astro tata surya
Post on 15-Jan-2016
232 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
TATA SURYA
Tata surya terdiri dari pusat bintang yang disebut matahari, delapan planet, beberapa
planet kerdil, puluhan bulan atau satelit, jutaan asteroid dan benda Trans-Neptunian (TNOs),
dan berjuta komet dan meteoroid.
Pembatasan atas kategori ini belum jelas. Penemuan sistem Tata Surya baru disebabkan
bahwa pada tahun 2006 International Astronomical Union (IAU) di Majelis Umum yang
didefinisikan tiga kategori yang berbeda untuk memperjelas situasi yang terjadi :
(1) planet adalah sebuah benda luar angkasa yang: (a) orbitnya mengelilingi Matahari, (b)
memiliki massa yang cukup sehingga gravitasinya tidak mengganggu dan diasumsikan
adanya kesetimbangan hidrostatik (bentuknya hampir bulat), dan (c) daerah atau lingkungan
disekitar orbitnya bersih.
(2) Sebuah planet kerdil atau planetoid merupakan benda angkasa yang: (a) orbitnya
mengelilingi Matahari, (b) memiliki massa yang cukup sehingga gravitasinya tidak
mengganggu sehingga diasumsikan adanya kesetimbangan hidrostatik (bentuk hampir bulat),
(c) daerah atau lingkungan disekitar orbitnya belum bersih, dan (d) tidak ada satelit.
(3) Semua benda-benda lain yang mengorbit Matahari akan disebut secara kolektif
sebagai anggota Tata Surya Kecil. Ini termasuk sebagian besar asteroid, Trans-Neptunus
Objects, komet, dan benda- benda kecil lainnya.
Satelit adalah suatu benda yang mengorbit tubuh utama sehingga pusat massa utama
(barycentre). Jika hal ini tidak terjadi, maka sistem ini disebut sistem biner. Misalnya, dalam
kasus Bumi dan Bulan yang barycentre dari sistem ini adalah Bumi, dan Bulan satelit bumi.
Dalam sistem Pluto-Charon pusat massa di luar Pluto, dan karena itu mereka disebut sistem
biner.
Planet-planet dalam urutan dari Matahari adalah: Merkurius, Venus, Bumi, Mars, Jupiter,
Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Menurut definisi IAU tahun 2006, Pluto adalah planet kerdil
dan prototipe kategori baru dari objek Trans-Neptunus.
Planet Merkurius dari ke Saturnus yang cerah dan baik terlihat dengan mata telanjang.
Uranus dan Neptunus dapat dilihat dengan teropong. Selain planet-planet terang, hanya
komet terang yang terlihat dengan mata telanjang.
Jarak di tata surya sering diukur dalam satuan astronomi (AU), jarak rata-rata Matahari
dan Bumi. Sumbu semimayor dari orbit Merkurius 0,39 AU, dan jarak dari Neptunus adalah
30 AU. Di luar orbit Neptunus ada populasi besar badan es kecil memanjang ke puluhan ribu
AUs. Tata Surya memiliki tepi luar yang jelas. Jarak ke bintang terdekat, Proxima Centauri
adalah lebih dari 270.000 AU.
Gravitasi mengontrol gerakan tubuh tata surya. Orbit planet mengelilingi matahari
(Gambar. 7.1) adalah elips hampir coplanar yang menyimpang hanya sedikit dari posisinya.
Pesawat-pesawat orbit asteroid, tubuh kecil yang mengelilingi Matahari terutama antara orbit
Mars dan Jupiter, sering lebih miring daripada pesawat dari orbit tary Plane. Asteroid dan
Objek Trans-Neptunus berputar di arah yang sama dengan planet utama; komet, namun, bisa
bergerak dalam arah yang berlawanan. Orbit komet bisa sangat memanjang, bahkan
hiperbolik.
Sebagian besar satelit planet lingkaran bergerak ke arah yang sama dengan planet dalam
mengelilingi matahari hanya gerakan partikel kecil, gas dan debu dipengaruhi oleh angin
matahari, tekanan radiasi dan medan magnet.
Planet-planet dapat dibagi menjadi kelompok-kelompok yang berbeda secara fisik (lihat
Gambar. Gambar. 7.2). Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars disebut terestrial (seperti Bumi)
planet; mereka memiliki permukaan padat, adalah ukuran hampir sama (diameter dari 5000
ke 12.000 km), dan memiliki kepadatan rata-rata tinggi (4000-5000 kg m-3, kepadatan air
adalah 1000 kg m-3). Planet dari Jupiter ke Neptunus disebut Jovian (seperti Jupiter) atau
planet raksasa. Kepadatan planet raksasa sekitar 1000-2000 kg m-3, dan sebagian besar dari
volumenya adalah cair. Diameter sepuluh kali lebih besar daripada planet terestrial.
Planet kerdil Pluto jatuh di luar klasifikasi ini. Pluto adalah prototipe untuk keluarga
tubuh es yang mengorbit Matahari di tepi luar tata surya. The covery dis benda besar sejak
awal 1990-an di luar orbit Neptunus mengangkat pertanyaan tentang status Pluto. Diskusi
memuncak dalam Majelis Umum IAU pada tahun 2006 ketika definisi planet yang baru
diterima. Hal ini mengurangi jumlah planet utama menjadi delapan.
Kebanyakan dan paling akurat data tata surya yang saat ini col lected oleh pesawat ruang
angkasa. Banyak metode yang digunakan dalam geosains yang saat ini diterapkan dalam
studi planet. Landers telah dikirim ke Bulan, Venus, Mars, dan Saturnus Titan bulan dan
semua planet utama, satelit- satelinya, dan banyak asteroid dan komet telah dipelajari dengan
pesawat ruang angkasa.
Gambar 7.1. (a) orbit planet dari Merkurius ke Mars. Garis putus- putus mewakili bagian dari orbit bawa
hekliptika; panah menunjukkan jarak perjalanan oleh planet selama satu bulan (Januari2000). (b) Planet dari
Jupiter ke Neptunus dan planet kerdil Pluto. Tanda panah menunjukkan jarak perjalanan dengan planet- planet
selama interval 10 tahun 2000- 2010.
Gambar 7.2. (Planet utama dari Merkurius ke Neptunus. Empat inner paling planet disebut planet terestrial dan
empat yang paling luar adalah planet raksasa. Tiga planet kerdil juga ditampilkan ukuran relatif Matahari
ditampilkan disebelah kiri. Jarak planet ke matahari tidak dalam skala. (The International Astronomical
Union/Martin Kornmesser)
7.1 Konfigurasi Planetary
Gerakan jelas planet-planet yang cukup dipersulit, sebagian karena mereka merefleksikan
gerakan bumi mengelilingi matahari (Gambar. 7.3). Biasanya planet-planet bergerak (motion
langsung, berlawanan seperti yang terlihat dari belahan bumi Utara) ke arah timur bila
dibandingkan dengan bintang-bintang. Kadang-kadang gerakan berbalik arah yang
berlawanan atau retrograde. Setelah beberapa minggu gerak retrograde, arah berubah lagi,
dan planet terus ke arah aslinya. Hal ini sangat bisa dimengerti bahwa astronom kuno
memiliki kesulitan- kesulitan besar dalam menjelaskan dan pemodelan bergantian dan
perputaran yang rumit.
Gambar 7.3. (a) gerak semu dari Mars selama 1995 posisi op. (b) posisi relatif dari Bumi dan Mars.
Proyeksi arah Bumi-Mars di dalam fi nitely jauh hasil falak dalam (a)
Gambar 7.4 menjelaskan beberapa dasar dari konfigurasi planetary. Sebuah planet
superior (planet di luar orbit Bumi) dikatakan bertentangan ketika berlawanan dengan
Matahari, saat Bumi berada di antara planet dan Matahari. Ketika planet berada di belakang
matahari, itu adalah dalam hubungannya. Dalam prakteknya, planet ini mungkin tidak tepat
berlawanan atau di belakang Matahari karena orbit planet dan Bumi tidak pada bidang yang
sama. Dalam ilmu astronomi oposisi dan konjungsi yang didefinisikan dalam hal bujur
ekliptika. Bujur dari tubuh dan Matahari berbeda 180 pada saat oposisi; dalam hubungannya
dengan garis bujur yang sama. Namun, kenaikan yang tepat digunakan jika tubuh lainnya
tidak Matahari Titik-titik di mana gerakan jelas planet ternyata menuju arah yang berlawanan
disebut titik stasioner.
Oposisi terjadi di tengah-tengah lingkaran retrograde. Planet inferior (Merkurius dan
Venus) tidak pernah bertentangan. Konfigurasi terjadi ketika salah satu dari planet-planet ini
berada diantara Bumi dan Matahari disebut hubungannya rendah. Hubungannya sesuai
dengan yang dari planet superior disebut bersama atas atau bersamaan unggul. Perpanjangan
maksimum (timur atau ke barat) jarak sudut dari planet ke Matahari adalah 28 untuk
Mercury dan 47 untuk Venus. Perpanjangan ini disebut timur atau barat, tergantung pada sisi
mana Matahari dan planet terlihat. Planet ini merupakan "bintang malam" dan setelah
Matahari bila dalam perpanjangan timur; di perpanjangan barat planet terlihat di langit pagi
sebagai "bintang pagi".
Periode sinodis adalah interval waktu antara dua peristiwa yang berurutan (misalnya
oposisi). Periode yang kita gunakan dalam bab- bab sebelumnya adalah riod Otosidereal, saat
revolusi mengelilingi Matahari, unik untuk setiap objek. Periode sinodis tergantung pada
perbedaan periode sidereal dari dua badan.
Periode sidereal dari dua planet menjadi P1 dan P2. (Berasumsi bahwa P1 <P2). Kecepatan
sudut rata-rata (bergerak) adalah 2π / P1 dan 2π / P2. Setelah periode sinodis P1,2, planet
bagian dalam telah membuat satu revolusi penuh lebih dari planet luar :
atau
(7.1)
Sudut Matahari- planet- bumi disebut sudut fase sering dilambangkan dengan α. Sudut
fase antara 0 dan 180 dalam kasus Merkurius dan Venus. Ini berarti bahwa kita dapat
melihat "Venus penuh", "setengah Venus", dan sebagainya, persis seperti dalam fase Bulan.
Rentang sudut fase untuk planet superior lebih terbatas. Untuk Mars tahap maksimum 41,
untuk Jupiter 11, dan Neptunus hanya 2.
7.2 Orbit Bumi dan Visibilitas Matahari
Tahun sidereal adalah periode orbit nyata dari bumi mengelilingi matahari setelah satu
tahun sidereal, Matahari terlihat pada posisi yang relatif sama dengan bintang. Panjang tahun
sidereal adalah 365,256363051 hari 86.400 SI detik pada J2000.0 zaman = 2.000 1 Januari
12:00:00 TT.
Kami mencatat sebelumnya bahwa, karena presesi sesuai arah equinox bergerak vernal
sepanjang ekliptika di sekitar 50 per tahun. Ini berarti bahwa Matahari kembali ke
vernal equinox sebelum satu tahun sidereal berakhir. Interval waktu ini, disebut tahun tropis,
adalah 365.24218967 hari.
Sebuah definisi ketiga tahun ini didasarkan pada titik persinggahan bintang di bumi.
Gangguan planet menyebabkan perubahan bertahap ke arah titik persinggahan bintang di
bumi.. Interval waktu antara dua bagian perihelion disebut tahun tidak normal, besarnya
365,259635864 hari, sedikit lebih lama dari tahun sidereal. Dibutuhkan sekitar 21.000 tahun
untuk perihelion berputar 360 relatif terhadap vernal equinox.
Kemiringan ekuator bumi sekitar 23.5 terhadap ekliptika. Karena gangguan, sudut ini
berubah dengan waktu. Jika hal periodik diabaikan, kemiringan dari ε ekliptika dapat
dinyatakan sebagai:
(7.2)
di mana T adalah waktu berlalu sejak zaman 2.000,0 di Julian abad (lihat Sect. 2.14).
Ekspresi ini berlaku untuk beberapa abad sebelum dan sesudah tahun 2000. Kemiringan
bervariasi antara 22.1 dan 24.5dengan 41.000 tahun periodisitas saat kemiringan menurun.
Ada juga variasi yang lain dalam jangka waktu yang pendek.
Deklinasi matahari bervariasi antara -ε dan + ε sepanjang tahun. Pada waktu tertentu,
matahari terlihat pada puncaknya dari satu titik di permukaan bumi. Lintang titik ini adalah
sama dengan deklinasi matahari pada lintang -ε (Garis balik dari capricorn) dan + ε (Garis
balik dari Cancer), matahari terlihat pada puncaknya sekali setiap tahun, dan antara garis
lintang ini dua kali setahun. Di belahan bumi utara matahari tidak akan mengatur jika lintang
lebih besar dari 90 - δ, di mana δ adalah deklinasi matahari.
Lintang selatan di mana dapat dilihat matahari pada tengah malam, yaitu 90 - ε = 66.55,
ini disebut Lingkaran Arktik. (Hal yang sama berlaku di belahan bumi selatan.) Lingkaran
kutub utara adalah tempat paling selatan di mana Matahari (dalam teori) di bawah cakrawala
selama sepanjang hari di balik matahari musim dingin. Waktu tanpa matahari berlangsung
lama dan lebih lama ketika orang pergi utara (selatan di belahan bumi selatan). Di kutub,
siang dan malam paruh terakhir tahun masing-masing. Dalam prakteknya, refraksi dan lokasi
situs mengamati akan memiliki pengaruh besar pada visibilitas tengah malam matahari dan
jumlah matahari berkurang. Karena refraksi menimbulkan objek terlihat di cakrawala, tengah
malam matahari dapat dilihat sedikit lebih jauh ke selatan daripada di Lingkaran Arktik.
Untuk alasan yang sama matahari dapat dilihat secara bersamaan di kedua kutub sekitar
waktu vernal equinox musim gugur.
