BINTANG DAN DINAMIKANYA

UNIVERSITAS NEGERI MANADO | FISIKA GEOTHERMAL

MAKALAH ILMU PLANET BUMI DAN ANTARIKSA

BAB 6 : BINTANG DAN DINAMIKANYA

BINTANG DAN DINAMIKANYA

NAMA ANGGOTA KELOMPOK

YONATHAN SUROSO

12300041

SINDY SANGKOY

12300408

WIDYA MANDAGI

12300182

CHRIESTIO NARAY

12302217

JEIT LEMBONG

12303906

SULISTYO KONO

12300435

DOSEN MATA KULIAH IPBA: DR. Cyrke. A. N. Bujung, M.Si.

2

BINTANG DAN DINAMIKANYA

KATA PENGANTAR Puji syukur patut kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat, penyertaan dan bimbinganNya kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul BINTANG DAN DINAMIKANYA ini dengan baik. Kami juga berterimakasih kepada semua orang, baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu kami dalam menyelesaikan makalah kami. Makalah ini memuat dan membahas tentang salah satu benda langit yang utama, yaitu bintang, beserta dengan dinamika dan penjelasan-penjelasan terkait mengenai bintang, termasuk di dalamnya adalah matahari yang merupakan salah satu dari bintang dalam suatu sistem tata surya. Semoga makalah Ilmu Planet Bumi dan Antariksa ini dapat bermanfaat dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. Terima kasih.

Tomohon, 5 April 2013 Penulis

3

BINTANG DAN DINAMIKANYA

DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................3 DAFTAR ISI ............................................................................................................4 BAGIAN 1 : MATAHARI SEBAGAI BINTANG .................................................5 BAGIAN 2 : JARAK BINTANG ..........................................................................12 BAGIAN 3 : GERAK BINTANG .........................................................................16 BAGIAN 4 : MAGNITUDO BINTANG ..............................................................21 BAGIAN 5 : KLASIFIKASI BINTANG ..............................................................26 BAGIAN 6 : RIWAYAT BINTANG ....................................................................33

4

BINTANG DAN DINAMIKANYA

BAGIAN 1 MATAHARI SEBAGAI BINTANG Matahari adalah bola raksasa yang terbentuk dari gas hidrogen dan helium. Matahari termasuk bintang berwarna putih yang berperan sebagai pusat tata surya. Seluruh komponen tata surya termasuk 8 planet dan satelit masing-masing, planetplanet kerdil, asteroid, komet, dan debu angkasa berputar mengelilingi matahari. Di samping sebagai pusat peredaran, matahari juga merupakan sumber energi untuk kehidupan yang berkelanjutan. Panas matahari menghangatkan bumi dan membentuk iklim, sedangkan cahayanya menerangi Bumi serta dipakai oleh tumbuhan untuk proses fotosintesis. Tanpa matahari, tidak akan ada kehidupan di bumi karena banyak reaksi kimia yang tidak dapat berlangsung. 1. Matahari Sebagai Salah Satu Bintang Benda langit di jagat raya ini jumlahnya banyak sekali. Ada yang dapat memancarkan cahaya sendiri ada juga yang tidak dapat memancarkan cahaya sendiri, tetapi hanya memantulkan cahaya dari benda lain. Bintang adalah benda langit yang memancarkan cahaya sendiri (sumber cahaya). Matahari dan bintang mempunyai persamaan, yaitu dapat memancarkan cahaya sendiri. Matahari merupakan sebuah bintang yang tampak sangat besar karena letaknya paling dekat dengan bumi. Matahari memancarkan energi yang sangat besar dalam bentuk gelombang elektromagnet. Gelombang elektromagnet tersebut adalah gelombang cahaya tampak, sinar X, sinar gamma, sinar ultraviolet, sinar inframerah, dan gelombang mikro.

5

BINTANG DAN DINAMIKANYA

2. Sumber Energi Matahari Sumber energi matahari berasal dari reaksi fusi yang terjadi di dalam inti matahari. Reaksi fusi ini merupakan penggabungan atom-atom hidrogen menjadi helium. Reaksi fusi tersebut akan menghasilkan energi yang sangat besar. Matahari tersusun dari berbagai macam gas antara lain hidrogen (76%), helium (22%), oksigen dan gas lain (2%). 3. Lapisan-Lapisan Matahari Matahari adalah bola gas pijar yang sangat panas. Matahari terdiri atas empat lapisan, yaitu inti matahari, fotosfer, kromosfer, dan korona.

