Medan Magnet Benda Angkasa

Medan Magnet
Benda
Angkasa
Oleh:
Chatief Kunjaya
KK Astronomi ITB
TPOA, Kunjaya 2014
Kompetensi Dasar
 XII.3.4
Menganalisis induksi magnet dan
gaya magnetik pada berbagai produk
teknologi
 XII.4.4 Melaksanakan pengamatan induksi
magnet dan gaya magnetik di sekitar
kawat berarus listrik
TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan pada benda langit






Banyak benda langit mempunyai medan magnet,
dari yang sangat lemah hingga yang luar biasa
kuat
Bumi pun memiliki medan magnet yang relatif tidak
begitu kuat
Bulan hampir tidak mempunyai medan magnet
Matahari mempunyai medan magnet yang
bervariasi
Magnetar (sejenis bintang neutron) adalah benda
langit yang medan magnetnya paling kuat.
Galaksi mempunyai medan magnet yang lemah,
hanya sekitar 10 micro gauss, tapi berperan dalam
aliran gas di bidang galaksi
TPOA, Kunjaya 2014
Magnet Bumi
 Magnet
Bumi tidak begitu kuat, hanya
sekitar 0,5 gauss, tapi cukup efektif
melindungi Bumi dari angin Matahari dan
sinar kosmik.
 Partikel bermuatan dari angkasa luar
sebagian besar dibelokkan oleh medan
magnet Bumi, menghindari Bumi,
sebagian kecil dibelokkan ke arah kutub
 Partikel berenergi sangat tinggi mungkin
bisa menembus magnetosfer hingga
mencapai atmosfer, menyebabkan
fenomena sinar kosmik.
TPOA, Kunjaya 2014
0,5 gauss
TPOA, Kunjaya 2014
Gerak Partikel dalam medan
magnet Bumi
 Partikel
yang bergerak dalam medan
magnet Bumi akan dibelokkan oleh gaya
Lorentz.
 Jika arah gerak tepat tegak lurus
terhadap medan magnet, lintasannya
akan berbentuk lingkaran
 Jika arah gerak tidak tegak lurus
terhadap medan magnet, lintasannya
akan berbentuk spiral
TPOA, Kunjaya 2014
F  qv  B
mv
R
qB
TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Gerak Partikel dalam medan
magnet Bumi
TPOA, Kunjaya 2014
Angin Matahari
 Angin
Matahari terdiri dari partikel
Bermuatan berkecepatan tinggi.
 Partikel bermuatan yang bergerak
menyebabkan medan magnet di
sekitarnya
 Angin Matahari mendistorsi medan
magnet Bumi
 Bintang-bintang lain banyak yang
menghembuskan angin bintang juga
TPOA, Kunjaya 2014
Distorsi Medan Magnet Bumi
oleh Angin Matahari
TPOA, Kunjaya 2014
Sinar kosmik




Sinar kosmik adalah partikel bermuatan dari
angkasa luar yang berkecepatan tinggi
Sebagian besar partikel bermuatan dari
angkasa yang jatuh ke magnetosfir Bumi
berasal dari Matahari, tapi ada juga yang
berasal dari pusat galaksi, supernova dll.
Partikel angin Matahari yang bisa masuk
hingga atmosfir Bumi menumbuk partikel di
atmosfir bisa menghasilkan aurora di daerah
sekitar kutub
Kecepatan partikel yang berasal dari luar
tata surya mempunyai kecepatan jauh lebih
tinggi, lebih mungkin menyebabkan sinar
kosmik
TPOA, Kunjaya 2014
Contoh Soal
Sebuah proton masuk ke daerah
khatulistiwa Bumi. Pada saat ketinggiannya
20 km dari permukaan Bumi, kecepatan
proton itu 0,5 kali kecepatan cahaya
dengan arah tegak lurus terhadap
permukaan Bumi diatas khatulistiwa Bumi.
Apakah proton itu dapat mencapai
permukaan Bumi jika tidak menumbuk
partikel lain?
 Diketahui massa proton : 1,6726 × 10-27 kg,
muatan proton : 1,6 × 10-19 Coulomb dan
medan magnet Bumi 0,6 gauss.
TPOA, Kunjaya 2014
Jawab

Karena medan magnet Bumi, gerak
proton akan mendapat gaya ke arah
Timur sehingga lintasannya akan
melengkung dengan jejari :
mv
R
qB
 Dengan
memasukkan angka-angka
diatas diperoleh R ≈ 26 km. Karena
ketinggiannya lebih kecil dari R maka
proton itu akan sampai ke permukaan
TPOA, Kunjaya 2014
Bumi meski pun membelok.
Aurora
 Saat
partikel angin Matahari menumbuk
molekul di atmosfir Bumi, terjadi eksitasi,
deeksitasi, ionisasi dan rekombinasi.
 Proses itu menyebabkan pancaran radiasi
di angkasa
 Mengapa terjadi di sekitar kutub?
 Karena partikel bermuatan dibelokkan
oleh medan magnet ke arah kutub kalau
tidak dibelokkan menjauhi Bumi.
TPOA, Kunjaya 2014
Aurora
TPOA, Kunjaya 2014
Aurora
TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan di Matahari
 Matahari
mempunyai medan magnet
 Mekanisme pembangkitannya adalah
mekanisme dinamo
 Partikel bermuatan yang bergerak
menghasilkan medan magnet
 Berbagai macam pola gerak partikel di
Matahari menyebabkan pola medan
magnet yang kompleks
TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan Matahari





