1 — jenis gerhana apa dulu? Bulan berada di antara Matahari dan Bumi, jadi ini gerhana Matahari.

Langkah 2 — apa pengaruh jarak terjauh? Makin jauh Bulan, makin kecil ukuran tampaknya dari Bumi.

Langkah 3 — akibatnya. Bulan tidak sanggup menutupi seluruh piringan Matahari. Bagian tengah tertutup, tetapi tepi Matahari masih terlihat seperti cincin bercahaya.

Jawaban: Gerhana Matahari cincin.

Gerhana Bulan

Gerhana Bulan terjadi ketika Bumi berada di antara Matahari dan Bulan, sehingga Bulan masuk ke dalam bayangan Bumi. Susunannya: Matahari – Bumi – Bulan.

Ingat! Cara membedakannya sangat sederhana: siapa yang di tengah, dialah yang tergerhanai. Bulan di tengah → gerhana Matahari. Bumi di tengah → gerhana Bulan.

Gerhana Matahari selalu terjadi saat bulan baru, sedangkan gerhana Bulan selalu terjadi saat bulan purnama.

Yang Terjadi Saat Gerhana Matahari Total

Gerhana Matahari total adalah peristiwa yang sangat pendek — hanya beberapa menit — tetapi selama itu terjadi banyak hal sekaligus di permukaan Bumi.

Di langit tampak korona, yaitu lapisan terluar atmosfer Matahari yang terlihat sebagai mahkota cahaya keputihan mengelilingi piringan gelap. Korona biasanya tidak terlihat karena kalah terang oleh cahaya Matahari itu sendiri; hanya saat piringannya tertutup penuh ia menampakkan diri.

Pada tumbuhan, hilangnya cahaya membuat fotosintesis berhenti sementara, dan sebagian tumbuhan yang peka cahaya bahkan mengatupkan daunnya seolah malam telah tiba.

Pada hewan, kegelapan mendadak mengelabui jam biologisnya. Burung berhenti berkicau dan kembali ke sarang, jangkrik mulai berbunyi, dan hewan malam seperti kelelawar keluar dari persembunyiannya — lalu kembali bingung ketika beberapa menit kemudian hari terang lagi.

Suhu udara pun turun beberapa derajat, dan angin sering berubah arah. Semua itu terjadi hanya karena bayangan Bulan yang lebarnya tidak sampai ratusan kilometer melintas di permukaan Bumi.

Pasang Surut Air Laut

Pasang surut air laut disebabkan oleh gaya tarik Bulan, dibantu gaya tarik Matahari. Pengaruh Bulan lebih besar karena jaraknya jauh lebih dekat ke Bumi.

Besar kecilnya pasang ditentukan oleh sudut antara Matahari, Bumi, dan Bulan — sebab gaya tarik keduanya bisa saling menguatkan atau saling melemahkan.

Pasang maksimum atau pasang purnama terjadi ketika Matahari, Bumi, dan Bulan berada segaris, yaitu saat bulan baru dan bulan purnama. Kedua gaya tarik bekerja pada arah yang sama sehingga permukaan laut naik paling tinggi dan turun paling rendah.

Pasang minimum atau pasang perbani terjadi ketika Bulan membentuk sudut siku-siku terhadap garis Matahari–Bumi, yaitu saat bulan separuh. Kedua gaya tarik bekerja pada arah yang berbeda sehingga saling melemahkan, dan selisih pasang surutnya paling kecil.

Karena Bulan mengelilingi Bumi sekitar 29,5 hari, pola pasang maksimum dan minimum ini berulang kira-kira dua kali dalam sebulan.

Kedudukan Planet

• Konjungsi — planet tampak searah dengan Matahari dari Bumi. Planetnya sulit diamati karena tenggelam dalam cahaya Matahari.
• Oposisi — planet tampak berlawanan arah dengan Matahari (berjarak sudut sekitar 180°). Bumi berada di tengah.
• Elongasi — sudut pisah antara planet dan Matahari dilihat dari Bumi.

Ingat! Saat oposisi-lah waktu terbaik mengamati planet luar seperti Mars: jaraknya paling dekat, tampak paling besar dan paling terang, serta terbit kira-kira saat Matahari terbenam sehingga terlihat sepanjang malam.

Kedudukan planet terhadap Bumi menentukan kapan dan bagaimana kita dapat melihatnya.