Gambar 1. Ilustrasi bagian-bagian matahari. (1) Inti (2) Zona radiatif (3) Zona konvektif (4) Fotosfer (5) Kromosfer (6) Korona (7) Bintik matahari (8) Granula (9) Prominensa.

a. Inti Matahari Bagian dalam dari matahari, yaitu inti matahari. Pada bagian ini terjadi reaksi fusi sebagai sumber energi matahari. Suhu pada inti matahari dapat 6

BINTANG DAN DINAMIKANYA

mencapai 15 juta derajat celcius. Berdasarkan perbandingan radius/diameter, bagian inti berukuran seperempat jarak dari pusat ke permukaan dan 1/64 total volume matahari. Kepadatannya adalah sekitar 150 g/cm3. Suhu dan tekanan yang sedemikian tingginya memungkinkan adanya pemecahan atom-atom menjadi elektron, proton, dan neutron. Neutron yang tidak bermuatan akan meninggalkan inti menuju bagian matahari yang lebih luar. Sementara itu, energi panas di dalam inti menyebabkan pergerakan elektron dan proton sangat cepat dan bertabrakan satu dengan yang lain menyebabkan reaksi fusi nuklir (sering juga disebut termonuklir). Inti matahari adalah tempat berlangsungnya reaksi fusi nuklir helium menjadi hidrogen. Energi hasil reaksi termonuklir di inti berupa sinar gamma dan neutrino memberi tenaga sangat besar sekaligus menghasilkan seluruh energi panas dan cahaya yang diterima di bumi. Energi tersebut dibawa keluar dari matahari melalui radiasi. b. Zona radiatif Zona radiatif adalah daerah yang menyelubungi inti matahari. Energi dari inti dalam bentuk radiasi berkumpul di daerah ini sebelum diteruskan ke bagian matahari yang lebih luar. Kepadatan zona radiatif adalah sekitar 20 g/cm3 dengan suhu dari bagian dalam ke luar antara 7 juta hingga 2 juta derajat Celcius. Suhu dan densitas zona radiatif masih cukup tinggi, namun tidak memungkinkan terjadinya reaksi fusi nuklir. c. Zona konvektif Zona konvektif adalah lapisan di mana suhu mulai menurun. Suhu zona konvektif adalah sekitar 2 juta derajat Celcius (3,5 juta derajat Fahrenheit). Setelah keluar dari zona radiatif, atom-atom berenergi dari inti matahari akan bergerak menuju lapisan lebih luar yang memiliki suhu lebih rendah. Penurunan suhu tersebut menyebabkan terjadinya perlambatan gerakan atom sehingga pergerakan secara radiasi menjadi kurang efisien lagi. Energi dari inti matahari membutuhkan waktu 170.000 tahun untuk mencapai zona konvektif. Saat berada 7

BINTANG DAN DINAMIKANYA

di zona konvektif, pergerakan atom akan terjadi secara konveksi di area sepanjang beberapa ratus kilometer yang tersusun atas sel-sel gas raksasa yang terus bersirkulasi. Atom-atom bersuhu tinggi yang baru keluar dari zona radiatif akan bergerak dengan lambat mencapai lapisan terluar zona konvektif yang lebih dingin menyebabakan atom-atom tersebut "jatuh" kembali ke lapisan teratas zona radiatif yang panas yang kemudian kembali naik lagi. Peristiwa ini terus berulang menyebabkan adanya pergerakan bolak-balik yang menyebabakan transfer energi seperti yang terjadi saat memanaskan air dalam panci. Oleh sebab itu, zona konvektif dikenal juga dengan nama zona pendidihan (the boiling zone). Materi energi akan mencapai bagian atas zona konvektif dalam waktu beberapa minggu. d. Fotosfer Fotosfer adalah bagian permukaan matahari. Lapisan ini mengeluarkan cahaya sehingga mampu memberikan penerangan sehari-hari. Suhu pada lapisan ini mampu mencapai lebih kurang 16.000 derajat celcius dan mempunyai ketebalan sekitar 500 km. e. Kromosfer Kromosfer adalah lapisan di atas fotosfer dan bertindak sebagai atmosfer matahari. Kromosfer mempunyai ketebalan 16.000 km dan suhunya mencapai lebih kurang 9.800 derajat C. Kromosfer terlihat berbentuk gelang merah yang mengelilingi bulan pada waktu terjadi gerhana matahari total. f. Korona Korona adalah lapisan luar atmosfer matahari. Suhu korona mampu mencapai lebih kurang 1.000.000 derajat C. Warnanya keabu-abuan yang dihasilkan dari adanya ionisasi pada atom-atom akibat suhunya yang sangat tinggi. Korona tampak ketika terjadi gerhana matahari total, karena pada saat itu

