Kegiatan Di Permukaan Matahari

Lidah api raksasa (prominence) merupakan gangguan (perturbation) pada permukaan matahari. Prominence terjadi pada kromosfer bagian tepi. Prominence merupakan gas panas yang tersembur dahsyat dari permukaan matahari. Ia menyerupai lidah api besar yang berwarna kemerahan dan memiliki bentuk yang berbeda-beda, seperti bentuk spiral, bentuk pita, gunung dan tabir. Prominence dapat mencapai ketinggian 900.000 mil dari permukaan matahari. Prominence dapat di amati pada waktu terjadi gerhana matahari total. Hubungan intensitas kegiatan matahari dengan pancaran partikel bermuatan listrik selama terbentuknya suatu bintik matahari maupun terbentuknya lidah api matahari selalu memancarkan partikel bermuatan listrik (proton dan elektron) yang melewati korona ke arah sekeliling bumi (solar wind). Solar wind memiliki massa jenis rendah (5 partikel/cm3), angin matahari mempengaruhi bumi dalam berbagai cara. Pengaruh ini muncul akibat interaksi antara partikel-partikel bermuatan listrik dari angin matahari dengan medan magnet bumi. Ada dua jenis intraksi yang dapat terjadi ketika sebuah partikel bermuatan menyilang tegak lurus pada suatu medan magnet. Yang pertama, partikel akan di belokkan (prinsip ini dimanfaatkan untuk membuat motor listrik), yang kedua, partikel bermuatan listrik akan dipaksa melintasi medan magnet maka akan menghasilkan arus listrik (prinsip ini dimanfaatkan untuk membuat generator). Kedua interaksi di atas mengasilkan Aurora di kutub-kutub bumi. Matahri memancarkan energi berupa gelombang radio long wave sampai dengan short wave yang berupa mikrowave, infra red, ultra violet, x-ray, gamma ray, tetapi semuanya itu dapat di serap oleh molekul-molekul gas nitrogen dan oksigen yang terdapat di dalam atmosfir bumi bagian atas. Molekul-molekul tersebut mengalami ionosasi (kehilangan elektron) untuk menghasilkan ion positif. Oleh karena itu lapisan atmosfir bagian atas di sebut dengan Ionosfer. Ionosfer melindungi bumi dari radiasi matahari yang berbahaya (ultra violet). Ionosfer dapat memungkinkan komunikasi jarak jauh di bumi, karena ionosfer mampu memantulkan gelombang radio kembali ke bumi, bukan di teruskan ke angkasa.




Bola cahaya matahari (fotosfer) bila dipandang dengan teleskop yang dilengkapi dengan filter, akan menampakakn adanya gumpalan (granula). Gumpalan tersebut adalah titik-titik panas (hot spot) yang terjadi karena adanya perbedaan suhu antara daerah panas dan daerah dingin. Gumpalan tersebut memiliki garis tengah ratusan kilometer dan bertahan hanya dalam hitungan menit.



Bintik matahari (sunspot) adalah daerah gelap pada fotosfer. Ia tampak gelap karena suhunya lebih rendah dari suhu fotosfer sekitarnya. Sebuah bintik matahari suhunya mencapai 5000 Kelvin. Sunspot ini ditimbulkan oleh perubahan medan magnetik pada fotosfer. Bintik matahri dapat tunggal maupun berkelompok. Ia bergerak melintasi fotosfer disebabkan oleh rotasi matahari pada porosnya. Sebuah sunspot dapat berukuran 10.000-300.000 km dan bintik kecil atau pori-pori kurang dari 3.000 km. Sebuah pori-pori dapat bertahan di bawah 1 jam dan sebuah bintik besar dapat bertahan hingga 250 hari. Bintik matahari pertama kali digunakan oleh Galileo Galilei pada tahun 1613 untuk mengikuti rotasi matahari pada porosnya. Kecepatan rotasi matahari kira-kira 25 hari terhadap ekuatornya. Setiap siklus 11 tahunan, bintik matahari dapat mencapai jumlah maksimum sebelum menurun kembali. Suatu teori bintik matahri modern menjelaskan berdasarkan penemuan baru tentang medan magnet. Teori ini menyatakan bahwa suatu zat cair tang sangat panas dan bermuatan listrik seperti gas matahari dapat menghasilkan kemagnetan. Pada saat bergerak, garis medan magnet mengikuti gerakan gas matahari yang teratur dan medan magnet mengikutinya, itulah yang mungkin menimbulkan siklus bintik matahari. Radiasi partikel bermuatan listrik sangat meningkat selama berlangsungnya bintik matahari maksimum. Hujan partikel bermuatan ini menghasilkan induksi magnetik yang sangat kuat sampai ribuan kali induksi magnetik permukaan bumi. Hujan partikel ini menyebabkan sabuk radiasi Van Allen sangat radio aktif. Akibatnya komukasi radio di bumi bisa saja mati total karena radiasi partikel bermuatan listrik yang kuat mengganggu lapisan ionosfer. Gejala ini disebut magnetic storm. Dan bintik matahari maksimum yang mengikuti siklus 11 tahunan akan akan terjadi pada tahun 2012 nanti, terutama 3 bulan terakhir, karena pada saat itu matahari berada di sebelah selatan ekuator bumi. Sebagai akibatnya daerah bagian selatan tersebut akan mengalami dampak signifikan dari magnetic storm tersebut. (Marten Kanginan-IPA FISIKA 3 SMA)