Planet inferior adalah planet yang orbitnya berada di dalam orbit Bumi, yaitu Merkurius dan Venus. Keduanya tidak pernah terlihat jauh dari Matahari, sehingga hanya tampak menjelang matahari terbit atau sesaat setelah matahari terbenam. Itulah sebabnya Venus dijuluki bintang fajar dan bintang senja — padahal ia bukan bintang sama sekali.

Planet superior adalah planet yang orbitnya di luar orbit Bumi, yaitu Mars, Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Planet-planet ini dapat terlihat sepanjang malam, bahkan tepat di atas kepala pada tengah malam.

Perhatikan ejaannya: nama planet kelima ditulis Yupiter dalam ejaan Indonesia, dan Jupiter dalam ejaan asing. Keduanya menunjuk planet yang sama.

Satu hal lagi yang membedakan planet dari bintang saat diamati: bintang tampak berkelip karena cahayanya datang dari titik yang sangat jauh dan terganggu atmosfer, sedangkan planet tampak bersinar tenang karena piringannya cukup lebar.

Galaksi dan Rasi Bintang

Tata surya kita berada di dalam Galaksi Bimasakti — dalam bahasa Inggris disebut Milky Way. Bentuknya spiral, berisi ratusan miliar bintang.

Ingat! Matahari adalah pusat tata surya, tetapi bukan pusat galaksi. Kedua hal ini sangat sering tertukar dalam soal.

Rasi bintang adalah kelompok bintang yang tampak membentuk pola tertentu bila dilihat dari Bumi. Sejak dahulu nelayan dan petani Indonesia memakainya sebagai penunjuk arah dan penanda musim:

• Orion atau Waluku (bajak) — penunjuk arah barat, sekaligus penanda musim bercocok tanam.
• Biduk atau Beruang Besar — penunjuk arah utara.
• Crux atau Salib Selatan (Layang-layang) — penunjuk arah selatan.
• Scorpio atau Kalajengking — penunjuk arah tenggara.

Mengukur Jarak dengan Cahaya

Jarak di antariksa terlalu besar untuk diukur dengan kilometer, sehingga astronom memakai satuan tahun cahaya — yaitu jarak yang ditempuh cahaya selama satu tahun, sekitar 9,5 triliun km.

Contoh Soal 3

Cahaya Matahari mencapai Bumi dalam 8 menit 20 detik, sedangkan jarak Matahari–Bumi adalah 1{,}5 \times 10^8 km. Jika jarak bintang Alpha Centauri A ke Bumi adalah 4{,}37 \times 10^{13} km, berapa lama cahayanya sampai ke Bumi?

Pembahasan:

Langkah 1 — ubah waktunya ke detik.

8 \times 60 + 20 = 500 \text{ detik}

Langkah 2 — cari kelajuan cahaya dari data yang sudah lengkap.

v = \frac{1{,}5 \times 10^8}{500} = 3 \times 10^5 \text{ km/detik}

Langkah 3 — pakai kelajuan itu untuk jarak yang ditanyakan.

t = \frac{4{,}37 \times 10^{13}}{3 \times 10^5} \approx 1{,}46 \times 10^8 \text{ detik}

Langkah 4 — ubah ke tahun. Satu tahun kira-kira 3{,}15 \times 10^7 detik, sehingga hasilnya sekitar 4,6 tahun.

Jawaban: Sekitar 1{,}46 \times 10^8 detik, atau kira-kira 4,6 tahun cahaya.

Perhatikan pola pengerjaannya: dari data yang lengkap kita cari besaran perantara (di sini kelajuan cahaya), lalu memakainya untuk menjawab yang ditanyakan.

Latihan Yuk!

1. Sebutkan urutan delapan planet dari yang terdekat ke Matahari.
2. Mengapa Venus lebih panas daripada Merkurius, padahal Merkurius lebih dekat ke Matahari?
3. Apa dua unsur utama penyusun Matahari, dan reaksi apa yang menghasilkan energinya?
4. Sebutkan tiga syarat sebuah benda langit disebut planet. Syarat mana yang tidak dipenuhi Pluto?
5. Sebutkan empat satelit Galilean.
6. Mengapa Mars berwarna kemerahan?
7. Di manakah letak sabuk asteroid, dan di manakah letak sabuk Kuiper?
8. Mengapa ekor komet selalu mengarah menjauhi Matahari?
9. Sebutkan dua akibat rotasi Bumi dan dua akibat revolusi Bumi.
10. Sebuah gerhana terjadi dengan susunan Matahari – Bumi – Bulan. Gerhana apakah itu, dan pada fase Bulan apa ia terjadi?
11. Kapan terjadi pasang purnama dan kapan terjadi pasang perbani?
12. Rasi bintang apa yang menjadi penunjuk arah selatan, dan apa nama lain Galaksi Milky Way?

