Isi Tata Surya yaitu Matahari, planet, asteroid, komet, planet kerdil, dan benda-benda kecil.
The Small, The Numerous
Menurut aturan Titius-Bode, perbandingan jarak planet dari Matahari mengikuti pola 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, 196, 388, 772. Meskipun tidak ada penjelasan mengapa pola ini berlaku, pola ini memang terjadi pada beberapa planet. Berikut nilai jarak rata-rata planet dari Matahari dan perbandingannya satu sama lain.
Tabel 1. Perbandingan jarak planet dari Matahari.
planet sumbu semimayor
(106 km)sumbu semimayor (SA) pengamatan Titius-Bode Merkurius 57,91 0,4 0,4 Venus 108,21 0,7 0,7 Bumi 149,60 1,0 1,0 Mars 227,92 1,5 1,6 Jupiter 778,57 5,2 5,2 Saturnus 1.433,53 9,6 10,0 Uranus 2.872,46 19,2 19,6
Sekali lagi perlu ditegaskan bahwa tidak ada penjelasan mengapa perbandingan jarak planet dari Matahari hampir cocok dengan aturan Titius-Bode. Bagaimanapun, astronom ingin tahu apakah memang aturan Titius-Bode memang berlaku. Jika memang aturan Titius-Bode berlaku, maka di antara Mars dan Jupiter ada planet yang jaraknya sekitar 2,8 SA dari Matahari. Alih-alih menemukan planet, astronom menemukan sabuk asteroid.
Kini, telah diketahui bahwa hanya Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, dan sabuk asteroid saja yang mengikuti aturan Titius-Bode. Benda lain di Tata Surya sama sekali tidak mengikuti aturan tersebut.
Asteroid Belt
Sabuk asteroid dinamai demikian karena isinya bukan benda tunggal, melainkan kumpulan benda yang membentang membentuk daerah mirip sabuk atau cincin. Sabuk asteroid berada di antara orbit Mars dan Jupiter.
Gambar 1. Foto Ceres, asteroid terbesar, diambil dengan teleskop Hubble. (NASA/ESA/J. Parker/P. Thomas/L. McFadden)
Asteroid paling besar dinamai Ceres. Bentuknya bulat, diameternya sekitar 950 km. Ceres juga merupakan asteroid pertama yang ditemukan. Sementara itu, kebanyakan asteroid bentuknya tidak teratur. Bulatnya Ceres terjadi karena cukup besarnya massa Ceres sehingga dapat menarik komponen dirinya membentuk bulatan. Berikut perbandingan massa beberapa asteroid.
Tabel 2. Tahun penemuan dan massa beberapa asteroid.
asteroid tahun penemuan massa
(1016 kg)masteroid/mBumi Ceres 1801 87.000 0,000145641 Pallas 1802 31.800 0,000053234 Vesta 1807 30.000 0,000050221 Hygiea 1849 8.850 0,000014815 Fides 1855 130 0,000000218 Ida 1884 4,2 0,000000007
Umumnya makin kecil massanya, makin sukar suatu benda diamati. Inilah sebabnya makin kecil massa asteroid, makin terlambat dia ditemukan.
Gambar 2. Foto Ida dan satelitnya, Dactyl. Foto diambil dengan wahana Galileo. (NASA/JPL)
Jumlah asteroid sangat banyak. Dapat diperkirakan seberapa rapat sabuk asteroid. Asumsikan bahwa sabuk asteroid tipis, rata-rata orbit asteroid berbentuk lingkaran, dan asteroid tersebar merata! Kemudian, definisikan n jumlah asteroid, d jarak rata-rata antarasteroid, r_o jarak batas luar sabuk asteroid dari Matahari, r_i jarak batas dalam sabuk asteroid dari Matahari, r jarak rata-rata sabuk asteroid dari Matahari, w lebar sabuk asteroid, dan \sigma kerapatan asteroid di sabuk asteroid!
\sigma=\frac{n}{\pi\left(r_o^2-r_i^2\right)}\\\Rightarrow \sigma=\frac{n}{\pi\left(r_o-r_i\right)\left(r_o+r_i\right)}\\\Rightarrow \sigma=\frac{n}{2\pi wr}\cdots\cdots\left(1\right)
Besaran \sigma pada dasarnya menyatakan berapa banyak asteroid per luas area. Jadi, 1/\sigma menyatakan berapa luas area yang ditempati tiap asteroid.
