KTSP & K-13 Kelas X geografi JAGAD RAYA DAN TATA SURYA I Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan mampu memahami jagad raya, galaksi, bintang, dan tata surya. A. JAGAD RAYA a. Pengertian Jagad Raya Jagad raya atau alam semesta adalah ruang yang tak terbatas, luasnya tak berhingga, tak berujung, tak bertepi, berada dalam keadaan memuai dan tetap gelap, meskipun di dalamnya terdapat lebih dari 2 miliar galaksi dengan bintang-bintang yang sinarnya lebih terang dari Matahari. Gambar alam semesta adalah ruang dunia beserta isinya (Sumber: earthsky.org) b. Struktur Jagad Raya Jagad raya tersusun atas benda-benda langit yang memiliki bentuk, wujud, bergerak, dan menimbulkan pengaruh terhadap benda langit lainnya. 1
Benda-benda langit terdiri dari: 1. galaksi; 2. tata surya, yang tersusun atas; bintang; planet; satelit; asteroid (planetoid); meteorid; komet. 3. nebula, yaitu sejenis awan kabut atau gumpalan kabut di dalam galaksi atau di luar galaksi. c. Materi Jagad Raya Jagad raya terdiri atas materi tampak dan materi gelap. 1. Materi tampak Berupa benda-benda langit yang mengeluarkan cahaya atau yang memantulkan cahaya sehingga keberadaannya dapat diamati. Contoh: Cluster galaksi. Galaksi. Tata surya. 2. Materi gelap (dark matter) Berupa benda-benda langit supermasif yang tertelan oleh gaya gravitasi yang sangat besar sehingga cahayanya tidak dapat keluar dari gaya tarik tersebut. Materi gelap ini dinamakan lubang hitam (black holes). Gambar tarikan lubang hitam yang terdapat pada galaksi Bimasakti (Sumber: nasa.gov) 2
d. Paham Mengenai Jagad Raya 1. Paham Antroposentris Paham antroposentris (anthropos = manusia, centrum= pusat) beranggapan bahwa manusia adalah pusat segalanya. Anggapan ini muncul pada zaman kebudayaan primitif. 2. Paham Geosentris (Claudius Ptolomeus) Paham geosentris (geo = Bumi, centrum = pusat) beranggapan bahwa Bumi adalah pusat jagad raya. Semua benda langit bergerak mengelilingi Bumi dan semua kekuatan alam berpusat di Bumi. 3. Paham Heliosentris (Nicolaus Copernicus) Paham heliosentris (helios = Matahari, centrum = pusat) beranggapan bahwa Matahari adalah pusat tata surya kita. Semua benda langit yang berada dalam sistem tata surya kita bergerak mengelilingi Matahari. e. Teori Asal Mula Jagad Raya 1. Teori Big Bang (ledakan besar) Teori ini dinyatakan oleh Edwin Hubble. Jagad raya berasal dari massa (materi) tunggal yang luar biasa besar dengan suhu sangat tinggi. Akibat reaksi inti hidrogen, massa tersebut meledak lalu berserakan membentuk galaksi-galaksi. Setiap galaksi bergerak dan memuai, menjauhi pusat ledakan (titik merah) sehingga jagad raya mengembang semakin luas. Oleh karena masing-masing galaksi menjauhi pusat ledakan, sebagian ruang jagad raya menjadi kosong. Gambar pembentukan jagad raya menurut teori ledakan (Big Bang) (Modifikasi dari Sumber: static.howstuffworks.com) 3
