Materi

Gambar di samping merupakan lontaran radiasi Matahari. Radiasi tersebut memiliki energi setara dengan 100 ribu kali bom atom yang pernah diledakkan pada 9 Agustus 1945 di Horisima, Jepang. Selain itu ukurannya sendiri jauh lebih besar dari planet Bumi. Kejadian ini hampir terus-menerus terjadi di Matahari. Bagaimana sebenarnya Bumi bisa berlindung dari bahaya semacam ini? Bagaimana kejadian ini bisa terjadi di Matahari? Mari kita belajar Pelindung Elektromagnetik Bumi.

Dari pembelajaran bab sebelumnya sudah dijelaskan bahwa Matahari mentransfer panasnya melalui radiasi cahaya dengan berbagai macam warna. Namun apakah kalian tahu bahwa cahaya Matahari memiliki banyak macam cahaya lagi selain warna-warna pelangi? Ayo kita coba-coba mendeteksinya!

Buat kelompok beranggotakan 4-6 orang.
Peralatan yang disediakan :

  • Kardus ukuran sedang (ukuran HVS)
  • HVS
  • Lensa prisma (Prisma Newton)
  • Cat hitam
  • 3 termometer ruangan
  • Kuas

Prosedur percobaan (lakukan pagi atau sore hari):

  1. Letakkan kertas HVS sebagai dasar kardus.
  2. Buat lubang pada salah satu sisi atas kardus dengan ukuran yang sama dengan ukuran prisma sebagai tempat lensa prisma.
  3. Tempatkan kardus di tempat yang terik.
  4. Miringkan kardus dengan menempatkan batu di bawah kardus dan putar lensa prisma untuk mendapatkan pola spektrum cahaya.
  5. Tempatkan 3 termometer berderet pada spektrum cahaya. Tempatkan satu termometer ke-1 sebelah kanan warna merah, ke-2 di pertengahan sinar, dan ke-3 sebelah kiri warna biru. Oleh sebab itu hanya 1 termometer yang terlihat disinari. Jika pola spektrum terlalu rapat atau terlalu lebar, atur dengan memutar lensa prisma. (Gambar 4.3).

Perhatikan suhu yang terukur setelah disinari 5 menit, catat pada tabel!

Coba-Coba 4.1. adalah eksperimen serupa yang dilakukan Sir William Herschel (1800). Dari hasil eksperimen tersebut ditemukan bahwa bukan hanya termometer kedua yang mengalami kenaikan suhu, tapi ketiganya meskipun terlihat tidak disinari. Jangan heran dengan hasil eksperimen tersebut, karena dengan percobaan inilah manusia pertama kali mengenali cahaya selain MeJiKuHiBiNiU (Cahaya Tampak). Sir William Herschel berhasil menemukan sinar infra merah (infrared). Infra merah merupakan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari merah.
Gelombang elektromagnetik (GEM) terdiri dari berbagai macam jenis, dikategorikan berdasarkan panjang gelombang atau frekuensinya (tingkat energi). Jenis “cahaya tampak” merupakan jenis gelombang yang bisa dilihat mata manusia, sedangkan jenis GEM dengan panjang gelombang lebih panjang dari merah atau lebih pendek dari biru tidak terlihat. Sebagai contoh coba kamu ambil remote televisi dan lihat bagian depan remote yang terdapat lampu. Kemudian tekan tombol sembarang, Apakah lampu tersebut terlihat bersinar? Bagaimana jika dilihat menggunakan kamera handphone? Dari penemuan cahaya tidak terlihat ini, manusia bisa menciptakan beberapa teknologi yang sangat berguna. Berikut berbagai jenis GEM dan pemanfaatannya dalam teknologi:

Semua jenis GEM kecuali cahaya tampak tidak bisa terlihat. Oleh karena itu jika infrared memantul atau dipancarkan dari benda, benda akan tetap hitam (tidak terlihat). Selain itu semua jenis GEM yang kalian ketahui di atas dihasilkan oleh Matahari, baik dari gelombang yang tidak berbahaya maupun yang berbahaya. Namun bagaimana Matahari bisa memproduksi sinar-sinar berbahaya tersebut? Oleh karena itu mari kita kenali struktur dalam Matahari.