8

BINTANG DAN DINAMIKANYA

hampir seluruh cahaya matahari tertutup oleh bulan. Bentuk korona, seperti mahkota dengan warna keabu-abuan. 4. Pergerakan matahari Matahari mempunyai dua macam pergerakan, yaitu sebagai berikut : 

Matahari berotasi pada sumbunya dengan selama sekitar 27 hari untuk mencapai satu kali putaran. Gerakan rotasi ini pertama kali diketahui melalui pengamatan terhadap perubahan posisi bintik matahari. Sumbu rotasi matahari miring sejauh 7,25° dari sumbu orbit bumi sehingga kutub utara matahari akan lebih terlihat di bulan September sementara kutub selatan matahari lebih terlihat di bulan Maret. Matahari bukanlah bola padat, melainkan bola gas, sehingga matahari tidak berotasi dengan kecepatan yang seragam. Ahli astronomi mengemukakan bahwa rotasi bagian interior matahari tidak sama dengan bagian permukaannya. Bagian inti dan zona radiatif berotasi bersamaan, sedangkan zona konvektif dan fotosfer juga berotasi bersama namun dengan kecepatan yang berbeda. Bagian ekuatorial (tengah) memakan waktu rotasi sekitar 24 hari sedangkan bagian kutubnya berotasi selama sekitar 31 hari. Sumber perbedaan waktu rotasi matahari tersebut masih diteliti.



Matahari dan keseluruhan isi tata surya bergerak di orbitnya mengelilingi galaksi Bimasakti. Matahari terletak sejauh 28.000 tahun cahaya dari pusat galaksi Bimasakti. Kecepatan rata-rata pergerakan ini adalah 828.000 km/jam sehingga diperkirakan akan membutuhkan waktu 230 juta tahun untuk mencapai satu putaran sempurna mengelilingi galaksi.

9

BINTANG DAN DINAMIKANYA

5. Gangguan-Gangguan pada Matahari Gejala-gejala

aktif

pada

matahari

atau

aktivitas

matahari

sering

menimbulkan gangguan-gangguan pada matahari. Gangguan-gangguan tersebut, yaitu sebagai berikut. a. Gumpalan-Gumpalan pada Fotosfer (Granulasi) Gumpalan-gumpalan ini timbul karena rambatan gas panas dari inti matahari ke permukaan. Akibatnya, permukaan matahari tidak rata melainkan bergumpal-gumpal. b. Bintik Matahari (Sun Spot) Bintik matahari merupakan daerah tempat munculnya medan magnet yang sangat kuat. Bintik-bintik ini bentuknya lubang-lubang di permukaan matahari di mana gas panas menyembur dari dalam inti matahari, sehingga dapat mengganggu telekomunikasi gelombang radio di permukaan bumi. c. Lidah Api Matahari Lidah api matahari merupakan hamburan gas dari tepi kromosfer matahari. Lidah api dapat mencapai ketinggian 10.000 km. Lidah api sering disebut prominensa atau protuberan. Lidah api terdiri atas massa proton-135 dan elektron atom hidrogen yang bergerak dengan kecepatan tinggi. Massa partikel ini dapat mencapai permukaan bumi. Sebelum masuk ke bumi, pancaran partikel ini tertahan oleh medan magnet bumi (sabuk Van Allen), sehingga kecepatan partikel ini menurun dan bergerak menuju kutub, kemudian lama-kelamaan partikel berpijar yang disebut aurora. Hamburan partikel ini mengganggu sistem komunikasi gelombang radio. Aurora di belahan bumi selatan disebut Aurora Australis, sedangkan di belahan bumi utara disebut Aurora Borealis.