Kunci Jawaban Latihan

• Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus.
• Karena atmosfer Venus sangat tebal dan kaya karbon dioksida, sehingga panas terperangkap oleh efek rumah kaca.
• Hidrogen dan helium. Energinya dihasilkan reaksi fusi nuklir, yaitu penggabungan inti hidrogen menjadi helium.
• (a) mengorbit Matahari; (b) berbentuk hampir bulat; (c) sudah membersihkan lingkungan orbitnya. Pluto tidak memenuhi syarat ketiga.
• Io, Europa, Ganymede, dan Callisto — semuanya milik Jupiter.
• Karena permukaannya banyak mengandung mineral besi yang teroksidasi (berkarat).
• Sabuk asteroid terletak antara orbit Mars dan Jupiter; sabuk Kuiper terletak di luar orbit Neptunus.
• Karena angin Matahari dan tekanan radiasi cahaya Matahari mendorong gas dan debu komet ke arah yang menjauhi Matahari.
• Rotasi: pergantian siang-malam dan gerak semu harian Matahari. Revolusi: pergantian musim dan perbedaan lama siang-malam.
• Gerhana Bulan, karena Bumi berada di tengah. Terjadi saat Bulan purnama.
• Pasang purnama terjadi saat Matahari, Bumi, dan Bulan segaris (bulan baru atau purnama). Pasang perbani terjadi saat kedudukannya siku-siku (bulan paruh).
• Rasi Crux atau Salib Selatan. Milky Way disebut juga Galaksi Bimasakti.

Rangkuman

• Urutan planet: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus. Batas planet dalam dan luar adalah sabuk asteroid.
• Matahari berupa plasma hidrogen dan helium; energinya dari fusi — penggabungan inti hidrogen menjadi helium.
• Venus terpanas karena efek rumah kaca, bukan Merkurius yang terdekat. Urutan suhu: Saturnus – Jupiter – Merkurius – Venus.
• Mars merah karena besi berkarat; Bumi biru karena air; Jupiter terbesar; Saturnus bercincin jelas dan bersatelit terbanyak.
• Syarat planet ada tiga; Pluto gagal pada syarat membersihkan lingkungan orbit, sehingga menjadi planet kerdil.
• Satelit Galilean: Io, Europa, Ganymede, Callisto. Hanya Titan (Saturnus) yang beratmosfer tebal.
• Sabuk asteroid antara Mars–Jupiter; sabuk Kuiper di luar Neptunus.
• Ekor komet menjauhi Matahari karena angin surya dan tekanan radiasi, dan memanjang saat mendekati Matahari.
• Rotasi → siang-malam. Revolusi + sumbu miring 23,5° → musim.
• Kepler I: orbit elips, Matahari di titik fokus. Kepler II: lebih cepat saat dekat, lebih lambat saat jauh.
• Satelit tetap mengorbit karena gravitasi Bumi yang membelokkan arah geraknya.
• Gerhana Matahari: Bulan di tengah, saat bulan baru. Gerhana Bulan: Bumi di tengah, saat purnama. Bulan di titik terjauh → gerhana cincin.
• Pasang purnama saat segaris; pasang perbani saat siku-siku.
• Oposisi = saat terbaik mengamati planet luar. Venus (planet dalam) tak pernah terlihat tengah malam.
• Milky Way = Bimasakti. Matahari pusat tata surya, bukan pusat galaksi.

Penutup

Kalau kamu perhatikan, hampir seluruh isi bab ini bersandar pada satu gaya yang sama: gravitasi.

Gravitasi Matahari menahan delapan planet agar tidak melesat ke kegelapan. Gravitasi Bumi menahan Bulan dan satelit-satelit buatan. Gravitasi Bulan menarik air laut sehingga terjadi pasang surut. Bahkan bentuk bulat planet-planet pun hasil kerja gravitasinya sendiri.

Jadi ketika kamu bertemu soal tata surya, coba tanyakan dua hal: siapa menarik siapa, dan siapa berada di antara siapa. Dua pertanyaan itu saja sudah cukup untuk membuka sebagian besar kuncinya.