Bagi kalian yang pernah melihat Matahari dengan teleskop dilengkapi filter khusus, mungkin sudah melihat bahwa Matahari seperti bola kuning dengan bintik-bintik hitam di permukaannya. Begitu pula para astronom (ahli astronomi), hanya sampai bagian tersebut bagian terdalam Matahari yang bisa dilihat. Namun dengan mempelajari karakteristik dan fenomena-fenomena di Matahari, astronom berhasil membuat teori mengenai struktur Matahari. Struktur Matahari terdiri dari 2 bagian utama, yaitu lapisan interior Matahari dan atmosfer Matahari. Lapisan dalam Matahari terdiri dari: Inti, lapisan radiasi, dan lapisan konveksi, sedangkan lapisan atmosfer Matahari terdiri dari: fotosfer, kromosfer, korona, dan heliosfer. Berikut lapisan dalam Matahari:

1) Inti Matahari

Massa Matahari mewakili 98% massa seluruh Tata Surya. Sekitar 50% dari massa Matahari adalah massa inti Matahari, padahal volumenya hanya 1,5% dari volume total Matahari. Setengah massa Matahari berkumpul hanya 1/15 di intinya. Dengan kepadatan dan massa yang sangat besar Matahari mempunyai gaya gravitasi dan tekanan yang luar biasa besar, apalagi di dekat intinya. Tekanan pada inti 250 miliar kali tekanan atmosfer di permukaan Bumi. Namun tekanan ini dilawan oleh suhu ekstrem inti Matahari yang sangat panas, yaitu sekitar 15 juta K.

Dengan suhu ekstrem, pada inti Matahari bisa terjadi reaksi nuklir yang menggabungkan atom-atom gas Hidrogen (H) menjadi gas Helium (He). Reaksi penggabungan ini dinamakan reaksi fusi. Reaksi fusi menghasilkan foton (energi cahaya) berupa sinar gamma. Sinar gamma harus menempuh 130.000 km menuju ke lapisan selanjutnya. Selama perjalanan sinar gamma kehilangan energi karena berinteraksi dengan atom Hidrogen dan Helium dan mengubahnya menjadi sinar-X. Namun dari reaksi fusi juga dihasilkan neutrino. Neutrino merupakan jenis sinar gamma yang enggan berinteraksi dengan molekul lain. Oleh karena itu sinar neutrino bisa ke permukaan Matahari hanya dalam waktu 2,3 detik. Saat neutrino sampai di permukaan Bumi, tidak akan membahayakan karena tidak berinteraksi dengan molekul apapun.

2) Lapisan Radiasi

Pada lapisan radiasi, suhu sangat jauh berkurang sekitar 7 juta K, sehingga tidak memungkinkan terjadi reaksi fusi. Gas-gas Hidrogen dan Helium di lapisan ini masih sangat rapat. Akibatnya atom-atom sulit bergerak. Oleh karena itu pergerakan atom tidak bisa menandingi transfer energi sinar-X, sehingga transfer energi sinar-X pada lapisan ini terjadi secara radiasi.
Selain itu lapisan radiasi ini merupakan 70% lapisan Matahari yang harus dilewati sinar-X. Dengan tidak tentunya arah gerak sinar-X dan tebalnya lapisan ini, membuat sinar-X terjebak selama jutaan tahun (Gambar 4.9). Jadi jika kalian melihat cahaya Matahari sekarang, bisa jadi itu berasal dari reaksi fusi yang terjadi 1 juta tahun yang lalu. Akibat lamanya di lapisan ini, sinar-X mengalami pelemahan energi hingga menjadi GEM sinar tampak atau sinar yang bisa dilihat mata Manusia.

3) Lapisan Konveksi

Lapisan konveksi berada 150.000 km di bawah permukaan Matahari dengan suhu sekitar 1 juta K. Atom-atom di sini lebih renggang dan bisa menyerap energi foton secara keseluruhan. Dengan penyerapan energi besar ini oleh atom, atom menjadi panas dan ringan dan bergerak menuju permukaan Matahari sekitar 3 bulan (seperti udara panas akan selalu berada di atas karena lebih ringan daripada udara dingin).

Saat di bagian bawah Fotosfer, atom-atom yang bergerak dari lapisan bawah lapisan konveksi bertemu dengan suhu yang jauh lebih dingin (5700 K). Kemudian atom-atom melepas energi. Atom yang kehilangan energi akan lebih dingin dan lebih rapat, kembali ke dasar lapisan konveksi dan kemudian berulang. Arus berputar ini yang dinamakan arus konveksi. Akibat dari perputaran atom berenergi tinggi ini mengakibatkan adanya medan magnet Matahari. Bagaimana perputaran ini menghasilkan medan magnet? Mari kita coba-coba.

Buatlah kelompok 2-4 orang. Kemudian sediakan peralatan :

  • Kawat tembaga ber”email” Ø 1mm
  • Baterai 9V
  • Paku ½ inci 5 buah
  • Paku 3 inci 1 buah
  • Hamplas

Prosedur Eksperimen

  1. Lilitkan kawat tembaga cukup banyak pada paku 3 inci dengan rapi.
  2. Sisakan cukup panjang ujung-ujung kawat.
  3. Hamplas ujung-ujung kawat hingga lapisan kuningnya hilang.
  4. Sambungkan ujung-ujung kawat pada kutub-kutub baterai (seperti gambar di samping).
  5. Dekatkan paku 3 inci pada paku-paku ½ inci (kawat masih menempel pada baterai).