Gambar 3. Ilustrasi asumsi daerah yang ditempati tiap asteroid di sabuk asteroid. Ditunjukkan juga dua kemungkinan besar jarak sebuah asteroid ke asteroid terdekat.
Berikut jarak rata-rata antarasteroid.
d=\frac{4d_1+4d_2}{8}\\\Rightarrow d=\frac{1}{2}\left(\frac{1+\sqrt{2}}{\sqrt{\sigma}}\right)\\\Rightarrow d=\frac{2+\sqrt{2}}{2}\sqrt{\frac{\pi rw}{n}}\cdots\cdots\left(2\right)
Gambar 4. Ilustrasi sebaran asteroid di sabuk asteroid pada 14 Agustus 2006, ditandai sebagai titik-titik putih, dilihat tegak lurus bidang ekliptika. (NASA/JPL/Minor Planet Center)
Dapat dilihat pada gambar di atas bahwa lebar sabuk asteroid kira-kira sama dengan radius orbit Bumi. Jadi, r\approx 2,8\cdot 150.000.000 \text{ km} dan w\approx 150.000.000 \text{ km}. Dua nilai ini dimasukkan ke (2) sehingga didapat hubungan berikut.
\\d\approx \frac{759.461.738}{\sqrt{n}} \text{ km}\cdots\cdots\left(3\right)
Jika dianggap terdapat sejuta asteroid, berikut jarak rata-rata antarasteroidnya.
\\d\approx \frac{759.461.738}{\sqrt{1.000.000}} \text{ km}\approx 759.462 \text{ km}\cdots\cdots\left(4\right)
Jadi jika ada sejuta asteroid, maka jarak rata-rata antarasteroid hampir dua kali jarak Bumi-Bulan. (Jarak rata-rata Bumi-Bulan sekitar 384.0000 km.) Pada jarak sebesar ini, berikut diameter sudut Ceres.
\\\theta_{Ceres}\approx 2 \arctan\left(\frac{\tfrac{1}{2}\cdot 950 \text{ km}}{759.461 \text{ km}}\right)\approx 0,07^\circ\cdots\cdots\left(5\right)
Dengan demikian jika dianggap sabuk asteroid tipis, sebarannya merata, dan orbit asteroid berupa lingkaran, maka dari asteroid lain, Ceres tampak sekitar sepuluh kali lebih kecil dari ukuran Bulan. (Diameter sudut Bulan sekitar 0,5°.)
Perkiraan tadi menggunakan asumsi sabuk asteroid tipis. Kenyataannya, sabuk asteroid memiliki ketebalan yang seharusnya dipertimbangkan dalam perhitungan. Dampaknya yaitu asteroid lebih tersebar karena lebih banyak ruang yang dapat ditempati. Tidaklah aneh jika belum pernah ada wahana luar angkasa yang menabrak asteroid ketika melewati sabuk asteroid.
Trojan Swarm
Sekitar seratus tahun setelah Ceres ditemukan, ditemukan kumpulan asteroid yang mengiringi Jupiter. Kumpulan ini dinamai asteroid Trojan. Sebarannya pada 14 Agustus 2006 dapat dilihat pada gambar 4, ditandai sebagai titik-titik hijau.
Pada sistem tiga benda, terdapat lima lokasi di sekitar mereka yang besar gaya gravitasinya sama dengan besar gaya sentripetalnya. Lokasi ini dinamai titik Lagrange. Tiga titik Lagrange berada segaris dengan garis hubung pusat massa dua benda, sementara dua titik lainnya membentuk segitiga sama sisi yang alasnya garis hubung dua benda.
Telah ditemukan juga asteroid Trojan yang mengiringi Mars dan Neptunus.
Gambar 5. Ilustrasi posisi titik Lagrange sistem tiga benda.
Close and Dangerous
Ada juga asteroid yang orbitnya dekat atau memotong orbit Bumi. Asteroid ini dinamai Near Earth Asteroid (NEA). Dengan demikian jika dulu dikatakan bahwa asteroid berada di sabuk asteroid, kini dikatakan bahwa ada asteroid yang di sabuk asteroid, ada yang mengiringi Jupiter, Mars, dan Neptunus, dan ada yang di sekitar Bumi.
