Bukti Empiris Gravitasi

Newton bukanlah orang pertama yang mempelajari gravitasi.  Dalam peradaban Islam jaman keemasan, studi tentang gravitasi telah dilakukan oleh ilmuwan-ilmuwan Muslim salah satunya adalah Abdurahman Al-Khazini (abad 12 M) atau biasa disebut Al-Khazini. Beliau menulis sebuah kitab yang berjudul Mizan al-Hikmah atau Balance of Wisdom yang ditulis tahun 1121 M. Di dalam buku tersebut salah satunya berisi studi mengenai pusat gravitasi(gravitasi terhadap pusat benda). Menurut Al-Khazini definisi ”berat” adalah sebagai berikut;

Bukti Empiris Rotasi Bumi

Pada pembahasan yang lalu sudah dijelaskan bahwa bumi berotasi dalam periode 1 hari sideraeal.  Bukti-bukti bahwa bumi berotasi bisa dilihat dari gejala yang terjadi di alam misalnya terjadinya siang dan malam.  Bukti lain yang lebih penting adalah pembuktian secara empiris, yaitu melalui percobaan ilmiah dan pengukuran terhadap perubahan nilai besaran yang terjadi akibat rotasi bumi.

Bukti Empiris Revolusi Bumi

Teori geosentris pertama kali diajukan oleh Aristoteles Abad 4 SM dan mencapai bentuk standarnya yang dibukukan dalam “Almagest” karya Ptelomeus dari Mesir abad 2 Masehi.  Di dalam teori geosentris bentuk bumi adalah bulat dan menjadi pusat perputaran planet, matahari dan bintang-bintang. Teori ini dipercaya dan dianut di masa sesudahnya oleh peradaban Islam jaman keemasan dan peradaban barat di Eropa sampai munculnya teori heliosentris abad 15 Masehi.

Sejarah Singkat Memahami Bentuk Bumi dan Alam Semesta

Banyak orang yang salah faham dengan sejarah pemahaman manusia terhadap bentuk alam semesta.  Banyak yang mengira bahwa pemahaman bumi berbentuk bulat lahir dari gagasan Galileo. Galileo yang punya sejarah "dramatis" memang menarik perhatian dan dianggap sebagai sebuah tonggak sejarah.  Namun salahnya banyak yang mengira pergulatan Galileo adalah pertempuran antara bumi bulat melawan bumi datar.  Sebenarnya yang terjadi adalah pertempuran antara Geosentris melawan Heliosentris yang mana di dalam keduanya bentuk bumi adalah bulat.

Refraksi Pada Air Laut

Refraksi atau pembiasan cahaya adalah peristiwa pembelokan arah cahaya yang disebabkan oleh perbedaan kerapatan media yang dilalui cahaya.  Misalnya cahaya dari udara masuk ke air atau sebaliknya.  Setiap media memiliki indek bias, dilambangkan dengan huruf n.  Semakin rapat media semakin besar nilai n-nya.

Perspektif pada object di lautan

Ada seorang mantan murid saya menanyakan sebuah video dari youtube yang menampilkan objek di lautan, utuh saat dizoom penuh, namun hilang setelah dizoom mundur.  Nah kebetulan saya berkecimpung dalam kamera digital.  Jadi saya punya sedikit ilmu tentang kamera digital untuk saya bagikan kepada para sahabat pembaca.  

Satelit yang di anggap Bohong

Faham penganut bumi datar tidak mempercayai adanya satelit buatan yang mengorbit bumi.
Mengapa mereka tidak percaya adanya satelit buatan yang mengorbit bumi? 

Inilah sebabnya.....

Sebab pertama
Keberadaan satelit ini akan membuktikan adanya gaya gravitasi bumi. Padahal gaya gravitasi bumi diharamkan keberadaannya oleh penganut faham bumi datar. Ini sungguh gawat, padahal hukum fisika banyak yang berhubungan dengan gravitasi.

Sebab kedua
Dengan model bentuk bumi datar, mereka tidak akan bisa menjelaskan bagaimana cara satelit ini bisa menggantung di atas bumi, 
Agar bisa menggantung di atas bumi satelit harus mengitari bumi (mengorbit) dengan kelajuan tertentu sehingga menghasilkan gaya sentripugal yang sama dengan gaya gravitasi bumi. Rollcoaster adalah wahana yang menerapkan prinsip ini, pada saat posisi kereta ada di bawah, relnya harus melingkar dan kecepatan rollcoaster harus diperhitungkan agar tidak jatuh.


Sebab ketiga
Mereka tidak pernah menonton siaran TV yang direlay dari satelit, setiap melihat antena parabola yang menghadap ke langit mereka tutup mata. Kita bisa menerima siaran langsung dari belahan bumi manapun dengan bantuan satelit. Sebab sinyal yang dipancarkan di permukaan bumi akan sulit untuk menempuh jarak yang jauh karena terhalang oleh gunung atau dataran tinggi. Jadi dengan satelit siaran dari tempat yang satu bisa direlay ke tempat yang lain. Itulah mengapa antena parabola menghadap ke langit bukan ke samping seperti antena TV biasa.


Sebab keempat 
Mereka tahunya feature GPS itu hanya ada di smartphone yang menggunakan SIMCARD. Pendeteksian posisi memang bisa menggunakan bantuan BTS. Padahal jauh sebelum feature GPS ada di smartphone,  GPS sudah digunakan di banyak perangkat tanpa SIMCARD, seperti GPS tracker, GPS navigasi, GPS pada kamera digital dsb. Dari mana perangkat GPS dapat mendeteksi posisi? sudah barang tentu dari komunikasi dengan satelit. Jadi mungkin tak seorangpun dari mereka yang pernah menggunakan perangkat GPS, kecuali GPS pada smartphone. Padahal kalau mereka bersedia menggunakan GPS Navigasi pasti mereka akan yakin bahwa sinyal GPSnya berasal dari satelit bukan dari BTS. Bisa dibuktikan, saat masuk terowongon sinyal GPS terputus, atau jika di dalam rumah sinyal GPS pun susah, dan bukti akurat lagi GPS bisa digunakan di hutan belantara atau di lautan luas yang jauh dari sinyal apapun di daratan. Lagipula BTS mana yang bisa terhubung dengan perangkat GPS tanpa SIMCARD.