2. Teori Steady State (keadaan tetap) Teori ini dinyatakan oleh Fred Hoyle, Herman Bondi, dan Thomas Gold. Keadaan jagad raya selalu tetap, bersifat statis, tidak berawal dan tidak berakhir. Massa (materi) baru selalu tercipta secara lambat, membentuk galaksi-galaksi baru lalu mengisi ruangruang yang kosong menggantikan galaksi-galaksi yang menjauh karena memuai. 3. Teori Ekspansi dan Kontraksi (pemuaian dan pengerutan) Teori ini merupakan variasi dari teori Big Bang. Jagad raya mengalami siklus 30 miliar tahun sekali, yakni mengalami masa ekspansi (pemuaian) dan masa kontraksi (pengerutan). Ekspansi disebabkan oleh reaksi inti hidrogen, lalu membentuk galaksi-galaksi. Karena galaksi-galaksi mengeluarkan panas yang sangat tinggi, terjadi pengerutan kemudian memuai dan mengerut lagi. B. GALAKSI a. Pengertian Galaksi Galaksi adalah kumpulan benda-benda langit yang bergerak dan terdiri atas bintangbintang, planet, satelit, asteroid, meteorid, komet, nebula (gumpalan kabut), gas dan debu. Galaksi terbesar diperkirakan berupa gugusan 3.000 miliar bintang dan galaksi terkecil sekitar 100.000 bintang. Beberapa galaksi yang berdekatan membentuk formasi gugusan yang disebut cluster galaksi. Cluster-cluster tersebut membentuk formasi yang lebih besar yang disebut super cluster. Keberadaan galaksi dapat dilihat dengan teleskop Hale yang mampu mencapai jarak pandang hingga 1 miliar tahun cahaya. Diperkirakan galaksigalaksi menjauhi Bumi karena jagad raya terus memuai. Jarak antargalaksi diperkirakan lebih dari 1 juta tahun cahaya. Satuan cahaya menggunakan dasar perhitungan waktu di Bumi. Dalam 1 detik, cahaya merambat sejauh 300.000 km. Hal ini berarti bahwa: 1 detik cahaya = 300.000 km. 1 menit cahaya = 60 300.000 km = 18.000.000 km. 1 jam cahaya = 60 60 300.000 km = 1.080.000.000 km. 1 hari cahaya = 24 60 60 300.000 km = 25.920.000.000 km. 1 tahun cahaya = 365 24 60 60 300.000 km = 9.460.800.000.000 km. 4
Gambar sekumpulan galaksi di ruang angkasa (Sumber: nasa.gov) b. Ciri-Ciri Galaksi Galaksi memiliki ciri-ciri sebagai berikut. 1. Galaksi memiliki cahaya sendiri. 2. Galaksi memiliki struktur dan bentuk tertentu. 3. Jarak antargalaksi sangat jauh, diperkirakan lebih dari 1 juta tahun cahaya. 4. Galaksi dapat dilihat dan dideteksi melalui teleskop. 5. Ruang antargalaksi mengandung materi gas dan debu. 6. Galaksi memancarkan gumpalan kabut. c. Bentuk-Bentuk Galaksi Bentuk galaksi terdiri dari empat struktur berikut. 1. Spiral Galaksi struktur spiral berjumlah sekitar 60% dari seluruh galaksi. Anggotanya terdiri atas bintang-bintang tua dan bintang muda. Bagian utama galaksi berupa halo (lingkaran cahaya), bulge (bagian pusat yang menonjol), dan lengan spiral yang keluar dari pusatnya. Bentuknya menyerupai roda, kincir, atau cakram. Struktur galaksi sangat jelas, yaitu berstruktur spiral. Berotasi dengan kecepatan tinggi sehingga bentuknya memipih. Bagian yang lebih dekat dengan pusat galaksi kecepatan rotasinya lebih tinggi. Contoh: galaksi Bimasakti, galaksi Andromeda, galaksi Whirlpool, galaksi Sculptor, dan galaksi Sombrero. 5
Gambar galaksi bentuk spiral (Sumber: nasa.gov) Gambar galaksi Bimasakti dan Andromeda (Sumber: nasa.gov) 2. Spiral berpalang (Barred spiral) Galaksi struktur spiral berpalang berjumlah sekitar 18% dari seluruh galaksi. Perbedaan dengan struktur spiral adalah lengan-lengan spiral yang keluar dari pusatnya memanjang. Contoh: NGC1300, NGC1073, dan NGC2903. Gambar galaksi struktur spiral berpalang (Sumber: wikipedia.org) 6