Susunan Matahari

Corona jauh lebih panas dibanding dengan kromosfer. Suhunya dapat mencapai 2.000.000 Kelvin. Akibat suhu tinggi ini corona mengembang dengan sangat cepat di dalam ruang hampa. Lalu mengapa corona yang letaknya lebih jauh dari inti mempunyai suhu yang lebih tinggi? suatu teori menyatakan bahwa pemaksaan perpindahan kalor secara konveksi di dalam fotosfer dan kromosfer memanaskan secara intensif gas yang sangat tipis di dalam korona. Untuk mengamati korona kita tidak harus menunggu gerhana matahari total, kita dapat mengamatinya dengan teleskop khusus yang di sebut coronagraph.



Lapisan yang terdapat di atas fotosfer yaitu Kromosfer. Suhu kromosfer dapat mencapai 10.000 Kelvin dan tingginya mencapai 12.000 km diatas fotosfer. Kita tidak dapat melihat kromosfer karena sinar yang dipancarkan kromosfer tidak sekuat yang dipancarkan oleh fotosfer, dan juga efek dari atmosfir bumi yang menghalangi kita untuk melihatnya. Tapi pada gerhana matahari total kita dapat melihat kromosfer yang berbentuk seperti cincin.

Lapisan matahari yang dapat kita lihat disebut Fotosfer atau lapisan bola cahaya. Fotosfer merupakan daerah yang agak tipis dengan kedalaman sekitar 320 km atau kurang dari 1/2000 jari-jari matahari. Suhu fotosfer bagian dalam adalah 6000 Kelvin dan berkurang menjadi 4300 Kelvin pada fotosfer bagian luar. Dilihat dengan teleskop fotosfer tampak berbentuk butiran-butiran kecil. Butiran-butiran tersebut adalah massa dari bintik-bintik panas pada matahari. Fotosfer matahari terdiri dari 94% Hidrogen, 5,9% Helium, dan 0,1% unsur Karbon, Oksigen, nitrogen dan Neon.

Inti matahari adalah bagian dalam matahari atau pusat dari matahari. Proses pembentukan energi melalui reaksi fusi nuklir melalui rantai proton-proton berlangsung di pusat ini. Oleh karena itu suhu inti matahari sangat tinggi, hingga mencapai 15.000.000 Kelvin. Perambatan energi dari inti matahari adalah adalah secara radiasi melalui palsma (gas panas) yang bermassa jenis besar yang terdapat dalam matahari. Yang ke dua, perambatan energi dari bagian di dekat permukaan matahari adalah secara konveksi.

Bintang Ganda (Binary Star)

Ada kesempatan untuk dapat mendeteksi sebuah lubang hitam di angkasa, yaitu apabila lubang hitam tersebut termasuk dalam sebuah sistem bintang ganda (binary star) yang saling berevolusi mengelilingi mereka sendiri. Lubang hitam ini menghisap materi bintang pasangannya secara konstan. Metode untuk menemukannya adalah deteksi sinar-x yang datang dari sekitar sebuah lubang hitam. Bintang maharaksasa HDE 226868 dari rasi bintang Cygnus yang terletak 8.000 tahun cahaya dari bumi memiliki pasangan bintang yaitu Cygnus x-1 yang tak nampak oleh mata. Diperkirakan Cygnus x-1 adalah sebuah lubang hitam. Pembakaran thermonuklir bintang maharaksasa HDE 226868 ditarik masuk orbit Cygnus x-1, bergerak seperti spiral cakaram datar ke bawah yang disebut dengan cakram pertumbuhan (accretion disk). Gas-gas ini menjadi sangat panas karena gesekan internal dan memancarkan sinar-x energi tinggi. Hasil penghitungan menunjukkan bahwa cygnus x-1 lebih kecil daro pada bumi, tetapi massanya 6 kali lebih besar dari pada matahari. Massa itu terlalu besar untuk menjadi Bintang Neutron atau Bintang White Dwarf. Satu-satunya kemungkinan yaitu cygnus x-1 adalah sebuah lubang hitam.