Daerah Tata Surya Dalam lebih rapat daripada Tata Surya Luar karena lebih banyak planet untuk luas area tertentu. Dampaknya yaitu usikan gravitasi di Tata Surya Dalam sering terjadi. Jadi, orbit NEA tidak akan berumur panjang. Seiring waktu, orbitnya akan berubah akibat usikan gravitasi dari planet dalam. Asal NEA mungkin dari sabuk asteroid atau daerah tertentu yang mendapat usikan gravitasi Jupiter, planet termasif di Tata Surya.
Gambar 6. Ilustrasi orbit NEA Atira, Aten, Apollo, dan Amor.
Ditinjau dari orbitnya, ada empat kelompok NEA. (Besaran a yaitu sumbu semimayor, Q yaitu aphelion, dan q yaitu perihelion.)
- Atira. Orbit asteroid ini berada di dalam orbit Bumi, a < 1 SA, Q < 0,983 SA.
- Aten. Orbit asteroid ini memotong orbit Bumi, namun sumbu semimayornya lebih pendek dari sumbu semimayor orbit Bumi, a < 1 SA, Q > 0,983 SA.
- Apollo. Orbit asteroid ini memotong orbit Bumi dan sumbu semimayornya lebih panjang dari sumbu semimayor orbit Bumi, a > 1 SA, q < 1,017 SA.
- Amor. Orbit asteroid Amor hampir selalu berada di antara Bumi dan Mars, a > 1 SA, 1,017 SA < q < 1,3 SA.
Celestial Tailed Beast
Komet juga merupakan anggota Tata Surya. Pun komet beredar mengelilingi Matahari. Ketika mendekati Matahari, bahan pada komet dipanasi Matahari dan menguap.
Rata-rata ukuran dan massa komet lebih kecil dari rata-rata ukuran dan massa asteroid. Intinya tersusun atas batuan, debu, bekuan air, dan bekuan gas. Karena massanya kecil, bentuk inti komet tidak teratur. Jika hanya inti saja yang teramati, maka komet hampir tidak dapat dibedakan dari asteroid.
Gambar 7. Potret komet Halley, 29 Mei 1910. (The Yerkes Observatory)
Komet berasal dari luar orbit Neptunus. Jauhnya jarak daerah ini dari Matahari memungkinkan bahan-bahan pada komet tetap beku. Karena usikan gravitasi planet-planet jovian atau bintang yang melintas dekat Tata Surya, orbit komet berubah sedemikian sehingga lintasannya masuk ke daerah Tata Surya Dalam.
Di Tata Surya Dalam, radiasi Matahari menguapkan bekuan pada komet. Aliran uap ini membawa serta debu. Jika gaya gravitasi inti komet sanggup menahan uap dan debu ini, terbentuk selubung uap dan debu yang disebut koma.
Gambar 8. Inti komet Tempel 1, dipotret dengan wahana Deep Impact. (NASA/JPL/Caltech/UMD)
Radiasi Matahari memiliki tekanan. Selain itu, Matahari juga memancarkan angin Matahari, yang isinya ion. Baik tekanan radiasi maupun angin Matahari mendorong koma sehingga terulur membentuk ekor. Ekor komet dapat membentang hingga sejauh 1 SA dari inti komet.
Seperti koma, ekor komet terdiri atas debu dan gas. Rata-rata massa debu lebih besar dari rata-rata massa gas. Jadi, pengaruh tekanan radiasi dan angin Matahari pada debu lebih kecil dari pengaruhnya pada gas. Debu yang terlontar dari inti komet akan tertinggal, membentuk ekor debu yang melengkung. Sementara itu, tekanan radiasi dan angin Matahari selalu mengarah menjauhi Matahari. Akibatnya yaitu ekor gas komet selalu lurus dan menjauhi Matahari.
Gambar 9. Ekor debu dan gas komet. Ekor gas selalu menjauhi Matahari, sementara ekor debu selalu terseret, melengkung menjauhi arah gerak komet. (NASA Ames Researh Center/K. Jobse/P. Jenniskens)
Kebanyakan komet memiliki orbit yang sangat lonjong. Berdasarkan orbitnya, komet dibagi menjadi kelompok-kelompok berikut.