Eksentrisitas orbit bumi adalah sekitar 0,0167. Jarak dari matahari bervariasi antara 147-
152000000 km. Fluks kepadatan radiasi matahari bervariasi agak di bagian yang berbeda dari
orbit bumi, tapi ini tidak berpengaruh pada musim. Bahkan Bumi di perihelion di awal
Januari, di tengah musim dingin di belahan bumi utara. Musim terjadi karena adanya
kemiringan bidang ekliptika.
Energi yang diterima dari matahari tergantung pada tiga faktor. Pertama fluks per satuan
luas sebanding dengan sin , di mana adalah ketinggian matahari. Ketinggian matahari di
musim panas bisa memiliki nilai yang lebih besar daripada di musim dingin, memberikan
lebih banyak energi per satuan luas. Efek lain adalah karena atmosfer: Ketika matahari dekat
cakrawala, radiasi harus menembus lapisan atmosfer tebal. Ini berarti kepunahan besar dan
kurang radiasi di permukaan. Faktor ketiga adalah panjang waktu matahari berada di atas
cakrawala. Hal ini penting di lintang tinggi, dimana ketinggian rendah matahari dikompensasi
oleh lama waktu siang hari di musim panas. Efek ini dibahas secara rinci pada Contoh 7.2.
Ada juga variasi jangka panjang dalam tahunan surya fluks. Geofisika Serbia Milutin
Milankovic' (1879-1958) diterbitkan pada tahun 1930-an dan 1940-an teori dari zaman es.
Selama 2-3 juta tahun terakhir, zaman es telah berulang kira-kira setiap 100.000 tahun. Ia
mengusulkan bahwa variasi dari orbit bumi menyebabkan perubahan iklim periodik jangka
panjang, sekarang dikenal sebagai siklus Milankovic'. Milankovic' mengklaim bahwa siklus
eksentrisitas, arah perigee, miring, dan hasilnya penyerahan pra 100.000 tahun siklus zaman
es. Siklus presesi adalah 26.000 tahun, arah perigee relatif terhadap ekuinoks adalah 22.000
tahun, dan kemiringan dari ekliptika memiliki siklus 41.000 tahun. Perubahan eksentrisitas
orbit yang tidak sepenuhnya periodik tetapi beberapa periode di atas 100.000 tahun dapat
ditemukan. Eksentrisitas bervariasi antara 0,005-0,058 dan saat ini 0,0167.
Surya fluks tahunan bervariasi dengan perubahan orbital dan efeknya terbesar yang garis
lintangnya tinggi. Jika, misalnya, eksentrisitas yang tinggi, dan bumi berada di dekat puncak
selama musim dingin, maka musim dingin yang panjang dan dingin dan musim panas yang
pendek. Namun, teori kontroversial, gaya orbital pada perubahan iklim tidak dipahami
dengan baik, dan mungkin tidak cukup untuk memicu galaksi. Ada juga umpan balik positif
loop, seperti efek albedo rendah salju dan es. Ini berarti bahwa menggambarkan lebih banyak
radiasi kembali ke angkasa, sehingga terjadi pendinginan iklim. Sistem ini sangat kacau
sehingga bahkan perubahan kecil dalam kondisi primer akan menghasilkan perbedaan besar
dalam hasil. Ada juga efek lain yang menyebabkan perubahan iklim, termasuk gas muncul
dari besar mengalirkan larva dan letusan gunung berapi dan, saat ini alasan antropogenik.
Masa depan juga tidak pasti. Beberapa teori memprediksi bahwa periode hangat akan
terus 50.000 tahun ke depan, sedangkan yang lain menyimpulkan bahwa iklim sudah
pendinginan. Alasan antropogenik, seperti yang semakin meningkat fraksi gas rumah kaca,
misalnya karbon dioksida, akan mengubah prediksi jangka pendek.
7.3 Orbit Bulan
Satelit bumi yaitu bulan mengelilingi bumi berlawanan dengan arah jarum jam. Satu
revolusi, bulan sidereal, membutuhkan waktu sekitar 27,322 hari. Dalam prakteknya, periode
yang lebih penting adalah bulan sinodis, durasi fase Lunar (misalnya dari bulan penuh untuk
bulan purnama). Dalam waktu satu bulan sideral bumi telah melakukan perjalanan hampir
1/12 dari orbitnya mengelilingi matahari, bulan masih memiliki sekitar 1/12 dari orbitnya
untuk pergi sebelum Bumi-Bulan-Matahari memiliki konfigurasi yang sama. Ini
membutuhkan waktu sekitar 2 hari, sehingga fase Bulan yang berulang setiap 29 hari. Lebih
tepatnya, panjang bulan sinodis adalah 29,531 hari.
Bulan baru adalah contohnya saat Bulan dalam hubungannya dengan matahari. Almanak
mendefinisikan fase Bulan dalam hal bujur ekliptika; yang bujur dari bulan baru dan
Matahari adalah sama. Biasanya bulan baru sedikit utara atau selatan dari Matahari karena
orbit bulan miring 5◦ terhadap ekliptika.
Sekitar 2 hari setelah bulan baru, bulan sabit bertambah besar dapat dilihat di langit
malam sebelah barat. Sekitar 1 minggu setelah bulan baru, kuartal pertama sebagai berikut,
ketika bujur Bulan dan Matahari berbeda dengan 90◦. Sebagian kanan dari Bulan terlihat
menyala (kiri setengah jika dilihat dari belahan bumi selatan). Itu
bulan purnama muncul dua minggu setelah bulan baru, dan 1 minggu setelah ini kuartal
terakhir. Akhirnya bulan sabit memudar menghilang dalam langit pagi.
Orbit Bulan adalah berbentuk seperti elips. Panjang sumbu semimajor adalah 384.400 km
dan centricity EC 0.055. Karena gangguan yang disebabkan terutama oleh matahari, elemen
orbit bervariasi dengan waktu. Jarak minimum Bulan dari pusat bumi adalah 356.400 km, dan
jarak maksimum 406.700 km. Kisaran ini lebih besar daripada yang dikalkulasikan dari
sumbu semimayor dan eksentrisitas. Diameter sudut jelas adalah di kisaran 29,4’ -33,5’.
Waktu rotasi Bulan sama dengan bulan sidereal, sehingga sisi yang sama dari Bulan
selalu menghadap Bumi. Rotasi sinkron tersebut adalah umum di antara satelit dari tata surya:
hampir semua bulan besar memutar serempak.
Kecepatan orbit Bulan bervariasi sesuai dengan Hukum kedua Kepler. Periode rotasi,
bagaimanapun konstan. Ini berarti bahwa, pada fase yang berbeda dari orbit lunar, kita dapat
melihat bagian-bagian yang sedikit berbeda dari permukaan. Ketika Bulan dekat dengan titik
lintasannya, kecepatan lebih besar dari rata-rata (dan dengan demikian lebih besar dari
tingkat rotasi rata), dan kita dapat melihat lebih dari tepi kanan ekstremitas Bulan (seperti
yang terlihat dari belahan bumi Utara). Sejalan dengan itu, di puncak kita melihat "belakang"
tepi kiri. Karena keseimbangan itu, total 59% dari luas permukaan dapat dilihat dari Bumi
(Gbr. 7.5). Keseimbangan ini cukup mudah untuk melihat apakah salah satu atau beberapa
detail di tepi ekstremitas bulan.
Gambar. 7.5. Librations Bulan dapat dilihat pada pasangan ini dari foto yang diambil saat Bulan berada dekat
dengan perigee dan apogee, masing-masing. (Universitas Helsinki Observatory)
Bidang orbit Bulan miring hanya sekitar 5 pada ekliptika. Namun, bidang orbit berubah
secara perlahan dengan waktu, karena terutama untuk gangguan yang disebabkan oleh Bumi
dan Matahari. Gangguan ini menyebabkan garis nodal (persimpangan bidang ekliptika dan
bidang orbit Bulan) untuk membuat satu revolusi dalam 18,6 tahun. Ketika node menaik dari
orbit lunar dekat dengan vernal equinox, Bulan dapat 23.5 + 5 = 28.5 utara atau selatan
khatulistiwa. Ketika node turun dekat dengan vernal
equinox, zona di mana Bulan dapat ditemukan hanya berlaku 23.5 - 5 = 18.5 utara atau
selatan dari khatulistiwa.
Bulan nodical atau drakonik adalah waktu di mana Bulan bergerak dari satu simpul naik
kembali ke yang berikutnya. Karena garis node berputar, bulan nodikal adalah 3 jam lebih
pendek dari bulan sidereal 27,212 hari. Elips orbit sendiri juga presesi pelan. Periode orbit
dari perigee ke perigee, bulan tidak normal, adalah 5.5 h lebih lama dari bulan sidereal, atau
sekitar 27,555 hari.
Perbedaan gravitasi disebabkan oleh Bulan dan Matahari pada bagian yang berbeda dari
permukaan bumi menimbulkan gelombang. Gravitasi adalah terbesar pada titik sublunar dan
terkecil di sisi berlawanan dari Bumi. Pada titik ini, permukaan laut tertinggi (pasang).
Sekitar 6 jam setelah pasang, permukaan terendah (surut, pasang surut). Pasang dihasilkan
oleh matahari kurang dari setengah dari pasang bulan. Ketika Matahari dan Bulan berada di
searah terhadap bumi (bulan baru) atau berlawanan satu sama lain (bulan purnama), efek
pasang surut mencapai maksimum; ini disebut pasang purnama.
Permukaan laut biasanya bervariasi 1 m, namun dalam beberapa selat sempit
dapat sebesar 15 m. Karena bentuk tidak teratur dari lautan, pola sejati pasang laut sangat
rumit. Permukaan padat bumi juga merasakan efek pasang surut, namun amplitudo jauh lebih
kecil, sekitar 30 cm.
Pasang menghasilkan gesekan, yang menghilang energi kinetik rotasi dan orbital dari
sistem Bumi-Bulan. Kehilangan energi ini menyebabkan beberapa perubahan dalam sistem.
Pertama, rotasi bumi melambat sampai bumi juga berputar serempak. Sisi yang sama dari
bumi akan selalu menghadapi Bulan. Kedua, sumbu utama semi dari orbit Bulan meningkat,
dan Bulan melayang jauh sekitar 3 cm per tahun.
* Pasang
Kita melihat sistem pasang, dimana massa M berada di titik Q pada d jarak dari pusat
bumi. Potensi V pada titik A yang disebabkan oleh Q adalah :
(7.3)
dimana s adalah jarak dari titik A ke Q
Menerapkan hukum cosinus dalam segitiga OAQ, jarak s dapat dinyatakan dalam sisi lain
dan sudut z = AOQ
dimana r adalah jarak dari titik A ke pusat bumi. Kita sekarang dapat menulis ulang (7.3)
(7.4)
Ketika penyebut diperluas menjadi persamaan Taylor :
Dimana
dan mengabaikan atau sama dengan 1 / d4, kiita peroleh :
(7.5)
Gradien V potensial (A) yaitu gaya per satuan massa. Persamaan pertama dari (7.5)
berubah, dan istilah kedua adalah konstan dan independen dari r. Ini merupakan gerakan
pusat. Istilah ketiga vektor gaya, bagaimanapun, tergantung pada r. Ini adalah istilah utama
kekuatan pasang surut. Seperti yang dapat dilihat, itu tergantung terbalik pada kekuatan
ketiga jarak d. Pasukan pasang surut berkurang sangat cepat ketika jarak tubuh meningkat.
Oleh karena itu gaya pasang surut yang disebabkan oleh matahari kurang dari setengah dari
Bulan meskipun massa yang lebih besar adalah Matahari.
Kita dapat menulis ulang persamaan (7.5) sebagai :
(7.6)
Dimana
disebut konstanta pasang surut Doodson. Ini adalah nilai untuk Bulan 2,628 m2s-2 dan
untuk matahari 1,208 m2s-2. Dimana mendekati z yang adalah sudut zenith pusat. Sudut zenith
z dapat dinyatakan dalam h jam sudut dan sudut deklinasi δ dan φ lintang pengamat.
Memasukkan ini ke persamaan (7.6) setelah operasi aljabar yang panjang, kita peroleh :
(7.7)
Persamaan (7.7) adalah persamaan dasar tradisional potensial pasang surut, yang disebut
persamaan pasang surut Laplace.
Dalam persamaan (7.7) kita dapat langsung melihat beberapa karakteristik pasang. Istilah
S menyebabkan pasang semi-diurnal karena bergantung pada cos 2h. Ini memiliki dua
maxima dan minima harian, dipisahkan oleh 12 jam, persis seperti seseorang mengikuti
pasang surut dan banjir. Ini mencapai maksimum pada khatulistiwa dan nol di kutub (cos2 φ).
T jangka mengungkapkan pasang diurnal (cos h). Ini memiliki maksimum pada lintang ±
45 dan nol di khatulistiwa dan di kutub (dosa 2φ). Z Istilah ketiga adalah independen dari
rotasi Bumi. Hal ini menyebabkan pasang surut lama, periode yang setengah periode Bital
(sekitar 14 hari dalam kasus Bulan dan 6 bulan untuk matahari). Ini adalah nol pada lintang ±
35.27 dan memiliki maksimum di kutub. Selain itu, rata-rata waktu Z adalah non-nol,
menyebabkan permanen deformasi bumi. Ini disebut pasang permanen. Ini sedikit meratakan
bumi dan tidak terlepas dari perataan karena rotasi.
Total nilai potensi pasang surut dapat dihitung dengan menambahkan potensi disebabkan
oleh Bulan dan Matahari karena gaya pasang surut, seluruh tubuh Bumi cacat. Gerak vertikal
Δr kerak dapat dihitung dengan :
(7.8)
di mana g adalah percepatan rata-rata jatuh bebas, g ≈ 9,81 ms -2 dan h adalah angka
berdimensi, dengan besar h ≈ 0,6, yang menggambarkan elastisitas bumi. Pada gambar di
bawah ini, kita dapat melihat gerakan vertikal kerak di Helsinki, Finlandia (Φ = 60, λ = 25)
pada Januari 1995. Nilai bukan nol menunjukan arti sementara yang dapat dilihat pada
gambar ini
Pasang surut juga memiliki konsekuensi lainnya. Karena Bumi berputar lebih cepat dari
Bulan mengorbit Bumi, tonjolan pasang surut tidak terletak pada garis Bulan-Bumi namun
sedikit ke depan (ke arah rotasi bumi), lihat gambar di bawah.