Medan Magnet tidak bisa dilihat oleh mata, tetapi fenomenanya bisa dirasakan. Contohnya paku yang bisa tertarik tanpa disentuh oleh magnet. Medan magnet sering disebut juga garis-garis gaya magnet timbul akibat adanya aliran listrik yang bergerak melingkar mengikuti bentuk lilitan kawat. Sama halnya di Matahari, perputaran aliran konvektif menimbulkan medan magnet Matahari.
Pada lapisan konveksi, molekul-molekul mengandung energi tinggi seperti kawat karena diberi energi oleh baterai. Saat molekul-molekul ini bergerak melingkar (Gambar 4.10) akan membentuk medan magnet mirip medan magnet batang. Semakin banyak lilitan atau molekul yang berputar membuat medan magnet lebih kuat. Dari eksperimen ini kamu sekarang tahu bahwa Matahari mempunyai medan magnet akibat adanya aliran panas konveksi di lapisan konveksi Matahari.

Lapisan “atmosfer” Matahari terdiri dari fotosfer, kromosfer, korona, dan heliosfer. Fotosfer dapat dilihat dengan teleskop dengan filter khusus. fotosfer merupakan gas padat yang terlihat sebagai bentuk Matahari. Hingga saat ini belum ada yang pernah melihat lapisan konveksi Matahari. Pada fotosfer dihasilkan banyak cahaya tampak warna kuning. Oleh sebab itu Matahari terlihat warna kuning. Suhu pada fotosfer sekitar 5000 K. Pada fotosfer terdapat bintik hitam yang dikenal dengan sunspot.

Pengamatan bintik Matahari oleh astronom menemukan bahwa kecepatan rotasi bagian Matahari berbeda-beda mulai dari ekuator 25 hari hingga daerah kutub Matahari 35 hari (Gambar 4.15). Pada gambar 4.16 garis hijau digambarkan sebagai medan magnet di dalam Matahari. Perbedaan putaran ini mengakibatkan medan magnet berbelok (A) dan membentuk medan magnet baru dengan arah yang lain (B). Medan magnet baru ini mengganggu transfer energi di lapisan konveksi (garis kuning pada gambar C). Dengan tidak adanya aliran energi, menyebabkan sebagian wilayah fotosfer memiliki suhu lebih rendah. Oleh karena itu daerah tersebut tampak hitam karena relatif lebih redup dibandingkan wilayah fotosfer lain. Oleh karena itu bintik Matahari terlihat berwarna hitam.

Granula adalah gelembung-gelembung pada fotosfer akibat perputaran konveksi di lapisan sebelumnya (Gambar 4.18). Satu butiran granula berukuran ±1.000 km. Kecepatan aliran granula sekitar 7 km/s. Jauh lebih melebihi kecepatan suara, sehingga menimbulkan gelombang kejut (sonic boom). Sonic boom membuat gaduh jika kita berada di dekat permukaan Matahari.
Kromosfer terlihat seperti pita merah terang yang mengelilingi siluet bulan dan korona tampak seperti awan putih yang menyebar bercahaya sekitar Matahari saat GMT (Gambar 4.19). Pada awalnya kromosfer dan korona merupakan bagian yang tidak diamati oleh astronom. Hal ini karena cahaya yang dipancarkan kromosfer dan korona sangat redup dibandingkan lapisan fotosfer. Alhasil hanya bisa diamati saat terjadi Gerhana Matahari Total (GMT). GMT sendiri kejadiannya sangat langka. Namun dengan teknologi lebih canggih para astronom melakukan pengamatan pada gelombang tertentu saja. Baik kromosfer ataupun korona bisa diamati kapan saja. Jika ingin mengamati korona atau kromosfer secara langsung, terdapat jadwal GMT pada halaman 92.

Menurut hukum fisika, saat posisi semakin jauh dari sumber panas maka akan semakin dingin. Meskipun di kromosfer terdapat titik terdingin Matahari (4.100K) karena jauh dari inti, tapi pada jarak yang lebih jauh dari titik tersebut justru suhu semakin tinggi. Hingga pada lapisan korona suhu mencapai 1 juta K. Seharusnya menurut hukum fisika, pada korona suhu akan semakin dingin dibandingkan kromosfer. Kelainan ini sementara bisa dijelaskan akibat adanya medan magnet Matahari di wilayah korona. Medan magnet mampu untuk mengumpulkan energi, sehingga suhu korona bisa mencapai jutaan Kelvin. Selain itu medan magnet baru (Gambar 4.16) di wilayah kromosfer mengakibatkan adanya pengumpulan energi yang luar biasa pula. Saat medan magnet tidak bisa menahan pengumpulan energi yang terjadi, pelepasan energi besar-besaran berupa lidah api Matahari yang menjalar sepanjang aliran medan magnet. Lidah api Matahari dinamakan flare (Gambar 4.22).

