Tugas 2 Matematika dan Ilmu Alamiah Dasar

Alam Semesta

Alam semesta adalah ruang dimana di dalamnya terdapat kehidupan biotic maupun abiotik serta segala macam peristiwa alam yang dapat diungkapkan maupun yang belum dapat diungkapkan oleh manusia. Atau ada pula yang mengatakan bahwa pengertian alam semesta mencakup tentang mikrokosmos dan makrokosmos.

Mikrokosmos adalah Mikrokosmos adalah benda-benda yang mempunyai ukuran yang sangat kecil. Mikroskop yang mempunyai perbesaran seribu kali dapat dipergunakan untuk mengamati Euglena. Euglena ialah organisme bersel tunggal dan dapat diambil sebagai contoh dari prilaku sel dan sebagai suatu kesatuan. Dari organisme ini ternyata dapat diterapkan pada organisme tinggkat tinggi seperti manusia, sehingga proses kehidupan dapat dipelajari. Mempelajari mikrokosmos benar-benar menakjubkan karena dalam ukuran yang sangat kecil. Kenyataan awal kehidupan yang di pelajari pada mikrokosmos sama menariknya dalam dunia makrokosmos yang berukuran sangat besar sebagai awal perkenalan untuk alam semesta. Sedangkan makrokosmos adalah benda-benda yang mempunyai ukuran yang sangat besar, Setelah Galilie (1564-1642) menemukan teleskop, makin banyak benda langit ditemukan. Teleskop refraktor yang di temukannya mampu menjadikan mata manusia lebih tajam dalam mengamati benda langit yang tidak bisa diamati melalui mata telanjang. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi lima abad yang lalu membawa manusia untuk memahami benda-benda langit yang terbebas dari selubung mitologi.

Teori Terbentuknya Alam Semesta

1. Teori Keadaan Tetap (Steady–state Theory)

Teori ini dikemukakan oleh Fred Hoyle, herman bondi, thomas Gold ( 1948 ). Teori ini berdasarkan prinsip osmologi sempurna yang menyatakan bahwa alam semesta, dimana pun dan bilamanapun selalu sama. Berdasarkan prinsip tersebutlah alam semesta terjadi pada suatu saat tertentu dimasa yang telah lalu sampai sekarang. Segala sesuatu di alam semesta ini selalu tetap sama walaupun galaksi-galaksi saling bergerak menjauhi satu sama lain. Teori ini ditunjang oleh kenyataan, bahwa galaksi baru mempunyai jumlah yang sebanding dengan galaksi lama.Dengan kata lain bahwa tiap-tiap galaksi yang terbentuk, tumbuh, menjadi tua, dan akhirnya mati, jadi, teori ini beranggapan bahwa alam semesta itu tak terhingga besarnya dan tak terhingga tuanya ( Tanpa awal dan tanpa akhir ).

2. Teori Ledakan Besar (Big Bang Theory)

Teori ledakan ini bertolak dari asumsi adanya suatu massa yang sangat besar dan mempunyai berat jenis yang juga sangat besar. Kemudian massa tersebut meledak dengan hebat karena adanya reaksi inti (George Lemaitre, 1930). Massa itu kemudian berserak mengembang dengan sangat cepatnya menjauhi pusat ledakan. Setelah berjuta-juta tahun, massa yang berserak itu membentuk kelompok-kelompok galaksi yang ada sekarang. Mereka harus bergerak menjauhi titik pusatnya. Teori ini didukung oleh kenyataan dari pengamatan bahwa galaksi-galaksi itu memang bergerak menjauhi titik pusat yang sama. Selain itu, teori ini didukung oleh pakar astronomi Arno Penzias dan Robert Wilson yang menemukan radiasi gelombang mikro.

Perbedaan Anggota Sistem Tata Surya

Sebelum membahas tentang perbedaan dari anggota sistem tata surya tersebut, baiknya terlebih dahulu menjelaskan pengertian dari masing-masing anggota sistem tata surya tersebut, yaitu :

Bintang adalah benda langit luar angkasa yang memiliki ukuran besar dan memancarkan cahaya sebagai sumber cahaya. Bintang yang terdekat dengan bumi adalah matahari.

Matahari adalah bintang yang letaknya paling dekat dengan bumi, yaitu sekitar 149.600.000 kilometer atau 92,26 juta mil, terbentuk dari komponen gas helium dan hidrogen dan terdiri dari enam lapisan. Matahari merupakan pusat dari tata surya kita. Matahari dikelilingi oleh planet-planet anggota tata surya seperti planet bumi, merkurius, venus, mars, jupiter, saturnus, uranus, neptunus dan jupiter.