Karena adanya tarikan, rotasi bumi melambat sekitar 1-2 ms per abad. Alasan yang sama
telah menyebabkan periode Bulan rotasi melambat untuk periode orbit dan Bulan
menghadapi sisi yang sama kearah bumi. Tonjolan sejajar menarik Bulan ke depan.
Percepatan menyebabkan peningkatan sumbu semimayor Bulan, sekitar 3 cm per tahun.
7.4 Gerhana dan Okultasi
Gerhana adalah peristiwa di mana suatu yang bagian melewati bayangan bagian lain.
Gerhana paling sering diamati adalah gerhana bulan dan gerhana satelit besar Jupiter. Sebuah
okultasi terjadi ketika bagian yang semu berjalan di depan objek lain; contoh khas adalah
okultasi bintang yang disebabkan oleh Bulan. Umumnya, okultasi dapat dilihat hanya sempit;
gerhana terlihat di mana pun berada di atas langit.
Matahari dan bulan gerhana adalah peristiwa paling spektakuler di langit. Sebuah gerhana
matahari terjadi saat Bulan berada di antara Bumi dan Matahari (Gbr. 7.6). (Menurut definisi,
gerhana matahari bukan gerhana tetapi okultasi) Jika seluruh bagian Matahari berada di
belakang Bulan, gerhana total (Gambar 7.7); jika tidak, itu adalah parsial. Jika Bulan dekat
puncaknya, diameter jelas dari Bulan lebih kecil dari Matahari, dan gerhana adalah annular.
Gambar. 7.6. (a) gerhana matahari total dapat dilihat hanya dalam sempit; luar zona totalitas gerhana
parsial. (b) Gerhana adalah annular jika Bulan berada pada puncak dari mana bayangan Bulan tidak
mencapai Bumi. (c) gerhana bulan terlihat di mana-mana di mana Bulan berada di atas langit
Gambar. 7.7. Total gerhana Matahari terjadi pada tahun 1990 di
Finlandia. (Foto Matti Martikainen)
Sebuah gerhana bulan total jika Bulan sepenuhnya dalam bayangan umbra Bumi; jika
gerhana parsial. Sebuah gerhana parsial adalah sulit untuk melihat dengan mata karena
besarnya bulan tetap hampir tidak berubah. Selama fase total Bulan berwarna merah tua
karena beberapa warna merah dibiaskan melalui atmosfer bumi.
Jika bidang orbit Bulan bertepatan dengan bidang ekliptika, satu matahari dan satu
gerhana bulan akan terjadi setiap bulan sinodis. Namun, dengan kemiringan sekitar 5; Oleh
karena itu, pada bulan purnama, Bulan harus dekat dengan node agar gerhana dapat terjadi.
Jarak sudut Bulan dari node harus lebih kecil dari 4.6 untuk gerhana bulan total, dan 10.3
untuk gerhana matahari total.
Dua sampai tujuh gerhana terjadi setiap tahun. Biasanya gerhana berlangsung dalam satu
set 1-3 gerhana, dipisahkan oleh selang 173 hari. Dalam satu set hanya ada satu gerhana
matahari atau suksesi matahari, bulan dan gerhana matahari lainnya. Dalam satu tahun,
gerhana miliki 2 atau 3 set sehingga dapat berlangsung gerhana matahari.
Matahari (naik atau turun) node dari orbit bulan berada di arah yang sama setiap 346,62
hari. Sembilan belas periode tersebut (= 6585,78 hari = 18 tahun 11 hari) sangat dekat dengan
panjang 223 bulan sinodis. Ini berarti bahwa konfigurasi matahari- bulan dan gerhana diulang
dalam urutan yang sama setelah periode ini. Periode Saros ini sudah dikenal orang Babilonia
kuno.
Selama gerhana matahari bayangan Bulan di permukaan bumi selalu kurang dari 270 km
lebarnya. Bayangan bergerak setidaknya 34 km / menit; sehingga maksimum durasi gerhana
adalah 7 ½ menit. Durasi maksimum gerhana bulan adalah 3,8 jam, dan durasi fase total
selalu lebih pendek dari 1,7 jam.
Pengamatan dari okultasi bintang yang disebabkan oleh bulan sebelumnya menjabat
sebagai metode yang akurat untuk menentukan orbit lunar. Karena Bulan tidak memiliki
atmosfer, bintang menghilang tiba-tiba dalam waktu kurang dari 1/50 s. Jika fotometer cepat
digunakan untuk merekam persitiwa tersebut, maka pola difraksi khas dapat dilihat. Bentuk
difraksi berbeda untuk bintang biner. Dalam dekade pertama astronomi radio okultasi dari
beberapa sumber radio yang digunakan untuk menentukan posisi yang tepat.
Bulan bergerak ke arah timur, dan gerhana bintang pada tepi gelap Bulan selama kuartal
pertama. Oleh karena lebih mudah untuk mengamati, dan foto pengukuran metrik yang
mungkin; pada saat yang sama itu jauh lebih sulit untuk mengamati penampilan obyek. Ada
beberapa bintang terang dan planet di sisi zona lebar 11 mana bergerak Bulan, tetapi okultasi
dari objek terang dengan mata telanjang cukup langka.
Okultasi juga disebabkan oleh planet-planet dan asteroid. Prediksi yang akurat yang rumit
karena peristiwa seperti itu hanya terlihat di daerah yang sangat sempit. Cincin Uranian
ditemukan selama okultasi pada tahun 1977, dan bentuk dari beberapa asteroid telah
dipelajari selama beberapa peristiwa yang terjadi, waktunya tepat oleh beberapa pengamat
terletak di sepanjang daerah yang diprediksi.
Sebuah lintasan dimana Merkurius atau Venus bergerak melintasi Matahari dilihat dari
Bumi. Sebuah lintasan dapat terjadi hanya ketika planet dekat dengan simpul orbitnya pada
saat bersamaan. Lintasan Merkurius terjadi sekitar 13 kali per abad; Lintasan Venus hanya
dua kali. Lintasan berikutnya Mercury adalah: 9 Mei 2016; Nov 11, 2019; Nov 13, 2032 dan
7 Nov 2039. Lintasan berikutnya Venus adalah: Jun 6, 2012; 11 Desember 2117; 8 Desember
2125 dan 11 Juni, 2247. Dalam abad ke-18 dua Lintasan Venus (1761 dan 1769) yang
digunakan untuk menentukan nilai dari unit astronomi.
7.5 Struktur dan Permukaan Planet
Sejak tahun 1960 telah banyak yang menggunakan pesawat ruang angkasa, baik selama
mengorbit bumi, atau langsung mendarat di permukaan. Hal ini memberikan keuntungan
besar dibandingkan dengan pengamatan astronomi lainnya. Kita bahkan mungkin berbicara
tentang revolusi: tata surya telah berpaling dari benda-benda astronomi yang geofisika.
Banyak metode tradisional digunakan dalam berbagai cabang geofisika sekarang dapat
diterapkan untuk studi planet.
Bentuk dan penyimpangan dari gravitasi lapangan yang dihasilkan oleh planet ulang yaitu
bentuknya, struktur internal dan distribusi massa. Juga permukaan memberikan indikasi
tertentu pada struktur internal dan proses.
Gangguan di orbit dari satelit atau lainnya dapat digunakan dalam mempelajari struktur
internal planet. Setiap penyimpangan dari simetri bola terlihat di eksternal gravitasi lapangan.
IAU planet didefinisikan bahwa semua planet dalam kesetimbangan hidrostatik. Gravitasi
pusat akan menarik material ke dalam, tapi pusat menahan tarikan jika kekuatan material
lebih besar dari tekanan yang diberikan oleh lapisan atasnya. Jika diameter lebih besar dari
km sekitar 800-1000, gravitasi mampu membentuk pusat yang berbatu dalam bentuk bola.
Tubuh lebih kecil dari ini memiliki bentuk yang tidak beraturan. Di sisi lain, misalnya es
bulan Saturnus yang bulat karena es lebih mudah cacat dari batu.
Kesetimbangan hidrostatik berarti bahwa permukaan sistem hampir sama dengan
potensial gravitasi. Hal ini misalnya di bumi, di mana permukaan laut sangat erat mengikuti
ekipotensial disebut geoid. Karena kekuatan internal batuan, benua dapat menyimpang dari
permukaan geoid dengan beberapa kilometer tapi dibandingkan dengan diameter bumi
topografi permukaan diabaikan.
Sebuah planet berputar selalu mengalami tekanan. Jumlahnya tergantung pada tingkat
rotasi dan kekuatan material; setetes cairan lebih mudah cacat dari batu. Bentuk tubuh
berputar dalam kesetimbangan hidrostatik dapat diturunkan dari persamaan gerak. Jika
tingkat rotasi adalah moderat, bentuk keseimbangan tubuh cair adalah ellipsoid revolusi.
Sumbu terpendek adalah sumbu rotasi.
Jika Re dan Rp berturur- turut adalah jari-jari khatulistiwa dan kutub, bentuk planet dapat
dinyatakan sebagai :
tekanan dinamis, dilambangkan dengan f didefinisikan sebagai :
(7.9)
Karena Re> Rp, tekanan f selalu positif.
Planet-planet raksasa dekat dengan keseimbangan hidrostatik, dan bentuknya ditentukan
oleh rotasi. Periode rotasi Saturnus hanya 10,5 jam, dan tekanan dinamisnya adalah 1/10 yang
mudah terlihat.
Asteroid dan benda kecil lainnya tidak mengalami tekanan oleh rotasi. Namun, ada batas
atas untuk tingkat rotasi asteroid sebelum istirahat terpisah karena gaya sentrifugal. Jika kita
menganggap bahwa tubuh diselenggarakan bersama-sama hanya dengan gravitasi, kita bisa
mendekati maksimum tingkat rotasi dengan menetapkan gaya sentrifugal sama dengan gaya
gravitasi :
(7.10)
di mana m adalah massa di permukaan pada jarak R dari pusat. Mengganti periode rotasi
P,
Kita dapatkan :
Atau
(7.11)
Jika kita mensubstitusikan nilai dari yaitu 2700 kgm-3, maka kita dapatkan periodxe
rotasi minimum P 2 jam.
Struktur dari planet bumi (Gambar 7.8) dapat juga dipelajari dengan gelombang gempa
bumi. Gelombang hasil gempa bumi adalah pembelokkan di sekitar planet seperti batas
antara dua buah lapisan. Gelombang ini merupakan gelombang transversal atau longitudinal.
Keduanya dapat menyebarkan bahan yang padat seperti batu. Bagaimanapun hanya
gelombang longitudinal yang dapat menembus cairan. Dimana menentukan apakah bagian
dari bahan interior dalam keadaan cair dan dimana batas-batas lapisan dengan mempelajari
rekaman seismometer ditempatkan pada permukaan planet. Tentu Bumi adalah bagian yang
paling terkenal, tetapi gempa di Bulan, Venus, dan Mars juga telah diamati.
Gambar. 7.8. Struktur internal dan ukuran relatif dari planet terestrial. Persentase tersebut menunjukkan
volume inti relatif terhadap total volume planet ini. Dalam kasus di Bumi, persentase mencakup baik luar dan
inti dalam
Planet-planet terestrial memiliki inti besi-nikel. Merkurius memiliki inti yang relatif
terbesar; sedangkan Mars terkecil. Inti dari bumi dapat dibagi menjadi inti dalam dan inti
luar. Inti luar (2900-5150 km) adalah cairan tetapi inti dalam (dari 5150 km ke pusat) solid.
Sekitar inti Fe-Ni adalah mantel, terdiri dari silikat (senyawa silikon). Kepadatan lapisan
paling luar sekitar 3000 kg m-3. Kepadatan rata-rata planet terestrial adalah 3500-5500 kg m-3.
Struktur internal planet-planet raksasa (Gambar. 7.9) tidak dapat diamati dengan
gelombang seismik sejak planet tidak memiliki permukaan padat. Alternatif dipakai untuk
mempelajari bentuk gravitasi dengan mengamati orbit pesawat ruang angkasa ketika
melewati (atau orbit) planet. Ini akan memberikan beberapa informasi tentang struktur
internal, tetapi rincian tergantung pada model matematika dan fisik yang digunakan untuk
interpretasi.
Gambar. 7.9. Struktur internal dan ukuran relatif dari ets perencana raksasa. Perbedaan ukuran dan jarak dari
Matahari menyebabkan perbedaan komposisi kimia dan struk- tur internal. Karena ukuran yang lebih kecil,
Uranus dan Neptunus tidak memiliki lapisan hidrogen metalik. Bumi ditampilkan dalam skala
Kepadatan rata-rata planet raksasa cukup rendah; kepadatan Saturnus, misalnya, hanya
700 kg m-3. (Jika Saturnus diletakkan di bak raksasa, ia akan terapung di atas air) Sebagian
besar volume sebuah planet raksasa adalah campuran dari hidrogen dan helium. Di bagian
tengah, ada kemungkinan inti silikat, yang merupakan beberapa massa Bumi. Inti ini
dikelilingi oleh lapisan hidrogen metalik. Karena tekanan yang ekstrim, hidrogen tidak dalam
bentuk molekul H2 normal, namun dipisahkan menjadi atom. Dalam keadaan ini, hidrogen
listrik. Medan magnetik planet raksasa dapat berasal dari lapisan hidrogen metalik.
Lebih dekat ke permukaan, tekanannya lebih rendah dan hidrogen dalam bentuk molekul.
Ketebalan relatif dari lapisan logam dan molekul hidrogen bervariasi dari planet ke planet.
Uranus dan Neptunus mungkin tidak memiliki lapisan hidrogen metalik karena tekanan
internal mereka yakni terlalu rendah untuk disosiasi hidrogen. Sebaliknya, lapisan "es"
mengelilingi inti. Ini adalah lapisan campuran air-dominan air, metana dan amonia. Di bawah
tekanan tinggi dan suhu campuran sebagian dilarutkan ke dalam komponen dan lebih seperti
garam cair dan juga elektrik konduktif seperti hidrogen metalik.