Kuat medan magnet di permukaan Matahari
sekitar 1 gauss
Medan magnet di permukaan Matahari
bervariasi menurut lokasi dan waktu
Suatu daerah di permukaan Matahari pada
suatu waktu bisa mempunyai medan magnet
yang jauh lebih tinggi dari sekitarnya.
Di tempat yang kuat medan magnetnya tinggi
bisa terjadi bintik Matahari (sunspot)
Medan magnet di sunspot bisa mencapai 2000 –
4000 gauss, temperaturnya turun hingga sekitar
4500K dari sekitar 5800K
TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan di Matahari




Banyaknya bintik Matahari menunjukkan aktivitas
Matahari
Ketika di permukaan matahari sedang banyak
sunspot, probabilitas terjadinya Prominensa, flare
(ledakan) dan lontaran massa corona (Coronal
Mass Ejection, CME) juga besar.
Ketika terjadi flare atau CME, terlontar massa
dalam jumlah besar
Kalau lontaran itu ke arah Bumi, hembusan angin
Matahari menjadi deras, menyebab-kan badai
magnetik di atmosfer atas dan aurora di kutub.
TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Bintang Neutron






Bintang neutron adalah sisa inti bintang yang
sebagian besar komponennya neutron
Massanya setara Matahari diameternya sekitar 10-15
km, rotasinya sangat cepat
Bintang neutron memiliki medan magnet yang
sangat kuat ≈ 9 x 1013 gauss.
Sejenis bintang neutron yang disebut magnetar
adalah benda yang diketahui memiliki medan
magnet terkuat di alam semesta (hingga saat ini)
Kuat medan magnet magnetar dapat mencapai 2 x
1015 gauss
Pancaran gelombang radio dari kutub2 bintang
neutron jauh lebih kuat daripada sekitarnya
TPOA, Kunjaya 2014
Pulsar
 Bila
sumbu magnet bintang neutron tidak
sejajar dengan sumbu rotasi, ketika kutub
magnet yang memancarkan gelombang
radio mengarah ke Bumi, Bumi akan
menerima pulsa gelombang radio.
 Sumber pulsa radio itu disebut pulsars
(pulsating radio source)
 Dari periode datangnya pulsa dapat
diketahui periode rotasi pulsar, biasanya
dalam orde milidetik hingga detik.
TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Medan Magnet Galaksi



Dari pengamatan cahaya nintang yang
melewati materi antar bintang, diketahui
bahwa di ruang antar bintang yang nyaris
hampa itu ternyata masih ada medan
magnet.
Hal ini dapat diketahui dari orientasi bulir
debu materi antar bintang yang mempunyai
pola tertentu yang diarahkan oleh medan
magnet.
Arah orientasi bulir itu dapat diketahui
dengan pengamatan polarisasi
TPOA, Kunjaya 2014
Soal-soal
(OSP 2004) Bintik Matahari berwarna gelap
disebabkan oleh ……………
a. planet dan asteroid melintas Matahari
b. medan magnetik kuat
c. aliran gas ke atas
d. awan di Matahari
e. reaksi nuklir di dalam Matahari
TPOA, Kunjaya 2014
Soal-soal
(OSKK 2007) Partikel angin Matahari dapat
ditangkap oleh Magnetosfer Bumi. Ketika
partikel-partikel ini bergerak secara spiral di
sepanjang medan magnet, akan menghasilkan
peristiwa ...
a. Efek rumah kaca
b. Tropical storms (daerah dimana udara
berotasi dengan cepat)
c. Warna kemerah-merahan yang sering kita
lihat ketika Matahari terbenam
d. Aurora (cahaya di arah utara dan selatan)
e. Kualitas program di televisi di belahan Bumi
utara menjadi terganggu
TPOA, Kunjaya 2014
Soal-soal
Jika ada suatu elektron yang karena fenomena
angin Matahari dilontarkan dari Matahari ke
arah Bumi, lintasannya tepat tegak lurus
terhadap permukaan Bumi diatas provinsi Riau.
Bagaimana lintasan elektron itu ketika masuk ke
magnetosfir bumi ?
a. terus lurus menuju permukaan Bumi hingga
sampai permukaan Bumi
b. dibelokkan ke arah Barat
c. dipantulkan oleh mangnetosfir sehingga
berbalik ke arah Matahari
d. dibelokkan ke arah Timur
e. lintasannya tidak dapat diprediksi
TPOA, Kunjaya 2014