Peralatan yang disediakan : Busur, Penggaris, Gambar flare

  1. Buatlah garis dari ujung-ujung piringan Matahari, sehingga berpotongan pada titik A dan B.
  2. Ukur garis tersebut dan dari pertengahan garis tersebut buat garis tegak lurus terhadap garis AB hingga berpotongan di piringan Matahari (C) dan memanjang ke dalam busur Matahari.
  3. Buatlah garis dari C ke titik A dan B.
  4. Seperti no.2 ukurlah pertengahan garis AC dan BC dan tarik garis tegak lurus hingga saling memotong di titik O.
  5. Ukurlah panjang dari piringan Matahari sampai ke titik potongan (jari-jari Matahari) yaitu garis CO. Tuliskan pada kolom “Jari-jari Matahari pada gambar” pada tabel Tabel 4.2. di bawah. Begitu pula untuk flare.
  6. Untuk kolom “jari-jari sebenarnya” cari informasi pada apendiks hal.120.
  7. Dengan mengetahui ukuran perbandingan Matahari sebenarnya dan Matahari dalam gambar, tentukanlah “Skala Gambar”.
  8. Jika kalian sudah menghitung skala perbandingannya. Coba hitung ukuran Bumi jika digambar pada gambar di atas.

Flare muncul karena ada medan magnet baru di kromosfer, sedangkan sunspot muncul akibat gangguan dari medan magnet baru pada aliran konveksi. Oleh karena itu kemunculan flare ditandai dengan penampakan sunspot. Penampakan sunspot merupakan pertanda radiasi Matahari sangat berbahaya atau aktivitas Matahari meningkat. Jika kamu ingin ikut memantau aktivitas Matahari, kamu bisa lakukan dengan menggunakan teleskop bintang dengan filter Neutral Density 5.0 (digelapkan 100.000 kali). Namun tidak setiap hari Matahari menampakkan aktivitas yang tinggi. Selain itu kamu bisa memantau aktivitas Matahari melalui teleskop luar dengan berbagai macam panjang gelombang dengan cara mengakses web pada Coba Eksplorasi halaman 89.
Selain flare, terdapat fenomena spikula, prominensa, dan plages di kromosfer. Spikula merupakan aliran energi yang menjalar sepanjang kromosfer (di atas fotosfer). Spikula terjadi sangat singkat, tapi jumlahnya banyak. Prominensa merupakan aliran energi lebih besar namun lebih lama. Penampakannya pun seperti pita putih yang memanjang sepanjang piringan Matahari dan terkadang bisa sampai setengah Matahari dan bisa meluas sampai korona. Plages merupakan awan-awan bercak putih. Kemunculan mereka bertiga biasanya di sekitar sunpot.

Flare merupakan prominensa yang melepaskan radiasinya, sehingga flare teramati sebagai jilatan api yang terjadi di kromosfer. Namun jika pengumpulan energi terjadi hingga korona, pelepasan energi akan mampu melontarkan seluruh korona yang terkumpul menjadi radiasi yang tinggi seperti jilatan api Matahari yang sangat besar pada Gambar 4.24 atau Gambar 4.1. Fenomena ini dinamakan Lemparan Massa Korona atau Coronal Mass Ejections (CMEs).

Lubang korona adalah bagian Matahari yang tidak ada kelainan medan magnet. Radiasi yang keluar dari fotosfer biasanya terhambat dengan adanya medan magnet Matahari yang mengumpulkan energi (bagian kuning pada Gambar 4.25). Lubang korona ini merupakan sumber angin Matahari yaitu radiasi yang tidak terhambat oleh medan magnet seperti bagian lainnya. Angin Matahari bisa dikatakan radiasi “normal” yang dipancarkan Matahari setiap waktu. Jika angin Matahari ini membawa radiasi dari flare ataupun CME dinamakan Badai Matahari. Wilayah bentangan angin Matahari dari 15 juta km hingga 750 juta km di sekitar wilayah sabuk Kuifer dikenal dengan Heliosfer. Heliosfer adalah bagian atmosfer Matahari yang tidak bisa dilihat secara langsung. Namun keberadaannya bisa dilihat dari fenomena ekor komet yang selalu menjauhi Matahari.