Sebagian besar tersusun atas gas, dengan beberapa ratus kilometer tebalnya. Awan di atas
atmosfer membentuk permukaan planet raksasa.
Suhu interior planet yang sangat lebih besar dari suhu permukaan. Misalnya, suhu di inti
bumi adalah sekitar 4500-5000 K, dan dalam inti Jupiter sekitar 30.000 K.
Bagian dari panas yang merupakan hubungan dari energi potensial merupakan kontraksi
gravitasi selama pembentukan planet. Peluruhan isotop radioaktif juga melepaskan panas.
Setelah pembentukan planet, terjadi meteorit penembakan yang merupakan sumber penting
panas. Bersama dengan panas dari isotop radioaktif yang berumur pendek ini menyebabkan
mencairnya planet terestrial. Planet-planet dibedakan: planet homogen yang awalnya relatif
kemudian dipisahkan menjadi lapisan komposisi kimia yang berbeda. Unsur-unsur terberat
tenggelam ke pusat sehingga membentuk inti Fe-Ni.
Bahan dari planet raksasa dibedakan juga. Di Saturnus diferensiasi masih dapat terjadi.
Saturnus memancarkan sekitar 2,8 kali panas dari Matahari, lebih dari planet lain. Panas ini
yang diduga berasal dari pemisahan hidrogen dan helium, dimana helium yang lebih berat
secara bertahap tenggelam ke pusat planet.
Permukaan planet dimodifikasi oleh beberapa proses geologi. Ini termasuk pergeseran
benua, vulkanisme, dampak meteorit dan iklim. Bumi adalah contoh dari sebuah bagian yang
permukaannya telah diperbaharui selama berabad- abad yang lalu. Usia permukaan
tergantung pada proses yang berarti sejarah evolusi geologi planet.( Gambar. 7.10,7.11, 7.12).
Gambar. 7.10. Usia dari permukaan Merkurius, Bumi, Bulan dan Mars. Kurva tersebut merupakan sebagian
kecil dari permukaan yang ada pada waktu tertentu. Sebagian besar permukaan Bulan, Merkurius dan Mars
yang berusia lebih dari 3500 juta tahun, sedangkan permukaan bumi sebagian besar lebih muda dari
200 juta tahun
Gambar. 7.11. Contoh lapisan. Dua bulu vulkanik di bulan Jupiter Io diamati oleh Galileo melalui pesawat luar
angkasa pada tahun 1997. Salah satu membanggakan ditangkap pada tungkai terang atau tepi bulan (inset di
kanan atas), adanya ledakan atas kaldera bernama Pillan Patera. Dimana 140 kilometer tingginya, kemudian
terlihat di dekat terminator, disebut Prometheus. Bayangan 75 km di udara dapat dilihat cenderung ke kanan
dari letusan. (NASA / JPL)
Gambar. 7.12. Jumlah kawah meteorit merupakan indikator dari dari usia permukaan dan bentuk kawah
memberikan informasi tentang kekuatan material. Baris atas menunjukkan Mercury (kiri) dan Bulan, dan baris
kedua, Jovian bulan Europa (kiri), Ganymede (tengah) dan perhitungannya listo. Gambar-gambar dari bulan
Jovian diambil oleh pengorbit Galileo dengan resolusi 150 meter / pixel. Europa memiliki hanya beberapa
kawah, ada daerah dari berbagai usia di Ganymede permukaan dan permukaan Callisto adalah yang tertua
Perhatikan alur dan punggung yang menunjukkan proses geologi yang berbeda. Di bagian bawah ada dua bulu
vulkanik di bulan Jupiter Io diamati oleh Galileo melalui pesawat ruang angkasa pada tahun 1997. Salah satu
membanggakan ditangkap pada tungkai terang atau tepi bulan (inset di kanan atas), adanya ledakan atas
kaldera bernama Pillan Patera. Dimana 140 kilometer tingginya, kemudian terlihat di dekat terminator,
disebut Prometheus. Bayangan 75 km di udara dapat dilihat cenderung ke kanan letusan.
(NASA / JPL dan DLR)
Pergeseran benua menimbulkan, misalnya, pembentukan gunung. Bumi adalah satu-
satunya planet di mana lempeng tektonik aktif saat ini. Di planet terestrial lain proses ini telah
berhenti lama atau tidak pernah terjadi.
Vulkanisme merupakan faktor minor di Bumi, namun permukaan Jovian bulan Io berubah
dengan cepat karena letusan gunung berapi kekerasan (Gbr. 7.11). Gunung berapi telah
diamati di Mars dan Venus, tetapi tidak di Bulan.
Kawah bulan yang merupakan kawah meteorit, umumnya hampir setiap bagian adalah
permukaan yang padat. Meteorit membom planet terus-menerus, tetapi telah berkurang sejak
awal tata surya. Jumlah kawah meteroit dari usia permukaan (Gbr. 7.12).
Jovian bulan Callisto adalah contoh dari permukaan kuno yang tidak sepenuhnya aktif.
Kurangnya kawah kecil menunjukkan beberapa proses pelapisan dan mengurangi fitur
permukaan kecil. Bumi adalah contoh yang baik dimana permukaannya dilindungi dan
menghancurkan jejak yang berdampak. Semua meteorit kecil yang dibakar menjadi abu di
atmosfer (satu hanya perlu perhatikan jumlah bintang jatuh), dan beberapa badan yang lebih
besar memantul kembali ke luar angkasa. Jejak di permukaan dihancurkan sangat cepat oleh
erosi dalam waktu kurang dari beberapa juta tahun. Venus merupakan kasus yang lebih
ekstrim di mana semua kawah kecil yang hilang karena pelindungnya tebal.
Iklim memiliki pengaruh terbesar pada Bumi dan Venus. Kedua planet ini memiliki
atmosfer tebal. Di Mars, badai debu yang kuat merusak pemandangan, juga sering menutupi
planet dengan awan debu kekuningan.
7.
6
Atmosfer dan Magnetosfer
Tidak termasuk Mercury, semua planet utama memiliki atmosfer. Komposisi, ketebalan,
kepadatan dan struktur atmosfer bervariasi dari planet ke planet, tetapi beberapa fitur umum
dapat ditemukan (lihat, misalnya, Gambar. 7.13, 7.14).
Gambar. 7.13. (a) Suhu sebagai fungsi dari ketinggian di bidang atmosfer Venus, Bumi, dan Mars. (b) Suhu
dari atmosfer Jupiter dan Saturnus. Nol adalah subisidi menjadi titik di mana tekanan 100 mbar. Nilainya
sepanjang kurva tekanan dalam milibar
Gambar. 7.14. Gas yang paling berlimpah di atmosfer Venus, Bumi, dan Mars. Jumlah di bagian bawah setiap
lingkaran menunjukkan tekanan permukaan di ATM
Mari kita terlebih dahulu mempelajari hubungan T temperatur, tekanan P, dan kepadatan
ρ pada ketinggian h. Mari kita mempertimbangkan silinder dengan panjang dh. Perubahan
Tekanan dP dari ketinggian h h + dh sebanding dengan massa gas dalam silinder:
(7.12)
di mana g adalah percepatan gravitasi. Persamaan (7.12) adalah persamaan
kesetimbangan hidrostatik.
Sebagai pendekatan pertama, kita dapat mengasumsikan bahwa g tidak tergantung pada
ketinggian. Dalam kasus Bumi, kesalahan hanya sekitar 3% jika g dianggap konstan dari
permukaan hingga ketinggian 100 km.
Persamaan keadaan gas ideal :
(7.13)
dengan besar tekanan P :
(7.14)
di mana N adalah jumlah atom atau molekul, k adalah konstanta Boltzmann, μ adalah
massa satu atom atau molekul dan
(7.15)
Dengan menggunakan persamaan kesetimbangan hidrostatik (7.12) dan persamaan
keadaan (7.14), kita memperoleh :
Integrasi menghasilkan P sebagai fungsi dari ketinggian :
(7.16)
Variabel H, yang memiliki dimensi panjang, disebut ketinggian skala :
(7.17)
Ketinggian skala mendefinisikan ketinggian di mana tekanan telah menurun dengan
faktor e. H adalah fungsi dari ketinggian, tapi di sini kita bisa mengasumsikan bahwa itu
adalah konstan. Dengan pendekatan ini, kita memperoleh :
atau, dengan menggunakan pers (7.14) :
(7.18)
Ketinggian skala merupakan parameter penting dalam banyak formula yang
menggambarkan struktur atmosfer (Tabel 7.1). Sebagai contoh, jika perubahan tekanan atau
kepadatan dikenal sebagai fungsi tinggi, berat molekul rata-rata atmosfer dapat dihitung.
Ketinggian skala atmosfer Jovian itu disepakati di tahun 1952 ketika Jupiter mengalami
gerhana bintang. Dengan pengamatan ini, ketinggian skala dihitung menjadi 8 km, dan rata-
rata berat molekul 3-5 amu (satuan massa atom, 1/12 dari massa 12 C). Dengan demikian
komponen-komponen utama adalah hidrogen dan helium, hasil ini kemudian ditetapkan oleh
data dari pesawat ruang angkasa.
Tabel 7.1. Ketinggian skala beberapa gas di atmosfer
Venus, Bumi, dan Mars
Gas Berat
Molekular
Bumi
H[km]
Venus
H[km]
Mars
H[km]
H2 2 120 360 290
O2 32 7 23 18
H2O 18 13 40 32
CO2 44 5 16 13
N2 28 8 26 20
Suhu [K] 275 750 260
Percepatan
Gravitasi [m/s2]
9.81 8.61 3.77
Dalam pengamatan terestrial, data inframerah dibatasi oleh uap air dan karbon dioksida.
Ketinggian skala CO2 adalah 5 km, yang berarti bahwa tekanan parsial sudah dibagi dua pada
ketinggian 3,5 km. Dengan demikian pengamatan inframerah dapat dibuat di atas gunung
yang tinggi (seperti Mauna Kea di Hawaii). Ketinggian skala uap air adalah 13 km, tetapi
kelembaban relatif dan karenanya kadar air yang sebenarnya sangat besar dan tergantung
waktu.
Ketinggian skala dan suhu yang terlingkup mendefinisikan keabadian atmosfer. Jika
kecepatan molekul lebih besar dari kecepatan maka molekul akan melarikan diri ke luar
angkasa. Seluruhnya bisa hilang dalam waktu yang relatif singkat.
Menurut teori gas kinetik, arti dari kecepatan v molekul tergantung pada Tk suhu kinetik
gas dan m massa molekul :
Jika massa planet adalah M dan yang jari-jari R, kecepatannya adalah :
Bahkan jika kecepatan rata-rata lebih kecil dari kecepatannya, maka atmosfer dapat
menguap ke angkasa jika cukup waktu, karena beberapa molekul akan selalu memiliki
kecepatan melebihi ve. Dengan asumsi kecepatan distribusi, seseorang dapat menghitung
probabilitas untuk v > ve. Oleh karena itu adalah mungkin untuk memperkirakan sebagian
kecil dari atmosfer yang akan hilang, katakanlah, 109 tahun. Sebagai aturan praktis, dapat
dikatakan bahwa setidaknya setengah dari atmosfer akan tetap lebih dari 1000 juta tahun jika
kecepatan v < 0.2 ve.
Kemungkinan bahwa molekul dekat dengan permukaan akan melarikan diri adalah sangat
kecil. Jalan rata-rata bebas dari molekul sangat kecil ketika kepadatan gas tinggi (Gbr. 7.15).
Dengan demikian molekul melarikan diri paling mungkin berangkat dari lapisan paling atas.
Lapisan kritis didefinisikan sebagai lapisan tinggi dari molekul, bergerak ke atas, memiliki
probabilitas 1 / e memukul molekul lain. Bagian dari atmosfer di atas lapisan kritis disebut
eksosfer. Eksosfer Bumi dimulai pada ketinggian 500 km, di mana suhu kinetik gas adalah
1500-2000 K dan tekanan lebih rendah dari pada ruang hampa terestrial.
Gambar. 7.15. Dekat dengan permukaan, jalan bebas rata-rata molekul lebih kecil dari yang lebih tinggi di
atmosfer di mana densitas gas lebih kecil. Molekul-molekul yang melarikan diri berasal lapisan yang dekat
dengan lapisan kritis
Magnetosfer adalah "batas luar" dari sebuah planet. Ukuran dan bentuk tergantung pada
kekuatan medan magnet planet dan angin matahari. Angin surya adalah fluks partikel
bermuatan, sebagian besar elektron dan proton, keluar dari Matahari. Kecepatan angin pada
jarak Bumi adalah sekitar 400 km / s dan kepadatan 10 partikel / cm3 namun kedua nilai dapat
berubah tergantung pada aktivitasnya.
Pada bagian surya terdapat goncangan busur (Gambar. 7.16) , biasanya pada jarak
beberapa puluh jari-jari planet (Tabel 7.2). Pada goncangan busur, partikel angin matahari
pertama menghantam magnetosfer. Magnetosfer dibatasi oleh magnetopause itu, diratakan di
sisi dan diperluas ke ekor panjang di sisi berlawanan. Partikel bermuatan dalam
magnetopause yang ditangkap oleh magnet lapangan dan beberapa partikel dipercepat dengan
kecepatan yang besar. Jika kecepatan menurut teori gas kinetik, maka kecepatan ini bahkan
sama dengan jutaan kelvin. Akan tetapi, dengan adanya kepadatan maka energi total sangat
kecil "Terpanas" ditemukan di sekitar Jupiter dan Saturnus.