Sebab kelima
Mereka tidak percaya googlemap dibuat dengan bantuan foto dari satelit. Mereka yakin googlemap difoto dari drone. 
Mungkinkah? Negara mana yang mengijinkan kedaulatan wilayah udaranya diacak-acak oleh dronenya google? 

Sebab keenam
Mereka tidak pernah menggunakan ATM mobil di daerah terpencil/terpelosok yang tidak memiliki jaringan internet. Atau mereka tidak pernah melihat ATM mobil yang memiliki antena parabola contohnya ATM mobilnya BRI.

Sebab ketujuh
Mereka tidak pernah menonton berita peluncuran roket yang membawa satelit untuk diorbitkan. Atau kalaupun mereka menonton mereka tidak percaya kalau roket itu membawa satelit, atau kalau mereka percaya roket itu membawa satelit mereka yakin satelit itu akan dijatuhkan di laut atau disembunyikan di suatu tempat entah di mana.
Belum lama ini BRI telah berhasil mengorbitkan satelitnya yang bernama BRISat dengan menumpang roket dari perusahaan luar negeri tentu dengan membayar sejumlah uang.  Tentunya pihak BRI akan menuntut perusahaan luar itu bila satelitnya ternyata diceburkan ke laut atau disembunyikan entah di mana.  Nyatanya BRI telah merasakan manfaatnya dengan diorbitkannya BRISat ini. 


Jadi masihkah percaya bahwa bumi itu datar dan diam ???


Baca juga:
Bagaimana satelit bekerja?
Bagaimana Satelit bertahan di Termosfer ?
Mengapa meteor hancur Pesawat ruang angakasa tidak?

Menjawab Tangapan Terbuka untuk kepala LAPAN dari FLAT EARTH

Dear Creator Video FE 101

Sahabat, Saya mendapat kiriman dokumen “Tangapan Terbuka untuk kepala LAPAN”. Saya tertarik, namun saya sadar bahwa saya tidak berhak untuk menjawabnya.

Kenapa Diatmosfir Meteor Hancur Pesawat Angkasa Tidak

Kenapa Meteor Hancur Sedangkan Pesawat Ruang Angkasa Tidak Ketika Masuk Atmosfer Bumi? - Pertanyaan ini sebenarnya pasti sudah pernah muncul di pikiran siapapun yang terobsesi dengan interterestial sains. Kenapa Meteor Hancur sedangkan Roket Tidak?.

Nah.. Ini dulu sudah pernah aku pikirkan, entah pas S1 atau kapan gitu, lupa. Tapi saat itu secara sederhana aku menyimpulkan penyebabnya ialah "because meteor are total idiots". Maksudnya karena asteroid jatuh ke bumi dengan kecepatan yang sangat tinggi, sehingga ketika memasuki wilayah dimana kerapatan atom jauh lebih padat dari sebelumnya momentum tumbukan antara partikel asteroid dengan gas atmosfer menyebabkan asteroid atau meteor mengalami kikisan dan terbakar habis. Peristiwa ini akan seperti orang yang jatuh ke air dari ketinggian 1km. Air tidak padat, tapi jika kita jatuh dengan kecepatan yang sangat tinggi, badan kita bisa kayak rempeyek juga jadinya.

Sedangkan pada waktu itu, aku berfikir kalau roket kembali ke bumi bisa aman dan selamat karena sebelum masuk atmosfer mereka 'menge-rem' atau bahasa rumitnya melakukan percepatan negatif. Dengan begitu maka ketika masuk ke atmosfer tumbukan antara partikel material pesawat dan gas pelindung atmosfer tidak akan sedahsyat yang terjadi pada asteroid. Dulu kupikir gitu. Sederhana dan mungkin terdengar tolol. Tapi yah begitulah kalau hanya modal mengira-ngira pakai logika sendiri.

Tapi kemudian beberapa hari ini aku kembali membuka lagi kasus itu. Akhirnya cari di google. Ternyata perkiraanku di masa lalu itu salah kaprah dan terasa ngawur banget. Makanya kemudian aku ingin menuliskan beberapa penjelasan yang lebih saintifik, biar nggak terus bertahan dengan kebodohan lahh.

Meteor akan Hancur Terbakar

Meteor merupakan benda yang melayang-layang di luar angkasa selama puluhan, ribuan bahkan jutaan tahun lamanya. Karena luar angkasa merupakan ruang vakum yang tekanannya rendah, benda yang berada di luar angkasa akan memiliki kerapatan yang rendah. Ini sangat masuk akal karena kalau benda ditekan maka akan memiliki kerapatan partikel yang lebih tinggi. Sehingga dalam perspektif ini, meteor ini memiliki kerapatan yang rendah terutama di bagian permukaannya.

Ruang vakum yang memiliki tekanan rendah ini dapat membuat tulang para astronot menjadi rapuh, itu sebabnya di ISS astronot memiliki ruang gym yang memiliki gravitasi buatan(artificial gravity). Dan setiap astronot harus berolah raga 2 jam setiap harinya. Ini mencegah kerapuhan tulang pada astronot.

Ketika aku mengatakan meteor ini kerapatannya rendah, bukan semata-mata bahwa asteroid ini rapuh dan mudah hancur. Tetapi kerapatannya rendah jika dibandingkan dengan yang ada di bumi. Jadi meteor tetap memiliki kekuatan yang luar biasa karena memang kandungannya ialah logam yang memiliki ikatan ionik yang kuat.

