Astronomi surya Artikel utama untuk bagian ini adalah: Matahari Lihat pula: Teleskop surya Citra ultraungu dari fotosfer aktif Matahari, hasil tangkapan teleskop TRACE oleh NASA. Matahari adalah bintang yang terdekat dari Bumi pada sekitar 8 menit cahaya, dan yang paling sering diteliti; ia merupakan bintang katai pada deret utama dengan klasifikasi G2 V dan usia sekitar 4,6 milyar tahun. Walau tidak sampai tingkat bintang variabel, Matahari mengalami sedikit perubahan cahaya melalui aktivitas yang dikenal sebagai siklus bintik Matahari — fluktuasi pada angka bintik-bintik Matahari selama sebelas tahun. Bintik Matahari ialah daerah dengan suhu yang lebih rendah dan aktivitas magnetis yang hebat.[48]
Luminositas Matahari terus bertambah kuat secara tetap sepanjang hidupnya, dan sejak pertama kali menjadi bintang deret utama sudah bertambah sebanyak 40%. Matahari juga telah tercatat melakukan perubahan periodik dalam luminositas, sesuatu yang bisa menyebabkan akibat-akibat yang signifikan atas kehidupan di atas Bumi.[49] Misalnya periode minimum Maunder, yang sampai menyebabkan fenomena zaman es kecil pada Abad Pertengahan.[50]
Permukaan luar Matahari yang bisa kita lihat disebut fotosfer. Di atasnya ada lapisan tipis yang biasanya tidak terlihat karena terangnya fotosfer, yaitu kromosfer. Di atasnya lagi ada lapisan transisi di mana suhu bisa naik secara cepat, dan di atasnya terdapatlah korona yang sangat panas.
Di tengah-tengah Matahari ialah daerah inti; ada tingkat suhu dan tekanan yang cukup di sini sehingga fusi nuklir dapat terjadi. Di atasnya terdapat zona radiatif; di sini plasma akan menghantarkan panas melalui proses radiasi. Di atas zona radiatif adalah zona konvektif; materi gas di zona ini akan menghantarkan energi sebagian besar lewat pergerakan materi gas itu sendiri. Zona inilah yang dipercaya sebagai sumber aktivitas magnetis penghasil bintik-bintik Matahari.[48]
Terdapat angin surya berupa partikel-partikel plasma yang bertiup keluar dari Matahari secara terus-menerus sampai mencapai titik heliopause. Angin ini bertemu dengan magnetosfer Bumi dan membentuk sabuk-sabuk radiasi Van Allen dan — di mana garis-garis medan magnet Bumi turun menujur atmosfer — menghasilkan aurora.[51]
[sunting] Ilmu keplanetan Artikel utama untuk bagian ini adalah: Ilmu keplanetan dan geologi keplanetan Cabang astronomi ini meneliti susunan planet, bulan, planet katai, komet, asteroid, serta benda-benda langit lain yang mengelilingi bintang, terutama Matahari, walau ilmu ini meliputi juga planet-planet luar surya. Tata Surya kita sendiri sudah dipelajari secara mendalam — pertama-tama melalui teleskop dan kemudian menggunakan wahana-wahana antariksa — sehingga pemahaman sekarang mengenai formasi dan evolusi sistem keplanetan ini sudah sangat baik, walaupun masih ada penemuan-penemuan baru yang terjadi.[52]
Titik hitam di atas ialah sebuah setan debu (dust devil) yang tengah memanjat suatu kawah di Mars. Ini serupa dengan tornado yang berpilin dan berpindah-pindah, menghasilkan "ekor" yang panjang dan gelap. Citra oleh NASA. Tata Surya dibagi menjadi beberapa kelompok: planet-planet bagian dalam, sabuk asteroid, dan planet-planet bagian luar. Planet-planet bagian dalam adalah planet-planet bersifat kebumian yaitu Merkurius, Venus, Bumi dan Mars. Planet-planet bagian luar adalah raksasa-raksasa gas Tata Surya yaitu Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus.[53] Apabila kita pergi lebih jauh lagi, maka akan ditemukan benda-benda trans-Neptunus: pertama sabuk Kuiper dan akhirnya awan Oort yang bisa membentang sampai satu tahun cahaya.
