Begini cara kerja bintang – Bagian 1: Gravitasi dan tekanan Gas Reviewed by Momizat on . Tiga orang astronom, Carl Hansen, Steven Kawaler, dan Virginia Trimble, dalam buku teks terbaru mereka tentang struktur bintang, berjudul Stellar Interiors: Phy Tiga orang astronom, Carl Hansen, Steven Kawaler, dan Virginia Trimble, dalam buku teks terbaru mereka tentang struktur bintang, berjudul Stellar Interiors: Phy Rating:

Begini cara kerja bintang – Bagian 1: Gravitasi dan tekanan Gas



Tiga orang astronom, Carl Hansen, Steven Kawaler, dan Virginia Trimble, dalam buku teks terbaru mereka tentang struktur bintang, berjudul Stellar Interiors: Physical Principles, Structure, and Evolution (Interior Bintang: Prinsip Fisis, Struktur, dan Evolusi), menulis, “Jika Anda ingin tahu bagaimana bintang bekerja, pergilah keluar dan lihatlah mereka selama beberapa malam. Apa yang mereka lakukan hanyalah bersinar dengan stabil sepanjang waktu.” Secara historis ini betul. Mari kita lihat Matahari sebagai contoh.

Matahari masih satu-satunya bintang yang dapat kita pelajari dengan detail

Penemuan-penemuan fosil menunjukkan bahwa kehidupan di Bumi sudah ada paling tidak semenjak 3 milyar tahun lalu. Studi tentang kandungan kimiawi pohon-pohon tertua dan fosil-fosil tersebut juga menunjukkan bahwa Bumi tidak mengalami perubahan besar yang disebabkan oleh ketidakstabilan matahari. Apa yang dilakukan matahari kita “hanyalah” bersinar begitu lama!

Sinar matahari yang kita nikmati sekarang sama dengan sinar matahari yang dinikmati nenek moyang kita di zaman dahulu, bahkan sama pula dengan yang dinikmati dinosaurus puluhan juta tahun lalu. Dalam rentang waktu jutaan tahun, matahari relatif stabil. Tentu timbul pertanyaan: kenapa matahari bisa begitu stabil? Pertama-tama, mari kita coba hitung massa matahari. Kita sekarang tahu bahwa jarak Bumi kita ke Matahari adalah 150 juta km, sementara waktu yang dibutuhkan Bumi untuk mengelilingi Matahari adalah 1 tahun yaitu 365.25 hari. Anggap saja Bumi mengelilingi matahari dalam orbit berbentuk lingkaran, sehingga kecepatan Bumi mengelilingi matahari adalah 100 000 km/jam.

Matahari dan objek-objek yang mengitarinya menaati Hukum Gravitasi

Karena kita tahu bahwa gerakan Bumi berasal dari tarikan gravitasi Matahari, maka dapat kita simpulkan dari Hukum Gravitasi bahwa gaya gravitasi Matahari dihasilkan oleh massa sebesar 2 x 10^30 kg! Ini kira-kira sama dengan 330 000 kali massa Bumi.

Kenapa massa yang begitu besar ini tidak runtuh ke pusatnya? Sebuah gedung tinggi punya massa besar dan tetap berdiri karena ada pilar-pilar kerangka yang menopang seluruh massa gedung. Namun bila pilar-pilar ini diledakkan oleh pakar peruntuh gedung, seluruh bangunan akan runtuh secara bersamaan ke bawah, ke arah pusat Bumi. Demikian pula dengan matahari, bila tidak ada “sesuatu” yang menopang seluruh massa tersebut, maka matahari akan runtuh ke arah pusatnya dalam waktu kurang dari setengah jam! Karena kita tidak pernah melihat hal itu terjadi, berarti ada sesuatu yang menopang struktur matahari (Lihat video peruntuhan sebuah gedung tua. Inilah yang terjadi bila matahari kehilangan struktur penopangnya).

Kita anggap saja bahwa Matahari adalah sebuah bola gas yang berpijar. Bila hal itu betul, kita dapat anggap gas di dalam matahari sebagai sebuah gas ideal yang memancarkan radiasi elektromagnetik. Hukum Gas ideal mengatakan bahwa gas yang dimampatkan akan menghasilkan tekanan yang melawan pemampatan itu. Bila gas tersebut memancarkan radiasi elektromagnetik, maka Matahari juga menghasilkan tekanan radiasi yang arahnya ke luar permukaan matahari.

Lapisan yang lebih dalam mengalami tekanan gravitasi yang lebih besar, oleh karena itu untuk mengimbanginya tekanan radiasi juga harus sama besarnya.