Jadi hancurnya meteor bukan disebabkan karena kepadatannya yang kurang. Penyebab sebenarnya dari kehancuran meteor ialah kecepatannya. Meteor umumnya bergerak dengan kecepatan 15.000 km/jam. Kecepatan ini terus bertambah 9.8m/s ketika akan menabrak atmosfer bumi. Karena meteor menabrak atmosfer dengan kecepatan yang sangat tinggi ini, maka gas di hadapan asteroid akan mengalami tekanan yang sangat besar. Ketika gas ditekan maka temperaturnya akan meningkat secara instant. Kenaikan temperatur ini menyebabkan panas yang akan diterima oleh permukaan meteor. Selanjutnya meteor akan mengalami oksidasi, terjadi reaksi pembakaran hingga seluruh meteor hancur.

Lepas dari Gravitasi Bumi

Kita akan membahas mengenai pesawat ruang angkasa tidak hancur ketika kembali masuk ke atmosfer bumi. Jadi bukan lagi membahas kenapa roket tidak hancur ketika menembus atmosfer bumi, karena kecepatan awal yang digunakan oleh roket hanya sekitar 11km/s. Kecepatan ini dikenal dengan istilah escape velocity yaitu kecepatan ideal agar roket dapat keluar dari atmosfer bumi atau lepas dari gaya tarik bumi.

Ketika keluar dari atmosfer bumi, roket mengalami perubahan lingkungan dari kerapatan atom yang tinggi ke kerapatan atom yang lebih rendah dan dari tekanan yang tinggi ke tekanan yang rendah, sehingga secara sederhana tekanan dan gaya yang diterima oleh roket ketika keluar angkasa tidak akan lebih besar daripada yang dialami roket ketika di bumi. Itulah sebabnya roket tidak akan hancur ketika ke luar angkasa. Sedangkan radiasi yang diterima roket memang lebih besar, tetapi setiap roket telah dilengkapi dengan radiator.

Pesawat Ruang Angkasa Tidak Hancur

Asumsi saya yang seenaknya sendiri dulu itu, bahwa pesawat luar angkasa berhasil kembali ke bumi dengan selamat karena menggunakan 'percepatan negatif' alias gampangnya rem untuk mengurangi lajunya ialah salah kaprah. Tentu saja tidak semudah itu membuat 'rem' ataupun percepatan negatif di ruang angkasa yang vakum. Terlalu banyak energi yang dibutuhkan. Apalagi mengingat adanya grafitasi bumi yang akan mempercepat jatuhnya pesawat ruang angkasa.

Jadi ilmuwan merancang metode pendaratan yang aman untuk kembali ke atmosfer bumi. Yang pertama ialah modifikasi material yang digunakan pada bagian luar pesawat luar angkasa. NASA menggunakan teknologi peredam panas atau ablative technology. Teknologi peredam panas tipe ablative ini sebenarnya merupakan teknologi yang dikembangkan untuk meredam panas misil balistik pada militer. Jadi teknologi militer misil balistik ini menggunakan resin yang akan meredam panas gesekan udara ketika misil diluncurkan, dengan begitu tidak akan terjadi overheat sebelum mengenai sasaran. Teknologi pelapisan menggunakan material resin ini kemudian diadaptasi dan digunakan oleh NASA untuk mendesain pesawat luar angkasanya.

Konsep dari teknologi ablative ini ialah, seperti pada saat meteor menghantam gas, terjadi kompresi gas sehingga tempeaturnya meningkat. Dengan teknologi ablative, pesawat ruang angkasa dilapisi dengan resin sehingga ketika terjadi kompresi gas, resin ini akan terbakar, tetapi pada saat terbakar itu resin langsung melepaskan panasnya sehingga panas ini tidak bertahan di bagian badan pesawat. Karena panasnya dilepaskan, maka badan pesawat tidak akan mengalami peningkatan temperatur yang ekstrim sehingga tidak akan terbakar dan hancur lebur.

Lapisan resin ini memang dibuat untuk terbakar atau hancur. Jadi metode ablative ini hanyalah sekali pakai, terasa kurang efektif, tetapi memang dulu hanya itu pilihannya. Saat ini beberapa pesawat luar angkasa sudah menggunakan teknologi keramik insulator yang juga mampu meredam panas namun tidak sekali pakai. Tetapi teknologi ini masih belum umum digunakan.

Selain adanya teknologi ablative, pesawat luar angkasa juga harus masuk ke bumi dengan posisi sudut yang miring. Rata-rata proses kembalinya pesawat luar angkasa ini menggunakan kemiringan sudut 40 derajat. Dengan cara ini, dampak tumbukan antara pesawat dengan gas di atmosfer dapat diminimalisir, akibatnya kompresi gas tidak akan seekstrim jika tumbukan terjadi "head to head" atau 90 derajat.

Pengaturan kemiringan arah jatuhnya pesawat luar angkasa ini merupakan perhitungan matematis yang dilakukan oleh para ahli NASA. Dengan menggunakan komputer mereka dapat menentukan dan memutuskan sudut terbaik untuk pendaratan space shuttlekembali ke bumi.

Aku tahu ini bukanlah hal yang mudah, tetapi juga bukan hal yang mustahil bagi manusia. Perhitungan matematis menggunakan superkomputer semacam ini sudah menjadi praktik yang biasa di negara-negara maju.

Yap itulah beberapa hal kenapa meteor hancur sedangkan pesawat ruang angkasa tidak ketika masuk ke atmosfer bumi. Semoga ini bisa membuka wawasan dan rasa ingin tahu kita lebih dalam lagi. Ada banyak sekali hal luar biasa yang telah dicapai oleh saintis pada masa lalu yang membawa teknologi masa kini ke genggaman kita. Apa kita hanya akan jadi penikmat yang tidak tahu apa-apa?

Silahkan share jika manfaat.. Thanks for reading!

Sumber:

http://www.mystupidtheory.com/2016/10/kenapa-meteor-hancur-sedangkan-pesawat.html

http://engineering.mit.edu/ask/why-don%E2%80%99t-spacecraft-burn-or-veer-course-during-reentry-space
http://science.howstuffworks.com/question308.htm
http://addins.wrex.com/blogs/weather/2011/09/why-do-satellites-meteors-burn-up-entering-atmosphere/comment-page-1#comment-540117

gambar:

http://www.maxwellhunter.com/drupal8/sites/default/files/images/projects-and-milestones/space-shuttle.jpg


Baca juga:
Bagaimana satelit bekerja?
Bagaimana Satelit bertahan di Termosfer ?