Bintang Hantu (Black Hole)

Seiring dengan mendinginnya bintang netron, keruntuhan lebih jauh akan di cegah oleh prinsip eksklusi Pauli yang diterapkan pada netron, (bukan pada elektron untuk bintang white dwarf). Untuk menjelaskan berbagai anomali astronomi yang ditemukan, diusulkan suatu fenomena yang disebut dengan gravitational collapse (kegagalan gravitasi), yaitu keruntuhan suatu benda yang sangat besar massanya akibat tarikan gravitasinya sendiri. Dalam benda-benda berukuran besar seperti bumi dan matahari, bagian-bagiannya selalu tarik menarik satu sama lain, akan tetapi gaya tarik gravitasi ini selalu diimbangi oleh gaya elektromagnet, sehingga menjaga berbagai partikel (atom) tidak terpisah. Apa yang terjadi untuk benda-benda yang berukuran sangat besar jika gaya tarik gravitasinnya lebih kuat dari gaya tolak elektromagnetnya? setiap bagian benda saling mendekat satu sama lain sesuai dengan hukum Newton. Keseluruhan massa akan terus mengerut sampai volum awal massa suatu titik yang sangat luar biasa padat yang disebut dengan Singularitas. Di dalam singularitas ini hukum-hukum fisika yang kita kenal selama ini tidak berlaku lagi, semua gaya yang ada tidak bisa dibedakan satu sama lain. Singularitas ini dikelilingi oleh suatu batas berbentuk bola yang tak tampak oleh mata, yang disebut dengan horison peristiwa (event horizon). Mengapa lubang hitam lebih menyerupai bentuk cakram dari pada bentuk bola? kebnayakan bintang-bintang mengalami rotasi sehingga lubang hitam pun berotasi. Karena momentum sudut harus kekal, maka kecepatan sudut rotasi akan meningkat dan sebagai akibatnya bintang menjadi lebih kecil, begitu pula dengan lubang hitam.

Bintang Neutron

Dalam bintang-bintang yang sangat massif, pembakaran helium menjadi karbon bukanlah mata rantai terakhir dari reaksi nuklir yang terjadi. Intinya cukup panas untuk memulai reaksi nuklir baru. Sederet reaksi fusi nuklir yang rumit dapat memproduksi hasil akhir berupa besi. Setelah terhasilkan besi tak ada kemungkinan untuk mendapatkan energi dari reaksi fusi. Karena besi memiliki energi ikat paling kuat dari semua unsur. Karena itulah besi akan terkumpul di inti bintang sampai seluruh bahan bakar nuklir terbakar habis. Untuk bintang yang bermassa lebih besar dari limit chandrasekhar, prinsip pauli yang diterapkan pada elektron tidak dapat mencegah keruntuhan yang terjadi. Seiring dengan keruntuhan inti besi dari suatu bintang massif, akhirnya elektron disana akan terperangkap sedemikian sehingga jumlahnya cukup untuk memicu terjadinya proses interaksi nuklir lemah. Proses ini merubah proton menjadi netron lewat reaksi elektron, dan proton akan terkonversi menjadi netron dan neutrino. Proses ini sepadan dengan penghilangan proton dan elektron dari inti bintang tersebut, dan memungkinkan energi dalam bentuk neutrino untuk keluar dari bintang tersebut. Begitu proses ini berlangsung untuk mengurangi tekanan prinsip eksklusi pauli yang disebabkan oleh elektron, keruntuhan inti bintang yang hebat dan sangat cepat akan terjadi. Proses keruntuhan dan Supernova yang mungkin terlibat masih menjadi perdebatan, yang jelas hanya tersisa sebuah bola yang terdiri dari netron-netron panas (Neutron Star). Garis tengah bintang neutron hanya belasan kilometer saja, namun memiliki rapat trilyunan kali rapat air. Ia disebut juga dengan Pulsar (pulsating star), karena memancarkan radiasi elektromagnetik dalam bentuk denyutan dengan periode yang teratur, dari hitungan sepersekian detik hingga berhari-hari.

