Presentasi Materi 2 PFBA

TATA SURYA & SISTEM
KEPLANETAN LAIN
Pembentukan Tata Surya
• Anggota-anggota Tata Surya
• Hukum Kepler
• Sistem Keplanetan di Luar Tata Surya
•
Kompetensi Dasar:
Memahami konsep Tata Surya
Judhistira Aria Utama, M.Si.
Lab. Bumi & Antariksa
Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
Pembentukan Tata Surya

Digagas pertama kali oleh Rene Descartes (1644), dielaborasi oleh
Immanuel Kant dan dilajutkan oleh Pierre Simon de Laplace  Nebular
Hypothesis.
Tata Surya
terbentuk sebagai
produk sampingan
dari pembentukan
Matahari.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
2

Kelahiran Tata Surya dapat dirangkum dalam 3 proses utama:
I. Keruntuhan awan gas dan debu
II. Pemipihan awan karena rotasi
III. Kondensasi protobintang dan protoplanet
Bersamaan dengan
keruntuhan yang terus
berlanjut, rotasi
membentuk daerahdaerah yang mulai
berkontraksi secara
gravitasi. Daerahdaerah kondensasi
lokal ini akan
membentuk Matahari,
planet-planet, satelit
alami, dan bendabenda Tata Surya
lainnya.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
3
Ilustrasi seniman yang menunjukkan protobintang yang dikelilingi
bahan-bahan pembentuk planet.
Nebula M16 oleh Hubble
Space Telescope (HST).
Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010
4
Mengapa Berbeda?
Planet
Kebumian
Planet Jovian
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
5
Perbedaan yang Terlihat…
Terrestrial Planets
Small size, low mass
Dense, rocky solid surfaces
Close to the Sun (within 1.5 AU)
Jovian Planets
Large and massive
Low density, huge gaseous
atmospheres
Farther away (from 5.2 to 30
AU)
Heavy gas atmospheres (N2, O2,
CO2)
Lighter elements, H and He
Fast orbiting velocity
Slow orbiting velocity
Few satellites (2)
Many moons (over 60)
Weak magnetic fields
Strong magnetic fields
No ring system
Planetary rings
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2010
6
Mengapa Planet Dalam Tersusun atas Batuan
sementara Planet Luar Berupa Gas?
Ada tiga alasan utama:

Di tempat terbentuknya planet-planet kebumian kondisinya terlampau
panas bagi gas raksasa untuk berkondensasi membentuk partikel padat.

Ketika Matahari memulai reaksi termonuklir di pusatnya, angin Matahari
(solar wind; aliran partikel bermuatan yang keluar dari Matahari) meniup
gas dan debu menjauh dari daerah tempat terbentuknya planet-planet
kebumian. Di jarak yang semakin jauh, kekuatan angin Matahari pun
berkurang.

Fisik planet-planet kebumian relatif lebih kecil, sehingga gravitasi tidak
mampu menahan lepasnya gas-gas ringan ke angkasa. Berbeda halnya
dengan planet-planet gas raksasa yang memiliki gravitasi lebih kuat,
sehingga mampu menahan gas-gas dalam jumlah besar.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
7
Latihan

Dengan menggunakan informasi jari-jari Bumi yang besarnya 6370 km
dan percepatan gravitasi di permukaan Bumi g = 9,8 m/s2, (i) perolehlah
massa jenis rata-rata Bumi! (ii) Dengan mengetahui bahwa massa jenis
rata-rata granit di permukaan Bumi adalah 2,75x103 kg/m3, apa yang
dapat Anda simpulkan tentang massa jenis material di bagian dalam
(interior) Bumi?