Bagaimana Satelit Bekerja di Ruang Angkasa ?

Salah satu pertanyaan sains yang populer belakangan ini adalah bagaimana cara kerja satelit? Yah tentu saja pertanyaan ini berkaitan erat dengan booming-nya topik kontroversial bumi datar. Kali ini aku akan coba mengupas bagaimana satelit bekerja.

Bagaimana Cara Kerja Satelit?

Pembahasan kali ini akan terpusat pada cara peluncuran satelit hingga satelit tersebut mengorbit bumi. Jadi mengenai penggunaan satelit sebagai alat untuk GPS, penelitian dan  fotografi luar angkasa tidak akan aku bahas disini, mungkin akan ada di postingan berikutnya.

Yang akan aku bahas ialah struktur roket peluncur satelit, bahan bakar roket peluncur, bagaimana roket mampu menembus mesosfer yang sangat dingin dan thermosfer yang sangat panas, alasan kenapa satelit harus melaju 28.000 km/jam dan bagaimana satelit bisa mengorbit bumi?

Struktur Roket

Berbicara mengenai bagaimana satelit bisa mengorbit bumi, maka pasti akan membahas mengenai  cara peluncuran satelit. Teman-teman pasti sudah tahu kan kalau satelit selalu diluncurkan menggunakan roket?

Ada beragam jenis satelit dengan berbagai macam tujuan dan desainnya, oleh karena itu pada peluncurannya diperlukan jenis roket yang spesifik juga. Akan sangat sulit untuk menjelaskan seluruhnya tentang kombinasi struktur roket dan satelit ini, tetapi NASA memberikan gambaran sederhana-nya di webnya. Contohnya roket peluncur untuk satelit berjenis Kepler ialah seperti ini:

Contoh lainnya bisa kalian coba di link berikut: Aplikasi website NASA Roket Science. Di web tersebut kalian juga bisa melihat proses peluncurannya.

Dari gambaran ini bisa kita lihat bahwa cara kerja satelit ialah selama peluncuran di atmosfer bumi, posisi satelit berada di bagian dalam roket yang terlindung dari kondisi luar sebelum roket mencapai luar angkasa. Setelah di luar angkasa barulah permukaan roket dibuang dan satelit melaju tanpa pelindung.

Material Roket

Setiap bagian pada roket menggunakan material yang berbeda-beda, yang pasti desainnya berlapis-lapis dan dirangkai untuk bersifat tahan panas dan insulator (tidak menyalurkan panas).

Bagian luar-depan dari roket menggunakan reinforced carbon-carbon (RCC). Sifat material ini ialah mampu menahan temperatur hingga 2000 ^oC dan tekanan mencapai 700 MPa. Densitas material ini ialah 1.6-1.9 gr/cm³ lebih ringan 4 kali lipat dibandingkan besi yang massa jenisnya 7.9 gr/cm³.

Material penting lainnya yang digunakan sebagai dinding roket ialah High-temperature Reusable Surface Insulation (HRSI). Material ini memberikan perlindungan pada bagian dalam roket. Penggunaan bahan ini mampu membuat material bagian dalam bertahan dari perubahan temperatur yang ekstrim (-270 ^oC hingga 1600 ^oC). Kemudian jika roket membawa manusia (Space Shuttle) material lainnya yang digunkan ialah LRSI, FRCI dan TUFI.

Material roket ini harus tahan dingin dan panas yang ekstrim. Ini karena fakta bahwa lapisan atmosfer yang menyelimuti bumi memiliki karakter yang ekstrim panasnya dan ekstrim dinginnya. Lapisan Mesosphere pada ketinggian  50-100 km dari permukaan bumi memiliki temperatur mencapai -143 ^oC, sedangkan Thermosphere yang berada di ketinggian 85-500 km dari permukaan bumi mampu mencapai temperatur 2000  ^oC.

Baca Juga: Bagaimana Satelit Bertahan di Termosfer 

Bahan Bakar Roket

Tidak seperti pesawat yang memiliki standard Avtur sebagai bahan bakarnya, roket memiliki banyak sekali pilihan bahan bakar tergantung dari sistem peluncurannya (propulsion method). Beberapa metode peluncuran roket yang telah dikembangkan dapat dilihat pada: tabel cara peluncuran roket Wikipedia. 

Solid Fuel Rocket

Salah satu metode yang sudah pernah digunakan untuk penerbangan luar angkasa ialah Solid-fuel Rocket dengan menggunakan bahan bakar Solid Rocket Boosters campuran dari Amonium perklorat (sebagai pengoksidasi, 69.6% dari berat bahan bakar), Alumunium  (sebagai bahan bakar, 16%), Besi Oksida (sebagai katalis, 0.4%), polibutadiena akrilonitril (PBAN) polimer (bahan bakar kedua, 12.04% dan epoxy (pengeras bahan bakar, 1.96%. Jadi jangan dikira ini semudah bahan bakar pesawat ataupun kendaraan bermotor.

Electrostatic Ion Thruster

Saat aku mengunjungi K-Computer kemarin, salah satu fasilitas yang bisa aku nikmati ialah penggunaan Virtual Reality (VR) dalam simulasi pelepasan ion dari roket yang sistem pendorongnya ialah Electrostatic Ion Thruster. Dalam simulasi itu mereka mencoba melihat pergerakan dari ion-ion ketika telah dilepaskan dari shuttle space/roket.

