Physics education (Ilmu Bumi antariksa)

1.      Buktikan bahwa bumi berotasi dan berevolusi ?

v  Bumi berevolusi

            Pada awal perkembangan sains, orang-orang seperti Copernicus, Kepler, Galileo & Newton berpendapat bahwa alangkah lebih baik, lebih mudah & lebih elegan bahwa Matahari berada di pusat, sementara Bumi & planet-planet berputar mengelilingi Matahari. Semua punya penjelasan yang memuaskan, secara teori untuk mengatakan hal itu.

            Massa matahari yang jauh lebih besar daripada planet-planet membuat planet-planet harus tunduk pada ikatan gravitasi Matahari, sehingga planet-planet tersebut bergerak mengitari Matahari sebagai pusat. Demikian dari hukum Gravitasi Newton. Perumusan matematika-nya secara gamblang dan jelas dijelaskan oleh perumusan Kepler, hanya karena Matahari yang menjadi pusat sistem. 

            Satu-satu-nya cara membuktikan fenomena langit adalah melalui ilmu astronomi, yaitu ketika pengamatan dilakukan pada benda-benda langit lalu memberikan penjelasan ilmiah tentang apa yang sebenarnya terjadi disana. Ternyata dari pengamatan astronomi menunjukkan bahwa memang Bumi yang mengitari Matahari.

Bukti pertama, adalah yang ditemukan oleh James Bradley (1725). Bradley menemukan adanya aberasi bintang. Apa itu aberasi bintang? Bayangkan kita sedang berdiri ditengah-tengah hujan, dan air hujan jatuh tepat vertikal/tegak lurus kepala kita. Kalau kita menggunakan payung, maka muka & belakang kepala kita tidak akan terciprat air bukan? Kemudian kita mulai berjalan ke depan, perlahan-lahan & semakin cepat berjalan, maka seolah-olah air hujan yang tadi jatuh tadi, malah membelok dan menciprati muka kita. Untuk menghindari-nya maka kita cenderung mencondongkan payung ke muka. Sebetulnya air hujan itu tetap jatuh tegak lurus, tetapi karena kita bergerak relatif ke depan, maka efek yang terjadi adalah seolah-olah membelok dan menciprat ke muka kita.         Demikian juga dengan fenomena aberasi bintang, sebetulnya posisi bintang selalu tetap pada suatu titik di langit, tetapi dari pengamatan astronomi, ditemukan bahwa posisi bintang mengalami pergeseran dari titik awalnya, pergeseran-nya tidak terlalu besar, tetapi cukup untuk menunjukkan bahwa memang sebenarnya lah bumi yang bergerak

                       

          Aberasi terjadi jika pengamat adalah orang yang berdiri ditengah hujan, dan arah cahaya bintang adalah arah jatuhnya air hujan. Kemudian pengamat bergerak tegak ke muka, tegak lurus arah jatuhnya hujan. S menyatakan posisi bintang, E posisi pengamat di Bumi. Arah sebenarnya bintang relatif terhadap pengamat adalah ES, jaraknya tergantung pada laju cahaya. Kemudian Bumi BERGERAK pada arah EE’ dengan arah garis merepresentasikan lajunya. Ternyata pengamatan menunjukkan bahwa bintang berada pada garis ES’ alih-alih ES, dengan SS’ paralel & sama dengan EE’. Maka posisi tampak binang bergeser dari posisi sebenarnya dengan sudut yang dibentuk antara SES’.Jika memang Bumi tidak bergerak, maka untuk setiap waktu, sudut SES’ adalah 0, tetapi ternyata sudut SES’ tidak nol. Ini adalah bukti yang pertama yang menyatakan bahwa memang Bumi bergerak.

