Bumi dalam Tata Surya
By : Purwo Sutanto
Semua benda-benda langit yang tersebar di jagad raya disebut alam semesta. Di dalamnya terdapat kelompok-kelompok bintang yang berkerumun dengan jumlah tak terbilang. Setiap kelompok disebut galaksi, salah satunga bernama Galaksi Bima Sakti (Mylky Way).
Galaksi bima sakti memiliki struktur spiral berbentuk cakram, terdiri atas lebih dari 40 milyad bintang, salah satunya adalah matahari. Dari tepi ke tepi panjangnya sekitar 100.000 tahu cahaya, sedangkan tebal benjolan tengahnya sekitar 15.000 tahun cahaya ( 1 detik cahaya = 300.000 km). Bima sakti termasuk berukuran sedang apabila dibandingkan dengan kelompok lainnya. Galaksi lain yang terdekat dengan bima sakti adalah galaksi Andromeda (berupa kabut/nebula) yang jaraknya 80.000 tahun cahaya. Karena luasnya yang tak terhingga menyebabkan alam semesta tetap dalam keadaan gelap, meskipun di dalamnya terdapat lebih dari 2 milyar galaksi dengan masing-masing memiliki bintang-bintang yang bersinar jauhnya melebihi matahari dengan jumlah tak terbilang.
Para ilmuwan sepakat bahwa benda-benda di alam semesta terbuat dari unsur-unsur yang hampir sama. Ada dua teori yang sangat terkenal mengenai terbentuknya alam semesta, pertama teori ledakan, kedua teori ekspansi dan kontraksi.
A. Teori Ledakan
Teori ini bertolak dari asumsi bahwa pada awal mulanya ada suatu massa yang luar biasa besarnya (big bang) dengan berat jenis sangat besar. Akibat adanya reaksi inti maka massa yang luar biasa besarnya tersebut meledak dan berserakan kemudian mengembang dengan sangat cepat menjauhi pusat ledakan.
Setelah jutaan tahun, maka massa yang berserakan membentuk kelompok-kelompok yang akhirnya menjadi galaksi. Kelompok-kelompok itu terus bergerak menjauhi pusatnya. Teori ini didukung dari hasil pengamatan bahwa galaksi-galaksi itu memang terus bergerak menjauhi titik pusat yang sama.
B. Teori Ekspansi dan Kontraksi
Teori ini dilandasi adanya pemikiran bahwa alam semesta mengalami siklus setiap 30 milyar tahun sekali, yaitu terjadinya massa ekspansi dan massa kontraksi. Pada massa ekspansi terbentuklah galaksi-galaksi beserta bintang-bintangnya. Ekspansi ini disebabkan adanya tenaga yang berasal dari reaksi inti hidrogen yang pada akhirnya membentuk berbagai unsur yang kemudian menyusut kembali karena mengeluarkan tenaga panas yang tinggi. Berdasarkan teori ekspansi dan kontraksi, maka sebenarnya alam semesta ini tidak berawal dan tidak berakhir.
C. Sistem Tata Surya.
Susunan tata surya terdiri dari planet-planet bersama masing-masing satelitnya, asteroid, komet, dan kumpulan meteorit. Hipotesis pertama mengenai terbentuknya tata surya dikemukakan pada tahun 1755 oleh Immanuel Kant (1724-1804). Ia menyatakan bahwa tata surya terbentuk dari suatu zat utama (primary matter) yang memenuhi ruang angkasa. Bagian dari zat ini yang berupa zat padat berada dalam keadaan diam tak bergerak, tetapi satu sama lain memiliki massa dan kepadatan yang berbeda.
Akibat gaya tarik menarik antara sesama partikel tersebut mulai bergerak dan berkondensasi secara terpisah. Proses ini terus berlangsung dan saling berinteraksi. Kondensasi-kondensasi yang lebih besar menarik kondensasi yang lebih kecil dan terbentuklah knots (simpul) yang besar dari zat tersebut.
Selain gaya tarik juga ada gaya tolak. Gerakan yang diakibatkan gaya ini menyebabkan partikel yang bertemu saling bertubrukan dan terpental satu sama lain ke arah yang berbeda-beda. Arah yang paling sering dituju oleh partikel yang bergerak ini menjadi predominant (pengaruh semakin kuat) dan suatu massa dari simpul yang terdiri dari zat utama tadi mulai bergerak ke satu arah, mengitari satu simpul yang terbesar dalam kelompok itu.