Nah Elektrostatic Ion Thruster ini biasanya menggunakan Xenon sebagai atom propelant-nya (warna hijau). Xenon masuk ke dalam chamber yang kemudian di bombardir dengan elektron(warna kuning), hasilnya ialah terbentuknya plasma. Elektron yang ada pada katode ditingkatkan kecepatannya menuju anoda(postitife gride), sehingga dapat menghasilkan elektron dengan energi tinggi. Sementara ion yang kehilangan elektron akan bermuatan positif(warna biru) dan bergerak menuju plasma yang terbentuk, hasilnya ialah gaya tolakan antara ion positif dan negatif yang sangat kuat. Gaya tolakan ini digunakan sebagai pendorong  roket berdasarkan hukum ke-3 Newton.

Jadi bagi yang merasa sudah cukup pintar dan mengira kalau bahan bakar satelit itu kelasnya masih bensin atau senyawa hidrokarbon, harap minggir dulu yah. Proses ini menggunakan teknologi yang sangat advance dan melibatkan perhitungan yang sangat rumit. Melihat simulasinya saja aku sudah seperti orang kampungan apalagi teknologi aslinya.

Bagaimana Satelit Mengorbit Bumi?

Proses penempatan satelit pada orbitnya ini persis seperti yang digambarkan dalam animasi NASA yang sudah kalian lihat di sini. Pendorong satelit yang terakhir harus memiliki cukup energi untuk mendorong satelit mencapai kecepatan minimum 8 km/s atau sekitar 28.000 km/jam, sebelum kemudian melepaskan satelit tersebut. Kesalahan sedikit saja pada sudut peluncuran ataupun kecepatan peluncuran akan menyebabkan misi pengiriman satelit gagal.

Satelit yang bentuknya tidak aerodinamis mampu melaju dengan kecepatan 28.000 km/jam. Kecepatan ini memang lebih tinggi dari kecepatan suara yang hanya 1.236 km/jam. Fakta bahwa satelit yang bentuknya tidak aerodinamis ini dapat melaju puluhan kali lipat kecepatan suara hanya bisa terjadi karena lingkungannya berada di luar angkasa. Di luar angkasa kerapatan jenisnya ialah 6x10^-27 dari kerapatan jenis udara bumi. Ini sangat-sangat jauh berbeda dengan kondisi normal yang setiap hari kita alami

Kecepatan satelit sendiri harus mencapai 8 km/s atau 28.000 km/jam berdasarkan perhitungan hukum Newton dan Kepler tentang orbital satelit. Pembahasan mengenai ini bisa kalian baca di bagian: Ide Newton Untuk Membuat Satelit.

Sumber:

http://www.mystupidtheory.com/2016/09/bagaimana-satelit-bekerja.html

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Reinforced_carbon%E2%80%93carbon#Mechanical_properties
2. http://www.swri.org/3pubs/ttoday/fall03/LeadingEdge.htm
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_thermal_protection_system#High-temperature_reusable_surface_insulation_.28HRSI.29
4. http://web.archive.org/web/20050330130012/http://www.cpia.jhu.edu:80/pdfs/cptrs/CPTR_96-65.pdf
5. http://wikipedia.org
6. http://www.nasa.gov/externalflash/RocketScience101/RocketScience101.html
7. http://nasa.gov

Gambar:

1. file:///Users/hudatnt/Downloads/Electrostatic_ion_thruster-en.svg
2. http://www.azom.com/images/Article_Images/ImageForArticle_12034(2).jpg

Bagaimana Satelit bertahan di Termofer dan Tidak Meleleh

Beberapa hari yang lalu aku penasaran dengan pertanyaan sederhana. "Bagaimana mungkin mesosfer itu sangat dingin dan termosfer sangat panas?" Karena dalam pikiranku kalau semakin ke atas akan semakin dekat dengan matahari, artinya akan semakin panas. Tapi kenapa malah semakin dingin.

Pertanyaan ini berkembang dengan sangat menarik. Kenapa sangat menarik? Jadi gini, NASA menyebutkan bahwa temperatur di termosfer bisa mencapai 4500 fahrenheit atau setara dengan 2482.2  ^oC, bagaimanakah cara melakukan pengukuran temperatur ini? Termometer seperti apa yang mereka gunakan? Kalau di udara biasa (troposfer) mengukur temperatur bukanlah masalah besar, tapi bagaimana kalau kondisinya di ruang vakum luar angkasa, bagaimana bisa melakukan pengukuran?

Selanjutnya ada teman yang bertanya "Bagaimana mungkin satelit tidak meleleh di termosfer yang 2482.2 C? Bahan apa yang digunakan satelit?" Yah tau aja lah. Pertanyaan dari siapa ini.. XD

Pengukuran Temperatur

Selama ini mungkin pemahaman banyak orang mengenai temperatur ialah "Angka yang menunjukkan seberapa panas suatu benda atau area", dan temperatur ditunjukkan oleh alat yang bernama termometer.

Sekilas, pemahaman ini benar, tetapi apakah ini sudah sempurna dalam menjelaskan apa itu temperatur?

Dalam ilmu termodinamika temperatur didefinisikan sebagai kecenderungan suatu zat untuk mengalirkan energinya pada lingkungannya. Ketika dua zat bersentuhan maka salah satu zat yang memberikan energinya merupakan zat yang temperaturnya lebih tinggi. Jadi temperatur tidak akan terdeteksi ketika dua zat tidak bersentuhan dan tidak mengalirkan energi (panas).  Itulah kenapa harus ada standard untuk pengukuran temperatur, ilmuwan menggunakan standard titik beku dan titik didih air sebagai standard untuk temperatur yang kemudian disempurnakan sebagai satuan Kelvin, yang mendefinisikan batas terendah dari temperatur.

Sederhananya, setiap kali kita mengukur panas tubuh dengan termometer, kita harus menyentuhkan termometer pada tubuh sehingga termometer akan menerima energi panas dari tubuh dan menunjukkan temperatur. Ini tidak akan terjadi tanpa kontak antara termometer dan tubuh.

Ketika kita menggunakan termometer untuk mengukur temperatur ruangan, maka terjadi kontak antara termometer dengan zat uap air dan udara di ruangan sehingga termometer akan menerima energi panas dan menunjukkan temperatur.