Baik flare, CME, ataupun angin Matahari, semuanya membawa radiasi yang amat berbahaya bagi kehidupan. Energi flare dan CME setara ratusan ribu kali bom atom Horisima, Jepang (9 Agustus 1945). Energi sebesar itu akan bisa memusnahkan seluruh kehidupan di Bumi dengan satu kali hempasan. Namun Allah SWT tidak menciptakan Bumi tanpa perlindungan. Sesuai firman Allah SWT dalam surat al-Mu’min ayat 64 yang artinya :

Allah-lah yang menjadikan Bumi bagi kamu tempat menetap dan langit sebagai atap, dan membentuk kamu lalu membaguskan rupamu serta memberi kamu rezki dengan sebahagian yang baik-baik. Yang demikian itu adalah Allah Tuhanmu, Maha Agung Allah, Tuhan semesta alam.

Dalam ayat tersebut dijelaskan bahwa tidak semata-mata Allah SWT menciptakan Bumi sebagai tempat tinggal manusia beserta mahkluk hidup lain tentu beserta pelindung supaya bisa hidup dengan aman dan nyaman. Bagaimana Bumi berlindung? Mari kita selidiki!

 

Bumi mempunyai berbagai lapisan. Penggolongan ini berdasarkan pada bentuk aliran energi dan material yang di dalamnya. Sama halnya dengan Matahari, penggolongan lapisan ini hanya berupa teori saja. Penggolongan lapisan Bumi berasal dari pengamatan material gunung berapi, gempa, beberapa percobaan batuan, dll. Hal ini karena manusia belum pernah menembus Bumi. Menurut teori yang ada, lapisan utama Bumi terbagi menjadi Inti Dalam, Inti Luar, Mantel, dan Kerak Bumi.

Gelombang seismik atau lebih dikenal dengan istilah gempa merupakan fenomena yang menjadi dasar penggolongan lapisan-lapisan Bumi. Pengamatan gempa di Bumi ditemukan kelainan. Saat terjadi gempa, seharusnya jarak semakin jauh getaran gempa semakin lemah. Namun di beberapa titik malah getaran gempa terasa sangat tinggi. Hal ini karena gelombang seismik pada kedalaman tertentu membelok dan terpusat di titik tertentu (P). Gelombang seismik membelok di sekitar kedalaman 60 km – 2.890 km. Pembelokan ini hanya mungkin terjadi pada wilayah yang cair.
Penelitian yang lebih dalam ditemukan pula pembelokan pada kedalaman 2.890 km – 5.150 km, namun lebih kental. Lapisan tersebut membungkus bola padat yang kita kenal dengan inti Bumi. Oleh karena itu inti Bumi terdiri dua, yaitu inti padat (Inti Dalam) dan inti cair (Inti Luar.) Keduanya sangat panas sekitar 4000 K serta sangat padat (ρ = 13.000 kg/m3 – 9.900 kg/m3). Suhu panas tersebut bukan hasil dari reaksi fusi seperti di Matahari, tapi dari reaksi fisi (pemisahan). Reaksi fisi adalah reaksi pemisahan atom menjadi atom yang lebih kecil. Inti terbuat dari bahan dengan dominasi besi (80%) dan nikel. Namun inti dalam berupa kristal besi padat, sedangkan inti luar berupa lelehan besi yang kental.
Dengan karakteristik cair, inti luar dan mantel mentransfer panas dari inti Bumi dengan cara konveksi, sehingga terdapat dua arus konveksi pada lapisan Bumi. Arus konveksi keduanya menciptakan Medan Magnet Bumi. Namun dengan karakteristik kerak Bumi berupa lempengan keras setebal 5-60 km, membuat Bumi tidak mengalami kelainan medan magnet seperti Matahari. Oleh karena itu bentuk medan magnet Bumi lebih teratur. Mari kita menggambar Medan Magnet Bumi.

Siapkan alat-alat ini:

  • Karton putih ukuran HVS 1 lembar
  • Serbuk besi
  • Buku dengan tebal sama 2 buah
  • Magnet batang

Prosedur percobaan I :

  1. Letakkan dua buku di antara magnet dan kertas karton di atasnya. Sehingga seperti gambar di samping.
  2. Taburi karton dengan serbuk besi secara merata. Jika pola belum terbentuk, sedikit goyang-goyangkan karton tersebut.
  3. Gambarkan pola serbuk besi dalam buku catatan kamu!