Planet adalah benda langit yang mengelilingi bintang sebagai pusat tata surya. Planet tidak dapat menghasilkan cahaya sendiri namun dapat memantulkan cahaya. Planet yang dekat dengan bumi dapat kita lihat setiap hari dengan mata telanjang seperti planet venus yang disebut orang sebagai bintang fajar.

Asteroid adalah planet-planet kecil yang jumlahnya puluhan ribu, beredar mengelilingi matahari, letaknya di antara orbit Mars dan Jupiter. Para ahli astronomi menyatakan dalam sebuah teori bahwa asteroid adalah sisa-sisa planet yang meledak, sebelumnya mengorbit matahari di antara orbit-orbit Mars dan Jupiter. Ada sebuah teori lain menjelaskan bahwa asteroid adalah bongkahan-bongkahan benda-benda angkasa yang tidak pernah dapat membentuk planet pada waktu sistem tata surya terbentuk.

Komet adalah benda langit yang mengelilingi matahari. Komet memiliki orbit garis edar sendiri yang bentuknya sangat lonjong. Komet biasa disebut sebagai bintang berekor karena sifatnya yang bercahaya terang dan memiliki ekor gas debu yang sangat panjang.

· Meteor adalah benda langit yang masuk ke dalam wilayah atmosfer bumi yang mengakibatkan terjadinya gesekan permukaan meteor dengan udara dalam kecepatan tinggi. Akibat adanya gesekan yang cepat tersebut menimbulkan pijaran api dan cahaya yang dari kejauhan kita melihatnya seperti bintang jatuh.

Perbedaan dari anggota sistem tata surya yang disebutkan diatas ialah:

Matahari adalah salah satu dari bintang hanya saja paling berbeda dari bintang yang lainnya dalam hal suhu, warna, ukuran, massa, dan komposisi gasnya. Selain itu, hanya matahari sebagai pusat dari tata surya kita.

Asteroid dapat dibedakan dengan komet melalui penampakannya, kalau komet memiliki ekor tetapi asteroid tidak memiliki ekor.

Meteor tidak memiliki orbit seperti komet, asteroid dan planet.

Kedatangan komet ke bumi dapat diprediksi, tetapi kedatangan dari meteor tidak dapat diprediksi.

Bintang dapat memancarkan cahaya sendiri sedangkan planet memantulkan cahaya dari bintang seperti bulan.

Planet Bumi Sebagai Sistem Tata Surya

Bumi adalah planet yang menempati urutan ketiga dalam Tata Surya, setelah planet Mercurius dan Venus, dan planet Bumi merupakan satu-satunya planet pada Tata Surya ini yang dihuni mahluk hidup terutama manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan.

Jarak antara bumi dengan matahari adalah 149 km. Bumi mengadakan rotasi 24 jam, berarti hari bumi = 24 jam. Arah rotasi bumi sama dengan arah revolusinya, ada pun revolusi bumi setiap tahunnya adalah 365, 25 hari yakni dari barat ke timur. Inilah sebabnya mengapa matahari terbit lebih dulu di Irian Barat dari pada di Jawa. Bumi kita berdiameter 12.756 km di equator dan 12.712 km pada arah Kutub, oleh sebab itu bumi tidak bulat melainkan lonjong. Luas permukaan bumi 510 juta km2 dimana 75% terdiri dari lautan. Beratnya diperkirakan 5,976 x 1021. Lingkaran khatulistiwa 40.000 km. Dengan demikian ketika berotasi kecepatanya 1.673km/jam (464,82 meter/detik) pada khatulistiwa, karena berotasi sekali dalam 24 jam. Sedangkan ketika berevolusi kecepatannya 30.2567km/detik.

Lapisan Pada Planet Bumi

A. LAPISAN DALAM BUMI

1. Kerak bumi (crush)

Merupakan kulit bumi bagian luar (permukaan bumi). Tebal lapisan kerak bumi mencapai 70 km dan merupakan lapisan batuan yang terdiri dari batu-batuan basa dan masam. Lapisan ini menjadi tempat tinggal bagi seluruh mahluk hidup. Suhu di bagian bawah kerak bumi mencapai 1.100 oC. Lapisan kerak bumi dan bagian di bawahnya hingga kedalaman 100 km dinamakan litosfer.

2. Selimut atau selubung (mantle)

Merupakan lapisan yang terletak di bawah lapisan kerak bumi. Tebal selimut bumi mencapai 2.900 km dan merupakan lapisan batuan padat. Suhu di bagian bawah selimut bumi mencapai 3.000 oC.