Dengan spektroskopi kita dapat membagi cahaya menurut tingkat-tingkat energinya, dan menelaah sifat-sifat pembangkit cahaya tersebut.

Bila suhu di pusat matahari kita ketahui dengan pemodelan teoritik, maka suhu di permukaan matahari kita ketahui melalui pengamatan. Apabila kita melewatkan sinar matahari pada prisma, maka kita akan melihat bahwa sinar matahari yang berwarna putih tersebut akan terbagi-bagi menjadi sinar dengan berbagai warna, dari warna merah hingga warna ungu. Warna-warna yang berbeda ini adalah tanda bahwa cahaya terbagi-bagi atas sinar dengan energi yang berbeda-beda. Artinya radiasi elektromagnetik merentang dari energi tinggi hingga energi rendah (sinar Gamma dan sinar-X adalah contoh radiasi energi tinggi, sementara sinar inframerah, gelombang Radio, dan gelombang mikro (microwave) adalah contoh radiasi energi rendah), dan radiasi yang kasat mata kita namakan sebagai cahaya.

Sumber radiasi elektromagnetik adalah sebuah pemancar sempurna yang kita namakan benda hitam. Lagi-lagi benda hitam, sebagaimana gas ideal, hanyalah objek khayal. Namun sifat-sifat radiatif matahari dapat didekati bila kita menganggap matahari sebagai sebuah benda hitam.

Benda hitam yang memancarkan energinya pada suhu tertentu akan memiliki kurva distribusi energi yang spesifik pada temperatur tersebut. Sumber: Wikipedia

Eksperimen menunjukkan bahwa sebuah benda hitam memancarkan energinya dalam bentuk radiasi elektromagnetik dan energinya dipancarkan pada seluruh panjang gelombang. Namun intensitas energi pada setiap panjang gelombang tidak sama, dan setiap benda hitam yang memiliki temperatur tertentu memiliki panjang gelombang di mana intensitas energinya paling tinggi. Semakin tinggi temperatur sebuah benda hitam, semakin pendek panjang gelombang di mana energi paling tinggi memancar (lihat gambar kurva benda hitam). Dengan demikian, benda hitam yang memancarkan energinya pada suhu tertentu akan memiliki kurva intensitas energi yang unik. Untuk mengetahui bentuk kurva ini, kita dapat memecah cahaya pancaran benda hitam ini ke dalam spektrumnya masing-masing. Permukaan Matahari dapat kita anggap sebagai sebuah benda hitam, dan oleh karena itu bentuk sebaran energi matahari dapat didekati dengan kurva pancaran benda hitam. Dengan melakukan pengamatan spektroskopi pada matahari, kita dapat mengetahui seperti apa spektrum matahari dan dengan demikian dapat diketahui pula temperatur permukaannya yaitu 5800 Kelvin.

Pengamatan spektrum bintang-bintang lain ternyata menunjukkan perilaku yang sama: bintang juga merupakan sebuah benda hitam dan memancarkan radiasi elektromagnetik. Namun, temperatur permukaan bintang berbeda-beda. Ada yang lebih panas dari matahari, ada pula yang lebih dingin dari matahari. Walaupun demikian, semua bintang yang kita amati berlaku seperti sebuah benda hitam. Dari pengamatan spektrum matahari dan bintang-bintang lain inilah kita dapat menyimpulkan bahwa bintang-bintang yang kita amati di langit malam itu sebenarnya adalah matahari-matahari lain yang letaknya teramat sangat jauh sehingga sinarnya demikian redup bila dibandingkan dengan matahari yang lebih dekat. Karena sekarang kita sudah tahu bahwa bintang adalah objek yang sama dengan matahari kita, maka bintang-bintang lain pun dapat kita anggap pula sebagai sebuah bola gas yang berada dalam kesetimbangan hidrostatik. Apa yang kita ketahui tentang kesetimbangan matahari dapat kita terapkan pula pada bintang!

Profil Penulis

Tri adalah peneliti di Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), Heidelberg, Jerman. Konsentrasi penelitiannya adalah pengembangan algoritma pembelajaran mesin (machine-learning algorithm) untuk melakukan klasifikasi otomatis objek-objek astronomi.

Tulisan di LS : 30

Tulis komentar dan diskusi...


14 Komentar di artikel ini

  • Echy

    Infonya dongk!!!!!!!!
    Mengenai Spektroskopi Bintang.

    Reply
  • peter

    apakah kita bisa pergi ke masa lalu? dan apakah kecepatan dan massa benda mempengaruhi gaya tarik?