Supernova

Untuk bintang dengan massa sebesar matahari kita, pembatasan teori relativitas hanya menghasilkan selisih kecepatan antar partikel tidak lebih dari kelajuan cahaya yang dipadukan dengan prinsip eksklusi pauli untuk elektron, akan mampu mencegah keruntuhan inti bintang lebih jauh. Namun untuk bintang yang lebih padat dan lebih massif, tolak menolak karena prinsip eksklusi bisa bernilai lebih kecil dan tidak cukup kuat untuk mengimbangi tarik-menarik gravitasi antar massa penyusunnya, yang bisa menyebabkan keruntuhan bintang tersebut. Subrahmanyan Chandrasekhar melakukan penghitungan untuk mencari limit massa bintang dimana suatu bintang masih bisa mempertahankan dirinya untuk tidak runtuh karena gaya gravitasinya sendiri setelah bahan bakar nuklirnya habis terkonsumsi. Dari perhitungan teoretik yang dilakukannya ia mendapatkan nilai sekitar 1,45 kali massa matahari kita. Bintang yang memiliki massa lebih kecil dari limit ini akan bisa bertahan, yang lebih besar akan runtuh. Ia mendapatkan hadiah Nobel Fisika pada tahun 1983 atas hasil karyanya. Sebuah bintang yang memiliki massa lebih kecil dari limit Chandrasekhar, seperti matahari kita, akan berhenti mengerut karena runtuh gravitasi dan akan tiba pada suatu keadaan akhir yang dikenal sebagai White Dwarf. Ia memiliki garis tengah ratusan kilometer saja, atau sama dengan jarak Jakarta-Surabaya, namun memiliki rapat ratusan juta kali rapat air. Untuk bintang seperti matahari kita, suhu dan rapat intinya akan menjadi cukup tinggi untuk memungkinkan tersulutnya reaksi nuklir yang melibatkan helium. reaksi helium berlangsung dengan cepat sampai terbentuk inti karbon di pusat bintang dan lapisan terluar bintang akan terlempar ke angkasa. White dwarf dalam suatu sistem bintang ganda mungkin juga terlibat dengan apa yang disebut dengan Supernova.

Limit Chandrasekhar : massa maksimum bintang dingin stabil yang diperkenankan, bintang yang lebih besar massanya dari limit ini bisa mengalami keruntuhan gravitasi menjadi sebuah Black Hole.

Prinsip Eksklusi : prinsip yang dikemukakan oleh Pauli yang menyatakan bahwa dua buah partikel berspin 1/2 yang identik tidak boleh memiliki posisi dan spin yang sama (dalam batas-batas yang ditetapkan oleh prinsip ketidakpastian).

White Dwarf : bintang dingin stabil, dimana terjadi tolak menolak antar elektron sesuai dengan prinsip eksklusi.

Bintang Raksasa Merah (Red Giant Star)

Sebuah bintang seperti matahari mempunyai bahan bakar yang cukup untuk menghidupi dirinya hingga 10 milyar tahun. Lalu apa yang terjadi jika bahan bakarnya habis? karena reaksi fusi berlangsung pada pusat bintang maka pusat bintang tersebut akan mengandung banyak sisa hasil pembakaran nuklirnya yang berupa helium. Gas helium membutuhkan suhu dan tekanan lebih tinggi dari hidrogen agar dapat menjalankan reaksi fusi nuklir. Karena itu suatu bintang akan menghasilkan energi nuklir yang jumlahnya semakin sedikit sehingga ia pun mulai runtuh, keruntuhan ini akan menaikkan suhu sampai partikel-partikel gas yang bergerak dengan sangat cepat dapat menyulut reaksi fusi nuklir baru yang melibatkan siklus karbon. Reaksi nuklir hidrogen ini pada mulanya terjadi pada sebuah lapisan tipis disekitar inti bintang. Panas yang terhasilkan akan terus meningkat sehingga menyebabkan lapisan bagian luar dari bintang tersebut mengembang sehingga jari-jarinya mencapai ribuan kali dari ukuran aslinya. Karena energi total yang dihasilkan bintang sekarang harus tersebar ke luas permukaan yang lebih besar, maka permukaan bintang raksasa ini suhunya lebih dingin, sehingga tampak lebih merah (bintang raksasa merah). Perubahan matahari menjadi bintang raksasa merah kelak akan dapat memanggang planet bumi. Lalu kemanakah bangsa manusia saat itu? karena hal itu diperkirakan akan terjadi 5 milyar tahun lagi, maka mungkin sekali saat itu bangsa manusia telah menjadi lebih bijak dan punya kemampuan teknologi untuk berkelana antar galaksi guna menjaga kelangsungan hidupnya.

Setelah bintang tersebut menjadi bintang raksasa merah, lalu apa yang terjadi dengan inti bintang tersebut? inti bintang akan terus runtuh menjadi semakin padat dan massif seiring terhasilkan lebih banyak unsur helium dari pembakaran unsur hidrogen yang terjadi. Dengan semakin bertambahnya tekanan, elektron yang ada juga semakin mendekat satu sama lain. Namun prinsip eksklusi pauli tidak memperkenankan dua buah elekron dengan bilangan kuantum yang sama untuk menempati tempat yang sama. Karena ruang gerak elektron yang semakin sempit dan terbatas, maka elektron tersebut akan semakin berdekatan satu sama lainnya. Sehingga menurut prinsip tersebut, partikel-partikel harus memiliki kecepatan yang sangat berbeda. Seiring dengan tekanan yang semakin bertambah, ruang gerak elektron semakin terbatas sehingga kecepatannya semakin berlainan satu sama lain (kelajuan relatifnya semakin besar).