Ilmu Bumi dan Antariksa

FIS3224

Matahari dan Bumi

Matahari

Matahari dalamsinar ultraviolet

Matahari

Data

Massa 1,99 1030 kg

Jari-jari 6,96 108 m

Massa jenis rata-rata 1408 kg/m3

Percepatan gravitasipermukaan

274 m/s2

Temperatur permukaan 5778 K

Luminositas (daya) 3,85 1026 W

Intensitas di Bumi 1361 W/m2

Jarak Bumi-Matahari 149,6 juta km (1 astronomical unit)

Matahari

Jika Matahari dijadikan bola kosong, satu juta Bumi bisadimasukkan ke dalamnya.

Massa Matahari sama dengan 99,86% massa Tata Surya.

Cahaya dari Matahari memerlukan sekitar 8 menit untukmencapai Bumi (kecepatan cahaya = 3 108 m/s).

Cahaya Matahari berwarna putih (campuran semua warna).

Umurnya sekitar 4,5 milyar tahun.

Temperatur di pusat bisa mencapai 15 juta derajat celsius.

Terutama terdiri dari unsur hidrogen dan helium; komposisi fotosfer: 73,46% hidrogen 24,85% helium (persen massa).

Memiliki medan magnet yang cukup kuat.

Memancarkan angin Matahari, yaitu aliran partikel-partikelberenergi tinggi.

Spektrum Matahari

Spektrum cahaya tampak Matahari. Garis-garis gelap sebagian besar disebabkan karenaabsorpsi cahaya oleh unsur-unsur di permukaan Matahari. Di lain pihak, garis gelap pada

628 dan 687 nm adalah absorpsi oleh molekul-molekul oksigen di atmosfer Bumi.

Spektrum emisi hidrogen

Spektrum absorpsi hidrogen

Spektrum Emisi Beberapa Unsur

Sumber Energi

Matahari memperoleh sumberenerginya dari reaksi fusi nukliryang mengubah inti-inti atom hidrogen (proton) menjadi intihelium (partikel alfa).

Fusi proton-proton membutuhkan temperatur yang sangat tinggi, karena harusmengalahkan gaya tolakCoulomb antar keduanya. Reaksiini bisa terjadi karena suhu intiMatahari mencapai jutaanderajat Celsius

Energi yang dilepaskan Mataharisetara dengan 7,4 1019 kg dinamit per detik.

Struktur Matahari

Struktur Matahari

Inti Matahari: Tempat terjadinya reaksi nukliryang menghasilkan energi untuk Matahari. Temperaturnya bisa mencapai 15 juta derajatcelsius. Radiusnya 2025% radius Matahari.

Zona radiatif: Daerah di mana energi dari intimerambat keluar secara radiasi. Radiusnyasekitar 70% radius Matahari.

Tachocline: Perbatasan antara zona konvektifdan radiatif.

Zona konventif: Daerah di mana energi darizona radiatif merambat keluar secara konveksisampai permukaan Matahari.

Struktur Matahari

Fotosfer: Permukaan Matahari dengantemperatur 5770 kelvin.

Atmosfer Matahari: Terdiri dari 5 lapisan: daerah temperatur minimum, kromosfer, daerahtransisi, korona, dan heliosfer.Kromosfer, daerah transisi, dan korona jauh lebih

panas daripada permukaan Matahari. Alasannyabelum dimengerti dengan baik.

Suhu rata-rata korona dan angin Matahari sekitar 12 juta kelvin.

Partikel-partikel dalam angin Matahari yang terperangkap dalam medan magnet Bumi danbertumbukan dengan molekul-molekul udara di atmosfer Bumi menghasilkan aurora.

Struktur Matahari

Bintik Matahari: fenomena temporal di permukaan fotosfer Matahari yang kelihatanlebih gelap daripada daerah di sekelilingnya. Bintik Matahari merupakan daerah konsentrasimedan magnet yang menghambat konveksisehingga temperaturnya yang lebih dingin. BintikMatahari biasanya muncul berpasangan, denganmasing-masing bintik memiliki kutub magnet yang berlawanan.

Prominensa: lidah api yang membentang keluardari permukaan Matahari membentuk simpul. Prominensa bisa mencapai korona.