    Reply
  • peter

    tolong jawab! penting bagi diriku

    Reply
  • peter

    mengapa waktu di luar angkasa berbeda dengan di bumi? apa penyebabnya? dan mengapa lubang hitam bisa menyerap waktu? apa penyebabnya?

    Reply
  • amroe

    ini menurut gw lho…

    pergi ke masa lalu?

    ilmuwan boleh berteori tentang wormhole sebagai jendela waktu atau apalah…tapi menurut gw dimensi waktu tidak seperti dimensi ruang yg bisa melengkung dan bersinggungan. Waktu cuma bisa di tarik ulur atau bersifat elastis scr relatif. jadi, kembali ke masa lalu atau ke masa depan adalah tidak mungkin

    yg mempengaruhi gravitasi?
    Gimana kalo pertanyaannya dirubah jadi pernyataan:
    -massa benda mempengaruhi gaya tarik (gravitasi)
    -kecepatan dan gravitasi mempengaruhi waktu (time-dilation)
    -Gaya adalah pengaruh dari massa benda dan percepatan (f=m.a)
    -percepatan adalah turunan dari kecepatan

    waktu di luar angkasa beda dgn waktu bumi?
    tergantung dari definisi luar angkasanya. kalo luar angkasa diartikan angkasa lepas (yg tak ada pengaruh gaya sama sekali) akan berbeda dengan pengertian luar angkasa bila diartikan sbg planet atau bintang. Yg dikemukakan oleh toeri relativitas itu adalah waktu itu bersifat relatif terhadap gravitasi dan kecepatan. maksudnya ialah makin besar pengaruh medan gravitasi atau makin cepat benda bergerak maka waktu akan berjalan lebih lama secara relatif, jadi, seandainya ada planet lain yg bisa dihuni yg massanya ribuan kali massa bumi maka waktu disana akan lebih lama daripada di bumi, bila anda berlibur dan tinggal di sana selama 2 minggu, maka menurut hitungan org di bumi anda berada disana selama 2 tahun, tapi anda gak sadar. Penyebabnya adalah pengaruh gravitasi di sana yg jauh lebih besar dari di bumi, karena menurut teori relativitas, gravitasi menyebabkan kelengkungan dimensi ruang dan waktu.

    Lubang hitam menyerap waktu?
    sebetulnya lubang hitam adalah kondisi dimana gravitasi sudah sangat masif dan menyebabkan dimensi ruang dan waktu ‘jebol’. Karena gaya gravitasi yg sangat sangat besar, maka tak ada materi yg bisa lolos termasuk foton (cahaya). Sedangkan kalo dibilang menyerap waktu, tidak juga, karena apapun yg berhasil disedot oleh blackhole akan terjebak dalam ‘singularity’, yaitu kondisi dimana tidak ada istilah ruang dan waktu lagi, atau beyond ruang dan waktu!

    Itu baru sekedar teori lho…

    gw mo balik nanya nih…
    Ada yg berpendapat, kalo kita berhasil menghubungkan 2 blackhole dari dimensi yg berbeda, maka akan tercipta wormhole…bener gak ya?
    Trus, kalo kita bergerak dengan melebihi kecepatan cahaya, apa yg terjadi?
    dan, kalo umpamanya kita bergerak mengikuti garis ‘lurus’ di semesta angkasa, ujung2nya akan sampe mana? apakah alam semesta berujung?
    hayoooo….?

    Reply
    • Vicky Setiawan

      menurut pendapat saya :

      “kalo kita berhasil menghubungkan 2 blackhole dari dimensi yg berbeda, maka akan tercipta wormhole…bener gak ya?”

      mungkin yang anda maksud adalah semacam “pintu kemana saja” yang menghubungkan 2 lubang hitam dimana bila kita memasuki salah satu lubang tersebut, maka kita akan keluar di lubang yang lainnya.
      namun ini tidak mungkin. mengingat sifat lubang hitam yang tidak akan membiarkan apapun lepas dari pelukannya. lubang hitam memiliki ruangnya sendiri. sesuatu yang sudah dimakannya tidak mungkin dimuntahkan kembali, apalagi pindah ke lubang yang lain.
      selain itu, belum ada kemungkinan 2 lubang hitam bisa terhubung, yang ada adalah terjadi tabrakan antara 2 blackholes.