Terbentuknya planet-planet bermula pada sebuah cakram protoplanet yang mengitari Matahari pada periode-periode awalnya. Dari cakram ini terwujudlah gumpalan-gumpalan materi melalui proses yang melibatkan tarikan gravitasi, benturan, dan akresi; gumpalan-gumpalan ini kemudian lama-kelamaan menjadi kumpulan protoplanet. Karena tekanan radiasi dari angin surya terus mendorong materi-materi yang belum menggumpal, hanya planet-planet yang massanya cukup besar yang mampu mempertahankan atmosfer berbentuk gas. Planet-planet muda ini terus menyapu dan memuntahkan materi-materi yang tersisa, menghasilkan sebuah periode penghancuran yang hebat. Sisa-sisa periode ini bisa dilihat melalui banyaknya kawah-kawah tabrakan di permukaan Bulan. Adapun dalam jangka waktu ini sebagian dari protoplanet-protoplanet yang ada mungkin bertabrakan satu sama lain; kemungkinan besar tabrakan seperti itulah yang melahirkan Bulan kita.[54]
Ketika suatu planet mencapai massa tertentu, materi-materi dengan massa jenis yang berlainan mulai saling memisahkan diri dalam proses yang disebut diferensiasi planet. Proses demikian bisa menghasilkan inti yang berbatu-batu atau terdiri dari materi-materi logam, diliputi oleh lapisan mantel dan lalu permukaan luar. Inti planet ini bisa terbagi menjadi daerah-daerah yang padat dan cair, dan beberapa mampu menghasilkan medan magnet mereka sendiri, sehingga planet dapat terlindungi dari angin surya.[55]
Panas di bagian dalam sebuah planet atau bulan datang dari benturan yang dihasilkan sendiri oleh planet/bulan tersebut, atau oleh materi-materi radioaktif (misalnya uranium, torium, atau 26Al), atau pemanasan pasang surut. Beberapa planet dan bulan berhasil mengumpulkan cukup panas untuk menjalankan proses-proses geologis seperti vulkanisme dan aktivitas-aktivitas tektonik. Apabila planet/bulan tersebut juga memiliki atmosfer, maka erosi pada permukaan (melalui angin atau air) juga dapat terjadi. Planet/bulan yang lebih kecil dan tanpa pemanasan pasang surut akan menjadi dingin lebih cepat dan kegiatan-kegiatan geologisnya akan berakhir, terkecuali pembentukan kawah-kawah tabrakan.[56]
[sunting] Astronomi bintang Artikel utama untuk bagian ini adalah: Bintang Nebula Semut. Gas yang dimuntahkan dari bintang sekarat di tengahnya tidak biasa karena membentuk pola yang simetris, bukan semrawut seperti ledakan pada umumnya. Untuk memahami alam semesta, penelitian atas bintang-bintang dan bagaimana mereka berevolusi sangatlah fundamental. Astrofisika yang berkenaan dengan bintang sendiri bisa diketahui baik lewat segi pengamatan maupun segi teoretis, serta juga melalui simulasi komputer.[57]
Bintang terbentuk pada awan-awan molekul raksasa, yaitu daerah-daerah yang padat akan debu dan gas. Ketika kehilangan kestabilannya, serpihan-serpihan dari awan-awan ini bisa runtuh di bawah gaya gravitasi dan membentuk protobintang. Apabila bagian intinya mencapai kepadatan dan suhu tertentu, fusi nuklir akan dipicu dan akan terbentuklah sebuah bintang deret utama.[58]
Nyaris semua unsur yang lebih berat dari hidrogen dan helium merupakan hasil dari proses yang terjadi di dalam inti bintang-bintang.[57]
Ciri-ciri yang akan dimiliki oleh suatu bintang secara garis besar ditentukan oleh massa awalnya: semakin besar massanya, maka semakin tinggi pula luminositasnya, dan semakin cepat pula ia akan menghabiskan bahan bakar hidrogen pada inti. Lambat laun, bahan bakar hidrogen ini akan diubah menjadi helium, dan bintang yang bersangkutan akan mulai berevolusi. Untuk melakukan fusi helium, diperlukan suhu inti yang lebih tinggi, oleh sebab itu intinya akan semakin padat dan ukuran bintang pun berlipat ganda — bintang ini telah menjadi sebuah raksasa merah. Fase raksasa merah ini relatif singkat, sampai bahan bakar heliumnya juga sudah habis terpakai. Kalau bintang tersebut memiliki massa yang sangat besar, maka akan dimulai fase-fase evolusi di mana ia semakin mengecil secara bertahap, sebab terpaksa melakukan fusi nuklir terhadap unsur-unsur yang lebih berat.[59]