Bukti kedua adalah paralaks bintang. Bukti ini diukur pertama kali oleh Bessel (1838). Paralaks bisa terjadi jika posisi suatu bintang yang jauh, seolah-olah tampak ‘bergerak’ terhadap suatu bintang yang lebih dekat. (pada gambar.2). Fenomena ini hanya bisa terjadi, karena adanya perubahan posisi dari Bintang akibat pergerakan Bumi terhadap Matahari. Perubahan posisi ini membentuk sudut p, jika kita ambil posisi ujung-ujung saat Bumi mengitari Matahari. Sudut paralaks dinyatakan dengan (p), merupakan setengah pergeseran paralaktik bilamana bintang diamati dari dua posisi paling ekstrim.

           

            Bukti ketiga adalah adanya efek Doppler. Sebagaimana yang telah diperkenalkan oleh Newton, bahwa ternyata cahaya bisa dipecah menjadi komponen mejikuhibiniu, maka pengetahuan tentang cahaya bintang menjadi sumber informasi yang sahih tentang bagaimana sidik jari bintang. Ternyata pengamatan-pengamatan astronomi menunjukkan bahwa banyak perilaku bintang menunjukkan banyak obyek-obyek langit mempunyai sidik jari yang tidak berada pada tempatnya. Penjelasannya diberikan oleh Doppler (1842), bahwa jika suatu sumber informasi ‘bergerak’ (informasi ini bisa suara, atau sumber optis), maka terjadi ‘perubahan’ informasi.          

            Demikian pada sumber cahaya, jika sumber cahaya mendekat maka gelombang cahaya yang teramati menjadi lebih biru, kebalikannya akan menjadi lebih merah. Ketika Bumi bergerak mendekati bintang, maka bintang menjadi lebih biru, dan ketika menjauhi menjadi lebih merah. Disuatu ketika, pengamatan bintang menunjukkan adanya pergeseran merah, tetapi di saat yang lain, bintang tersebut mengalami pergeseran Biru. Ini menjadi bukti yang tidak bisa dibantah, bahwa ternyata Bumi bergerak (bolak-balik – karena mengitari Matahari), mempunyai kecepatan, relatif terhadap bintang dan tidak diam saja.

            Dengan demikian ada tiga bukti yang mendukung bahwa memang Bumi bergerak mengitari matahari, dari aberasi (perubahan kecil pada posisi bintang karena laju Bumi), paralaks (perubahan posisi bintang karena perubahan posisi Bumi) dan efek Doppler (perubahan warna bintang karena laju Bumi). Tentu saja bukti-bukti ini adalah bukti-bukti ILMIAH, dimana semua pemaknaan, pemahaman dan perumusannya mempergunakan semua kaidah-kaidah ilmiah, masuk akal dan berbobot kebenaran ilmiah.     Tetapi pembuktian metode ilmiah selama ini cukup sahih untuk menjawab banyak ketidakpahaman manusia tentang posisinya di alam. Dan bukti-bukti yang telah disebutkan tersebut cukup untuk menjadi landasan untuk menjawab bahwa memang Bumi mengitari Matahari,  dari pengetahuan Bumi mengitari Matahari, banyak hal-hal yang telah diungkap tentang alam semesta ini, sekaligus menjadi landasan untuk mencari jawab atas banyak hal yang belum bisa dijawab pada saat ini.

v  Bumi berotasi

Bukti bahwa bumi berotasi

1.Percobaan Pendulum Faucault

Bandul atau pendulum Foucault ialah suatu alat yang berguna untuk menunjukkan arah Rotasi Bumi. Alat ini ditemukan oleh Jean Bernard Léon Foucault. Alat eksperimen ini terdiri atas bandul panjang yang bebas bergerak kesana kemari pada latar vertikal. Baik di Kutub Utara maupun Selatan, latar osilasi bandul tetap terpasang dengan memandang pada bintang tetap ketika Bumi berotasi di bawahnya, memerlukan waktu sehari untuk menyelesaikan rotasi. Ketika bandul Foucault digantungkan di khatulistiwa, latar osilasi tetap terfiksasi secara relatif ke Bumi. Pada garis lintang lain, latar osilasi mempresesi Bumi secara relatif, namun lebih lambat daripada di kutub.
Pertunjukan pertama bandul Foucault kepada khayalak terjadi pada bulan Februari 1851 di Ruang Meridian yang ada di Observatorium Paris. Beberapa minggu kemudian, Léon Foucault membuat bandul terkenalnya ketika ia menggantung potongan rambut seberat 28 kg dengan kabel sepanjang 67 meter dari kubah Panthéon di Paris.