- Komet Periode Pendek. Komet ini memiliki periode kurang dari 200 tahun. Komet periode pendek dibagi lagi menjadi dua kelompok, yakni komet keluarga Jupiter (JFC, Jupiter Family Comet), jika periodenya kurang dari 20 tahun, dan komet keluarga Halley (HFC, Halley Family Comet), jika periodenya antara 20 dan 200 tahun.
- Komet Periode Panjang. Komet ini memiliki periode lebih dari 200 tahun.
- Komet Penampakan Tunggal. Komet ini memiliki lintasan berupa parabola atau hiperbola. Dua jenis lintasan ini bukan lintasan tertutup sehingga bisa saja komet ini kemudian lepas dari Tata Surya. Walaupun demikian ketika di Tata Surya Dalam, komet ini belum tentu lepas. Ini karena usikan gravitasi planet jovian dapat menjadikan lintasan komet tersebut elips.
- Komet Sabuk Asteroid. Telah ditemukan adanya komet di sabuk asteroid. Penemuan komet ini mengaburkan perbedaan antara asteroid dan komet. Boleh jadi komet merupakan asteroid yang memiliki bahan mudah menguap, atau boleh jadi asteroid merupakan komet yang tidak aktif.
Dari Hukum III Kepler, dapat ditentukan panjang sumbu semimayor orbit jika diketahui kala revolusi.
\frac{T_{komet}^2}{a_{komet}^3}=\frac{T_{Bumi}^2}{a_{Bumi}^3}=1 \text{ tahun}^2/\text{SA}^3\\\Rightarrow a_{komet}=\left(\frac{T_{komet}^2}{1 \text{ tahun}^2}\right)^{1/3} \text{SA}\cdots\cdots\left(6\right)
Dari persamaan (6), dapat ditentukan panjang sumbu semimayor orbit komet.
Tabel 3. Panjang sumbu semimayor komet.
kelompok asteroid sumbu semimayor JFC < 7,4 SA HFC 7,4-34,2 SA periode panjang > 34,2 SA
Tentu saja bentuk dan orientasi orbit komet beragam dan tidak tetap, tergantung eksentrisitas, sudut kemiringannya terhadap ekliptika, dan usikan gravitasi Neptunus, Uranus, Saturnus, dan, terutama, Jupiter.
Yet Another Belt
Tahun 1943, Kenneth Essex Edgeworth mengajukan hipotesis keberadaan benda-benda kecil di luar orbit Neptunus. Hipotesis serupa juga diajukan oleh Gerard Kuiper pada tahun 1951.
Hipotesis ini didukung oleh kondisi fisik komet. Ketika dekat dengan Matahari, bahan inti komet menguap. Padahal, usia Tata Surya 4,5 milyar tahun. Rentang waktu ini tentu cukup untuk menguapkan seluruh bahan inti komet. Kenyataannya, penampakan koma dan ekor komet masih saja ada hingga kini. Jadi, mungkin saja ada daerah di luar orbit Neptunus yang isinya benda-benda kecil dan inti komet. Dari daerah inilah mungkin komet berasal. Penampakan koma dan ekor terjadi ketika komet ditarik ke Tata Surya Dalam oleh planet jovian. Daerah asal komet periode pendek dinamai sabuk Kuiper, sementara daerah asal komet periode panjang dinamai awan Oort.
Gambar 10. Sebaran benda-benda di sabuk Kuiper pada 1 Januari 2000, ditandai sebagai titik-titik hijau. Matahari dan planet-planet jovian diberi label nama. (Minor Planet Center)
Tahun 1992, David Jewitt dan Jane Luu berhasil mendeteksi keberadaan dua benda di daerah sabuk Kuiper. Kini, telah dideteksi keberadaan puluhan benda di sabuk Kuiper.
Pluto merupakan anggota sabuk Kuiper. Meskipun demikian ketika Pluto ditemukan, keberadaan sabuk Kuiper tidak dapat dipastikan.