Gambar. 7.16. Struktur magnetosfer bumi. (A. Nurmi / Tiede 2000)
Tabel 7.2. Medan Magnet Planet
1 di khatulistiwa (1 gauss sama 10-4 T);2 ⇑ sama dengan Bumi, ⇓ berlawanan;3 sudut antara sumbu magnetik dan rotasi;4 rata-rata jarak magnetopause ke arah Matahari pada jari-jari planet
Wilayah yang berisi partikel-partikel yang terjebak merupakan sabuk radiasi di sekitar
Bumi, diberi nama sabuk van Allen (Gambar. 7.17). Zona radiasi ini ditemukan oleh satelit
AS pertama, Explorer 1, pada tahun 1958.
Gambar. 7.17. Sebuah cahaya dari plasma panas terperangkap di dalam magnetosfer bumi. Foto itu diambil
oleh Imager NASA untuk magnetopause ke Aurora global Exploration (IMAGE) pesawat ruang angkasa pada
tanggal 11 Agustus 2000 di 18:00 UT. Matahari berada di luar daerah gambar ke sudut kanan atas. (NASA dan
tim sains IMAGE)
Jumlah partikel bermuatan meningkat setelah semburan matahari yang kuat. Beberapa
partikel mengalami "kebocoran" atmosfer di dalam aurora. Efek serupa juga telah terdeteksi
di Jupiter, Saturnus dan Uranus.
Medan magnetik surya muncul dari gerakan turbulen dari materi elektrik konduktif.
Energi membawa konveksi di lapisan yang berasal dari fusi nuklir di inti. Ini tidak bisa
menjelaskan magnet planet. Baik dapat dengan remanen primordial medan magnetik
menjelaskannya karena suhu akhir antar planet jauh di atas titik Curie (sekitar 850 K untuk
magnetik). Jika suhu di atas titik Curie, bahan ferromagnetic akan kehilangan magnet
remanen mereka.
Dinamo planet menghasilkan medan magnet mengharuskan planet berputar dan memiliki
lapisan konveksi bahan elektrik konduktif. Planet terestrial memiliki inti Fe-Ni cair, atau
lapisan cair dalam inti, Jupiter dan Saturnus memiliki lapisan hidrogen metalik cair dan
Uranus dan Neptunus memiliki campuran air, amonia dan metana. Dalam semua kasus
mendatang gradien suhu antara bagian bawah dan atas lapisan cukup besar untuk
menyebabkan konveksi.
Kuat medan magnet bervariasi dari planet ke planet. Hal ini dapat ditandai dengan
momen magnetik dipole. Momen magnetik Jupiter adalah sekitar 100 juta kali dari raksa.
Momen magnetik bumi adalah sekitar 7,9 × 1025 cm3 gauss yang dapat dibandingkan dengan
medan elektromagnetik yang kuat dicapai dalam laboratorium sekitar 100.000 gauss cm3.
Menginduksi seperti medan yang kuat membutuhkan arus yang dari urutan 109 Ampere.
Ketika dibagi dengan kubus dari jari-jari planet, maka didapatkan perkiraan kuat medan di
khatulistiwa.
Keselarasan dari medan magnetik sehubungan dengan sumbu rotasi planet berbeda dari
planet ke planet (Gbr. 7.18). Saturnus memiliki medan magnetik dekat dengan kasus ideal di
mana sumbu rotasi dan sumbu magnetik bertepatan. Juga Bumi dan Jupiter menunjukkan titik
yang cukup baik dipol medan dengan kemiringan sekitar 10. Namun,
Uranus dan Neptunus keduanya mengimbangi pusat planet dan miring sekitar 50 dari rotasi
sumbu. Ini mungkin menunjukkan mekanisme yang berbeda untuk dinamo.
Gambar. 7.18. Medan magnet planet
Medan magnet Merkurius dan Bumi memiliki sebuah polaritas yang berlawanan dari
medan planet lain. Hal ini diketahui bahwa polaritas medan magnet bumi telah terbalik
beberapa kali selama skala waktu geologi, sebelumnya sekitar 750.000 tahun yang lalu. Ada
beberapa indikasi bahwa pembalikan polaritas adalah dimulai sekarang karena kekuatan
medan menurun sekitar satu persen per dekade, kutub magnet bergerak lebih cepat dan
asimetri medan meningkat. Seluruh proses akan memakan waktu beberapa ribu tahun di
mana permukaan bumi lebih terbuka untuk sinar kosmik.
Galileo misi juga mengungkapkan bahwa Jovian bulan Ganymede memiliki medan
magnet. Medan lemah dan terlalu kecil untuk memiliki partikel magnetosfer atau
terperangkap di sekitar bulan. Callisto, yang merupakan ukuran yang sama, tidak
menunjukkan magnetosfer apapun. Begitu juga bulan memiliki medan magnet global.
7.
7
Albedo
Planet-planet dan semua benda lain dari sistem surya hanya mencerminkan radiasi
Matahari (kita dapat mengabaikan radiasi gelombang panas dan radio dan berkonsentrasi
terutama pada panjang gelombang visual). Kecerahan sistem tergantung pada jarak dari
Matahari dan Bumi, dan pada Albedo dari permukaannya. Albedo mendefinisikan
kemampuan sistem untuk mencerminkan cahaya.
Jika luminositas Matahari adalah L, fluks kepadatan di r jarak (Gbr. 7.19)
Gambar. 7.19. Simbol yang digunakan dalam formula fotometrik
(7.19)
Jika jari-jari planet ini R, daerah penampang adalah πR2, dan total fluks pada permukaan
sebuah planet adalah :
(7.20)
Hanya sebagian dari insiden fluks yang dipantulkan kembali. Bagian lainnya akan diserap
dan diubah menjadi panas yang kemudian dipancarkan sebagai emisi termal dari planet ini.
Albedo Obligasi A (Albedo bola) merupakan rasio dari fluks yang muncul dari peritiwa
perubahan fluks (0≤ A ≤1). Pantulan perubahan fluks akibat planet tersebut :
Planet ini diamati pada Δ. Jika radiasi akan terpantulkan secara isotropic, kepadatan fluks
yang diamati akan menjadi :
Pada kenyataannya, bagaimanapun, peristiwa radiasi akan dipantulkan secara anisotropic.
Jika kita mengasumsikan bahwa objek yang dipantulkan adalah radiasi bola homogeny,
dimana penyebaran dari pemantulan radiasi bergantung pada sudut fase α saja. Dengan
demikian kita dapat menggambarkan kepadatan fluks yang diamati pada Δ jarak sebagai
berikut :
Fungsi Φ memberikan ketergantungan sudut fase disebut fungsi fase. Hal ini
dinormalisasi sehingga Φ(α = 0◦) = 1.
Karena semua radiasi terpantul dari planet ini ditemukan di suatu tempat di permukaan
bola, maka kita akan mendapatkan :
Atau
Di mana integrasi diperpanjang sepanjang permukaan lingkup radius Δ. Unsur permukaan
bola tersebut adalah dS = Δ2dα sin α dφ, dan kita mendapatkan :
Normalisasi dari konstanta C adalah
Kuantitasnya :
Persamaan diatas merupakan fase integral. Dalam fase ini, konstanta C berupa :
Ingat bahwa Lout = ALin, persamaan (7.23) dapat ditulis sebagai berikut :
Faktor pertama adalah intrinsik untuk setiap objek, yang kedua memberikan
ketergantungan sudut fase, ketiga jarak ketergantungan dan, kekuatan radiasi insiden
keempat. Faktor pertama sering dilambangkan dengan :
Jika kita mengsubstitusikan nilai konstanta C (7.29), maka hal ini dapat memecahkan
persamaan Albedo Bond, dan kita akan mendapat :
Disini nilai p = πΓ disebut albedo geometris dan q adalah adalah fase terpisahkan yang
telah dijelaskan sebelumnya. jumlah ini berhubungan dengan
Albedo geometris tampaknya telah muncul sebagai faktor sembarang tanpa penjelasan
fisika yang jelas. Kita sekarang akan mencoba untuk menjelaskan kuantitas ini menggunakan
Lambertian sebuah permukaan. Permukaan Lambertian yang didefinisikan sebagai putih
mutlak, permukaan yang tersebar yang memantulkan semua radiasi secara penuh. Albedo
Obligasi adalah A = 1. Selain itu, permukaannya yang bercahaya tersebut akan sama dari
segala arah pandang, yang berarti bahwa fungsi fase adalah
Pada kenyataannya, benda yang putih mutlak tersebut tidak sepenuhnya ada tetapi ada
beberapa material yang berperilaku mirip seperti permukaan lambertin tersebut. Sebuah
dinding dengan tikar putih bisa menjadi contoh yang cukup bagus; meskipun benda ini tidak
sepenuhnya memantulkan peristiwa cahaya, penyaluran dari peritiwa pemantulan cahaya
tersebut benar dan yang kecerahan tampak sama dari semua arah. Untuk permukaan
Lambertian konstanta C adalah
Dengan demikian Albedo geometris permukaan Lambertian adalah
Pada fase sudut nol Φ (α = 0) =1 dan tercermin fluks kepadatan adalah
Jika kita mengganti objek tersebut dengan permukaan Lambertian dari ukuran yang sama,
kita mendapatkan
Rasio berat jenis fluks tersebut adalah
Sekarang kami telah menemukan interpretasi fisik untuk p: Albedo geometris adalah rasio
berat jenis fluks di sudut fase α = 0◦ yang dipantulkan oleh planet dan permukaan
Lambertian dari penampang yang sama.
Albedo geometris tergantung pada factor pantulan dari permukaan serta pada fungsi fase
Φ juga. banyak pemantulan yang terjadi pada permukaan kasar yang sebagian besar
peristiwa radiasinya langsung berbalik arah. Dalam kasus seperti ini, geometrik albedo p
lebih besar dari pada kasus pemantulan isotropic. Pada beberapa permukaan p > 1, dan kasus
yang paling ekstrim, specular pantulan, p = ∞. geometris Albedo dari tata surya bervariasi
antara 0,03-1. Albedo geometris Bulan p = 0,12 dan nilai terbesar, p = 1.0, telah diukur untuk
bulan Saturnus Enceladus.
Ternyata p dapat diturunkan dari proses pengamatan, tapi albedo Obligasi A dapat
ditentukan hanya jika fase q terpisahkan juga dikenal. Yang akan dibahas di bagian
berikutnya.
7.8 Fotometri, Polarimetri, dan Spektroskopi
Setelah didefinisikan fungsi fase dan albedo sekarang saatnya untuk menurunkan rumus
untuk besaran planet. berat jenis dari cahaya yang dipantulkan tersebut adalah
Sekarang kita substitusikan peristiwa fluks
Dan konstanta factor yang terungkap dalam hubungannya dengan albedo geometri
Kemudian akan kita peroleh
Berat jenis fluks tata surya pada jarak a = 1 AU dari matahari adalah
Dan rasionya adalah
Jika besarnya matahari tampak pada jarak 1 AU adalah m0 dan magnitudo planet adalah m
maka akan didapatkan
Jika kita misalkan
Maka besarnya sebuah planet dapat ditunjukan sebagai
Hubungan pertama V (1, 0) hanya bergantung pada ukuran planet dan sifat
pemantulannya. Jadi itu adalah kuantitas intrinsik untuk planet ini yang disebut besarnya
mutlak (Tidak harus bingung dengan besarnya mutlak dalam astronomi bintang!). hubungan
kedua bergantung pada jarak dan yang ketiga yang bergantung pada sudut fase.
Jika sudut fase adalah nol, dan kami mengatur r = Δ = a, (7.43) menjadi lebih sederhana
yaitu m = V (1, 0). Besarnya mutlak dapat diartikan sebagai besarnya tubuh jika pada jarak 1
AU dari Bumi dan Matahari pada sudut fase α = 0◦ . Seperti yang akan dibahas, kemungkinan
fisika ini karena pengamat akan berada di tengah-tengah Matahari Jadi V (1, 0) tidak pernah
bisa diamati.
Istilah terakhir di (7.43) adalah yang paling bermasalah. Untuk banyak objek fungsi fase
ini tidak diketahui sangat baik. Ini berarti berdasarkan pengamatan, hanya satu yang dapat
dihitung
Yang besarnya mutlak pada fase α sudut. V (1, α), diplot sebagai fungsi dari sudut fase yang
disebut kurva fase (Gambar. 7.20).
Gambar. 7.20. Kurva fase dan polarisasi dari berbagai jenis asteroid. Karakteristik asteroid dibahas lebih rinci
dalam Sect. 7.14. (Dari Muinonen et al., Asteroid pho tometric and polarimetric phase effects, in Bottke, Binzel,
Cellino, Paolizhi (Eds.) Asteroids III, University of Arizona Press, Tucson.
Kurva fase ekstrapolasi untuk α = 0◦ memberikan V (1, 0). Dengan menggunakan (7.41) di α
= 0◦ , Albedo geometris bisa diselesaikan dalam hal nilai-nilai yang diamati:
Dimana m0 = m(α = 0◦). Seperti dapat dengan mudah dilihat, p dapat lebih besar daripada
satu, tetapi di dunia nyata, biasanya jauh di bawah itu. Nilai khas untuk p adalah 0,1 – 0,5.
Albedo Obligasi dapat ditentukan hanya jika fase Fungsi Φ dikenal. Planet superior (dan
badan-badan lainnya mengorbit di luar orbit Bumi) dapat diamati hanya dalam kisaran sudut
fase terbatas, dan karena itu Φ menjadi kurang dikenal. Situasi ini masih sedikit lebih baik
untuk planet inferior. Terutama dalam teks-teks populer Obligasi Albedo diberikan bukan p
(secara alami tanpa menyebutkan nama yang tepat!). Sebuah alasan yang baik untuk ini
adalah arti fisis terlebih dahulu, dan juga Fakta bahwa albedo Obligasi dinormalkan untuk [0,
1].
Oposisi Efek. Kecerahan sebuah atmosfer tubuh meningkat pesat saat sudut fase
mendekati nol. Ketika fase lebih besar atau sama dengan 10◦ maka Perubahan akan menjadi
lebih kecil. Cepat laju cahaya ini yang mendekati oposisi disebut efek oposisi.
Penjelasan lengkap masih dalam perdebatan . Sebuah penjelasan kualitatif (secara parsial)
menyatakan bahwa ketika mendekati oposisi maka tidak akan ada bayangan yang terlihat.