Menurut Pierre Laplace (1748-1827) pada tahun 1796 mengatakan bahwa matahari, planet-planet beserta satelitnya terbentuk dari zat-zat yang pada mulanya berupa gumpalan awan gas yang mengembun dalam keadaan berputar berbentuk seperti cakram. Akibat gaya tarik antara sesama partikel-partikel, maka pusat nebula mengalami kondensasi. Pada massa awal pembentuka tatasurya, bagian ini menjurus ke arah terbentuknya matahari sebagai pusat tatasurya. Pada mulanya matahari diselimuti oleh suatu nebula yang bergerak sejajar mengitarinya. Partikel-partikel yang terdekat dengan matahari membentuk orbit dengan radius kecil, sementara yang berada pada jarak yang lebih jauh orbit lingkarannya memiliki radius lebih panjang pada jangka waktu yang sama. Oleh karena itu semakin jauh jarak dari titik pusat tata surya, semakin lemah pengaruh gaya tariknya, dan semakin kuat gaya sentrifugalnya. Pada jarak tertentu dari titik pusat tersebut, kekuatan-kekuatan ini mencapai keseimbangan. Titik keseimbangan ini merupakan batas antara susunan tata surya terhadap gugusan benda-benda yang ada di cakrawala lainnya.
Karena hipotesis Kant dan Laplace hampir mirip, maka kedua hipotesis tadi dikenal dengan sebutan Hipotesis Kant dan Laplace.
Matahari adalah sebuah bintang, merupakan pusat tata surya yang jaraknya dari bumi 149.500.000 km, dengan panjang garis tengah pada equatornya 1.400.000 km. Wujudnya berupa gas pijar berbentuk bola dengan massa 332.000 kali massa bumi. Temperatur inti matahari tidak kurang dari 25.000.000oC, sedangkan di permukaannya sekitar 6.000oC. Matahari berotasi pada kutubnya dengan perioode antara 24-26 hari, sedangkan periode pada equatornya 34-37 hari di bumi.
Menurut Nicolas Copernicus (1473-1543) menyatakan bahwa matahari sebagai pusat tata surya (Heliosentris). Teori ini kemudian dimodifikasi oleh Kepler (1551-1630), Ishak Newton (1643-1727), dan Galileo-Galiley (1564-1642).
Matahari memiliki sembilan planet yang bergerak mengelilinginya, enam di antaranya memiliki satelit-satelit yang juga bergerak mengelilingi planetnya. Planet-planet tersebut adalah; Mercurius, Venus, Bumi, Mars, Yupiter, Saturnur, Uranus, Neptunus, dan Pluto.
Bumi memiliki garis tengah equator sejauh 12.756 km, dengan densitas 5,52 gram/cm3, memiliki satelit bernama Bulan. Waktu untuk mengelilingi matahari satu putaran selama 365,25 hari (setahun), dengan kecepatan gerak 965.600 km/jam. Sedangkan waktu sekali putar (rotasi) selama 24 jam, dengan kecepatan translasi di equator lebih dari 1.600 km/jam (radius bumi = 6.378,2 km). Bagian luar Bumi diselimuti lapisan udara yang disebut atmosfera.
Bumi disebut juga planet biru, karena tampak berwarna biru apabila dilihat dari luar angkasa. Planet ini sangat unik dalam tata surya akrena terdapat air dalam tiga fase sehingga memiliki lautan dan kutub es serta terjadi siklus hidrologi yang berkesinambungan. Di Bumi juga berlangsung proses-proses geologis secara aktif, yaitu terjadinya siklus geologi yang menyebabkan permukaan Bumi terus mengalami perubahan dan peremajaan sepanjang waktu.
Bentuk Bumi tidak bulat sempurna, melainkan menyerupai oblate spheroid yaitu agak pepat pada kutub-kutubnya. Panjang jari-jari di kutub 6.356,8 km, dan di ekuator 6.378,2 km, dengan luas permukaan 510.100.954 km2. bentuk seperti ini disebut Geoid. Secara teoritis pepatnya bumi disebabkan adanya rotasi sejak awal pembentukannya sewaktu Bumi belum padat. Akibatnya, pada bagian yang searah dengan sumbu rotasi akan terjadi pemampatan, sedangkan yang tegak lurus, yaitu yang searah dengan equator akan mengalami pengembangan.
Bentuknya yang unik menyebabkan permukaan Bumi memiliki kekuatan grafitasi yang berbeda. Secara umum di wilayah kutub kekuatan gravitasinya lebih besar daripada di katulistiwa. Percepatan gravitasi dari kutub ke equator perubahannya secara perlahan. Namun demikian, dibeberapa tempat ada yang gaya tariknya di atas normal (positive gravity anomaly) dan juga di bawah normal (negative gravity anomaly). Anomali ini disebabkan faktor geologis setempat, seperti adanya batuan berdensitas rendah dan batuan berdensitas tinggi atau mungkin adanya gejala struktur pada bagian dalam bumi.