Seandainya planet akan kehilangan atmosfernya saat kecepatan molekul
melampaui 1/6 kali kecepatan lepas, berapakah massa minimum yang
diperlukan Merkurius untuk dapat mempertahankan keberadaan
nitrogen di atmosfernya? (Diketahui: Mr N2 = 28, radius Merkurius =
0,4 R, temperatur permukaan Merkurius = 600 K)
vlepas
 Mplanet


M 

 11, 2
km s 1
 R planet


R  

vmolekul  0,157
T
km s1
Mr
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
8
Kemiripan Di antara Mereka…

Diduga, pada masa lalu air pernah hadir di seluruh planet kebumian
dalam fase yang berbeda-beda.
 Di Venus dan Merkurius air sudah lama menguap karena dekatnya jarak dengan Matahari.
 Di Mars, air masih ada di daerah kutub dan di dekat permukaan.
 Di Bumi, air berada dalam kondisi yang memungkinkannya hadir
dalam fase cair.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
9
Fakta Lainnya…
 Merkurius tidak memiliki atmosfer karena jarak yang terlampau
dekat dengan Matahari. Ketiadaan atmosfer berkontribusi pada
tingginya temperatur permukaan planet.
 Venus justru memiliki atmosfer yang sangat tebal, yang menghasilkan efek rumah kaca berketerusan (runaway greenhouse effect)
sehingga menjadikannya planet terpanas di Tata Surya!
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
10
Kemiripan Di antara Mereka…


Badai yang besar merupakan hal yang umum di Jupiter, Saturnus,
dan Neptunus. Di Neptunus, angin yang kuat (mencapai 1100
km/jam) diamati di dekat ekuator. Sementara di Jupiter, juga di
dekat ekuatornya, dikenal the Great Red Spot yang merupakan
badai raksasa dengan kecepatan mencapai 500 km/jam.
Planet-planet gas semuanya memiliki sistem cincin yang tersusun
atas partikel-partikel es kecil, debu, dan batuan.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
11
Keanekaragaman yang Lainnya
Perbedaan mencolok antara Io dan Bulan
Vulkanik, sulfur…..
Mati secara geologis,
batuan gelap
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
12
Interior Planet Kebumian
Diferensiasi: terjadi pemisahan lapisanlapisan di interior planet.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
13
Proses-Proses di Permukaan Planet


Empat proses geologis utama:
•
Vulkanisme
•
Tektonisme
•
Erosi
•
Pembentukan kawah
karena tumbukan dengan
benda dari luar angkasa
Kombinasi dari keempat proses ini memberikan apa
yang terlihat di permukaan planet-planet kebumian.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
14
Vulkanisme
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
15
Tektonisme
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
16
Erosi
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
17
Pengkawahan
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
18
Benda Kecil di Tata Surya: Planet Kerdil
 Dwarf
planet atau planet kerdil adalah benda
langit yang memenuhi kriteria:
1. Orbitnya mengelilingi Matahari
2. Memiliki massa yang cukup untuk menghasilkan gaya gravitasi
sendiri, berwujud benda tegar yang bentuknya mendekati bulat
3. Memiliki orbit yang memotong orbit objek lain di Tata Surya
4. Bukan satelit alam dari planet
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
19
Benda Kecil di Tata Surya: Asteroid

Ada jutaan batuan ”kecil” disebut asteroid yang juga mengorbit
Matahari; sebagian besar berada di antara orbit planet Mars dan
Jupiter (dikenal pula sebagai daerah sabuk utama).