Korona yang Terlihat ketika Gerhana Matahari

Bumi

Bumi

Proyeksi permukaan Bumi (yang berbentuk bola) ke permukaan datardua dimensi. Gambar ini dihasilkan dengan Molweide projection.

BumiBentuk Bumi bukan bulat sempurna, tetapi bulat

pepat dengan gembungan di khatulistiwa radiuskhatulistiwa 6378 km, dan radius kutub 6357 km. Hal ini karena Bumi berputar pada porosnyasehingga mengalami percepatan sentrifugal.

Massa Bumi 5,972 1024 kg dengan massa jenisrata-rata 5515 kg/m3 (terpadat di antara semuaplanet dalam Tata Surya).

Bumi memiliki medan magnet yang kuat. Partikel-partikel berenergi tinggi dalam angin Matahari yang terperangkap dalam medan magnet Bumi danbertumbukan dengan molekul udara dalam atmosfermenghasilkan aurora. Kutub utara/selatangeomagnetik tidak tepat berhimpit dengan kutubutara/selatan geografis.

Kutub Magnet dan Geografis Bumi

11,5

Cermin/Botol Magnetik

Aurora

Aurora

Aurora dilihat dari International Space Station yang mengorbit Bumi.

Aurora

Aurora dilihat dari permukaan Bumi.

Struktur Bumi

Struktur Bumi

Struktur Bumi

Struktur BumiKita mengetahui struktur Bumi dari analisis

gelombang seismik yang ditimbulkan gempa Bumi.

Massa jenis rata-rata Bumi adalah 5515 kg/m3. Karena massa jenis rata-rata material di permukaanBumi sekitar 20003000 kg/m3, kita bisamenyimpulkan bahwa inti Bumi pasti tersusun darimaterial yang lebih padat.

Inti Bumi terdiri dari dua bagian: inti dalam yang padat dengan radius ~1220 km inti luar yang cair(lembek) sampai radius of ~3400 km. Massa jenisnya sekitar 990012200 kg/m3 di inti luar, dan1260013000 kg/m3 di inti dalam. Inti dalamditemukan pada tahun 1936 oleh Inge Lehmanndan dipercaya terdiri dari besi dan nikel. DalamTeori Dinamo, medan magnet Bumi dihasilkan darikonveksi dan efek Coriolis yang terjadi pada inti luar.

Struktur Bumi

Mantel Bumi mencapai kedalaman sekitar 2900 km dari permukaan Bumi. Mantel bagian atas terdiridari mantel litosfer dan asthenosfer. Mantel tersusundari batuan silikat yang kaya dengan besi danmagnesium. Walaupun padat, temperatur yang tinggimenyebabkan batuan silikat menjadi lembeksehingga bisa mengalir secara perlahan dalamjangka waktu yang lama. Konveksi pada mantel menghasilkan gerakan pelat tektonik di permukaanya.

Kerak Bumi memiliki kedalaman 570 km danmerupakan lapisan terluar. Kerak samudera relatiflebih tipis dan lebih padat dibandingkan kerakbenua. Lapisan teratas mantel bersama dengankerak membentuk litosfer.

Struktur Bumi

Tiga bagian/lapisan terluar Bumi yang pentingbagi kehidupan makhluk hidup:Atmosfer (bagian/lapisan udara)

Hidrosfer (bagian/lapisan air)

Litosfer (bagian/lapisan tanah/batuan)

AtmosferAtmosfer Bumi adalah lapisan udara yang mengelilingi

planet Bumi yang dipertahankan oleh gravitasi.

Atmosfer melindungi kehidupan di Bumi dengan cara:Menyerap radiasi ultraviolet (lapisan ozon)Menghangatkan permukaan Bumi dengan menyimpan panas

(efek rumah kaca)Mengurangi perbedaan temperatur siang dan malamMembakar habis sebagian besar meteor yang masuk melalui

gesekan udara sehingga tidak menabrak permukaan Bumi.

Atmosfer Bumi terdiri dari 78,09% gas nitrogen; 20,95% gas oksigen; 0,93% argon; dan 0,039% karbon dioksida(persen jumlah).

Keseimbangan gas-gas di atmosfer terjaga oleh proses alamiah. Manusia dan hewan menghisap oksigen danmengeluarkan karbon dioksida; tumbuhan sebaliknya. Aktifitas industri menghasilkan lebih banyak CO2 yang memperburuk efek rumah kaca.