10

BINTANG DAN DINAMIKANYA

d. Letupan (Flare) Flare adalah letupan-letupan gas di atas permukaan matahari. Flare dapat menyebabkan gangguan sistem komunikasi radio, karena letusan gas tersebut terdiri atas partikel-partikel gas bermuatan listrik.

11

BINTANG DAN DINAMIKANYA

BAGIAN 2 JARAK BINTANG Sebagai perbandingan, Matahari sebagai bintang yang paling dekat dengan planet Bumi memiliki jarak yang sangat jauh dalam ukuran jarak sehari-hari, yakni 149.680.000 km. Dapat diandaikan apabila kita ingin pergi menuju Matahari dengan pesawat tercepat di dunia (kecepatannya sekitar 3 March, atau tiga kalinya kecepatan suara), maka itu akan membutuhkan waktu hingga 5 tahun lamanya untuk dapat sampai di permukaan Matahari. Bintang terdekat setelah Matahari adalah bintang Proxima Centauri, yang memiliki jarak sekitar 40 triliun km dari Bumi. Jarak bintang merupakan angka-angka yang sangat besar, sehingga para ahli astronomi tidak lagi menggunakan satuan kilometer untuk menyatakan jarak bintang, seperti halnya kita tidak lagi menyatakan jarak antarkota dengan satuan milimeter. Oleh karena itu, para astronom menggunakan satuan yang lain, yaitu satuan Tahun Cahaya (TC). Tahun Cahaya didefinisikan sebagai jarak tempuh cahaya dalam periode satu tahun. 1 Tahun Cahaya

= 1 Tahun × besar kecepatan cahaya = (365 × 24 × 60 × 60) detik × 3 · 105 km/detik = 9,46 · 1012 km

Ada 3 satuan jarak yang sering digunakan untuk menyatakan jarak antar benda-benda langit, yaitu: 

Satuan Astronomi (SA)  jarak rata-rata Bumi-Matahari 1 SA = 149,6 · 106 km 12

BINTANG DAN DINAMIKANYA



Tahun Cahaya  jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun 1 TC = 9,46 · 1012 km = 63.420 SA = 0,307 parsec



Parsec (parallax second)  jarak bintang jika sudut paralaksnya 1 detik 1 parsec = 206.265 × 1 SA = 206265 × 149,6 · 106 km = 3,086 · 1013 km = 3,26 TC Bintang

adalah

benda

angkasa

berupa

bola

gas

raksasa

yang

memancarkanenerginya sendiri dari reaksi inti dalam bintang, baik berupa panas, cahaya maupun berbagai radiasi lainnya. Di dalam astronomi, metode yang digunakan dalam penentuan jarak adalah metode paralaks. Paralaks adalah perbedaan latar belakang yang tampak ketika sebuah benda yang diam dilihat dari dua tempat yang berbeda. Kita bisa mengamati bagaimana paralaks terjadi dengan cara yang sederhana. Acungkan jari telunjuk pada jarak tertentu (misal 30 cm) di depan mata kita. Kemudian amati jari tersebut dengan satu mata saja secara bergantian antara mata kanan dan mata kiri. Jari kita yang diam akan tampak berpindah tempat karena arah pandang dari mata kanan berbeda dengan mata kiri sehingga terjadi perubahan pemandangan latar belakangnya. “Perpindahan” itulah yang menunjukkan adanya paralaks. Paralaks pada bintang baru bisa diamati untuk pertama kalinya pada tahun 1837 oleh Friedrich Bessel, seiring dengan teknologi teleskop untuk astronomi yang berkembang pesat (sejak Galileo menggunakan teleskopnya untuk mengamati benda langit pada tahun 1609). Bintang yang ia amati adalah 61 Cygni (sebuah bintang di rasi Cygnus/angsa) yang memiliki paralaks 0,29″. Ternyata paralaks pada bintang memang ada, namun dengan nilai yang sangat kecil. Hanya keterbatasan instrumenlah yang membuat orang-orang sebelum Bessel tidak 13