Adapun nasib akhir sebuah bintang bergantung pula pada massa. Jika massanya lebih dari sekitar delapan kali lipat Matahari kita, maka gravitasi intinya akan runtuh dan menghasilkan sebuah supernova;[60] jika tidak, akan menjadi nebula planet, dan terus berevolusi menjadi sebuah katai putih.[61] Yang tersisa setelah supernova meletus adalah sebuah bintang neutron yang sangat padat, atau, apabila materi sisanya mencapai tiga kali lipat massa Matahari, lubang hitam.[62] Bintang-bintang ganda yang saling berdekatan evolusinya bisa lebih rumit lagi, misalnya, bisa terjadi pemindahan massa ke arah bintang rekannya yang dapat menyebabkan supernova.[63]
Nebula-nebula planet dan supernova-supernova diperlukan untuk proses distribusi logam di medium antarbintang; kalau tidak demikian, seluruh bintang-bintang baru (dan juga sistem-sistem planet mereka) hanya akan tersusun dari hidrogen dan helium saja.[64]
[sunting] Astronomi galaksi Artikel utama untuk bagian ini adalah: Astronomi galaksi Struktur lengan-lengan spiral Bima Sakti yang sudah teramati. Tata Surya kita beredar di dalam Bima Sakti, sebuah galaksi spiral berpalang di Grup Lokal. Ia merupakan salah satu yang paling menonjol di kumpulan galaksi tersebut. Bima Sakti merotasi materi-materi gas, debu, bintang, dan benda-benda lain, semuanya berkumpul akibat tarikan gaya gravitasi bersama. Bumi sendiri terletak pada sebuah lengan galaksi berdebu yang ada di bagian luar, sehingga banyak daerah-daerah Bima Sakti yang tidak terlihat.
Pada pusat galaksi ialah bagian inti, semacam tonjolan berbentuk seperti batang; diyakini bahwa terdapat sebuah lubang hitam supermasif di bagian pusat ini. Bagian ini dikelilingi oleh empat lengan utama yang melingkar dari tengah menuju arah luar, dan isinya kaya akan fenomena-fenomena pembentukan bintang, sehingga memuat banyak bintang-bintang muda (metalisitas populasi I). Cakram ini lalu diliputi oleh cincin galaksi yang berisi bintang-bintang yang lebih tua (metalisitas populasi II) dan juga gugusan-gugusan bintang berbentuk bola (globular), yaitu semacam kumpulan-kumpulan bintang yang relatif lebih padat.[65]
Daerah di antara bintang-bintang disebut medium antarbintang, yaitu daerah dengan kandungan materi yang jarang — bagian-bagiannya yang relatif terpadat adalah awan-awan molekul berisi hidrogen dan unsur lainnya, tempat di mana banyak bintang baru akan lahir. Awalnya akan terbentuk sebuah inti pra-bintang atau nebula gelap yang merapat dan kemudian runtuh (dalam volume yang ditentukan oleh panjang Jeans) untuk membangun protobintang.[58]
Ketika sudah banyak bintang besar yang muncul, mereka akan mengubah awan molekul menjadi awan daerah H II, yaitu awan dengan gas berpijar dan plasma. Pada akhirnya angin serta ledakan supernova yang berasal dari bintang-bintang ini akan memencarkan awan yang tersisa, biasanya menghasilkan sebuah (atau lebih dari satu) gugusan bintang terbuka yang baru. Gugusan-gugusan ini lambat laun berpendar, dan bintang-bintangnya bergabung dengan Bima Sakti.[66]
Sejumlah penelitian kinematika berkenaan dengan materi-materi di Bima Sakti (dan galaksi lainnya) menunjukkan bahwa materi-materi yang tampak massanya kurang dari massa seluruh galaksi. Ini menandakan terdapat apa yang disebut materi gelap yang bertanggung jawab atas sebagian besar massa keseluruhan, tapi banyak hal yang belum diketahui mengenai materi misterius ini.[67]
[sunting] Astronomi ekstragalaksi Artikel utama untuk bagian ini adalah: Astronomi ekstragalaksi Citra di atas menampilkan beberapa benda biru berbentuk lingkaran; ini adalah gambar-gambar dari galaksi yang sama, tergandakan oleh efek lensa gravitasional yang disebabkan oleh gugusan galaksi-galaksi kuning pada bagian tengah foto. Efek lensa itu dihasilkan medan gravitasi gugusan dan membelokkan cahaya sehingga gambar salah satu benda yang lebih jauh diperbesar dan terdistorsi. Penelitian benda-benda yang berada di luar galaksi kita — astronomi ekstragalaksi — merupakan cabang yang mempelajari formasi dan evolusi galaksi-galaksi, morfologi dan klasifikasi mereka, serta pengamatan atas galaksi-galaksi aktif beserta grup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Ini, terutama yang disebutkan belakangan, penting untuk memahami struktur alam semesta dalam skala besar.