Medan magnet Bumi pertama kali dideteksi oleh James Alferd Van Allen (1932). Medan magnet Bumi ini akibat adanya aliran konveksi pada mantel dan inti luar Bumi. Medan magnet Bumi ini bisa dikatakan ada magnet batang yang diletakkan melintang dari kutub utara ke kutub selatan. Medan magnet ini dikenal dengan nama magnetosfer. Medan Magnet di Matahari bisa menahan energi radiasi hingga terbentuk radiasi-radiasi berbahaya seperti flare dan CME’s, sedangkan di Bumi, magnetosfer justru melindungi Bumi dari radiasi flare dan CME’s. Dengan kemampuan medan magnet untuk mengumpulkan radiasi, saat datangnya radiasi berenergi tinggi dari Matahari, magnetosfer mengumpulkan dan membelokkan radiasi berenergi tinggi ini ke arah kutub Bumi. Saat terjadi pembelokan radiasi, beberapa radiasi masih terkumpul di magnetosfer Bumi, sehingga membentuk garis-garis radiasi bersuhu tinggi di magnetosfer. Wilayah pengumpulan radiasi ini dikenal dengan Sabuk Radiasi Van Allen. Sehingga bagi pesawat atau wahana antariksa yang meninggalkan Bumi harus berhati-hati pada wilayah sabuk radiasi Van Allen ini. Bersyukurlah bagi yang berada di daerah dekat khatulistiwa seperti Indonesia tidak terlalu merasakan dampak yang berarti saat terjadinya flare ataupun CME’s.

Keberadaan magnetosfer ini dimanfaatkan oleh beberapa hewan sebagai penunjuk arah. Tidak seperti manusia yang harus memakai kompas, beberapa hewan punya Magnetoreseptor, yaitu indra untuk merasakan medan magnet. Wolfgang Wiltschko seorang peneliti dari University of Frankfurt, Jerman (1966) pernah meneliti perilaku burung migrasi saat musim gugur. Jika medan magnet berubah, burung akan berkumpul di arah lain. Uji perilaku tersebut berhasil menunjukkan bahwa burung migrasi menggunakan petunjuk magnetik. Burung yang ia teliti memiliki mata yang bisa membedakan medan magnet. Pandangan mata burung yang ditunjukkan pada gambar kanan tidak seperti mata manusia seperti gambar kiri. Oleh karena itu kita perlu melestarikan hewan apapun itu karena mereka juga ciptaan Allah SWT. dengan keistimewaan masing-masing.

Kehadiran dari magnetosfer sangat bermanfaat bagi kehidupan. Selain melindungi dari radiasi berbahaya bisa juga untuk menentukan arah. Namun apakah kalian tahu bahwa magnetosfer hanya melindungi kita dari radiasi flare dan CME saja tidak melindungi dari radiasi sinar gamma, sinar- X, dll? Bagaimana Bumi berlindung? Mari kita pelajari tentang ion!

Atom merupakan bagian terkecil benda yang tidak bisa dibagi lagi. Hal itu yang diyakini oleh Demokritus seorang filsuf Yunani pada 460 sebelum masehi. Sebelumnya pun tahun 600 sebelum masehi Miletus menemukan batu ambar yang bisa menarik benda-benda kecil. Namun pemikirannya belum sampai bahwa atom terdiri dari beberapa sub atom.
Seiring perkembangan ilmu pengetahuan, banyak ilmuwan meneliti bagaimana sebenarnya bentuk atom? Sampai sekarang pun masih belum ada yang bisa melihat bagaimana bentuk atom secara langsung. Namun para ilmuwan berlomba-lomba untuk menemukan model yang sesuai untuk atom. Untuk mempermudah dalam mempelajarinya, kita akan menggunakan model atom Bohr (Neils Bohr, ilmuwan Denmark).
Model atom Bohr mengatakan bahwa atom terdiri dari tiga bagian (sub) atom, yaitu proton dan neutron yang berada di inti atom dan elektron yang mengelilinginya (Gambar 4.32). Proton memiliki muatan positif, elektron negatif, dan neutron bersifat netral. Namun dari ketiganya, elektron merupakan sub atom paling ringan dan paling luar. Sehingga jika ada energi, biasanya elektron dulu yang terganggu. Pada beberapa macam atom, elektron bisa lepas dari atom hanya dengan cara digosok saja. Oleh karena itu atom bisa dikatakan kekurangan atau kelebihan elektron. Kondisi tersebut atom dikatakan bermuatan. Atom bermuatan ini dinamakan ion. Ion positif adalah kondisi atom kekurangan elektron, sedangkan ion negatif ketika atom kelebihan elektron.

Tahukah kamu film Sains Fiksi “Fantastic 4” ,“Hulk”, atau “Captain America” yang terpapar radiasi kosmik dan gamma sehingga menjadi manusia super? Pada kenyataannya jika manusia yang terdampak paparan sinar gamma, fungsi semua sel dalam tubuh akan rusak, bahkan DNA pun akan hancur. Magnetosfer hanya melindungi Bumi dari flare dan CME’s, sedangkan sinar gamma dan sinar-X dari angin Matahari. Bumi memiliki pelindung kedua dari gelombang elektromagnetik ini, yaitu Ionosfer. Ionosfer merupakan selubung udara yang mampu mengionisasi atau memberi muatan pada udara-udara di lapisan tersebut. Apa saja manfaat dari lapisan tersebut? Mari kita mendengarkan radio!