Jadi bagaimana jika termometer di bawa ke luar angkasa? Di luar angkasa hampir tidak ada zat karena keadaannya vacum. Karena kondisi ini, jika kita membawa termometer ke luar angkasa, tidak perduli apapun jenis termometer-nya, tidak akan bisa mengukur temperatur di luar angkasa. Kenapa? Karena termometer tidak akan menyentuh zat atau senyawa apapun.

Mengetahui hal ini, ilmuwan tidak menyerah. Hingga akhirnya mereka menemukan cara mengukur temperatur luar angkasa. Bagaimana caranya mengukur temperatur di mesosfer dan termosfer?

Ilmuwan menggunakan kerapatan atom untuk menentukan temperatur di mesosfer dan termosfer. Kerapatan atom ini dihitung sebagai densitas, cara mengukurnya ialah dengan menggunakan koefisien gesekan yang menghambat laju pesawat luar angkasa (spacecraft). Dengan cara ini ilmuwan dapat mengetahui densitas atom di luar angkasa.

Kemudian densitas atom dapat dikonversi menjadi temperatur dengan menggunakan salah satu cabang ilmu kimia fisika yaitu termodinamika.

Dengan jarak antar partikel yang sangat jauh, maka gas yang ada di ruangan vakum dapat kita asumsikan sebagai gas ideal. Dalam gas ideal berlaku persamaan:

P.V = N.K_bT

T = P.V/N.K_b

Data densitas merupakan jumlah atom persatuan volume. Jadi dari persamaan tersebut jika P tetap dan V ruang luar angkasa = tak hingga (tetap juga), maka peningkatan dan penurunan temperatur hanya akan dipengaruhi oleh N atau jumlah atom. Jika N meningkat maka T pasti akan menurun, sedangkan jika N menurun jumlahnya maka T akan meningkat.

Dari sini bisa kita gambarkan bagaimana terjadinya peningkatan dan penurunan temperatur yang ekstrim di mesosfer dan termosfer.

Kondisi di mesosfer ialah, kandungan gas dan atom jauh lebih rendah dibandingkan di udara normal bumi, sehingga jika kita gunakan persamaan di atas, seharusnya temperatur mesosfer akan lebih tingi dari di bumi. Namun P atau tekanan di mesosfer jauh lebih rendah dibandingkan di bumi, sehingga tekanan menurun maka temperatur akan menurun juga.

Sedangkan kondisi di termosfer ialah kandungan gas dan atom jauh lebih rendah dibandingkan di mesosfer sedangkan tekanannya kurang lebih sama. Jadi temperatur di termosfer jika dibandingkan dengan mesosfer akan meningkat lebih tinggi disebabkan karena penurunan jumlah atom di termosfer.

Secara termodinamika persamaan di atas dapat mewakili kondisi ruang vakum yang berisi gas ideal dengan catatan tidak ada energi yang keluar dan masuk ke dalam lingkungan. Tetapi karena kondisi di luar angkasa ada energi yang masuk dan keluar dari lingkungan dan sistem, maka kalkulasinya tidak akan sesederhana itu.  Ilmuwan (bisa disebut NASA) harus melakukan kalkulasi jumlah energi yang masuk ke dalam sistem dan energi yang keluar dari sistem.

Perhitungan semacam ini bisa dilakukan dalam bidang termodinamika. Energi yang masuk merupakan energi dari gelombang radiasi matahari dan gelombang-gelombang kosmik lainnya. Sedangkan energi yang keluar dari sistem ialah berupa gelombang radiasi dari atom-atom di luar angkasa.

Temperatur Mesosfer

Ketinggian lapisan mesosfer ialah 50-100km dari permukaan bumi, pada lapisan ini temperatur sangat dingin mencapai -90 ^oC. Jika sebelumnya aku sudah menjelaskan pendekatan yang dilakukan para ilmuwan untuk menentukan temperatur di luar angkasa, dengan persamaan yang aku sebutkan di atas itu, masih tidak masuk akal jika temperatur di mesosfer ialah -90 ^oC.

Sangat rendahnya temperatur di mesosfer ini ternyata erat kaitannya dengan keberadaan beberapa molekul mayoritas pada lapisan ini. Salah satu molekul yang sangat besar jumlahnya di Mesosfer ialah Karbon Dioksida CO2.

Seperti yang sudah kalian ketahui bahwa gas CO2 merupakan collant agent yang sangat baik. CO2 dapat menurunkan temperatur secara instant karena senyawa ini dapat menyerap panas dan mengubah energinya menjadi radiasi foton. Sifat CO2 yang mampu menyerap panas dengan cepat inilah yang membuat gas CO2 digunakan dalam tabung pemadam kebakaran.

Di mesosfer senyawa CO2 akan menyerap radiasi matahari kemudian memancarkannya dalam bentuk radiasi foton ke bumi. Inilah yang menyebabkan ketika terjadi peningkatan CO2 di atmosfer, maka panas bumi akan meningkat yang kita kenal sebagai efek rumah kaca. 

Temperatur Termosfer

Termosfer merupakan lapisan atmosfer pada ketinggian 100-200 km, sebaliknya dari lapisan mesosfer, disini temperatur sangat tinggi mencapai 2482.2 ^oC. Ada setidaknya tiga alasan kenapa temperatur di Termosfer sangat tinggi, pertama seperti yang telah aku sebutkan di atas bahwa tekanan P sangat rendah di luar angkasa ini. Kedua jumlah molekul N di lapisan ini sangat sedikit ini menyebabkan penurunan temperatur berdasarkan persamaan gas ideal yang telah kita bahas. Ketiga ialah adanya energi radiasi UV matahari dan radiasi kosmik lainnya yang tidak diserap oleh atom CO2.

Lalu jika temperatur termosfer benar-benar 2482.2 ^oC , bagaimana mungkin satelit bertahan di temperatur ini? Ini dikarenakan walaupun temperaturnya 2482.2 tetapi keadaanya di luar angkasa dingin sehingga satelit dapat bertahan.

Panas Tapi Dingin?