Kebanyakan galaksi akan membentuk wujud-wujud tertentu, sehingga pengklasifikasiannya bisa disusun berdasarkan wujud-wujud tersebut. Biasanya, mereka dibagi-bagi menjadi galaksi-galaksi spiral, elips, dan tak beraturan.[68]
Persis seperti namanya, galaksi elips berbentuk seperti elips. Bintang-bintang berputar pata garis edarnya secara acak tanpa menuju arah yang jelas. Galaksi-galaksi seperti ini kandungan debu antarbintangnya sangat sedikit atau malah tidak ada; daerah penghasil bintangnya tidak banyak; dan rata-rata penghuninya bintang-bintang yang sudah tua. Biasanya galaksi elips ditemukan pada bagian inti gugusan galaksi, dan bisa terlahir melalui peleburan galaksi-galaksi besar.
Galaksi spiral membentuk cakram gepeng yang berotasi, biasanya dengan tonjolan atau batangan pada bagian tengah dan lengan-lengan spiral cemerlang yang timbul dari bagian tersebut. Lengan-lengan ini ialah lapangan berdebu tempat lahirnya bintang-bintang baru, dan penghuninya adalah bintang-bintang muda yang bermassa besar dan berpijar biru. Umumnya, galaksi spiral akan dikelilingi oleh cincin yang tersusun atas bintang-bintang yang lebih tua. Contoh galaksi semacam ini adalah Bima Sakti dan Andromeda.
Galaksi-galaksi tak beraturan bentuknya kacau dan tidak menyerupai bangun tertentu seperti spiral atau elips. Kira-kira seperempat dari galaksi-galaksi tergolong tak beraturan, barangkali disebabkan oleh interaksi gravitasi.
Sebuah galaksi dikatakan aktif apabila memancarkan jumlah energi yang signifikan dari sumber selain bintang-bintang, debu, atau gas; juga, apabila sumber tenaganya berasal dari daerah padat di sekitar inti — kemungkinan sebuah lubang hitam supermasif yang memancarkan radiasi benda-benda yang ia telan.
Apabila sebuah galaksi aktif memiliki radiasi spektrum radio yang sangat terang serta memancarkan jalaran gas dalam jumlah besar, maka galaksi tersebut tergolong galaksi radio. Contoh galaksi seperti ini adalah galaksi-galaksi Seyfert, kuasar, dan blazar. Kuasar sekarang diyakini sebagai benda yang paling dapat dipastikan sangat cemerlang; tidak pernah ditemukan spesimen yang redup.[69]
Struktur skala besar dari alam semesta sekarang digambarkan sebagai kumpulan dari grup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Struktur ini diklasifikasi lagi dalam sebuah hierarki pengelompokan; yang terbesar adalah maha-gugusan (supercluster). Kemudian kelompok-kelompok ini disusun menjadi filamen-filamen dan dinding-dinding galaksi, dengan kehampaan di antara mereka.[70]
[sunting] Kosmologi Artikel utama untuk bagian ini adalah: Kosmologi fisik Kosmologi, berasal dari bahasa Yunani kosmos (κόσμος, "dunia") dan akhiran -logia dari logos (λόγος, "pembelajaran") dapat dipahami sebagai upaya meneliti alam semesta secara keseluruhan.
Pengamatan atas struktur skala besar alam semesta, yaitu cabang yang dikenal sebagai kosmologi fisik, telah menyumbangkan pemahaman yang mendalam tentang formasi dan evolusi jagat raya. Salah satu teori yang paling penting (dan sudah diterima luas) adalah teori Dentuman Besar, yang menyatakan bahwa dunia bermula pada satu titik dan mengembang selama 13,7 milyar tahun sampai ke masa sekarang.[71] Gagasan ini bisa dilacak kembali pada penemuan radiasi CMB pada tahun 1965.[71]
Selama proses pengembangan ini, alam telah mengalami beberapa tingkat evolusi. Pada awalnya, diduga bahwa terdapat inflasi kosmik yang sangat cepat, mengakibatkan homogenisasi pada kondisi-kondisi awal. Setelah itu melalui nukleosintesis dihasilkan ketersediaan unsur-unsur untuk periode awal alam semesta.[71] (Lihat juga nukleokosmokronologi.)