3. Elips Galaksi struktur elips berjumlah sekitar 18% dari seluruh galaksi. Anggotanya terdiri atas bintang-bintang yang sudah tua. Bentuknya mulai dari bulat, bola pipih, hingga bentuk sangat lonjong. Mengandung sedikit materi gas dan debu. Struktur galaksinya kurang jelas. Contoh: galaksi M87, M59, M49, M32. Gambar galaksi struktur elips (Sumber: nasa.gov) 4. Tak beraturan (irregular) Galaksi struktur tak beraturan berjumlah sekitar 4% dari seluruh galaksi. Anggotanya terdiri atas bintang-bintang tua dan bintang-bintang muda. Tidak simetris dan tidak memiliki bentuk tertentu. Contoh: awan Magellan besar, awan Magellan kecil, galaksi Hoag, galaksi Ursa Mayor. Gambar galaksi bentuk tak beraturan (Sumber: www.nasa.gov) 7
d. Posisi Galaksi 1. Galaksi Bimasakti Posisi galaksi ini berada pada tata surya kita dan merupakan galaksi tempat Bumi kita berada. 2. Awan Magellan Besar dan Awan Magellan Kecil Posisi keduanya paling dekat dengan galaksi Bimasakti. 3. Galaksi Andromeda Posisinya dekat dengan galaksi Bimasakti 4. Galaksi Sculptor Posisinya sekitar 10.000.000 tahun cahaya dari galaksi Bimasakti. 5. Galaksi Whirlpool Posisinya paling jauh dari galaksi Bimasakti, sekitar 234.000.000 tahun cahaya. Galaksi Whirlpool, Silvery, dan Triangulum disebut galaksi jauh karena jaraknya lebih dari 10.000.000 tahun cahaya dari galaksi Bimasakti. e. Karakteristik Galaksi Bimasakti 1. Galaksi Bimasakti disebut Milky Way karena tampak keputih-putihan seperti susu. 2. Terdiri dari puluhan miliar bintang, salah satunya adalah Matahari. 3. Galaksi ini berukuran sedang. 4. Di luar galaksi ini terdapat miliaran galaksi yang terlihat dan terdeteksi melalui teleskop. 5. Bentuk galaksi ini adalah spiral cakram, artinya memiliki struktur spiral berbentuk cakram. 6. Galaksi ini terdiri dari dua bagian seperti berikut. Bagian Inti Bagian inti terletak di tengah-tengah galaksi dan berbentuk seperti bola. Berisi sekitar 40 miliar bintang dan memiliki lubang hitam (black holes) yang sangat besar. Bagian Tepi Bagian tepi berisi sekitar 20 miliar bintang. 7. Galaksi ini berada dalam cluster local group yang berisi sekitar 30 galaksi. Cluster local group merupakan anggota dari local super cluster. 8. Awan Magellan besar dan kecil merupakan tetangga terdekat yang berada di belahan langit bagian selatan. 8
C. BINTANG a. Pengertian Bintang Bintang adalah benda langit yang bercahaya atau bersinar. Awal munculnya sinar pada bintang berasal dari dalam awan-awan galaksi. Gas hidrogen yang terkumpul dalam awan galaksi terdorong bersama awan, lalu berputar sehingga atom-atom gas hidrogen bergesekan satu sama lain. Makin lama putaran awan semakin cepat. Hal ini membuat awan yang sudah panas menjadi semakin panas. Akhirnya terjadilah nuclear fusion, yakni penggabungan inti atom hidrogen dengan melepaskan sejumlah besar tenaga. Tenaga (energi) inilah yang membuat awan tersebut bersinar. Suhu permukaan bintang, yakni antara 3.000 50.000 C. Bintang yang berwana biru memiliki suhu lebih tinggi dibandingkan dengan bintang yang berwarna merah. Bintang mengalami perubahan sesuai dengan usianya sehingga ada golongan bintang muda dan bintang tua. Perubahan bintang memerlukan waktu jutaan hingga miliaran tahun. Ukuran bintang ada