AtmosferTekanan atmosfer di permukaan laut adalah1,01 105 N/m2 = 760 mmHg, yang setaradengan 10 ton per meter persegi. Massa jenisudara di permukaan laut sekitar 1 kg/m3.

Hamburan Rayleigh menyebabkan cahaya birulebih mudah terhambur oleh molekul-molekuludara di atmosfer, sehingga langit berwarnabiru. Alasan yang sama menjelaskan mengapaMatahari terbenam berwarna merah. KarenaMatahari dekat ke horison, cahaya Matahariharus melewati lapisan atmosfer yang lebih tebaluntuk mencapai mata kita. Sebagian besar warnabiru telah terhambur, sehingga menyisakancahaya yang kemerah-merahan.

Kenapa Langit Biru?

Mengapa Langit Biru?

Aku melihatMatahariterbenamberwarnamerah!

Aku melihatlangit sianghari yang berwarnabiru!

Atmosfer

Cahaya biru lebih banyak terhambur dibandingkan panjang gelombangyang lain sehingga atmosfer terlihat berwarna biru (dilihat dariInternational Space Station pada ketinggian 402424 km).

Lapisan Ozon

Lapisan ozon adalah bagian dari atmosfer yang banyakmengandung gas ozon (O3). Lapisan ini menyerap radiasiultraviolet dari Matahari melalui reaksi kimia:

O3 + O2 + OO2 + O O3

Senyawa-senyawa nitrogen monoksida (NO), dinitrogenoksida (N2O), atom klorin (Cl), dan atom bromin (Br)dapat merusak lapisan ozon. Setiap atom Cl di udara bisamemecahkan sampai 100 ribu molekul ozon.

Penggunaan berskala besar gas chlorofluorocarbon (CFC) dalam berbagai mesin pendingin (kulkas dan AC) telahmenyebabkan lubang di lapisan ozon, sehinggapenggunaannya sangat dibatasi sejak tahun 1970-an.

AtmosferAtmosfer memiliki lima lapisan: dari bawah ke atas:

troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer, eksosfer.

Troposfer: 0-12 km. Temperatur turun seiring denganketinggian karena lapisan ini terutama dipanaskan olehradiasi Matahari yang dipantulkan oleh permukaan Bumi. Awan-awan terbentuk pada ketinggian ini. Pesawatterbang pada ketinggian ini.

Stratosfer: 12-50 km. Temperatur naik seiring denganketinggian karena menyerap radiasi ultra violet. Mengandung lapisan ozon.

Mesosfer: 50-80 km. Sebagian besar meteor terbakarpada lapisan ini

Termosfer: 80-700 km. Aurora kadang-kadang terjadi di sini. International Space Station mengorbit pada lapisanini

Eksosfer: 700-10.000 km di atas permukaan laut, di mana atmosfer perlahan-lahan menipis dan menyatudengan kehampaan luar angkasa.

Atmosfer

Pesawat ulang alik Endeavour mengorbit Bumi di termosfer. Lapisanjingga adalah troposfer, yang dilanjutkan dengan stratosfer yg putih, danmesosfer yang biru.

Atmosfer

Foto gerhana Matahariyang diambil olehpesawat Apollo 12 dalam perjalanan pulangdari Bulan. Perhatikanlapisan tipis atmosferBumi yang bercahaya.

Hidrosfer75% permukaan Bumi tertutup oleh samudra.

Air asin 97,5%; air tawar 2,5%

Seluruh air di permukaan Bumi mengalami siklushidrologi. Beberapa tahap penting dalam siklus tersebutadalah:Penguapan (evaporation) adalah proses dimana air di

permukaan berubah menjadi gas (uap air). Energi diperlukanuntuk proses ini.

Pengembunan (condensation) terjadi ketika uap air di atmosfermendingin dan berkumpul menjadi tetes-tetes air membentukawan. Air melepaskan energi ketika mengembun.

Curahan (precipitation) terdiri dari hujan atau salju yang jatuhdari awan kembali ke permukaan Bumi.

Limpasan (runoff) adalah air dari precipitation yang mengalirmelalui permukaan menjadi sungai dan akhirnya kembali kesamudera.