Ketika atom-atom pertama bermunculan, antariksa menjadi transparan terhadap radiasi, melepaskan energi yang sekarang dikenal sebagai radiasi CMB. Alam semesta yang tengah mengembang pun memasuki Zaman Kegelapan, sebab tidak ada sumber daya bintang yang bisa memancarkan cahaya.[72]
Susunan materi yang hierarkis mulai terbentuk lewat variasi-variasi kecil pada massa jenis. Materi lalu terhimpun pada daerah-daerah dengan massa jenis yang paling tinggi, melahirkan awan-awan gas dan bintang-bintang yang paling purba (metalisitas III). Bintang-bintang besar ini memicu proses reionisasi dan dipercaya telah menciptakan banyak unsur-unsur berat pada alam semesta dini; unsur-unsur ini cenderung meluruh kembali menjadi unsur-unsur yang lebih ringan, memperpanjang siklus.[73]
Pengumpulan yang dipicu oleh gravitasi mengakibatkan materi membentuk filamen-filamen dan menyisakan ruang-ruang hampa di antaranya. Lambat laun, gas dan debu melebur dan membentuk galaksi-galaksi primitif. Lama-kelamaan semakin banyak materi yang ditarik, dan tersusun menjadi grup dan gugusan galaksi. Pada akhirnya, maha-gugusan yang lebih besar pun terwujud.[74]
Benda-benda lain yang memegang peranan penting dalam struktur alam semesta adalah materi gelap dan energi gelap. Benda-benda inilah yang ternyata merupakan komponen utama dunia kita, di mana massa mereka mencapai 96% dari massa keseluruhan alam semesta. Oleh sebab itu, upaya-upaya terus dibuat untuk meneliti dan memahami segi fisika benda-benda ini.[75]
[sunting] Penelitian-penelitian interdisipliner Astronomi dan astrofisika telah mengambangkan hubungan yang kuat dengan cabang-cabang ilmu pengetahuan lainnya. Misalnya arkeoastronomi, yang mempelajari astronomi kuno atau tradisional dalam konteks budaya masing-masing mempergunakan bukti-bukti arkeologis dan antropologis. Atau astrobiologi, kali ini mempelajari kelahiran dan perkembangan sistem-sistem biologis di alam semesta; terutama sekali pada topik kehidupan di planet lain.
Ada juga cabang yang meneliti zat-zat kimia yang ditemukan di luar angkasa; bagaimana mereka terwujud, berperilaku, dan terhancurkan. Ini dinamakan astrokimia. Zat-zat yang hendak dipelajari biasanya ditemukan pada awan molekul, walau ada juga yang terdapat di bintang bersuhu rendah, katai coklat, atau planet. Lalu kosmokimia, ilmu serupa yang lebih mengarah ke penelitian unsur-unsur dan variasi-variasi rasio isotop pada Tata Surya. Ilmu-ilmu ini bisa menggambarkan persinggungan dari ilmu-ilmu astronomi dan kimia. Bahkan sekarang ada astronomi forensik, di mana metode-metode astronomi dipakai untuk memecahkan masalah-masalah hukum dan sejarah.
[sunting] Astronomi amatir Artikel utama untuk bagian ini adalah: Astronomi amatir Astronom amatir bisa membangun peralatan mereka sendiri dan menyelenggarakan pesta-pesta dan pertemuan astronomi, contohnya komunitas Stellafane. Sebagaimana disebutkan, astronomi ialah salah satu dari sedikit cabang ilmu di mana tenaga amatir dapat berkontribusi banyak.[76] Secara keseluruhan, astronom-astronom amatir mengamati berbagai benda dan fenomena angkasa, terkadang bahkan dengan peralatan yang mereka buat sendiri. Yang jamak diamati yaitu Bulan, planet, bintang, komet, hujan meteor, dan benda-benda langit dalam seperti gugusan bintang, galaksi, dan nebula. Salah satu cabang astronomi amatir adalah astrofotografi amatir, yang melibatkan mengambilan foto-foto langit malam. Banyak yang memilih menjadi astrofotografer yang berspesialis dalam obyek atau peristiwa tertentu.[77][78]
Kebanyakan astronom amatir bekerja dalam astronomi optikal, walau sebagian kecil ada juga yang mencoba bereksperimen dengan panjang gelombang di luar cahaya tampak, misalnya dengan penyaring inframerah pada teleskop biasa, atau penggunaan teleskop radio. Pelopor radio astronomi amatir adalah Karl Jansky, yang memulai kegiatan ini pada dekade 1930-an. Amatir jenis seperti Jansky ini memakai teleskop buatan sendiri atau teleskop radio profesional yang sekarang sudah boleh diakses oleh amatir seperti halnya Teleskop Satu Mil (One-Mile Telescope).[79][80]
Sumbangsih astronom amatir tidak sepele, sebab banyak hal — seperti pengkuran okultasi guna mempertajam catatan garis edar planet-planet kecil — bergantung pada pekerjaan astronomi amatir. Para amatir dapat pula menemukan komet atau melakukan penelitian rutin atas bintang-bintang ganda. Seiring dengan perkembangan teknologi digital, astrofotografi amatir juga semakin efektif dan semakin giat memberikan sumbangan ilmu.[81][82][83]
[sunting] Daftar persoalan astronomi yang belum terpecahkan Lihat pula: Daftar persoalan fisika yang belum terpecahkan Meskipun sebagai ilmu pengetahuan astronomi telah mengalami kemajuan-kemajuan yang sangat pesat dan membuat terobosan-terobosan yang sangat besar dalam upaya memahami alam semesta dan segala isinya, masih ada beberapa pertanyaan penting yang belum bisa terjawab. Untuk memecahkan permasalahan seperti ini, boleh jadi diperlukan pembangunan peralatan-peralatan baru baik di permukaan Bumi maupun di antariksa. Selain itu, mungkin juga diperlukan perkembangan baru dalam fisika teoretis dan eksperimental.