Bumi memiliki satelit, yaitu bulan. Bulan berdiamer 3.456 km, sedangkan jaraknya dari bumi 384.395 km. Bulan berotasi sambil mengelilingi Bumi. Waktu yang dibutuhkan untuk sekali rotasi sama tepat dengan waktu untuk revolusi, sehingga permukaan Bulan yang tampek ke Bumi selalu tetap sama. Volume Bulan hanya 1/82 dari volume Bumi dan gravitasinya 1/6 dari gravitasi Bumi. Tak ada air dan udara, oleh sebab itu permukaan Bulan tetap abadi karena terjadi siklus geologi layaknya Bumi.
D. Sifat-sifat Panas Bumi
Bumi memiliki sifat panas yang berasal dari luar (eksternal heat) dan dari dalam (internal heat). Panas luar berasal dari pancaran panas matahari, yang besarnya sekitar 10 pangkat 21 kalori setiap tahun. Penerimaan panas dipermukaan Bumi tidaklah merata tergantung pada radian energi dan beberapa faktor lain seperti distribusi daratan dan perairan, kedalaman, tinggi rendah permukaan Bumi (setiap penambahan tinggi 100 m, suhu turun 0,5oC), penyebaran tumbuhan, arus laut, angin, dan jenis batuan.
Gradien geotermal, adalah tingkatan kenaikan temperatur dalam derajat Celcius apabila turun atau masuk ke dalam Bumi tiap 100 meter. Di Eropa rata-rata 3oC/100m, di Amerika Utara gradien geotermalnya sekitar 1,6oC/ 100 meter.
Fluktuasi suhu udara di dekat permukaan Bumi sangat tinggi, kadang mencapa 100oC. Namun fluktuasi ini semakin berkurang apabila ke arah dalam Bumi, dan pada kedalaman tertentu hilang sama sekali (daerah zone of constant annual temperature). Pada zona ini suhu tanah sama dengan suhu udara di atasnya karena di bagian atasnya diselimuti oleh zona heliothermal, yaitu lapisan kulit Bumi (lithosfera) yang mendapat panas Matahari.
Di bawah lapisan zona yang bersuhu konstan terdapat zona geothermal, yaitu daerah yang suhunya tetap tinggi bukan akrena pengaruh sinar matahari, tetapi panasnya berasal dari dalam perut bumi.
Derajat geotermik tidak sama untuk setiap tempat, hal ini disebabkan beberapa faktor:
1. Perbedaan sifat penghantar panas lapisan tanah. Semakin tinggi daya penghantarya, semakin rendah derajat geotermiknya.
2. Proses-proses reaksi kimia dari kandungan air yang terdapat dalam lapisan tanah dan batuan.
3. Kondisi yang menyebabkan terbentuknya batuan (tegak/liring atau datar).
4. Gerakan air bawah permukaan (tergantung aliran airnya panas atau dingin).
5. Gerakan air di permukaan Bumi. Di dekat lautan atau laut derajat geotermiknya akan lebih tinggi daripada tempat-tempat yang jauh terhadap lautan.
6. Konsentrasi unsur-unsur radioaktif batuan. Tempat berradioaktif tinggi, derajat geotermiknya menurun).
Dengan patokan derajat geotermik 33 meter untuk lapisan-lapisan lithosphera, maka pada kedalaman 33 km suhunya 1.000 oC dan pada kedalaman 66 km berarti akan mencapai 2.000oC. pada suhu setinggi ini maka batuan-batuan di bawah litosfera akan mencair, tetapi karena pada kedalaman tersebut tekanannya tinggi (11.000-14.000 atmosfer), menyebabkan batuan-batuan atau zat-zat berada dalam keadaan padat dan plastis. Apabila derajat geotermik tetap 33 meter, berarti panas di pusat bumi sekitar 193.060oC, berarti zat-zat di perut Bumi dan Mantel Bumi dalam keadaan cair. Dalam keadaan seperti ini maka lapisan permukaan bumi juga akan mencair. Dengan demkian, suhu pada bagian dalam bumi tidak akan melebihi antara 3.500-4.000oC. hal ini dengan perhitungan adanya tekanan pada tempat tersebut sebesar 4.163.450 atmosfer. Pada kondisi seperti ini maka batuan dalam mantel dan pusat bumi bentuknya kenyal dan padat. Hal ini sesuai dengan data astronomi dan seismologis.
Pendapat terakhir menyatakan bahwa panas yang terjadi pada lapisan litosfera berasal dari adanya reaksi zat radioaktif. Unsur-unsur yang mencair akibat reaksi ini akan bertambah volumenya sehingga tekanannya meningkat dan dapat mengakibatkan erupsi dalam bentuk massa cair.
Sumber: Agung Mulyo, 2004, Pengantar Ilmu Kebumian, Bandung: Pustaka Setia