Transpiration terjadi ketika uap air kembali ke udara melaluidaun-daun tanaman.

Hidrosfer

Litosfer

Litosfer Bumi terdiri dari pelat-pelat tektonik. Pelat-pelat ini mengapung di permukaanastenosfer yang lembek, menyebabkan merekabisa bergesekan dan berbenturan satu sama lain.

Perbatasan antara dua pelat merupakan daerahyang sering mengalami aktivitas geologi danvulkanik; misalnya gempa Bumi, pembentukanpegunungan, pembentukan palung laut (jurangdasar laut), dan pembentukan gunung berapi.

Indonesia terletak pada pertemuan tiga pelat: pelat Australia, Eurasia, dan Filipina.

Pergerakan pelat antara 10-160 mm/tahun.

Litosfer

Litosfer

Rotasi Bumi

Rotasi Bumi adalah gerak perputaran Bumimengelilingi porosnya. Periode rotasi adalah 23 jam 56 menit. Bumi berputar dari barat ke timur.

Akibat rotasi Bumi:Gerak semu harian Matahari (terbit di timur dan

tenggelam di barat).

Penggembungan Bumi di khatulistiwa

Terjadinya efek coriolis pada tornado, yang selaluberputar berlawanan jarum jam di belahan Bumiutara, dan sebaliknya

Perbedaan percepatan gravitasi di kutub dankhatulistiwa (akibat percepatan sentrifugal)

Garis Lintang dan Bujur

Permukaan Bumi dibagi-bagi dalam 180 garislintang (90 lintang utara dan 90 lintangselatan), serta 360 garis bujur (180 bujur baratdan 180 bujur timur).

Garis-garis lintang adalah garis yang membentang barat-timur, sedangkan garis-garisbujur membentang utara-selatan.

Garis 0 lintang adalah garis khatulistiwa. Daerah yang terletak di antara 090 lintangutara dinamakan belahan Bumi utara. Daerah yang terletak di antara 090 lintang selatandinamakan belahan Bumi selatan.

Garis Lintang dan Bujur

Semua tempat yang terletak pada garis bujuryang sama, memiliki waktu yang sama. Dualokasi yang terpisah sejauh 15 memiliki bedawaktu satu jam. Namun demikian, perbatasanantara dua zona waktu yang berbeda biasanyatidak mengikuti garis bujur, tetapi disesuaikandengan perbatasan negara atau propinsi.

Garis 0 bujur disebut meridian utama (prime meridian). Garis ini melewati kota Greenwich di Inggris, dan waktu yang ditunjukkan pada lokasiini dinamakan Greenwich Mean Time (GMT).

Bujur 180 ditetapkan sebagai bataspenanggalan internasional.

Garis Lintang dan Bujur

Garis-garis lintang Garis-garis bujur

Garis Lintang

Khatulistiwa

30 LS

60 LS

30 LU

60 LU90 LU

90 LS

Kutub Utara

Kutub Selatan

Garis Bujur

30 BB0

Meridian Utama

30 BT

60 BB 60 BT

90 BB 90 BT

180

120 BB 120 BT

150 BB 150 BT

Daerah Waktu di Indonesia

Indonesia memiliki 3 daerah waktu:Waktu Indonesia Bagian Barat (WIB) dengan bujur

standar 105 BT yang meliputi Sumatera, Jawa,Madura, Kalimantan Barat, dan Kalimantan Tengah.Waktu WIB 7 jam lebih awal dari GMT.

Waktu Indonesia Bagian Tengah (WITA) dengan bujur standar 120 BT yang meliputi Sulawesi, Bali,Kalimantan Timur, Kalimantan Selatan, NusaTenggara Barat, dan Nusa Tenggara Timur. Waktu WITA 8 jam lebih awal dari GMT.

Waktu Indonesia Bagian Timur (WIT) dengan bujurstandar 135 BT yang meliputi kepulauan Maluku dan Papua. Waktu WIT 9 jam lebih awal dari GMT

Waktu Indonesia

105 BT 120 BT 135 BT

Revolusi Bumi

Teori Heliosentris semua planet mengelilingiMatahari, termasuk Bumi.

Gerak planet-planet mengelilingi Matahari disebutrevolusi.