Luminositas Matahari terus bertambah kuat secara tetap sepanjang hidupnya, dan sejak pertama kali menjadi bintang deret utama sudah bertambah sebanyak 40%. Matahari juga telah tercatat melakukan perubahan periodik dalam luminositas, sesuatu yang bisa menyebabkan akibat-akibat yang signifikan atas kehidupan di atas Bumi.[49] Misalnya periode minimum Maunder, yang sampai menyebabkan fenomena zaman es kecil pada Abad Pertengahan.[50]
Permukaan luar Matahari yang bisa kita lihat disebut fotosfer. Di atasnya ada lapisan tipis yang biasanya tidak terlihat karena terangnya fotosfer, yaitu kromosfer. Di atasnya lagi ada lapisan transisi di mana suhu bisa naik secara cepat, dan di atasnya terdapatlah korona yang sangat panas.
Di tengah-tengah Matahari ialah daerah inti; ada tingkat suhu dan tekanan yang cukup di sini sehingga fusi nuklir dapat terjadi. Di atasnya terdapat zona radiatif; di sini plasma akan menghantarkan panas melalui proses radiasi. Di atas zona radiatif adalah zona konvektif; materi gas di zona ini akan menghantarkan energi sebagian besar lewat pergerakan materi gas itu sendiri. Zona inilah yang dipercaya sebagai sumber aktivitas magnetis penghasil bintik-bintik Matahari.[48]
Terdapat angin surya berupa partikel-partikel plasma yang bertiup keluar dari Matahari secara terus-menerus sampai mencapai titik heliopause. Angin ini bertemu dengan magnetosfer Bumi dan membentuk sabuk-sabuk radiasi Van Allen dan — di mana garis-garis medan magnet Bumi turun menujur atmosfer — menghasilkan aurora.[51]
[sunting] Ilmu keplanetan Artikel utama untuk bagian ini adalah: Ilmu keplanetan dan geologi keplanetan Cabang astronomi ini meneliti susunan planet, bulan, planet katai, komet, asteroid, serta benda-benda langit lain yang mengelilingi bintang, terutama Matahari, walau ilmu ini meliputi juga planet-planet luar surya. Tata Surya kita sendiri sudah dipelajari secara mendalam — pertama-tama melalui teleskop dan kemudian menggunakan wahana-wahana antariksa — sehingga pemahaman sekarang mengenai formasi dan evolusi sistem keplanetan ini sudah sangat baik, walaupun masih ada penemuan-penemuan baru yang terjadi.[52]
Titik hitam di atas ialah sebuah setan debu (dust devil) yang tengah memanjat suatu kawah di Mars. Ini serupa dengan tornado yang berpilin dan berpindah-pindah, menghasilkan "ekor" yang panjang dan gelap. Citra oleh NASA. Tata Surya dibagi menjadi beberapa kelompok: planet-planet bagian dalam, sabuk asteroid, dan planet-planet bagian luar. Planet-planet bagian dalam adalah planet-planet bersifat kebumian yaitu Merkurius, Venus, Bumi dan Mars. Planet-planet bagian luar adalah raksasa-raksasa gas Tata Surya yaitu Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus.[53] Apabila kita pergi lebih jauh lagi, maka akan ditemukan benda-benda trans-Neptunus: pertama sabuk Kuiper dan akhirnya awan Oort yang bisa membentang sampai satu tahun cahaya.