Peralatan yang disediakan: Radio AM
Prosedur Kegiatan:
1. Lakukan pengamatan dua kali, yaitu siang hari dan malam hari
2. Coba cari stasiun radio yang terdeteksi oleh radio
3. Catat berapa frekuensi dan nama stasiun radionya
4. Catat pula jam pencarian dan isi siaran stasiun radio tersebut
5. Tuliskan kondisi sinyal pada kolom keterangan

Buat kembali tabel pengamatan di atas jika menemukan lebih dari 4 stasiun radio atau ingin melakukan pengamatan di hari yang berbeda.

Ionosfer dibagi menjadi tiga wilayah atau lapisan; F-Layer, E-Layer dan D-Layer. Siang hari F-Layer terbagi menjadi dua lapisan, kemudian bergabung kembali di malam hari. Pada waktu siang hari Matahari sebagai sumber radiasi menjadikan lapisan ionosfer lebih tebal hingga 4 lapisan (F2, F1, E, dan D), sedangkan pada malam hari sumber radiasi hanya objek redup seperti Bulan, planet, dan bintang-bintang yang jauh lebih redup dari Matahari. Oleh sebab itu tebal ionosfer menipis dan terbentuk hanya satu lapisan F dan lapisan E pun hampir hilang, bahkan lapisan D hilang saat malam hari (Gambar 4.34 dan 4.35).

Sinyal radio disebarkan melalui gelombang radio. Beberapa sinyal keluar dari Bumi melalui ionosfer (panah hijau Gambar. 4.36) . Gelombang tanah (panah ungu) adalah sinyal langsung diterima oleh radio pendengar secara normal. Gelombang ini cepat melemahkan. Gelombang yang tersisa (merah dan biru panah) disebut “skywaves.” Gelombang ini memantul melalui ionosfer dan bisa diterima oleh pendengar sampai 1600 km tergantung pada kondisi atmosfer. Oleh karena itu beberapa stasiun radio lebih jernih atau hanya bisa terdengar pada malam hari. Ketika polusi udara masih sedikit sekitar tahun 1900-an, para pahlawan kemerdekaan Indonesia mendengar kekalahan Jepang melalui siaran radio AM dari Amerika.

Dari percobaan yang kalian lakukan ditemukan bahwa ionosfer bisa memantulkan gelombang radio. Selain itu ionosfer bisa memantulkan gelombang mikro dari Matahari yang bisa memanaskan unsur biotik (makhluk hidup) dengan cepat. Oleh karena itu gelombang ini dimanfaatkan untuk pemanas makanan.

Apakah kalian ingat bahwa magnetosfer melindungi Bumi dari radiasi flare ataupun CME? Ternyata tidak, magnetosfer hanya membelokkan radiasi tersebut ke daerah kutub Bumi. Sebenarnya yang melindungi Bumi dari radiasi tersebut adalah Ionosfer. Bagaimana ionosfer menyerap radiasi tersebut? Apa efeknya? Mari kita menonton simulasinya!

Dari tayangan video di atas, bisa kalian temukan sebagai efek dari penyerapan energi luar biasa terjadilah fenomena yang sangat indah, yaitu Aurora. Tapi bagaimana aurora ini bisa menghasilkan berbagai macam warna? Mari kita main!

Kali ini mainkan simulasi bagaimana atom memancarkan sinar.

Sumber unduh : Java : https://java.com/en/
Simulasi : http://phet.colorado.edu/sims/hydrogen-atom/hydrogen-atom_en.jar

Sebelum memulai permainan, kondisikan aplikasi pada mode “Prediction” dengan model atom Bohr. Untuk memudahkan identifikasi sinar “Show spectrometer” dan “Show energy level diagram” centang. Sehingga tampilan menjadi seperti gambar di samping.

Tugasmu adalah :

  1. Perhatikan baik-baik sinar yang berasal dari elektron yang loncat.
  2. Perhatikan jenis sinar tersebut dari nilai panjang gelombang yang terdeteksi.
  3. Identifikasi sinar tersebut berasal dari loncatan elektron dari kulit mana ke kulit mana!
  4. Tulis jawabanmu pada tabel di bawah.

Neils Bohr mengatakan “Ada beberapa aturan mustahil, tapi aturan ini bisa menjelaskan cara atom bekerja. Jadi mari kita anggap saja benar aturan ini agar paham bagaimana perilaku atom”. Aturan-aturan tersebut adalah :
Aturan 1 : Elektron mengorbit inti pada jarak tertentu saja yang diizinkan oleh inti, tergantung energi yang dimiliki oleh elektron.
Aturan 2 : Atom memancarkan energi (emisi) ketika elektron dari orbit yang berenergi tinggi pindah ke orbit berenergi rendah. Sebaliknya jika atom menyerap (absorsi) energi ketika elektron didorong dari orbit berenergi rendah (dekat inti) ke orbit berenergi tinggi.
Dari permainan yang kamu mainkan, bisa disimpulkan bahwa tidak sembarang nilai energi bisa menghasilkan sinar emisi. Ada juga energi diserap namun tidak menghasilkan sinar emisi. Hal ini karena energi tersebut belum memenuhi “level energi” elektron untuk berpindah orbit. Nilai energi harus pada nilai tertentu, terpaket dalam nilai kuantitas tertentu. Teori dinamakan teori kuantum cahaya.