Revolusi Bumi menyebabkan:Pergantian musimPerubahan lamanya siang dan malamAdanya gerak semu tahunan Matahari

Solstices adalah saat dimana sumbu rotasi Bumimembentuk sudut 66,5 terhadap garis yang menghubungkan Bumi-Matahari.

Equinoxes adalah saat dimana sumbu rotasi Bumitegak lurus garis yang menghubungkan Bumi-Matahari.

Revolusi Bumi dan Iklim

Lingkar Kutub Utara (Arctic Circle): 66,5 LU. Daerah di sebelah utara garis ini disebut sebagai Arktik.

Lingkar Kutub Selatan (Antarctic Circle): 66,5 LS. Daerah di sebelah selatan garis ini disebut sebagai Antartika.

Garis balik utara (Tropic of Cancer): 23,5 LU.

Garis balik selatan (Tropic of Capricorn): 23,5 LS.

Daerah di antara Tropic of Cancer dan Tropic of Capricornmemiliki iklim tropis.

Daerah di antara Tropic of Cancer dan Arctic Circle memilikiiklim subtropis (empat musim); demikian juga daerah di antara Tropic of Capricorn dan Antarctic Circle.

Daerah di sebelah utara Arctic Circle memiliki iklim kutub; demikian juga daerah di sebelah selatan Antarctic Circle.

Revolusi Bumi dan Perubahan Musim

Summer solstice pada belahan Bumi utara terjadipada tanggal 2122 Juni setiap tahunnya: Saat belahan Bumi utara paling condong ke Matahari

Cahaya Matahari jatuh tepat tegak lurus permukaan tanahpada tropic of cancer

Belahan Bumi utara mengalami siang terpanjang

Matahari tidak pernah tenggelam di Arktik

Summer solstice pada belahan Bumi selatan terjadipada tanggal 2122 Desember setiap tahunnya:Saat belahan Bumi selatan paling condong ke Matahari

Cahaya Matahari jatuh tepat tegak lurus permukaan tanahpada tropic of capricorn

Belahan Bumi selatan mengalami siang terpanjang

Matahari tidak pernah tenggelam di Antartika

Revolusi Bumi dan Perubahan Musim

Winter solstice pada belahan Bumi utara terjadi pada. (lanjutkan sendiri)

Winter solstice pada belahan Bumi selatan terjadi pada. (lanjutkan sendiri)

Equinoxes terjadi pada tanggal 2122 Maret dan2223 September setiap tahunnya. Tanggal 2122 Maret adalah spring equinox pada belahan Bumi utara, dan autumn equinox pada belahan Bumi selatan.Pada saat equinoxes:Sumbu rotasi Bumi tegak lurus garis yang menghubungkan

BumiMatahari.

Cahaya Matahari jatuh tepat tegak lurus permukaan tanahpada khatulistiwa.

Siang dan malam sama panjang.

Revolusi Bumi

Summer Solstice Belahan Bumi Utara

Summer Solstice Belahan Bumi Utara

Summer Solstice Belahan Bumi Utara

Perubahan Musim (Belahan Bumi Utara)

Musim panas

Musim dingin

Gerak Matahari di Bola Langit (Khatulistiwa)

Gerak Matahari di Bola Langit (23,5 LU)

Gerak Matahari di Bola Langit (40 LU)

Matahari di Arktik

Pergerakan Matahari di langit Arktik saat summer solstice.Perhatikan bahwa Matahari tidak pernah tenggelam!

Iklim Muson di Indonesia

Indonesia terletak di khatulistiwa yang beriklim tropis. Namundemikian, karena posisi Indonesia terletak di antara duabenua, Indonesia memiliki iklim muson.

Pada AprilOktober, benua Asia mengalami musim panas danAustralia musim dingin. Hal ini menyebabkan tekanan udaradi Australia lebih besar, sehingga angin muson bertiup dariAustralia ke Asia. Angin ini melewati padang pasir di bagianutara Australia yang kering dan Laut Timor yang sempit, sehingga Indonesia mengalami musim kemarau.

Pada OktoberApril, benua Asia mengalami musim dingindan Australia musim panas. Hal ini menyebabkan tekananudara di Asia lebih besar, sehingga angin muson bertiup dariAsia ke Australia. Angin ini melewati Laut Cina Selatan yang luas sehingga mengandung banyak uap air, dan

mengakibatkan Indonesia mengalami musim kemarau.