Ketika sudut fase meningkat, bayang-bayang menjadi terlihat dan tingkat kecerahan akan
menurun. Keadaan ini akan merusak efek oposisi.
Bentuk kurva fase tergantung pada geometri albedo. Kita mungkin bisa mengukur
geometris Albedo hanya jika kurva fase dikenal. Ini memerlukan setidaknya beberapa
pengamatan pada sudut fase yang berbeda. Paling kritis adalah rentang 0◦-10◦ . Sebuah fase
kurva yang dikenal bisa digunakan untuk menentukan diameter tubuh, e. g. ukuran asteroid.
Diameter jelas asteroid begitu kecil untuk pengamatan tanah berdasarkan satu pengamatan
yang telah menggunakan metode tidak langsung, seperti polarimetrik atau radiometrik
(Radiasi termal) pengamatan. Mulai dari 7,8 fotometri, polarimetri dan Spektroskopi tahun
1990-an, pencitraan yang dilakukan selama pesawat ruang angkasa fly-bys dan
dengan Teleskop Ruang Angkasa Hubble telah diberikan juga secara langsung ukuran
diameter dan bentuk asteroid.
Besar Asteroid. Ketika sudut fase lebih besar dari beberapa derajat, besarnya asteroid
berbanding lurus terhadap sudut fase. Terdahulu bagian linier ini diekstrapolasi untuk α = 0 ◦
untuk memperkirakan besarnya oposisi asteroid. Karena oposis yang dihasilkan dari efek
posisi besarnya oposisi yang sebenarnya bisa jauh lebih cerah.
Pada tahun 1985 IAU mengadopsi semi-empiris HG sistem yangmana besarnya asteroid
digambarkan oleh dua konstanta H dan G.Let
Fase sudut dapat diperkirakan dengan
Ketika sudut fase menyatakan nilai α=0 ° (7.47) menjadi
Konstanta H memiliki besar yang mutlak dan G menggambarkan bentuk kurva fase. Jika
G besar, kurva fase curam dan kecerahan menurun cepat begitu juga sudut fase. Untuk
lereng sangat lembut G bisa negatif. H dan G dapat ditentukan dengan setidaknya merupakan
kuadrat dari fase pengamatan.
Pengamatan polarimetrik. Cahaya terolarisasi dari yang berasal dari tata surya biasanya
akan mengalami peristiwa polarisasi. Jumlah dari polarisasi itu bergantung pada material
yang dipantulkan dan juga bergantung pada geometrinya : polarisasi adalah fungsi dari sudut
fase. Derajat polarisasi P dapat didefinisikan sebagai
di mana F ¿ adalah densitas fluks radiasi, tegak lurus untuk pesawat yang tetap , dan F ‖
adalah densitas fluks yang sejajar dengan pesawat. Dalam studi tata surya, polarisasi biasanya
menunjukkan definisi dari pesawat yang ditinjau dari bumi, Matahari, dan sebuah objek.
Menurut persamaan 7.49, P dapat menjadi positif atau negatif; pada saat manakah polaisasi
tersebut disebut "positif" dan "negatif"?
Derajat polarisasi sebagai fungsi dari fase sudut bergantung pada struktur permukaan dan
atmosfernya. Derajat polarisasi cahaya pantul yang berasal dari atmosfer sebuah permukaan
bernilai positif saat sudut fase 20 . kurang dari itu maka polarisasi akan bernilai negatif.
Ketika cahaya dipantulkan oleh suatu atmosfer, tingkat polarisasi sebagai fungsi dari sudut
fase akan menjadi lebih rumit. Dengan menggabungkan beberapa pengamatan dengan teori
berdasarkan pada teori transfer radiasi, seseorang dapat maka dapat diperhitungkan model
dari atmosfer tersebut. Sebagai contoh, komposisi atmosfer Venus dapat dipelajari sebelum
satelit dikirim ke planet tersebut.
Gambar 7.21 spektra dari bulan dan planet raksasa. Penyerapan berkas yang kuat dapat dilihat oleh
spectra dari Uranus dan Neptunus. (Lowell Observatory Bulletin 42 (1909))
Planetary Spektroskopi. Fotometri dan polarimetrik pengamatan dibahas yang telah di
atas adalah monokromatik. Namun, penyelidikan yang diperoleh tentang atmosfer venus
tersebut juga merupakan informasi spektral. Broadband UBV fotometri atau polarimetri
adalah contoh paling sederhana dari spektrofotometri (spectropolarimetry). Istilah
spektrofotometri biasanya berarti bahwa pengamatan dilakukan dengan beberapa filter dari
penyerapan terbatas. Secara alami, sistemi tata surya juga ditinjau sebagai spektroskopi
klasik.
Spektrofotometri dan polarimetri memberikan informasi tentang panjang gelombang
diskrit saja. Dalam prakteknya, jumlah poin dari spektrum (atau jumlah filter yand ada)
sering terbatas pada 20 – 30. Ini berarti bahwa tidak ada rincian yang dapat dilihat pada
spektrum. Di sisi lain, untuk spektroskopi biasa, batasan besarannya memang kecil, meskipun
situasi berkembang cepat dengan detektor model baru, seperti kamera CCD.
Spektrum yang diamati adalah spektrum Matahari. Umumnya, kontribusi planet relatif
kecil, dan perbedaan – perbedaan ini dapat dilihat ketika spektrum matahari dikurangi.
Spektrum Uranian adalah contoh khas (Gbr. 7.21). Disitu ada berkas penyerapan yang kuat di
dekat inframerah. Pengukuran laboratorium menunjukkan bahwa hal ini disebabkan oleh
metana. Sebagian dari lampu merah juga diserap yang menyebabkan warna kehijauan pada
planet. Teknik-teknik umum pengamatan spektral akan dibahas dalam konteks spektroskopi
bintang di Chap. 8.
7.9 Radiasi Thermal dari Planet – planet
Radiasi termal dari tubuh tata surya bergantung pada Albedo dan jaraknya dari Matahari, i.
e. Pada jumlah radiasi yang diserap. Panas internal merupakan hal yang penting di Jupiter dan
Saturnus, tapi kami mungkin mengabaikan hal itu pada saat ini. Dengan menggunakan
hukum Stefan-Boltzmann, fluks pada permukaan Matahari dapat dinyatakan sebagai
Jika Albedo Obligasi tubuh adalah A yaitu fraksi radiasi yang diserap oleh planet ini (1 -
A). Maka kemudian hal ini akan dipancarkan sebagai panas. Jika tubuh berada pada jarak r
dari Matahari maka besarnya penyerapan oleh fluks yaitu
Ada alasan yang tepat untuk menganggap bahwa tubuh berada dalam kesetimbangan
termal, i. e. Yang dipancarkan dan diserap oleh fluks adalah sama. Jika tidak, tubuh akan
menghangatkan atau mendingin sampai keseimbangan itu tercapai.
Mari kita terlebih dahulu menganggap bahwa tubuh berputar perlahan-lahan. Sisi gelap
memiliki waktu untuk mendinginkan, dan terutama termal radiasi yang dipancarkan dari satu
belahan bumi. Maka besarnya fluks yang dipancarkan dinyatakan sebagai
di mana T adalah suhu tubuh dan 2πR adalah daerah satu belahan. Dengan kesetimbangan
termal pada persamaan (7.50) dan (7.51) adalah sama:
Dimana
Tubuh berputar cepat sambil memancarkan fluks yang sama dari seluruh bagian permukaan.
Pancaran fluks tersebut adalah
Dan temperaturnya adalah
Suhu teoritis yang diperoleh di atas tidak berlaku untuk sebagian besar planet utama.
"penjahat" utama yang bertanggung jawab di sini adalah atmosfer dan panas internal . Diukur
dan teoritis suhu beberapa planet utama dibandingkan pada Tabel 7.3. Venus adalah contoh
planet yang tergolong ekstrim dilihat dari selisih antara teori dan angka-angka yang
sebenarnya. Alasannya adalah karena efek rumah kaca : radiasi diizinkan masuk, tapi tidak
untuk keluar. Efek tersbut seperti halnya yang sedang terjadi di atmosfer bumi. Tanpa efek
rumah kaca, suhu rata-rata bisa berada di bawah titik beku dan seluruh bumi akan tertutup es.
Table 7.3 Teori Dan Pengamatan Temperature Beberapa Planet
7.1
0
Mercury
Merkurius adalah planet paling dalam dari tata surya. Diameternya adalah 4800 km dan
jarak rata-rata dari Matahari adalah sebesar 0,39 AU. Eksentrisitas orbit adalah 0,21, yang
berarti bahwa jaraknya bervariasi antara 0,31 dan 0.47 AU. Karena eksentrisitas tinggi,
sehingga permukaan suhu titik subsolar bervariasi secara substansial: di perihelion, suhu
sekitar 700 K; di aphelion, itu adalah 100 K lebih rendah. Variasi suhu di Merkurius adalah
yang paling ekstrim di tata surya karena di sisi malam suhu turun di bawah 100 K.
Presesi perihelion Merkurius lebih dari 0,15◦ per abad. Ketika gangguan Newtonian
dikurangkan, masih ada kelebihan 43 . Hal ini sepenuhnya dijelaskan oleh teori relativitas
umum. Penjelasan dari presesi perihelion merupakan salah satu tes pertama dari teori
relativitas umum.
Merkuri selalu ditemukan di sekitar Matahari; elongasi maksimum hanya 28◦. Pengamatan
yang sulit karena Mercury selalu terlihat di langit yang cerah dan dekat dengan cakrawala.
Selain itu, ketika saat dimana merkuri paling dekat dengan Bumi dengan hubungan mutu
yang rendah, sisi gelap dari planet ini akan ke mengarah pada kita.
Peta pertama Merkurius diambil pada akhir abad ke 19, tetapi realitas rincian tidak dapat
dikonfirmasi. Sampai akhirnya pada awal tahun 1960-an, diyakini bahwa Merkurius selalu
berputar pada sisi yang sama ke arah Matahari. Namun, pengukuran emisi termal radio
menunjukkan bahwa suhu malam saat malam sangat tinggi, sekitar 100 K, malahan hampir
nol mutlak. Dan pada akhirnya, periode rotasi pun ditetakan oleh radar. Satu revolusi
mengelilingi Matahari membutuhkan waktu 88 hari. Dengan periode rotasi adalah dua
pertiganya yaitu 59 hari. Ini berarti bahwa setiap detik waktu planet itu berada, menyatakan,
perihelion, belahan yang sama menghadapi Sun (Gbr. 7.22). Ini merupakan jenis spin-orbit
kopling yang dapat dihasilkan dari gaya pasang surut yang diberikan oleh badan pusat pada
objek yang bergerak sewajarna pada orbit yang aneh.
Gambar. 7.22. gambaran sepanjang hari di Merkurius. Posisi Mercury selama revolusi pertama yang
ditampilkan di luar elips. Kembali ke atas ke aphelion, planet telah berubah 540 (1 ½ revolusi). Setelah dua
siklus penuh planet telah diputar tiga kali sekitar porosnya dan poin sisi yang sama terhadap matahari.
Panjang harinya adalah 176 d, lebih lama dari pada planet lain
Pemeriksaan ulang dari pengamatan lama mengungkapkan mengapa Mercury telah diduga
memutar bersamaan. Karena geometrisnya, seingga Mercury merupakan planet yang paling
mudah diamati saat musim semi dan musim gugur. Dalam enam bulan, Mercury mengorbit
Matahari sebanyak dua kali, berputar tepat tiga kali di sekitar axisnya sendiri. Akibatnya,
selama pengamatan, kedua sisinya sealu sama saat menghadap matahari! Rinciannya terlihat
di permukaan yang sangat jelas dan beberapa pengecualian pada pengamatan nasional
ditafsirkan sebagai kesalahan pengamatan.
Data terbaik yang diterima adalah pada tahun 1974 dan 1975, ketika pesawat ruang
angkasa AS Mariner 10 melewati Merkurius tiga kali. Periode orbit Mariner 10 sekitar
Matahari persis dua kali periode Merkurius. Dua-pertiga-faktor berarti bahwa sama sisi planet
itu diterangi selama proses penerbangan Marinir 10! Sisi lainnya masih belum diketahui.
Data Mariner 10 mengungkapkan lanskap bulan seperti (Gbr. 7.23). Permukaan Merkurius
ditandai dengan kawah dan daerah melingkar besar, disebabkan oleh dampak minor planet.
Kawah berusia 3000-4000 juta tahun ini, menunjukkan bahwa permukaannya sudah tua dan
tak terganggu oleh pergeseran benua atau letusan gunung berapi. Sebagian besar permukaan
Merkurius ditutupi oleh kawah dan dataran tua tetapi ada beberapa daerah yang kurang penuh
dan kawah kurang dengan diameter kurang dari 15 kilometer. Daerah ini yang mungkin
terbentuk sebagai alirn lava yang menguburkan daerah yang lama.
Gambar. 7.23. (Kiri) Sebuah gambar mosaik Mercury. (NASA) (Kanan) rincian Permukaan di Merkurius. Salah
satu lereng curam yang paling menonjol adalah ang difoto oleh Mariner 10 yang merupakan saat pertama
kalinya melihat Mercury pada tahun 1974. Lereng curam ini sekitar 350 kilometer panjang dan dua kawah
dengan diameter 35 dan 55 kilometer. Lereng ini berada pada ketinggian hingga 2 km di beberapa tempat dan
tampaknya merupakan akibat dari kompresi kerak. (NASA / JPL / Northwestern university)
Sirkulasi lava terbesar pada area melingkar adalah 1.300 km luas Caloris Basin.
Gelombang kejut yang dihasilkan oleh Dampak Caloris difokuskan ke titik antipodal,
melewati kerak menjadi blok kompleks dalam area yang luas, dengan diameter yang berkisar
100 km. Ada juga kesalahan yang mungkin dihasilkan oleh kompresi kerak. Perubahan
Volume mungkin disebabkan oleh pendinginan planet.