Saat sejumlah foton datang dengan macam-macam nilai energi, tidak semua diserap oleh elektron. Namun hanya foton dengan nilai energi yang cocok dengan elektron butuhkan yang diserap. Jika elektron membutuhkan nilai energi 2 untuk berpindah orbit, maka panjang gelombang dengan nilai energi yang sama akan diserap (Gambar 4.41). Tidak hanya itu pula, atom tidak bisa menghasilkan sinar emisi dengan nilai yang sembarang, tapi menghasilkan energi pada nilai panjang gelombang tertentu. Contohnya Hidrogen hanya bisa menghasilkan sinar emisi pada panjang gelombang tertentu saja (violet, ungu, biru dan merah).

Elektron dalam unsur apapun ketika menerima energi yang sangat tinggi akan memancarkan sinar emisi. Namun warna sinar emisi setiap unsur berbeda-beda. Begitu pula dengan senyawa penyusun atmosfer Bumi. Saat ada radiasi flare ataupun CME, hanya warna tertentu saja yang muncul di langit sebagai warna Aurora. Konsentrasi atmosfer 99% Nitrogen dan Oksigen, sehingga aurora hanya Hijau, Merah, Putih, Biru dan Violet. Aurora berbentuk lingkaran jika dilihat dari luar Bumi. Hal ini akibat adanya Medan Magnet Bumi yang mencegah pengumpulan radiasi di satu titik. Oleh karena itu Aurora tidak terjadi tepat di langit kutub melainkan di daerah sekitar kutub. Selain itu aurora merupakan aliran muatan yang dihasilkan di ionosfer. Oleh sebab itu aurora merupakan arus listrik yang melingkar sepanjang wilayah daerah kutub dan dikenal dengan juga sebagai Arus Cincin. Namun ada dampak lain selain timbulnya tirai warna-warni raksasa saat datangnya radiasi berbahaya. Mari membuat Listrik!

Peralatan yang disediakan :

  • Kabel penghubung                 2 buah
  • Jembatan penghubung        2 buah
  • Meter dasar 90                        1 buah
  • Papan Rangkaian                    1 buah
  • Kumparan 1000 lilitan          1 buah
  • Magnet Batang                        1 buah

Prosedur eksperimen :
1. Persiapkan dan susun peralatan sesuai dengan daftar dan gambar di atas
2. Meter dasar 90 fungsikan sebagai voltmeter batas ukur 100mV DC
3. Perhatikan nilai voltase yang terukur selama eksperimen
4. Masukan sebuah magnet batang ke dalam kumparan
5. Diam sejenak, kemudian keluarkan batang magnet tersebut
6. Apakah terdeteksi listrik?
7. Coba ulangi tahap 4 dan 5 untuk menjawab pertanyaan di bawah

Saat ada perubahan medan magnet di kumparan, terdeteksi adanya arus listrik pada rangkaian. Hal itu juga berlaku sebaliknya, saat muncul arus listrik timbul medan magnet baru. Saat kemunculan arus cincin, menyebabkan gangguan medan magnet di kutub. Sama halnya dengan kumparan pada Coba-Coba 4.7., semua benda yang baik menghantarkan listrik tiba-tiba muncul listrik dengan sendirinya. Akibatnya muncul arus listrik di mana-mana, baik di tiang besi ataupun pagar besi. Kelainan ini memiliki dampak buruk bagi masyarakat, yaitu : kekacauan aliran listrik dan kekacauan komunikasi kabel baik yang berada di tiang atau pun yang terkubur di tanah, kekacauan sinyal komunikasi satelit. Dampak besar dari Aurora ini warga di daerah kutub tidak mampu berkomunikasi dengan teknologi satelit ataupun kabel.

Setelah kalian mengkaji isu tersebut, kalian akan mengerti begitu banyaknya fenomena alam yang dipandang oleh masyarakat secara berlebihan, bahkan sebagian orang menebar isu yang tidak benar hingga terjadi kepanikan massal. Sepatutnya sebagai generasi terpelajar, saat mendengar isu hendaklah rajin membaca terkait isu tersebut dan kritis terhadap isu-isu yang berkembang di masyarakat terutama berhubungan dengan sains. Jadilah orang yang ikut mencerdaskan masyarakat.