      “kalo kita bergerak dengan melebihi kecepatan cahaya, apa yg terjadi?”

      menurut teori relativitas, bila sesuatu/seseorang tengah dipengaruhi oleh kelajuan, maka bayangan benda lain yang ia terima (dengan kelajuan berbeda) akan bertambah panjang/pendek sesuai arah geraknya. waktu yang ia rasakan juga berbeda dikarenakan kondisi yang berbeda.
      bila kita naik pesawat challenger dengan mode warp, saat kita melihat ke arah angkasa dari jendela kanan/kiri, maka bintang2 yang kita lihat adalah objek garis2 seperti jarum2 sejajar dengan arah pesawat. visualisasi yang kita terima di luar kecepatan kita menjadi berbeda dari bentuk aslinya.

      pertanyaan : menapa bisa begitu? jawab : karena foton memiliki batas kecepatan, begitu pula kelajuan sinyal yang kita terima dari mata yang dikirim ke otak.

      mari kita coba : ambil sebuah kamera, posisikan anda di pinggir sebuah lintasan balap. fokuskan kamera pada satu titik di seberang lintasan dimana anda berada. ambil gambar dengan setting kamera seperti itu saat lintasan di depan anda sedang dilalui banyak pembalap yang ngebut. maka tampilan gambar para pembalap yang melintas yang dapatkan dari kamera akan sedikit “memanjang” dari bentuk aslinya, sedang bentuk objek fokus kamera anda tidak berubah. ini dikarenakan kamera menerima dan memproses cahaya dari setiap titik yang diterimanya dengan kecepatan yang sama. setiap cahaya yang ia terima juga memiliki kecepatan yang sama. pembalap dengan kecepatannya dapat berada di suatu area (yang lebih luas dari dirinya) pada waktu hampir bersamaan, area cahaya yang ia pantulkan juga sedikit lebih luas dari kondisi normal dan dibaurkan oleh kecepatan, sebagai akibatnya kamera menerima gambar yang sedemikian. semakin kecil perbedaan kalajuan objek dengan kelajuan cahaya, semakin panjang proyeksi yang ditampilkan.
      hal seperti itu juga terjadi saat kecepatan kita mendekati kecepatan cahaya.

      bagaimana dengan rentan waktu? apakah terpengaruh juga?

      sesungguhnya, nilai satu detik di bumi dan satu detik di manapun juga di alam ini adalah sama.
      yang membuatnya berbeda adalah kondisi lingkungan yang mempengaruhi cara kerja otak kita.
      ibarat duduk selama 5 menit di samping orang gila dan duduk selama 5 menit di samping pacar, anda akan merasa 5 menit di samping orang gila begitu lama karena ingin segera pergi, sedang 5 menit bersama pacar terasa singkat karena anda ingin berlama-lama dengannya. Saat naik bis selama 5 jam, anda mungkin mengatakan itu makan waktu lama, sebab anda merasa bosan. berbeda bila anda duduk sebagai sopir bus itu, 5 jam akan terasa singkat sebab pikiran anda terfokus pada kondisi jalan di daripada memikirkan waktu berbuka puasa. waktu adalah hal ghaib, tidak dapat dipengaruhi. persepsi pikiranlah yang terpengaruh.

      terlepas dari akibat itu semua, dampak yang lebih bisa kita rasakan ialah tekanan dari kecepatan itu, yang membuat perjalanan dengan kecepatan cahaya mendekati mustahil.

      “kalo umpamanya kita bergerak mengikuti garis ‘lurus’ di semesta angkasa, ujung2nya akan sampe mana? apakah alam semesta berujung?”

      alam semesta memiliki volume yang pasti. ibarat kita menggali terowongan di kutub utara lurus ke bawah, mungkin suatu saat kita muncul di kutub selatan.
      semua yang diciptakan Tuhan memiliki batas, termasuk langit. namun, kita (sampai kapanpun) tidak akan mampu menemukan batasnya, sebab akal yang kita miliki juga memiliki batas berpikir.

      “hayoooo….?”

      saya memang bukan profesor. mungkin ada beberapa kalimat di atas yang memiliki kesalahan.

      Reply
  • GITA

    apakah di luar angkasa kita tidak bisa bernafas bila tidak menggunakan alat bantu????????????
    hayoooooo………….kenapa??????????????????

    Reply
  • tita

    menarik sekali bahasannya. Jadi, gravitational collapse dan electron pressure itu bekerja berlawanan arah. Kedua-duanya merupakan bentuk tekanan. Adakah yang tahu bagaimana penurunan rumus untuk kedua tekanan ini?

    Reply

Log in | disclaimer | kontak kami | tanya LS © 2007 - langitselatan. All rights reserved

Scroll to top