Ukuran Merkurius rlatif kecil dan berada dekat dengan Matahari, sehingga gravitasinya
rendah dan suhunya tinggi, yang menjadi alasan kurangnya atmosfer di ekurius. Ada lapisan
yang terdiri dari atom yang mentup permukaan oleh angin surya. Atmosfer yang lemah
terutama terdiri dari oksigen, natrium, dan helium. Atom cepat melarikan diri ke ruang
angkasa dan terus-menerus diisi ulang.
Karena tidak adanya atmosfer, menyebabkan suhu di Merkurius menurun sangat cepat
setelah matahari terbenam. Sumbu rotasi Merkurius hampir tegak lurus terhadap bidang orbit;
Oleh karena itu ada kemungkinana bahwa, untuk daerah yang dekat dengan kutub, maka akan
ada daerah di mana suhunya secara permanen berada di bawah titik beku. Radar Echos dari
permukaan Merkurius menunjukkan beberapa anomali reflektif dan depolarized yang tinggi
terutama di wilayah kutub utara dan selatan. Beberapa daerah tersebut dapat menunjukkan
kawah, daerah dasar yang mana berada peramanen dalam bayangan. Salah satu cahaya radar
yang istimewa adalah air es yang telah bertahan dalam bayangan permanen tersebut.
Satu-satunya data yang relevan mengenai bagian dalam Mercury diperoleh selama
Mariner 10 diterbangkan dimana gravitasi medan diukur. Sejak Merkurius tidak memiliki
satelit, massa (dan distribusi massa) dan massa jenisnya tidak dapat ditentukan sebelum gaya
yang diberikan oleh daya tarik medan terhadap spacecraf diukur.Telah dikatakan bahwa
Merkurius terlihat seperti Bulan dari luar tetapi terlihat terestrial dari dalam. Berdasarkan
teori, struktur internal Merkurius mirip dengan Bumi, tetapi intinya secara substansial lebih
besar dari Bumi. Massa jenis planet ini hampir sama dengan bumi, yang menunjukkan bahwa
ukuran inti Fe-Ni kira-kira sekitar 75% dari radius planet.
Karena beada di sekitar Matahari, suhu nebula purba dari kejauhan Merkurius cukup
tinggi selama pembentukan planet. Jadi kelimpahan relatif unsur-unsur yang mudah menguap
lebih kecil dari pada planet terestrial lainnya.
Merkurius memiliki medan magnetik yang lemah, yaitu sekitar 1% seperti yang dari
Bumi. Kehadiran medan magnetik ini tak terduga karena Merkurius jauh lebih kecil dari
Bumi dan berputar perlahan-lahan. Menurut teori dinamo, sebuah medan magnet yang
dihasilkan oleh aliran-aliran dalam cairan, oleh inti litrik. Medan magnetik tidak dapat
menjadi sisa dari zaman kuno, sejak suhu internal planet harus melebihi titik Curie kritis.
Oleh karena itu, harus diasumsikan bahwa sebagian dari inti akan mencair.
Venus adalah objek yang paling bercahaya setelah Matahari dan Bulan. Seperti halnya
merkurius, venus dapat dilihat hanya saat pagi hari atau dilihat pada langit sore.
(kemungkinan melihat venus adalah jika Matahari berada diatas garis horizontal, jika
posisinya tepat diketahui). Pada zaman purba kala, Venus dianggap sebagai dua planet
berbeda, yaitu Hespepros dan Posporus, diawal pagi dan diawal sore.
Maksimal elongasi Venus berkisat 47 . Venus adalah objek yang luar biasa ketika bersinar
diantara langit gelap, 35 hari sebelum atau setelah peristiwa tersebut, ketika satu – tiga bagian
dari permukaannya bercahaya (gambar 7.24). Jarak antara Bumi dan Venus berkisar 12.000
km, yang berarti bahwa diameter sebenarnya bisa saja sebesar satu busur menit. Pada kondisi
yang baik, kemungkinan untuk melihat bentuk sabit Venus yang berbentuk binocular. Pada
kondisi unggul, diameter sesungguhnya adalah hanya 10 menit busur.
Gambar 7.24. fase dari Venus yang ditemukan oleh Galileo Galilei pada tahun 1610. Gambar ini
mengilustrasikan bagaimana ukuran Venus yang terlihat berubah sesuai fasenya. Planet ini jauh di blakang
Matahari ketika menerangi sisi samping dari Bumi.
Venus ditutupi oleh awan. Permukaannya yang akan terlihat; hanya kabut kekuningan
yang tidak berarti yang bisa dilihat (Gbr. 7.25). Periode rotasi tidak diketahui, dan periode 4-
hari adalah waktu rotasi dari awan. Akhirnya, pada tahun 1962, pengukuran radar
mengungkapkan bahwa periode rotasinya adalah 243 hari dalam arah retrograde, i. e. Yang
berlawanan dengan rotasi planet lain. Sumbu rotasinya hampir tegak lurus terhadap orbital
Pesawat; Kecenderungannnya adalah 177◦.
Gambar. 7.25. Kiri: Venus di cahaya tampak dicitrakan oleh Galileo pengorbit bulan Februari 1990. fitur awan
disebabkan oleh angin yang berhembus dari timur ke barat di sekitar 100 m / s. kanan: Belahan bumi utara dari
Venus yang diperoleh dari gambar yang dihalkan oleh computer dari pengamatan radar. Kutub utara adalah di
gambarkan oleh radar Magellan aperture sintetis mosaik. (NASA / JPL)
Suhu di puncak awan adalah sekitar 250 K. Karena Albedo Obligasi setinggi 75%,
permukaan Suhu diyakini sedang, bahkan cocok untuk kehidupan. Pendapat berubah secara
dramatis ketika termal emisi radio diukur pada akhir tahun 1950-an. Emisi ini berasal dari
permukaan planet dan dapat menembus awan. Suhu permukaan ternyata 750 K, jauh di atas
titik leleh. Hal ini dikarenakan efek rumah kaca. Radiasi inframerah ini keluar dan diblokir
oleh atmosfer karbon dioksida, yang merupakan komponen utama dari atmosfer.
Komposisi kimia dari atmosfer Venus dikenal sejak dulu. Pengamatan menyatakan bahwa
Spektroskopi CO2, dan beberapa lainnya menunjukan Komposisi awan berasal dari observasi
polarimetrik. Seorang astronot planet terkenal dari Prancis, Bernard Lyot melakukan
observasi polarimetrik pada tahun 1920, tetapi Tidak sampai pada tahap apakah
pengamatannya itu dapat dijelaskan dengan asumsi bahwa cahaya tersebar oleh partikel
berbentuk bola cair indeks akibat refraksi 1.44. Hal ini secara signifikan lebih tinggi dari
indeks bias air, 1,33. Selain dari suhu itu, air tidak mencair. Sebuah calon yang baik adalah
asam sulfat dan H2SO . Selanjutnya, pesawat ruang angkasa kemudian mengkonfirmasikan
interpretasi ini.
Atmosfer Venus 'sangat kering: jumlah uap airnya hanya 1 / 1.000.000 dari yang di
atmosfer bumi. Salah satu penjelasan yang mungkin adalah, karena solar Radiasi UV, air
yang telah dipisahkan menjadi hidrogen dan oksigen di lapisan atas atmosfer, yang terlebih
dahuli melarikan diri ke ruang antarplanet.
Sekitar 1% cahaya mencapai permukaan Venus; cahaya ini berwarna merah tua setelah
bepergian melalui awan dan atmosfer tebal. Sebagian besar cahaya, sekitar 75%, dipantulkan
kembali dari lapisan atas awan. Cahaya yang diserap dipancarkan kembali oleh inframerah.
Atmosfer karbon dioksida sangat efektif mencegah radiasi inframerah dari melarikan diri, dan
Suhu belum mencapai keseimbangan sampai 750 K.
Tekanan atmosfer di permukaan adalah 90 atm. Visibilitasnya adalah beberapa kilometer,
dan bahkan di awan, mencapai beberapa ratus meter. Awan terpadat berada di ketinggian 50
km, tetapi ketebalannya hanya mencapai 2-3 km. Melewati ini, ada lapisan kabut seperti yang
terlihat pada "permukaan" planet. Awan paling atas bergerak cepat; berputar di sekitar planet
kurang lebih selama 4 hari, yang didorong oleh angin kencang dengan dukungan Matahari.
Tetesan asam sulfat tidak menghujani permukaan Venus tetapi menguap di atmosfer yang
berada lebih rendah sebelum mencapai permukaan.
Mariner 2 (1962) adalah pesawat ruang angkasa pertama yang mengamati planet. Lima
tahun kemudian, Venera Soviet 4 mengirimkan data pertama dari bawah awan, dan gambar
gambar pertama dari permukaan dikirim oleh Venera 9 dan 10 di tahun 1975. Radar peta
pertama selesai pada tahun 1980, setelah 18 bulan pemetaan oleh AS Pioneer Venus 1. Peta
terbaik dan terlengkap (sekitar 98% dari permukaan planet) dibuat dengan menggunakan
pengamatan radar aperture sintetis dari pesawat ruang angkasa Magellan di tahun 1990-1994.
Resolusi peta yang setinggi 100 m dan ketinggiannya diukur dengan resolusi dari 30 meter.
Pemetaan radar telah menggambarkan lembah, gunung, kawah, gunung berapi dan
formasi vulkanik lainnya (Gbr. 7.26). Permukaan Venus ditutupi oleh sekitar 20% dari
dataran rendah dataran, 70% dari dataran tinggi lembut bergulir dan lava yang mengalir, dan
10% dataran tinggi. Hanya ada dua daerah utama dataran tinggi. Benua terbesar, Aphrodite
Terra, dekat ekuator Venus; ukurannya mirip dengan Amerika Selatan. Benua besar lain di
lintang 70◦ N disebut Ishtar Terra, di mana gunung tertinggi di Venus, Maxwell Montes
terletak pada ketinggian 12 kilometer. (IAU telah memutuskan bahwa nomenklatur Venus
harus feminin. Maxwell Montes, setelah fisikawan terkenal James Clerk Maxwell, adalah
sebuah pengecualian).
Tidak seperti Bumi, fitur vulkanik yang cukup merat didistribusikan di seluruh permukaan
Venus. Tidak ada bukti bahwa terdapat gerakan tektonik besar meskipun setelah ada
perubahan bentuk local . Hampir semua vulkanisme di Venus tampaknya melibatkan aliran
lava yang mengalir tanpa letusan eksplosif. Karena tekanan udara yang tinggi, lava Venus
membutuhkan kandungan gas jauh lebih tinggi daripada ledakan lava di Bumi. Gas utama
yang membawa ledakan lava di Bumi adalah air, yang tidak ada pada Venus.
Gambar. 7.26. Fitur permukaan Venus. (kiri atas): Sebuah gambar Magellan dari 50 km puncak-cincin kawah
Barton di 27,4 dan 337,5◦ E. (kanan atas): Sebuah Magellan radar citra 300 km lintasan, terletak di dataran
yang luas di selatan Aphrodite Terra. Struktur melingkar besar yang terletak tengah pusat gambar adalah
korona, diameter sekitar 200km. Utara dari korona adalah 35 km diatas dataran vulkanik yang dikenal sebagai
kubah pancake. Pola fraktur kompleks seperti pada gambar atas kanan sering diamati dalam hubungannya
dengan korona dan berbagai fitur vulkanik. (NASA / JPL). (Bawah): Permukaan Venus difoto oleh Venera 14
yang mendarat pada Maret 1982
Venus memiliki lebih banyak gunung berapi dibandingkan planet lain di tata surya. Lebih
dari 1500 gunung berapi besar atau gunung berapi fitur yang dikenal, dan bahkan mungkin
ada satu juta gunung berukuran lebih kecil. Kebanyakan pelindung gunung berapi, tapi juga
ada banyak cirri – cirri kompleks. Sampai saat ini tidak diketahui ada gunung yang aktif,
meskipun variasi belerang dioksida yang sangat besar di atmosfer menunjukkan bahwa
kemungkinan ada beberapa gunung berapi yang aktif.
Dataran tinggi Konstruksi vulkanik dikenal sebagai lembah kubah yang mungkin dibentuk
oleh letusan dari lava yang sangat kental. Sebuah corona dengan sirkulasi melingkar di
sekitar dataran tinggi, dengan diameter yang besar yaitu beberapa ratusan kilometer. Corona
ini mungkin merupakan contoh dai hot spot, upwellings mantel lokal yang telah diperluas dan
membentuk tonjolan. Ketike aliran tersebut telah berhenti, disaat itu juga tonjolan telah
tenggelam dan mebentuk satu set cincin pegunungan.
Di tempat lain aliran cairan lava telah dihasilkan dalam waktu yang lama, saluran berliku
– liku memanjang sejauh ratusan kilometer.
Sebagian besar kawah Venus bersifat undeformed. Hal ini menunjukkan bahwa
permukaan Venus masih muda sebagai akibat dari kekuatan erosi, vulkanisme dan tektonik
juga akan merusak kawah. Proses resurfacing mungkin sering menutupi kawah tua, dan
semua kawah muda, oleh karena itu mungkin membutuhkan waktu kurang dari 500 juta
tahun untuk proses ini. Tidak ada dampak yang lebih kecil dari pembakaran meteoroid kecil
di atmosfer tebal yaitu sekitar 1,5 – 2 km karena.
Bumi dan Venus hampir memiliki ukuran yang hamper sama, dan bagian dalam kedua
planet ini diasumsikan sama. Venus memiliki inti besi 3000 km di radius dan terdapat cairan
berbatu yang menutupi sebagian besar lapisan planet ini. Mungkin karena rotasinya lambat,
sehinggah entah bagaimana, menyebabkan Venus tidak memiliki medan magnet. Analisis
yang dibuat oleh pendaratan Venera menunjukkan bahwa bahan yang terkandung pada
permukaan Venus mirip dengan granit terestrial dan basalt (Gbr. 7.26).
Venus tidak memiliki satelit.
7.