3. Inti bumi (core)

Terdiri dari material cair, dengan penyusun utama logam besi (90%), nikel (8%), dan lain-lain yang terdapat pada kedalaman 2900 – 5200 km. Lapisan ini dibedakan menjadi lapisan inti luar dan lapisan inti dalam.

a. Lapisan inti luar tebalnya sekitar 2.000 km dan terdiri atas besi cair yang suhunya mencapai 2.200 oC.

b. Lapisan inti dalam merupakan pusat bumi berbentuk bola dengan diameter sekitar 2.700 km. Inti dalam ini terdiri dari nikel dan besi yang suhunya mencapai 4.500 oC.

B. LAPISAN LUAR BUMI

1. Atmosfer

Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari matahari dan mengurangi suhu ekstrem di antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet.

2. Troposfer

Lapisan ini berada pada level yang terrendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan di bumi. Dalam lapisan ini kehidupan terlindung dari sengatan radiasi yang dipancarkan oleh benda-benda langit lain. Dibandingkan dengan lapisan atmosfer yang lain, lapisan ini adalah yang paling tipis (kurang lebih 15 kilometer dari permukaan tanah). Ketinggian yang paling rendah adalah bagian yang paling hangat dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas dari matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Biasanya, jika ketinggian bertambah, suhu udara akan berkurang secara tunak (steady), dari sekitar 17℃ sampai -52℃. Pada permukaan bumi yang tertentu, seperti daerah pegunungan dan dataran tinggi dapat menyebabkan anomali terhadap gradien suhu tersebut.

Lapisan ini dianggap sebagai bagian atmosfer yang paling penting, karena berhubungan langsung dengan permukaan bumi yang merupakan habitat dari berbagai jenis mahluk hidup termasuk manusia, serta sebagain besar iklim berlangsung pada lapisan troposfer. Susunan kimia udara troposfer terdiri dari 78,03% nitrogen, 20,99 oksigen, 0,93% argon, 0,03% asam arang, 0,0015% nenon, 0,00015% helium, 0,0001% kripton, 0,00005% hidrogen, serta 0,000005% xenon.

Di dalam troposfer terdapat tiga jenis awan yaitu:

1. Awan rendah (cumulus), yang tingginya antara 0 – 2 km

2. Awan pertengahan (alto cumulus lenticularis), tingginya antara 2 – 6 km

3. Awan tinggi (cirrus) yang tingginya antara 6 – 12 km.

Troposfer terbagi lagi ke dalam empat lapisan, yaitu :

1. Lapisan Udara Dasar

Tebal lapisan udara ini adalah 1 – 2 meter di atas permukaan bumi. Keadaan di dalam lapisan udara ini tergantung dari keadaan fisik muka bumi, dari jenis tanaman, ketinggian dari permukaan laut dan lainnya. Keadaan udara dalam lapisan inilah yang disebut sebagai iklim mikro, yang memperngaruhi kehidupan tanaman dan juga jasad hidup di dalam tanah.

2. Lapisan Udara Bawah

Lapisan udara ini dinamakan juga lapisan-batasan planiter (planetaire grenslag, planetary boundary layer). Tebal lapisan ini 1 – 2 km. Di sini berlangsung berbagai perubahan suhu udara dan juga menentukan iklim.

3. Lapisan Udara Adveksi (Gerakan Mendatar)

Lapisan ini disebut juga lapisan udara konveksi atau lapisan awan, yang tebalnya 2 – 8 km. Di dalam lapisan udara ini gerakan mendatar lebih besar daripada gerakan tegak. Hawa panas dan dingin yang beradu di sini mengakibatkan kondisi suhu yang berubah-ubah.

4. Lapisan Udara Tropopouse

Merupakan lapisan transisi antara lapisan troposfer dan stratosfer terletak antara 8 – 12 km di atas permukaan laut (dpl). Pada lapisan ini terdapat derajat panas yang paling rendah, yakni antara – 46 o C sampai – 80o C pada musim panas dan antara – 57 o C sampai – 83 o C pada musim dingin. Suhu yang sangat rendah pada tropopouse inilah yang menyebabkan uap air tidak dapat menembus ke lapisan atmosfer yang lebih tinggi, karena uap air segera mengalami kondensasi sebelum mancapai tropopouse dan kemudian jatuh kembali ke bumi dalam bentuk cair (hujan) dan padat (salju, hujan es).

3. Stratosfer

Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu – 70oF atau sekitar – 57oC. Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran yang tertentu.Disini juga tempat terbangnya pesawat. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang signifikan yang terjadi pada lapisan ini. Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah menjadi semakin bertambah semakin naik, karena bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon yang bertambah. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultra ungu. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar 18oC pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya.