Ya! 2482.2  ^oC tetapi dingin. Bagaimana mungkin ini terjadi? Apa karena vakum? Yap!

Oke kalau aku jawab karena vakum, pasti bakalan pada bilang "Semua yang aneh dijawab karena vakum! Emangnya vakum itu sihirnya Harry Poter?" Hahaha.. Yaudah lahh.. Coba kita pelajari pelan-pelan.

Temperatur yang tunjukkan oleh angka 2482.2 ^oC merupakan definisi temperatur dalam skala mikro. Dimana ini ditetapkan dalam Hukum Termodinamika ke-Nol. Hukum Termodinamika ke-Nol mendefinisikan temperatur dimana molekul tidak lagi bergerak sebagai temperatur nol derajat. Temperatur nol derajat ini ketika dikonversi dalam satuan Celcius ialah -273 ^oC. Kemudian dijadikanlah ukuran temperatur dimana molekul tidak bergerak sama sekali ini sebagai satuan nol Kelvin (K), merujuk pada ilmuwan Lord Kelvin pendirinya.

Dalam pemahaman ini artinya adalah temperatur merupakan properti yang menunjukkan energi kinetik atom-atom gas yang saling bertumbukan dan menghasilkan panas. Artinya semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi pula pergerakan atom gas. Artinya 2482.2 ^oC merupakan angka yang menunjukkan kecepatan gerak dari atom gas, permasalahannya ialah gas ini tidak akan bertumbukan dengan gas lainnya sehingga tidak akan menghasilkan panas walaupun energi kinetik atomnya sudah besar. Jadi walaupun 2482.2  ^oC tetapi tidak akan langsung membakar satelit ataupun astronot yang melayang di angkasa.

Definisi di atas mungkin masih sulit di cerna. Maka dari itu aku akan coba ceritakan dengan contoh yang lebih manusiawi mengenai gerakan molekul, temperatur dan panas yang dihasilkan ini.

Contoh paling sederhananya ialah ketika di sauna. Ketika di sauna, temperatur pemanas pasti diatur standard tidak berubah. Sekarang jika di sauna tersebut kita menuangkan air 1 ember, kemudian air tersebut akan menguap memenuhi ruangan. Apakah cukup panas?

Kemudian coba tuangkan air 30 ember ke pemanas tersebut, sehingga 30 ember molekul air akan mendidih memenuhi ruangan. Sekarang apakah cukup panas?

Ya. 30 ember melekul air akan membuat sekujur tubuhmu melepuh karena panasnya. Lalu kenapa 1 ember air tidak panas? Karena jumlah molekul sedikit, maka pertukaran panas antara molekul air dengan tubuh kita relatif lebih sedikit.

Begitu pula yang terjadi di ruang vakum. Tidak banyak gas yang akan mengalirkan panas pada satelit atapun baju astronot. Kepadatan molekul di termosfer ialah sekitar 1.9x10¹⁰molekul/cm³, bandingkan dengan jumlah molekul di udara sektiar kita yaitu 3x10¹⁹molekul/cm³. Perbandingannya ialah 1:10⁹

Walaupun temperatur tingi pada termosfer tidak dapat mengalirkan panas karena tidak cukup molekul gas, tetapi satelit tetap perlu proteksi dari panas dalam bentuk radiasi.

Cara Rambat Panas dan Proteksi Satelit

Ada tiga cara rambat panas yang dikenal dalam ilmu fisika, yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi. Di dalam ruang vakum dimana tidak ada material gas apapun, cara rambat panas yang bisa terjadi hanyalah radiasi.

Di ruang vakum termosfer terdapat berbagai jenis radiasi kosmik dan radiasi matahari yang mampu menaikkan temperatur logam bahan baku satelit. Namun satelit juga dilengkapi dengan teknologi radiator termal yang mampu melepaskan energi panas tersebut dalam bentuk radiasi ke ruang hampa. Silahkan cari informasi selengkapnya di google tentang teknologi radiator ini dengan kata kunci "Space Thermal Radiator"

Jadi selain itu untuk mengontrol panas yang diterima oleh satelit dan spacecraft, digunakanlah bahan khusus yang mampu menerima panas dan merambatkannnya. Seperti bagian yang menghadap ke Matahari menggunakan bahan yang menyerap ultraviolet sehingga dapat menyerap panas maksimal, sedangkan bagian yang menghadap ke bumi mampu melepaskan panas. Silahkan baca tulisanku sebelumnya tentang Cara Kerja Satelit disini. Dan untuk mengendalikan temperatur di dalam satelit maka setiap satelit dilengkapi dengan radiator termal yang akan melepaskan energi panas sehingga satelit tidak rusak/meleleh.

Salah satu contoh material anti radiasi ialah pada termos air. Pada termos air panas, di bagian dalam tabungnya pasti berwarna mengilap ini mencegah energi panas untuk merambat melalui radiasi. Sedangkan pada termos air dingin di bagian luarnya akan dilapisi dengan lapisan mengilap untuk menghalau rambatan gelombang radiasi masuk. 

 So.. Human is clever, isn't it?

Penjelasanku memang tidak sampai sangat spesifik, hanya seperti pengantar dari penjelasan sebenarnya. Rumus yang aku pakai adalah pendekatan saja, bukan rumus sebenarnya, dari pendekatan semacam ini kita bisa melihat kemungkinan dibangunnya teknologi satelit dan pengukuran temperatur di termosfer dan mesosfer.

Hanya karena kita tidak cukup pintar untuk memahami sesuatu, bukan berarti semua manusia tidak bisa memahaminya.

 Human is awesome creatures! 