Terbentuknya planet-planet bermula pada sebuah cakram protoplanet yang mengitari Matahari pada periode-periode awalnya. Dari cakram ini terwujudlah gumpalan-gumpalan materi melalui proses yang melibatkan tarikan gravitasi, benturan, dan akresi; gumpalan-gumpalan ini kemudian lama-kelamaan menjadi kumpulan protoplanet. Karena tekanan radiasi dari angin surya terus mendorong materi-materi yang belum menggumpal, hanya planet-planet yang massanya cukup besar yang mampu mempertahankan atmosfer berbentuk gas. Planet-planet muda ini terus menyapu dan memuntahkan materi-materi yang tersisa, menghasilkan sebuah periode penghancuran yang hebat. Sisa-sisa periode ini bisa dilihat melalui banyaknya kawah-kawah tabrakan di permukaan Bulan. Adapun dalam jangka waktu ini sebagian dari protoplanet-protoplanet yang ada mungkin bertabrakan satu sama lain; kemungkinan besar tabrakan seperti itulah yang melahirkan Bulan kita.[54]
Ketika suatu planet mencapai massa tertentu, materi-materi dengan massa jenis yang berlainan mulai saling memisahkan diri dalam proses yang disebut diferensiasi planet. Proses demikian bisa menghasilkan inti yang berbatu-batu atau terdiri dari materi-materi logam, diliputi oleh lapisan mantel dan lalu permukaan luar. Inti planet ini bisa terbagi menjadi daerah-daerah yang padat dan cair, dan beberapa mampu menghasilkan medan magnet mereka sendiri, sehingga planet dapat terlindungi dari angin surya.[55]
Panas di bagian dalam sebuah planet atau bulan datang dari benturan yang dihasilkan sendiri oleh planet/bulan tersebut, atau oleh materi-materi radioaktif (misalnya uranium, torium, atau 26Al), atau pemanasan pasang surut. Beberapa planet dan bulan berhasil mengumpulkan cukup panas untuk menjalankan proses-proses geologis seperti vulkanisme dan aktivitas-aktivitas tektonik. Apabila planet/bulan tersebut juga memiliki atmosfer, maka erosi pada permukaan (melalui angin atau air) juga dapat terjadi. Planet/bulan yang lebih kecil dan tanpa pemanasan pasang surut akan menjadi dingin lebih cepat dan kegiatan-kegiatan geologisnya akan berakhir, terkecuali pembentukan kawah-kawah tabrakan.[56]
[sunting] Astronomi bintang Artikel utama untuk bagian ini adalah: Bintang Nebula Semut. Gas yang dimuntahkan dari bintang sekarat di tengahnya tidak biasa karena membentuk pola yang simetris, bukan semrawut seperti ledakan pada umumnya. Untuk memahami alam semesta, penelitian atas bintang-bintang dan bagaimana mereka berevolusi sangatlah fundamental. Astrofisika yang berkenaan dengan bintang sendiri bisa diketahui baik lewat segi pengamatan maupun segi teoretis, serta juga melalui simulasi komputer.[57]
Bintang terbentuk pada awan-awan molekul raksasa, yaitu daerah-daerah yang padat akan debu dan gas. Ketika kehilangan kestabilannya, serpihan-serpihan dari awan-awan ini bisa runtuh di bawah gaya gravitasi dan membentuk protobintang. Apabila bagian intinya mencapai kepadatan dan suhu tertentu, fusi nuklir akan dipicu dan akan terbentuklah sebuah bintang deret utama.[58]
Nyaris semua unsur yang lebih berat dari hidrogen dan helium merupakan hasil dari proses yang terjadi di dalam inti bintang-bintang.[57]
Ciri-ciri yang akan dimiliki oleh suatu bintang secara garis besar ditentukan oleh massa awalnya: semakin besar massanya, maka semakin tinggi pula luminositasnya, dan semakin cepat pula ia akan menghabiskan bahan bakar hidrogen pada inti. Lambat laun, bahan bakar hidrogen ini akan diubah menjadi helium, dan bintang yang bersangkutan akan mulai berevolusi. Untuk melakukan fusi helium, diperlukan suhu inti yang lebih tinggi, oleh sebab itu intinya akan semakin padat dan ukuran bintang pun berlipat ganda — bintang ini telah menjadi sebuah raksasa merah. Fase raksasa merah ini relatif singkat, sampai bahan bakar heliumnya juga sudah habis terpakai. Kalau bintang tersebut memiliki massa yang sangat besar, maka akan dimulai fase-fase evolusi di mana ia semakin mengecil secara bertahap, sebab terpaksa melakukan fusi nuklir terhadap unsur-unsur yang lebih berat.[59]