Lapisan stratosfer dibagi dalam tiga bagian yaitu:

a. Lapisan udara isoterm; terletak antara 12 – 35 km dpl, dengan suhu udara – 50o C sampai -55o C.

b. Lapisan udara panas; terletak antara 35 – 50 km dpl, dengan suhu – 50o C sampai + 50o C.

c. Lapisan udara campuran teratas; terletak antara 50 – 80 km dpl, dengan suhu antara +50o C sampai -70o C. karena pengaruh sinar ultraviolet, pada ketinggian 30 km oksigen diubah menjadi ozon, hingga kadarnya akan meningkat dari 5 menjadi 9 x 10-2 cc di dalam 1 m3.

4. Mesosfer

Kurang lebih 25 mil atau 40km diatas permukaan bumi terdapat lapisan transisi menuju lapisan mesosfer. Pada lapisan ini, suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, sampai menjadi sekitar – 143oC di dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km diatas permukaan bumi. Suhu serendah ini memungkinkan terjadi awan noctilucent, yang terbentuk dari kristal es. Daerah transisi antara lapisan mesosfer dan termosfer disebut mesopouse dengan suhu terendah – 110o C.

5. Termosfer

Transisi dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 81 km. Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi pada lapisan ini yaitu sekitar 1982oC. Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra ungu. Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer, yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit, lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio jarak jauh. Molekul oksigen akan terpecah menjadi oksegen atomik di sini. Proses pemecahan molekul oksigen dan gas-gas atmosfer lainnya akan menghasilkan panas, yang akan menyebabkan meningkatnya suhu pada lapisan ini. Suhu pada lapisan ini akan meningkat dengan meningkaknya ketinggian.

Ionosfer dibagi menjadi tiga lapisan lagi, yaitu:

a. Lapisan Udara E

Terletak antara 80 – 150 km dengan rata-rata 100 km dpl. Lapisan ini tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara KENNELY dan HEAVISIDE dan mempunyai sifat memantulkan gelombang radio. Suu udara di sini berkisar – 70o C sampai +50o C .

b. Lapisan udara F

Terletak antara 150 – 400 km. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara APPLETON.

c. Lapisan udara atom

Pada lapisan ini, benda-benda berada dalam lbentuk atom. Letaknya lapisan ini antara 400 – 800 km. Lapisan ini menerima panas langsung dari matahari, dan diduga suhunya mencapai 1200o C

Fenomena aurora yang dikenal juga dengan cahaya utara atau cahaya selatan terjadi di lapisan ini.

6. Eksosfer

Merupakan lapisan atmosfer yang paling tinggi. Pada lapisan ini, kandungan gas-gas atmosfer sangat rendah. Batas antara ekosfer (yang pada dasarnya juga adalah batas atmosfer) dengan angkasa luar tidak jelas. Daerah yang masih termasuk ekosfer adalah daerah yang masih dapat dipengaruhi daya gravitasi bumi. Garis imajiner yang membatasi ekosfer dengan angkasa luar disebut magnetopause. Adanya refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh partikel debu meteoritik. Cahaya matahari yang dipantulkan tersebut juga disebut sebagai cahaya Zodiakal.

Teori terbentuknya planet

1. Teori Bintang Kembar

Menurut teori ini, galaksi berasal dari kombinasi bintang kembar. Salah satu bintang meledak sehingga banyak material yang terlempar. Karena bintang yang tidak meledak mempunyai gaya gravitasi yang masih kuat, maka sebaran pecahan ledakan bintang tersebut mengelilingi bintang yang tidak meledak. Bintang yang tidak meledak itu adalah matahari, sedangkan pecahan bintang yang lain adalah planet-planet yang mengelilinginya.

2. Teori Planetesimal

Teori ini mengungkapkan bahwa pada mulanya telah terdapat matahari asal. Pada suatu ketika, matahari asal ini didekati oleh sebuah bintang besar, yang menyebabkan terjadinya penarikan pada bagian matahari. Akibat tenaga penarikan matahari asal tadi, terjadilah ledakan-ledakan yang hebat. Gas yang meledak ini keluar dari atmosfer matahari, kemudian mengembun dan membeku sebagai benda-benda yang padat, dan disebut planetesimal. Planetesimal ini dalam perkembangannya menjadi planet-planet, dan salah satunya adalah planet Bumi kita.

3. Teori Kabut

Dalam teori ini dikemukakan bahwa di jagat raya terdapat gas yang kemudian berkumpul menjadi kabut (nebula). Gaya tarik-menarik antar gas ini membentuk kumpulan kabut yang sangat besar dan berputar semakin cepat. Dalam proses perputaran yang sangat cepat ini, materi kabut bagian khatulistiwa terlempar memisah dan memadat (karena pendinginan). Bagian yang terlempar inilah yang kemudian menjadi planet-planet dalam tata surya.