yang lebih kecil dari Matahari, selain itu ada juga yang lebih besar dari Matahari. b. Rasi Bintang Saat malam hari jika langit cerah dan tidak berawan, maka di langit akan tampak bintang bertaburan. Bintang-bintang tersebut membentuk gugusan dan setiap gugusan bintang membentuk pola tertentu seperti bayangan menyerupai benda, manusia atau hewan. Para ahli memberi nama pada gugusan bintang-bintang tersebut sesuai dengan bentuk bayangannya. Misalkan, gugusan bintang yang mirip dengan singa diberi nama Leo. Gugusan bintang yang membentuk bayangan benda mati atau makhluk hidup tersebut dinamakan rasi bintang atau zodiak. Susunan rasi bintang di langit tidak berubah. Jika dilihat dari daerah ekuator, tampak dua belas rasi bintang yang jaraknya berdekatan dan membentuk gelang. Akibat revolusi Bumi terjadi perubahan kenampakan rasi bintang dengan urutan sebagai berikut. 1. Aquarius: 20 Januari 21 Februari. 2. Pisces: Februari Maret. 3. Aries: Maret April. 4. Taurus: April Mei. 5. Gemini: Mei Juni. 9 Gambar zodiak (Sumber: universetoday.com)
6. Cancer: Juni Juli. 7. Leo: Juli Agustus. 8. Virgo: Agustus September. 9. Libra: September Oktober. 10. Scorpio: Oktober November. 11. Sagitarius: November Desember. 12. Capricorn: Desember Januari. Selain zodiak, terdapat juga rasi bintang penunjuk arah, yakni: 1. Rasi bintang Biduk dan Ursa Mayor (The Great Bear): penunjuk arah utara. 2. Rasi bintang Pari (Crux): penunjuk arah selatan. 3. Rasi bintang Orion (Waluku): penunjuk arah barat. 4. Rasi bintang Scorpio: penunjuk arah tenggara. Alkaid THE GREAT BEAR Mizar Alloth Phad Menuju Polaris, bintang utara M81 Dubhe M82 CRUX Gacrux Palida Merak Mimosa ORION BIDUK Acrux Betelgeuse Bellatrix SCORPIO SCORPIO Shaula Antares M4 M42 (Orion Nebula) Sargas Salph Rigel Gambar empat rasi bintang yang menjadi penunjuk arah (modifikasi dari Sumber: www.stardate.org) 10
Di antara banyak bintang di langit, bintang yang paling dekat dengan Bumi secara berurutan adalah Matahari, Proxima Centaur, dan Alpha Centauri. Bintang yang paling cemerlang (terang) dilihat dari Bumi secara berurutan adalah Alpha Centauri, Antares, Sirius, dan Canopus. Alpha Centauri merupakan pasangan Proxima Centauri, kedua bintang ini berada dalam rasi bintang Centaurus, sedangkan Antares berada dalam rasi bintang Scorpio. Gambar sekumpulan bintang di langit yang nampak seperti kabut bercahaya (Sumber: spacetelescope.org) Gambar bintang Alpha Centauri yang merupakan bintang cemerlang yang terlihat dari Bumi (www.glyphweb.com) D. TATA SURYA a. Pengertian Tata Surya Tata surya adalah susunan dari sebuah bintang dan semua benda langit yang bergerak dan beredar mengelilinginya. Bintang tersebut adalah Matahari yang dikelilingi oleh 8 planet, 11