Sumber:

http://www.mystupidtheory.com/2016/09/bagaimana-satelit-bertahan-di-termosfer.html

1. http://helios.gsfc.nasa.gov/qa_sun.html#coronatemp
2. http://helios.gsfc.nasa.gov/qa_sp_ht.html
3. E. Doornbos, Thermospheric Density and Wind Determination from Satellite Dynamics,2012, Springer Theses, DOI: 10.1007/978-3-642-25129-0_2, Berlin Heidelberg
4. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/temper2.html
5. http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/ozone/additional/science-focus/about-ozone/atmospheric_structure.shtml
6. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/temper2.html
7. http://ifisc.uib-csic.es/raul/CURSOS/TERMO/Thermodynamic%20temperature.pdf

Gambar:

http://www.nasa.gov/images/content/167162main_sts116-301-028_hires.jpg
https://www.standeyo.com/NEWS/10_Space/10_Space_pics/100716.thermosphere.jpg

Menghitung Jarak Bumi ke Matahari

Hampir setiap hari kita melihat Matahari terbit dan tenggelam, kecuali pada saat langit sedang mendung. Seberapa jauh sih Matahari dari Bumi? Mungkin itu yang membuat kamu bertanya-tanya ya. Jawaban yang paling singkat adalah 1 AU (Astronomical Unit). 

Orang yang pertama kali mencoba menghitung jarak Matahari dari Bumi secara kasar adalah Aristarchus, sekitar 2.250 tahun yang lalu, dengan menggunakan trigonometri ini pelajaran waktu SMP

Belakangan, tepatnya pada tahun 1653, seorang astronom bernama Christiaan Huygens menghitung lagi jarak Matahari dari Bumi dengan teliti, dengan menggunakan metode triangulasi yang melibatkan Matahari, Bumi dan Venus. Hasil perhitungan Huygens dikoreksi lagi oleh Giovanni Cassini pada tahun 1672, dengan menggunakan metode paralaks, yang memuat perhitungan sudut secara lebih teliti.

Bagaimana sebenarnya cara astronom untuk dapat menghitung dan mengetahui jarak diantara benda-benda langit seperti Matahari, planet, bintang, galaksi dan sebagainya. Metode penentuan jarak bintang dan objek luar angkasa lainnya yang paling sederhana adalah metode paralaks trigonometri. Akibat perputaran Bumi mengitari Matahari, maka bintang-bintang yang dekat tampak bergeser letaknya terhadap latar belakang bintang-bintang yang jauh. Dengan mengukur sudut pergeseran itu (disebut sudut paralaks), dan karena kita tahu jarak Bumi ke Matahari, maka jarak bintang dapat ditentukan.

            Pada abad ke-19 dilakukan pengukuran jarak bintang dengan cara Paralaks Trigonometri. Untuk memahami cara ini, lihatlah gambar berikut ini.

Akibat pergerakan Bumi mengelilingi Matahari, bintang terlihat seolah-olah bergerak dalam lintasan elips yg disebut elips paralaktik. Sudut yg dibentuk antara Bumi-bintang-Matahari (p) disebut paralaks bintang. Makin jauh jarak bintang dengan Bumi maka makin kecil pula paralaksnya. Dengan mengetahui besar paralaks bintang tsb, kita dapat menentukan jarak bintang dari hubungan:

tan p = R/d

R adalah jarak Bumi – Matahari, dan d adalah jarak Matahari – bintang. Karena sudut theta sangat kecil persamaan di atas dpt ditulis menjadi

Ø= R/d

pada persamaan di atas p dlm radian. Sebagian besar sudut p yg diperoleh dari pengamatan dlm satuan detik busur (lambang detik busur = {”}) (1 derajat = 3600″, 1 radian = 206265″).

Oleh krn itu bila p dalam detik busur, maka

p = 206265 (R/d)

Bila kita definisikan jarak dalam satuan astronomi (SA) (1 SA = 150 juta km), maka

p = 206265/d

Dalam astronomi, satuan jarak untuk bintang biasanya digunakan satuan parsec (pc) yg didefinisi sebagai jarak bintang yg paralaksnya satu detik busur. Dengan begini, kita dapatkan

1 pc = 206265 SA = 3,086 x 10^18 cm = 3,26 tahun cahaya

p = 1/d –> p dlm detik busur, dan d dlm parsec.

Dari pengamatan diperoleh bintang yg memiliki paralaks terbesar adalah bintang Proxima Centauri yaitu sebesar 0″,76.

Dengan menggunakan persamaan di atas maka jarak bintang ini dari Matahari (yg berarti jarak bintang dgn Bumi) adalah 1,3 pc = 4,01 x 10^13 km = 4,2 tahun cahaya (yang berarti cahaya yg dipancarkan oleh bintang ini membutuhkan waktu 4,2 tahun untuk sampai ke Bumi).

Sebarapa jauhkah jarak tersebut??

Bila kita kecilkan jarak Bumi – Matahari (150 juta km) menjadi 1 meter, maka jarak Matahari ke Proxima Centauri menjadi 260 km ,Karena sebab inilah bintang hanya terlihat sebagai titik cahaya walau menggunakan teleskop terbesar di observatorium Bosscha.

Sebenarnya ada beberapa cara lain untuk mengukur jarak bintang, seperti paralaks fotometri yg menggunakan kuat cahaya sebenarnya dari bintang. Kemudian cara paralaks trigonometri ini hanya bisa digunakan untuk bintang hingga jarak 200 pc saja. Untuk bintang2 yg lebih jauh, jaraknya dapat ditentukan dengan mengukur kecepatan bintang tersebut.

 Perhitungan jarak bumi ke matahari ini didasarkan pada perhitungan kecepatan cahaya matahari sampai ke bumi dengan kecepatan rata-rata sekitar 8,3 menit.

keterlambatan ini bisa dihitung dari panjang gelombang sinar matahari yaitu ultra-violet yang bergeser beberapa nanometer dari panjang gelombang yang dihasilkan oleh proses termonuklir

kita tahu bahwa cahaya matahari terlambat 8.3 menit* dan kecepatan cahaya adalah 3x10^8 m/s sehingga jarak tempuhnya adalah:

Jarak Matahari  = 8.3 x 60 x 3x10^8 m

Jarak Matahari  = 149 000 000 km

Jadi jangan beranggapan Jika Ilmuwan cuma ngasal dalam perhitungan karena ditinjau dari namanya mereka pasti orang ber-Ilmu.