Indonesia Musim Kemarau

Indonesia Musim Hujan

Bulan (Sisi yang Menghadap Bumi)

Bulan (Sisi Sebaliknya)

Bulan

Data

Massa 7,35 1022 kg

Jari-jari 1737 km

Massa jenis rata-rata 3346 kg/m3

Percepatan gravitasipermukaan

1,62 m/s2

Jarak Bumi-Bulan 384 399 km

Periode rotasi 27,3 hari

Periode revolusi sideris 27,3 hari

Periode revolusi sinodis 29,5 hari

Bulan

Bulan hampir selalu menunjukkan sisi yang sama ke arah Bumi, karena periode rotasinya(27,3 hari) hampir sama dengan periode revolusisinodisnya (29,5 hari).

Bersama dengan Matahari menyebabkanpasang-surut air laut (efek Bulan lebih dominan).

Bulan menjauh dari Bumi kira-kira 3,8 cm per tahun.

Hanya 12 orang yang pernah berjalan di Bulan.

Bulan tidak punya atmosfer.

Bulan adalah satelit alamiah terbesar kelimadalam Tata Surya.

Fase-fase Bulan

A: Bulan baruB: Bulan sabit

C: Bulan separuhD: Bulan cembung

E: Bulan purnamaF: Bulan cembung

G: Bulan separuhH: Bulan sabit

Periode Rotasi dan Revolusi

Periode rotasi Bulan lamanya 27,3 hari: adalah waktu yang diperlukan Bulan untuk sekaliberputar terhadap sumbunya.

Periode revolusi sideris Bulan lamanya 27,3 hari:adalah waktu yang diperlukan Bulan untuk sekalimengelilingi Bumi dengan acuan bintang yang jauh. Fase Bulan pada akhir periode berbeda denganawal periode.

Periode revolusi sinodis Bulan lamanya 29,5 hari: adalah waktu yang diperlukan Bulan untuk sekalimengelilingi Bumi dengan acuan Matahari. FaseBulan pada akhir periode sama dengan awal periode

Periode Sinodis dan Sideris

Gerhana Bulan dan Matahari

Gerhana Bulan terjadi ketika MatahariBumiBulanberada dalam satu garis lurus.

Gerhana Matahari terjadi ketika MatahariBulanBumiberada dalam satu garis lurus.

Ada 3 jenis gerhana Matahari: total, sebagian, dan cincin.

Gerhana Matahari total bisa terjadi karena Bulan danMatahari memiliki ukuran yang hampir sama di langit.

Ada 3 jenis bayangan: umbra, penumbra, dan antumbra.

Umbra adalah bagian tergelap dari bayangan yang samasekali tidak terkena cahaya.

Penumbra adalah bagian dari bayangan yang sedikitterkena cahaya.

Antumbra adalah perpanjangan umbra.

Umbra, Penumbra, dan Antumbra

Mengapa Gerhana Tidak Terjadi tiap Bulan?

Periode revolusi Bulan mengelilingi Bumi adalah 29,5 hari, namun gerhana Matahari dan Bulan tidak terjadi setiap 29,5 hari. Hal ini disebabkan karena bidang revolusi Bulan danBumi tidak berhimpit, tetapi membentuk sudut 5, sehingga bayangan Bulan sering kali tidak mengenai Bumi danakibatnya tidak terjadi gerhana Matahari (demikian jugadengan gerhana Bulan).

Tipe-tipe Gerhana Matahari

Total Sebagian Cincin

Tipe Ciri-ciri Lokasi Pengamat

Total Cakram Bulan sepenuhnya menutupi Matahari Umbra Bulan

Sebagian Cakram Bulan tidak sepenuhnya menutupi Matahari;Matahari berbentuk sabit

Penumbra Bulan

Cincin Cakram Bulan tidak sepenuhnya menutupi Matahari;Matahari berbentuk cincin

Antumbra Bulan

Diagram Gerhana Matahari

Melihat gerhanaMatahari total

Melihat gerhanaMatahari sebagian

Diagram Gerhana Matahari Cincin

Diagram Gerhana Bulan

Gerhana Bulan

Mengapa pada gerhana Bulan, Bulan terlihat berwarna merah?