satelit, asteroid, meteorid, dan komet. Pergerakan benda-benda langit yang mengelilingi Matahari dipengaruhi oleh gravitasi (gaya tarik) Matahari. b. Teori Terjadinya Tata Surya 1. Teori kabut (nebula) Teori ini dikemukakan oleh Immanuel Kant dan Pierre Simon Laplace. Teori Immanuel Kant Tata surya terbentuk dari gumpalan bola kabut gas (nebula) yang bersuhu tinggi dan berputar lambat. Oleh karena putarannya yang lambat, terbentuk konsentrasi zat dengan berat jenis tinggi, kemudian terjadi proses pendinginan. Massa kabut gas berukuran besar terdapat di bagian tengah gumpalan menjadi Matahari, sedangkan massa kabut gas berukuran kecil yang terdapat di sekitarnya membentuk planet-planet. Gambar ilustrasi teori kabut menurut Immanuel Kant (ilustrasi ulang berdasarkan Sumber: Ilmu Pengetahuan Populer, 2003) Teori Pierre Simon Laplace Tata surya terbentuk dari gumpalan bola kabut gas (nebula) yang bersuhu tinggi dan berputar cepat. Oleh karena putarannya cepat, sebagian massa kabut gas terlepas dan terus berputar, kemudian terjadi proses pendinginan. Sebagian massa kabut gas yang terlepas menjadi planet, sedangkan massa kabut gas intinya menjadi Matahari. 12
2. Teori Planetesimal Teori ini dikemukakan oleh Thomas C. Chamberlin dan R. Moulton. Awalnya Matahari sudah ada di antara bintang-bintang. Saat sebuah bintang lewat di dekat Matahari, sebagian massa gas Matahari tertarik oleh gravitasi bintang dan mengalami pasang naik (efek pasang). Saat bintang tersebut menjauh, massa gas Matahari yang tertarik oleh gravitasi bintang sebagian jatuh kembali ke permukaan Matahari dan sebagian lagi berhamburan di sekitar Matahari lalu mendingin menjadi planetesimal (planet kecil). Gambar ilustrasi teori planetesimal menurut Chamberlin dan Moulton (ilustrasi ulang berdasarkan Sumber: Encarta) 3. Teori Pasang Surut Teori ini dikemukakan oleh Buffon, kemudian disempurnakan oleh James Jeans dan Harold Jeffrey. Awalnya sebuah bintang besar lewat di dekat Matahari. Gaya tarik bintang besar menyebabkan sebagian massa gas Matahari menonjol ke arah bintang tersebut. Saat bintang besar menjauh, tonjolan massa gas Matahari ikut tertarik sehingga membentuk cerutu dan terlepas dari Matahari, lalu terputus-putus dengan ukuran yang berbeda-beda, kemudian mendingin menjadi planet. 13
Gambar ilustrasi teori pasang surut oleh Buffon (ilustrasi ulang berdasarkan Sumber: Ilmu Pengetahuan Populer, 2003) 4. Teori Proto Planet Teori ini dikemukakan oleh Gerrad P. Kuiper. Kabut gas hidrogen berkembang dalam formasi bintang-bintang. Ada yang berukuran besar, ada yang berukuran kecil. Kabut gas yang lebih besar memadat menjadi bintang tunggal yang disebut Matahari. Gaya tarik Matahari menarik kabut gas yang lebih kecil. Efek gaya tarik Matahari menyebabkan kabut gas menjadi planet-planet. Jika dua kabut gas berukuran sama besar, maka akan terbentuk bintang ganda. Formasi bintang ganda banyak ditemukan di jagad raya. Proto-bintang Ejeksi gas ke ruang angkasa Masuknya gas ke proto-bintang Piringan protoplanet Gambar ilustrasi teori proto planet (ilustrasi ulang berdasarkan Sumber: tohoku.ac.jp) 14
5. Teori Awan Debu Teori ini dikemukakan oleh Carl von Weizsaecker dan disempurnakan oleh G.P. Kuiper. Dasar teori awan debu adalah teori proto planet yang menyatakan bahwa Matahari dan planet-planet berasal dari kabut gas. Kabut gas hidrogen tersebar di jagad raya dengan jumlah sangat banyak. Adanya gaya tarik antarmolekul dalam kabut gas menyebabkan kabut gas menggumpal, memampat, dan memipih secara perlahan. Gumpalan kabut gas besar yang ada di bagian tengah menjadi Matahari, sedangkan gumpalan kabut gas kecil yang ada di sekitarnya menjadi planet-planet. 15