BINTANG DAN DINAMIKANYA

mampu mengamatinya. Karena paralaks adalah salah satu bukti untuk model alam semesta heliosentris (yang dipopulerkan kembali oleh Copernicus pada tahun 1543), maka penemuan paralaks ini menjadikan model tersebut semakin kuat kedudukannya dibandingkan dengan model geosentris Ptolemy yang banyak dipakai masyarakat sejak tahun 100 SM. Paralaks bintang dapat diartikan sebagai pergeseran suatu bintang yang timbul karena gerakan bumi mengelilingi matahari. Secara numerik paralaks bintang adalah sudut yang membentuk jarak 1 SA. Semakin jauh letak bintang, lintasan ellipsnya makin kecil, paralaksnya juga makin kecil.

Gambar 2. Hubungan Paralaks Bintang dengan Jarak

Dengan menggunakan geometri segitiga, yaitu hubungan antara sebuah sudut dan dua buah sisi, maka dapat dituliskan persamaan:

14

BINTANG DAN DINAMIKANYA

atau kita dapat mendefinisikan paralaks bintang melalui rumus dasar trigonometri, yaitu:

karena nilai p sangat kecil (besar sudutnya adalah dalam satuan detik), maka nilai tan p

p (dibulatkan menjadi p). Jarak d dihitung dalam SA dan sudut p dihitung dalam radian. Apabila kita

gunakan detik busur sebagai satuan dari sudut paralaks (p), maka kita akan peroleh d adalah 206.265 SA atau 3,09 · 1013 km. Jarak sebesar ini kemudian didefinisikan sebagai 1 pc (parsec, parsek), yaitu jarak bintang yang mempunyai paralaks 1 detik busur. Metode paralaks trigonometri ini hanya bisa digunakan untuk mendapatkan jarak bintang-bintang terdekat (untuk jarak ratusan parsec). Pada kenyataannya, paralaks bintang yang paling besar adalah 0,76″ yang dimiliki oleh bintang terdekat dari tata surya, yaitu bintang Proxima Centauri di rasi Centaurus yang berjarak 1,31 pc. Sudut sebesar ini akan sama dengan sebuah tongkat sepanjang 1 meter yang diamati dari jarak 270 kilometer. Sementara bintang 61 Cygni memiliki paralaks 0,29″ dan jarak 1,36 TC atau sama dengan 3,45 pc.

15

BINTANG DAN DINAMIKANYA

BAGIAN 3 GERAK BINTANG Dalam pergerakan bintang diketahui ada dua garis besar gerak pada bintang, yaitu gerak sejati bintang (disebabkan oleh pergerakan dari bintang itu sendiri) dan gerak semu bintang (bintang terlihat bergerak disebabkan oleh pergerakan bumi, yaitu rotasi dan revolusi bumi). Bila diamati, bintang selalu bergerak di langit malam, baik itu tiap jam maupun tiap hari akibat pergerakan Bumi relatif terhadap bintang (rotasi dan revolusi Bumi). Walaupun begitu, bintang sebenarnya benar-benar bergerak, sebagian besar karena mengitari pusat galaksi, namun pergerakannya itu sangat kecil sehingga hanya dapat dilihat dalam pengamatan selama berabad-abad. Gerak semacam inilah yang disebut gerak sejati bintang. Gerak sejati bintang dibedakan menjadi dua berdasarkan arah geraknya, yaitu: a) Kecepatan radial : Kecepatan bintang menjauhi atau mendekati pengamat (sejajar garis pandang). b) Kecepatan tangensial : Kecepatan bintang bergerak di bola langit (pada bidang pandang). c) Kecepatan total : Kecepatan gerak sejati bintang yang sebenarnya (semua komponen). 1. Kecepatan Radial (radial velocity) Kecepatan radial adalah kecepatan bintang mendekati atau menjauhi Matahari. Kecepatan ini biasanya cukup besar, sehingga terjadi peristiwa pergeseran panjang gelombang. Kecepatan radial bintang dapat diukur dengan metode Efek Doppler. 16

BINTANG DAN DINAMIKANYA

√

atau dengan pendekatan untuk vr