12
Bumi dan Bulan
Planet ketiga dari Matahari adalah Bumi, dengan satelitya yaitu Bulan, sehingga keduanya
hamper terlihat seperti planet ganda. Ukuran relatif Bulan adalah lebih besar dari setiap satelit
lain, termasuk bulan Pluto. Biasanya satelit jauh lebih kecil dari planet induknya. Bumi
memiliki struktur yang unik, karena terdapat banyak air yang tersebar bebas di
permukaannya. Hal ini dimungkinkan hanya karena suhunya berada di atas titik beku dan di
bawah titik didih air dan atmosfernys pun cukup tebal. Bumi juga satu-satunya planet yang
memiliki kehidupan. Suhu yang layak dan air merupakan factor yang sangat penting bagi
kehidupan di darat, meskipun beberapa bentuk kehidupan dapat ditemukan dalam kondisi
ekstrim.
Diameter Bumi 12.000 km. Pada
pusat Bumi terdapat inti besi – nikel
di mana suhu 5000 K, tekanan 3 ×
1011 Nm-2 dan massa jenisnya adalah
12.000 kgm-3 (Gbr. 7.27).
Inti Bumi dibagi menjadi dua
lapisan yaitu inti dalam dan inti luar.
Inti bagian dalam, berada di bawah
5150 km dari 1,7% dari massa Bumi.
Initi bgian dalam ini padat
dikarenakan oleh tekanan yang tinggi.
Ketiadaan dari trans seismik
gelombang ayat S bawah kedalaman
2.890 km menunjukkan bahwa inti
luar berbentuk cair. Namun, kecepatan
longitudinal P gelombang berubah
dengan cepat pada kedalaman 5150
km menunjukkan fase transisi yang
jelas. Telah ditemukan bahwa inti
padat berputar sehubungan dengan inti
luar dan mantel.
Gambar. 7.27. Struktur internal Bumi. Kecepatan gelombang
seismik, kepadatan, tekanan, dan suhu ditampilkan sebagai
fungsi dari kedalaman
Inti terluar terdiri dari 31% dari massa bumi. Ini adalah hal yang hebat, listrik dari
lapisan cair Fe – Ni merupakan tempat berlangsungnya gerakan konvektif. Ada arus kuat di
lapisan konduktif yang bertanggung jawab terhadap medan magnetik.
Antara inti luar dan bagian bawah mantel terdapat 200 km lapisan transisi tebal. Meskipun
lapisan D ini sering dimasukkan sebagai bagian dari daerah bagian rendah dari mantel,
seismik diskontinuitas menyarankan bahwa kandungan zat kimianya akan berbeda. Sebuah
mantel silikat meluas dari 2.890 km ke atas hingga kedalaman beberapa puluh kilometer.
Bagian bawah 650 km sering diidentifikasi sebagai mantel yang lebih rendah yang
mengandung sekitar 49% dari massa dan terutama terdiri dari silikon, magnesium, dan
oksigen tetapi beberapa zat besi, kalsium, dan aluminium juga mungkin ada. Mineral
utamanya adalah olivin (Mg, Fe)2SiO4 dan piroksen (Mg, Fe) SiO. Di bawah tekanan bahan
berperilaku seperti cairan kental atau media amorf, sehingga alian vertiklnya lambat.
Diantara lapisan atas dan lapisan bawah terdapat wilayah transisi atau mesosfer dengan
tebal 250 km. Wilayah ini merupakan daerah dengan sumber magma basaltik dan kaya akan
kalsium dan aluminium. Pada lapisan atas, daerah antara beberapa puluhan kilometer ke 400
km mengandung sekitar 10% dari massa. Bagian dari lapisan atas, disebut astenosfer, bahkan
mungkin sebagiannya berupa cairan.
Terdapat sebuah kerak tipis yang mengapung pada lapisan. Ketebalan kerak ini hanya
berkisar 10-70 km; ketebalan ini lebih dari ketebalan di bawah pegunungan yang tinggi
seperti Himalaya dan lebih tipis di bawah cekungan tengah laut. Diskontinuitas seismik
menunjukkan tentang perbatasan antara kerak lapisan yang ditemukan pada tahun 1909 oleh
ilmuwan Kroasia Andrija Mohorovici'c, dan sekarang dikenal sebagai Moho diskontinuitas.
Kerak samudra yang berbentuk seperti basalt memiliki umur yang masih sangat muda,
sebagian besar berumur kurang dari 100 juta tahun dan tempatnya lebih dari 200 Ma. Hal ini
dilakukan melalui aktivitas tektonik di pegunungan di tengah laut. Kandungan utama kerak
benua terdiri batuan kristal yang didominasi oleh kuarsa (SiO2) dan feldspars (silikat logam-
miskin). Karena kerak benua ini lebih ringan dari kerak samudera (rata kepadatan masing –
masing sekitar 2.700 kgm-3 dan 3000 kgm-3), benua yang mengapung di atas lapisan lainnya,
dan saat ini mereka tidak diciptakan atau dihancur.
Litosfer adalah lapisan terluar Bumi yang kaku (Kerak dan bagian teratas dari lapisan
luar). Lapisan di bawahnya adalah astenosfer yang sebagian penyusunnya adalah zat cair di
mana redaman gelombang seismik akan terasa lebih kuat terasa di lapisan ini daripada
litosfer yang kaku tersebut.
Litosfer bukan satu – satunya lapisan yang kaku dan mulus; melainkan masi terbagi atas
20 lapisan yang melapisinya. Lempeng tektonik ("pergeseran benua") diperkuat oleh gerakan
materi dalam lapisan. Material baru mengalir sampai ke atas hingga ke tengah laut, dan
kemudian mendorong lempeng tektonik yang terpisah. Kerak samudera baru yang dihasilkan
mencapai 17 km3 per tahun. Bumi adalah satu - saatunya planet yang menunjukkan aktivitas
tektonik dalam skala besar. Sejarah pergerakannya dapat dipelajari dengan menggunakan e.
g. data paleomagnetic dari orientasi magnetik dari batuan mengkristal.
Pada akhir era Prakambrium, sekitar 700 juta tahun yang lalu, lebih dari setengah dari
benua yang sama telah membentuk benua yang dikenal dengan nama Gondwana, yang
diantaranya adalah Afrika, Amerika Selatan, Australia dan Antartika. Sekitar 350 juta tahun
yang lalu Gondwana berada di Kutub Selatan tetapi kemudian bergerak menuju khatulistiwa
sebelum akhirnya berpisah. Tabrakan ini membenntuk pegunungan baru hingga awal era
Mesozoic, yaitu sekitar 200 juta tahun yang lalu, semua benua bergabung menjadi satu super
benua yaitu Pangaea.
Pola aliran berubah dengan cepat dalam lapisan dan kemudian dan Pangaea pun pecah.
Samudera Atlantik tetap tumbuh dan materi baru mengalir di pertengahan pegunungan
Atlantik. Amerika Utara mengapung menjauhi benua Eropa beberapa sentimeter per tahun
(hal ini terjadi dengan kecepatan yang sama dengan oertumbuhan kuku kita). Pada saat yang
sama, bagian dari lempeng Pasifik samudera menghilang ke bawah lapisan. Ketika kerak
samudera didorong ke bawah kerak benua, maka hal ini akan menyebabkan zona gunung
berapi menjadi aktif. Jika zona berapi menjadi aktif maka hal ini akan menyebabkan
terjadinya gempa bumi di zona subduksi bahkan bisa berasal dari 600 km di bawah
permukaan. Pada pegunungan di tengah laut, kedalamannya hanya akan mencapai puluhan
kilometer saja (Gbr. 7.28).
Pegunungan terbentuk ketika dua pelat saling bertabrakan. Tekanan pada lempeng Afrika
ke arah lapisan Eurasia membentuk telah Pegunungan Alpen sekitar 45 juta tahun yang lalu.
Tabrakan lempeng India menciptakan Himalaya sekitar 40 juta tahun yang lalu, dan mereka
masih tumbuh sampai sekarang.
Sebagian besar dari permukaan ditutupi dengan air yang memadat yang berasal dari uap
air dari letusan vulkanik. Atmosfer primordial bumi sangat berbeda dari yang modern;
misalnya, tidak ada oksigen. Ketika proses kimia organik mulai di lautan lebih dari 2 × 109
tahun yang lalu, jumlah oksigen meningkat pesat (dan menghasilkan racun pertama
kehidupan!). Karbon dioksida murni terutama dikandung oleh batuan karbonat, seperti batu
gamping, dan metana yang dipisahkan oleh radiasi surya UV.
Gambar. 7.28. Lempeng tektonik. Titik-titik pada peta menunjukkan lokasi gempa bumi dengan magnitudo lebih
besar dari 5 di tahun 1980-1989. Panah menunjukkan kecepatan diamati dengan GPS permanen (Global
Positioning System) pelacakan stasiun. Skala kecepatan ditampilkan di kiri bawah
Unsur pokok penyusun atmosfer Bumi adalah gas nitrogen (77% volume) dan oksigen
(21%). Gas-gas lain, seperti argon, karbon dioksida, dan uap air terdapat dalam jumlah kecil.
Di bagian troposfer (bagian atmosfer terbawah), unsur - unsur tersebut tidak berubah.
Sebagian besar fenomena iklim terjadi di troposfer, yang mencapai hingga 8-10 km. Itu
puncak lapisan ini merupakan variabel, yang mana variabel ini akan sangat rendah di kutub,
dan sangat tinggi di khatulistiwa, di mana ia dapat memanjang hingga 18 km.
Lapisan yang berada di atas troposfer disebut stratosfer, dengan panjang hingga 60 km.
Batas antara troposfer dan stratosfer disebut tropopause. Di troposfer, suhu menurun 5-7 K /
km, sedangkan ketika stratosfer suhu mulai mengalami peningkatan, yang disebabkan oleh
penyerapan radiasi matahari oleh karbon dioksida, air uap dan ozon. Lapisan ozon
melindungi Bumi dari radiasi UV matahari pada ketinggian 20-25 km.
Terdapat 99% udara di troposfer dan stratosfer. Pada ketinggian 50 – 60 km, stratopaus
akan memisahkan stratosfer dari mesosfer. Mesosfer meluas hingga 85 km. Dalam lapisan
ini, suhu menurun lagi, mencapai suhu minimum sekitar -90◦C pada ketinggian 80-90 km di
mesopause. Bahan kimia di mesosfer sebagian besar berada pada keadaan tereksitasi, hal ini
dikarenakan penyerapan energi dari Matahari.
Lapisan diatas mesopause disebut termosfer dengan panjang hingga 500 kilometer. Suhu
meningkat tinggi dan bisa mencapai diatas 1.200◦C pada ketinggian 500 km. Gas dalam
bentuk plasma sepenuhnya terionisasi. Oleh karena itu, lapisan atas mesopause ini juga
disebut ionosfer.
Densitas udara di bawah ketinggian 150 km cukup tinggi untuk menyebabkan tabrakan
meteoroid hingga menjadi abu akibat gesekan. Hal ini juga berperan penting dalam
komunikasi radio, karena gelombang radio dipantulkan oleh ionosfer. Aurora adalah
fenomena bagian atas ionosfer.
Termosfer terbentang sepanjang 500 km dalam eksosfer. Tekanan udaranya lebih rendah
dalam ruang vakum.
Gambar. 7.29. Badai Katrina di Teluk Meksiko, sebelum menghancurkan kota NewOrleans. Ini difoto dari
satelit cuaca GOES-12 pada tanggal 28 Agustus 2005. Bandingkan ini ke Great Red Spot Jupiter pada Gambar.
7.57. (NOAA)
Medan magnetik Bumi dihasilkan oleh aliran inti. Medan magnetic hampir dipol tetapi ada
cukup variasi lokal dan temporal. Rata - rata kekuatan medan magnetik pada daerah dekat
khatulistiwa adalah 3.1 × 10-5 Tesla (0.31 Gauss). Kemiringan mencapai 11◦ terhadap sumbu
bumi, tetapi arah secara bertahap berubah terhadap waktu. Selain itu, utara magnet dan kutub
selatan telah bertukar tempat beberapa kali selama beberapa juta tahun terakhir. Lebih detail
dijelaskan dalam Sect. 7.6 dan dalam Gambar. 7.16, 7.17, 7.18, dan Tabel 7.2.
Bulan. Tetangga terdekat kita dalam ruang adalah Bulan. Daerah gelap dan terang yang
terlihat bahkan dengan mata telanjang. Untuk alasan historis, dahulumya disebut laut atau
maria (dari bahasa Latin, mare, laut, pl. maria). Bagian paling terang dari area tersebut adalah
dataran tinggi tetapi tidak ada kesamaan dengan laut darat, karena bergantung pada ada
tidaknya air di Bulan. Banyak kawah, yang merupakan efek dari semua meteorit, dapat
dilihat, bahkan dengan teropong atau teleskop kecil (Gbr. 7.30). Kurangnya atmosfer,
vulkanisme, dan bantuan tektonik dapat membantu memelihara formasi.
Gambar. 7.30. Sebuah peta permukaan Imlek, terdiri dari gambar diambil oleh probe ruang Clementine pada
tahun 1994. Catatan besar bidang maria di sisi dekat Lunar, di tengah Figur, dibandingkan dengan tidak
adanya hampir lengkap dari maria di jauh sisi Imlek. (US Naval Observatory)
Bulan adalah badan yang paling terkenal setelah Bumi. Pria pertama yang mendarat di
Bulan pada tahun 1969 dengan pesawat Apollo 11. Sebanyak lebih dari 2000 sampel, berat
382 kg, dikumpulkan oleh enam pesawat Apollo (Gbr. 7.31). Selain itu, pesawat luar
angkasa Soviet Luna yang tak berawak dikumpulkan dan kembali sekitar 310 gram Imlek
tanah. Instrumen ditempatkan di Bulan oleh astronot Apolla yang dioperasikan selama
delapan tahun. Cakupan seismometer , yang mendeteksi moonquakes dan dampak meteorit,
dan laser pemantulan pasif yang mengukur dengan tepat jarak antara Bumi ke Bulan. Re fl
ectors masih digunakan sebagai untuk Lunar Laser Ranging (LLR).
top related