2.      Angin pasat

Semula angin merupakan angin Utara dan angin Selatan menuju Equator, tetapi karena putaran Bumi pada sumbunya membiasla angin-angin tersebut, sehingga merupakan AnginTimur Laut dan Tenggara.

            3.      Pepat bumi

Bumi pada kedua kutub dapat juga membuktikan, bahwa bumi berputar pada sumbunya, dahulu tatkala bumi masih lunak (barang yang lunak bila diputar pada sumbunya tentu akan pepat  pada kedua ujungnya ). Pengukuran menunjukkan  bahwa untuk memperoleh jarak 1º di dekat kutub lebih panjang dibanding dengan di Equator, berarti bahwa muka Bumi di Equator melengkung, di Kutub Utara dan Selatan Bumi seperti di pepat, hal ini karena Bumi berputar.  Jadi sumbu Bumi lebih pendek dari garis menengah  Equator

Frekuensi rotasi bumi

            Bumi merupakan sebuah planet sama dengan planet lain, Bumi berputar (rotasi) pada porosnya (sumbunya) sesuai dengan putarannya berlawanan dengan arah  beredarnya jarum  jam. Artinya satu kali putaran Bumi atau waktu edarnya memerlukan waktu 24 jam, tepatnya 23 jam, 56 menit, 48 detik, dan arah putaran nya dari barat ke Timur, Gerak rotasi Bumi sangat berpengaruh terhadap semua unsur  yang  terdapat di Bumi, dan melahirkan berbagai gejala.

4.                       Adanya Efek Koriolis

arah angin pasat yang berbeda antara daerah di utara khatulistiwa dan di selatan. Perbedaan ini dapat dijelaskan sebagai efek coriolis. Efek coriolis ini disebabkan karena kita, sebagai pengamat, berdiri di atas kerangka pengamatan yang berotasi (bumi). Kita dapat membayangkan, angin bergerak dari daerah subtropis ke tropis. Anginnya bergerak lurus-lurus saja sebenarnya, tapi karena ternyata bumi, sebagai kerangka pengamatan kita bergeser, maka seolah-olah anginnya menjadi berbelok. Perbedaan arah angin ini menyebabkan juga perbedaan dalam arus laut.

5.      Aberasi Cahaya 

Aberasi cahaya Bisa dibayangkan sebagai berikut : cahaya suatu bintang masuk ke bumi dengan sudut tertentu. Namun karena mata kita sebagai pengamat bergeser, maka bintang akan terlihat seolah-olah bergeser dari tempatnya semula.

6.      Efek Eotvos 

efek Eötvös. Intinya adalah bahwa ketika kita naik kapal, maka gaya dan kecepatan kita akan berbeda antara berlayar searah dengan arah rotasi (ke arah timur) dengan berlayar dengan arah kebalikan arah rotasi (ke arah barat). Setiap perusahaan pelayaran   dan nakhoda kapal antar benua pasti tahu akan hal ini dan memperhatikan efek ini dalam pelayarannya.

7.      Logika Satelit Dengan Orbit Geo Stationer

logika satelit dengan orbit geostasioner. Satelit dengan orbit geostasioner adalah satelit yang posisinya terhadap bumi tetap di atas koordinat tertentu. Contohnya satelit telekomunikasinya Indonesia. Seandainya bumi diam tidak berotasi, berarti satelit geostasioner juga diam. Kalo satelitnya diam, berarti dia harus menyalakan terus menerus mesinnya agar tidak jatuh ke bumi karena gravitasi bumi. Kenyataannya satelit geostasioner tidak diam, tapi dia bergerak memutari bumi dengan kecepatan yang sama dengan rotasi bumi. Dengan demikian satelit tidak perlu terus menerus menyalakan mesinnya.