Dwarf Members Rise
Ketika Pluto ditemukan tahun 1930, telah diketahui keberadaan Matahari, komet, asteroid, dan tentu saja planet. Dibandingkan planet, orbit Pluto sangat lonjong. Pun orbitnya memotong orbit Neptunus. Bagaimanapun, Pluto berbentuk bundar dan orbitnya bersih dari benda lain. (Ceres juga bundar, namun di sekelilingnya banyak asteroid lain.) Karena itu, Pluto dikelompokkan sebagai planet.
Tahun 1990-an, telah ditemukan benda-benda di daerah sabuk Kuiper. Benda-benda ini memiliki orbit serupa Pluto, yakni sangat lonjong dan tidak sebidang dengan ekliptika. Astronom mulai curiga bahwa Pluto merupakan bagian dari kelompok tersendiri yang menghuni sabuk Kuiper.
Tahun 2005, telah diketahui keberadaan Quaoar, Sedna, dan Eris. Ukuran ketiganya tidak jauh berbeda dengan Pluto, pun orbitnya juga lonjong dan tidak sebidang dengan ekliptika. Akhirnya pada tahun 2006, International Astronomical Union (IAU) menetapkan definisi-definisi berikut untuk anggota Tata Surya.
- Planet. Planet yaitu benda langit yang a) orbitnya mengelilingi Matahari, b) massanya cukup besar sehingga bentuknya hampir bulat, dan c) telah membersihkan orbitnya dari benda-benda lain.
- Planet Kerdil. Planet kerdil yaitu benda langit yang a) orbitnya mengelilingi Matahari, b) massanya cukup besar sehingga bentuknya hampir bulat, c) belum membersihkan orbitnya dari benda-benda lain, dan d) bukan satelit.
- Benda Kecil. Benda kecil yaitu benda-benda selain planet, planet kerdil, atau satelit.
Dalam definisi IAU di atas, satelit yaitu benda yang mengelilingi benda lain selain Matahari, yang pusat massa sistemnya di bawah permukaan benda yang dikelilingi. Sementara itu, maksud membersihkan orbitnya yaitu massanya dominan sehingga sekalipun ada benda-benda lain di orbitnya, mereka di bawah pengaruh gravitasi massa dominan tersebut. Dengan demikian, Jupiter merupakan planet karena kumpulan asteroid di orbitnya terikat gravitasi Jupiter, sementara Ceres bukan planet karena pengaruh gravitasinya pada asteroid lain tidak dominan.
Melalui spektroskopi, diketahui bahwa kebanyakan benda di sabuk Kuiper tersusun terutama atas bekuan air dan senyawa hidrokarbon.
Story of Pluto
Tahun 1906, Percival Lowell mengadakan pencarian planet kesembilan. Hingga meninggalnya, Percival Lowell tidak menemukannya.
Tahun 1929, Vesto Melvin Slipher, kepala observatorium yang didirikan Lowell, menugaskan pencarian planet kesembilan pada Clyde Tombaugh. Setelah setahun mencari objek yang perpindahan posisinya besar pada plat-plat foto, Tombaugh menemukan planet kesembilan. Nama "Pluto" diusulkan oleh Venetia Burney, siswa sekolah dasar di Inggris.
Gambar 11. Dua dari sekian banyak plat foto yang diperiksa Clyde Tombaugh. Yang dicari yaitu objek yang pergeserannya besar. Pada gambar, objek tersebut ditandai dengan tanda panah; itulah Pluto. (Lowell Observatory Archives)
Tahun 1978, James W. Christy memeriksa kembali plat-plat foto Pluto. Dia menemukan bahwa foto Pluto lonjong pada sejumlah plat. Ternyata, periode kelonjongan foto Pluto sama dengan periode rotasi Pluto. Disimpulkan bahwa ada benda lain yang mengorbit Pluto, dengan periode revolusi sama dengan periode rotasi Pluto.
Gambar 12. Dua dari plat-plat foto yang diperiksa James W. Christy pada tahun 1978. Foto kiri lebih lonjong dari foto kanan. (United States Naval Observatory)
Tahun 1985, dipastikan bahwa memang ada benda yang mengorbit Pluto. Satelit Pluto ini dinamai Charon. Akhirnya pada tahun 2005, ditemukan lagi dua satelit Pluto, yakni Nix dan Hydra.