Asteroid dengan ukuran kurang dari 300 kilometer cenderung
memiliki bentuk yang tidak beraturan karena gravitasinya yang
tidak cukup kuat memampatkan batuan untuk dapat memiliki
bentuk sferis (membulat).
Asteroid 433 Eros yang memiliki
ukuran elipsoid 33x13x13 km.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
20
Asteroid dikelompokkan menurut kandungan mineral batuannya, yaitu:
asteroid tipe C (= carbonaceous): asteroid yang tersusun atas material silikat
dengan banyak senyawa karbon sehingga terlihat sangat gelap. Komposisi material
penyusunnya ini dapat diketahui dengan menganalisis spektrum cahaya Matahari
yang dipantulkan permukaan asteroid (hanya 3% hingga 4% saja sinar Matahari yang
dipantulkan). Spektrum pantulan ini menunjukkan bahwa asteroid jenis ini
tergolong primitif, artinya batuan angkasa ini belum berubah sejak pertama kali
terbentuk sebagai sisa-sisa pembentukan planet pada 4,6 milyar tahun yang lampau.
asteroid tipe S (= silicate): asteroid yang tersusun atas material silikat tanpa
senyawa karbon, sehingga terlihat lebih terang daripada asteroid tipe C. Asteroid
tipe ini memantulkan 15% sampai 20% cahaya yang tiba di permukaannya.
asteroid tipe M (= metal): asteroid yang tersusun atas logam besi dan nikel.
Asteroid logam lebih terang daripada asteroid tipe karbon dan silikat. Asteroid ini
diduga terbentuk dari objek yang intinya mengalami diferensiasi. Objek-objek
besar pada awal pembentukan Tata Surya memiliki temperatur yang cukup panas
sehingga berada dalam keadaan cair. Keadaan seperti ini memungkinkan besi dan
nikel terbenam ke arah pusat sementara material yang lebih ringan, seperti batuan
silikat, bergerak ke arah permukaan. Karena objek-objek yang lebih kecil mendingin
lebih cepat dibandingkan objek-objek yang lebih besar, intinya pun menjadi kurang
terdiferensiasi. Dalam Tata Surya awal, kondisi yang dinamis membuat objek-objek
besar dengan inti terdiferensiasi tersebut mudah mengalami tumbukan satu dengan
lainnya. Saat bertumbukan itulah, objek-objek tersebut pecah dan menyisakan inti
logam mereka yang sekarang menjadi asteroid tipe M ini.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
21
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
22
Benda Kecil di Tata Surya: Komet
Komet menghabiskan sebagian besar
waktunya pada jarak yang jauh dari
Matahari  berselimutkan es!
Ketika mendekati Matahari, senyawa
volatile (es air, es metana, CO2 beku,
amonia beku dll) mulai bersublimasi
menjadi gas.



Gas (ion) tail (menjauhi Matahari
karena pengaruh angin Matahari)
Dust tail (menjauhi Matahari karena
tekanan foton)
Coma
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
23
Benda Kecil di Tata Surya: Meteoroid
Jenis meteorit:
• Batuan
• Batuan-besi
• Besi
Banyak hubungan
dengan asteroid.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
24
Hukum Kepler
Astronom berkebangsaan Jerman,
Johannes Kepler, berhasil menyederhanakan
teori
tentang
pergerakan
planet
dengan
memanfaatkan data observasi yang
ditinggalkan Tycho Brahe.
Grolier Encyclopedia
Johannes Kepler (1571-1630)
1. Orbit planet berbentuk elips dengan Matahari berada di salah satu
titik fokus  Bentuk orbit dan posisi Matahari di dalamnya.
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
25
2. Vektor radius (garis hubung Matahari-planet) menyapu luas daerah yang sama dalam selang waktu yang sama.
dA 

1
2
r  vdt
1
2m
dA
L

dt 2m
r  mv dt
Planet bergerak lebih cepat ketika
di dekat Matahari (perihelion) dan
sebaliknya lebih lambat ketika jauh
dari Matahari (aphelion).
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
26
3. Pangkat tiga setengah-sumbu panjang orbit planet sebanding
dengan kuadrat periode revolusi planet.
F  Mpa sentripetal
Berlaku pula untuk
sistem lainnya;
planet & satelit
ataupun bintang
ganda.
Fgrav  Mpa sentripetal
 v2 
GMMMP
 Mp  
2
r
 r 
2

r  
GMM

2





r
2
r
 r 


2
GMM  2 
4 2

 2

3
r
T
 T 
3
GMM
r

2
2
T
4
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
27
Simulasi Hukum Kepler
Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010
28
Sistem Keplanetan Luar Tata Surya
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
29
Penemuan: 51 Pegasi b
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
30
Simulasi Kecepatan Radial-1
Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010
31
Simulasi Kecepatan Radial-2
Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010
32
Sistem dengan Lebih dari 1 Planet
Hingga saat ini, sudah lebih dari 850 buah planet ditemukan mengorbit bintang selain Matahari. Adakah planet yang mendukung kehidupan seperti Bumi?
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
33