Pluto's New Home
Pluto mengelilingi Matahari dan bentuknya hampir bulat. Sementara itu sejak 1985, diketahui bahwa lingkungan Pluto ditempati oleh banyak benda yang tidak banyak terpengaruh gravitasi Pluto. Jadi, Pluto belum membersihkan orbitnya. Sejak 2006, Pluto dinyatakan sebagai planet kerdil.
Gambar 13. Pluto dan tiga satelitnya, dipotret dengan teleskop Hubble. (H. Weaver/A. Stern/HST Pluto Companion Search Team)
Pun status Charon sebagai satelit dipertanyakan. Jika m yaitu massa dan d jarak pisah Pluto-Charon diukur dari Pluto, dapat dihitung C, jarak pusat massa Pluto-Charon dari Pluto.
C=\frac{m_{Pluto}\cdot 0+m_{Charon}\cdot d}{m_{Pluto}+m_{Charon}}\\\Rightarrow C=\frac{m_{Charon}}{m_{Pluto}+m_{Charon}}d\cdots\cdots\left(7\right)
Diketahui massa Pluto 1,31.1022 kg dan massa Charon 1,52.1021 kg.
C=\frac{1,52\cdot 10^{21} \text{ kg}}{1,31\cdot 10^{22} \text{ kg}+1,52\cdot 10^{21} \text{ kg}}d\\\Rightarrow C=0,104\cdot d\cdots\cdots\left(8\right)
Jadi, pusat massa Pluto-Charon selalu terletak pada sekitar 1/10 jarak pisah Pluto-Charon. Sementara itu, diketahui jarak rata-rata Charon-Pluto yaitu 19.600 km. Dapat dihitung jarak pusat massa Pluto-Charon dari pusat massa Pluto.
\\C=0,104\cdot 19.600 \text{ km} = 1.960 \text{ km}\cdots\cdots\left(9\right)
Gambar 14. Posisi pusat massa Pluto-Charon berada di atas permukaan Pluto. Jadi, Pluto dan Charon saling mengelilingi.
Padahal, jari-jari Pluto 1.195 km. Jadi, pusat massa Pluto-Charon selalu di atas permukaan Pluto. Dengan demikian, dapat dianggap bahwa Pluto-Charon merupakan sistem planet kerdil ganda.
Yet Another Further, Bigger Swarm
Tahun 1932 untuk menjelaskan keberadaan komet periode panjang, Ernst Öpik mengajukan hipotesis keberadaan kumpulan inti komet di bagian luar Tata Surya, lebih jauh daripada sabuk Kuiper. Tahun 1950, Jan Hendrik Oort mengajukan hipotesis serupa.
Gambar 15. Ilustrasi perbandingan ukuran awan Oort terhadap sabuk Kuiper dan orbit Pluto. (NASA/JPL)
Benda-benda di awan Oort kebanyakan tersusun atas bekuan air dan gas. Meskipun demikian pada tahun 1996, ditemukan asteroid yang menghuni awan Oort. Ada juga planet kerdil di awan Oort, yang ditemukan tahun 2003 dan dinamai Sedna.
Gambar 16. Perbandingan ukuran Tata Surya Dalam, Tata Surya Luar, orbit Sedna, dan awan Oort. (NASA/JPL-Caltech/R. Hurt)
Bacaan
Buie, Marc W., William M. Grundy, Eliot F. Young, Leslie A. Young, dan S. Alan Stern (2006), Orbits and Photometry of Pluto's Satellites: Charon, S/2005 P1, and S/2005 P2, The Astronomical Journal 132: 290-298
Nicholson, Seth B. (1961), The Trojan Asteroids, Astronomical Society of the Pacific, Leaflet No. 381
Person, M.J., A.A.S. Gulbis, J.M. Pasachoff, B.A. Babcock, S.P. Souza, dan J. Gangestad (2006), Charon's Radius and Density from the Combined Data Sets of the 2005 July 11 Occultation, The Astronomical Journal 132: 1575-1580
Weissman, Paul R. dan Harold F. Levison (1997), Origin and Evolution of the Unusual Object 1996 PW: Asteroids from the Oort Cloud, The Astrophysical Journal 488: L133-L136
Tidak ada komentar:
Posting Komentar