Adapun nasib akhir sebuah bintang bergantung pula pada massa. Jika massanya lebih dari sekitar delapan kali lipat Matahari kita, maka gravitasi intinya akan runtuh dan menghasilkan sebuah supernova;[60] jika tidak, akan menjadi nebula planet, dan terus berevolusi menjadi sebuah katai putih.[61] Yang tersisa setelah supernova meletus adalah sebuah bintang neutron yang sangat padat, atau, apabila materi sisanya mencapai tiga kali lipat massa Matahari, lubang hitam.[62] Bintang-bintang ganda yang saling berdekatan evolusinya bisa lebih rumit lagi, misalnya, bisa terjadi pemindahan massa ke arah bintang rekannya yang dapat menyebabkan supernova.[63]
Nebula-nebula planet dan supernova-supernova diperlukan untuk proses distribusi logam di medium antarbintang; kalau tidak demikian, seluruh bintang-bintang baru (dan juga sistem-sistem planet mereka) hanya akan tersusun dari hidrogen dan helium saja.[64]
[sunting] Astronomi galaksi Artikel utama untuk bagian ini adalah: Astronomi galaksi Struktur lengan-lengan spiral Bima Sakti yang sudah teramati. Tata Surya kita beredar di dalam Bima Sakti, sebuah galaksi spiral berpalang di Grup Lokal. Ia merupakan salah satu yang paling menonjol di kumpulan galaksi tersebut. Bima Sakti merotasi materi-materi gas, debu, bintang, dan benda-benda lain, semuanya berkumpul akibat tarikan gaya gravitasi bersama. Bumi sendiri terletak pada sebuah lengan galaksi berdebu yang ada di bagian luar, sehingga banyak daerah-daerah Bima Sakti yang tidak terlihat.
Pada pusat galaksi ialah bagian inti, semacam tonjolan berbentuk seperti batang; diyakini bahwa terdapat sebuah lubang hitam supermasif di bagian pusat ini. Bagian ini dikelilingi oleh empat lengan utama yang melingkar dari tengah menuju arah luar, dan isinya kaya akan fenomena-fenomena pembentukan bintang, sehingga memuat banyak bintang-bintang muda (metalisitas populasi I). Cakram ini lalu diliputi oleh cincin galaksi yang berisi bintang-bintang yang lebih tua (metalisitas populasi II) dan juga gugusan-gugusan bintang berbentuk bola (globular), yaitu semacam kumpulan-kumpulan bintang yang relatif lebih padat.[65]
Daerah di antara bintang-bintang disebut medium antarbintang, yaitu daerah dengan kandungan materi yang jarang — bagian-bagiannya yang relatif terpadat adalah awan-awan molekul berisi hidrogen dan unsur lainnya, tempat di mana banyak bintang baru akan lahir. Awalnya akan terbentuk sebuah inti pra-bintang atau nebula gelap yang merapat dan kemudian runtuh (dalam volume yang ditentukan oleh panjang Jeans) untuk membangun protobintang.[58]
Ketika sudah banyak bintang besar yang muncul, mereka akan mengubah awan molekul menjadi awan daerah H II, yaitu awan dengan gas berpijar dan plasma. Pada akhirnya angin serta ledakan supernova yang berasal dari bintang-bintang ini akan memencarkan awan yang tersisa, biasanya menghasilkan sebuah (atau lebih dari satu) gugusan bintang terbuka yang baru. Gugusan-gugusan ini lambat laun berpendar, dan bintang-bintangnya bergabung dengan Bima Sakti.[66]
Sejumlah penelitian kinematika berkenaan dengan materi-materi di Bima Sakti (dan galaksi lainnya) menunjukkan bahwa materi-materi yang tampak massanya kurang dari massa seluruh galaksi. Ini menandakan terdapat apa yang disebut materi gelap yang bertanggung jawab atas sebagian besar massa keseluruhan, tapi banyak hal yang belum diketahui mengenai materi misterius ini.[67]
[sunting] Astronomi ekstragalaksi Artikel utama untuk bagian ini adalah: Astronomi ekstragalaksi Citra di atas menampilkan beberapa benda biru berbentuk lingkaran; ini adalah gambar-gambar dari galaksi yang sama, tergandakan oleh efek lensa gravitasional yang disebabkan oleh gugusan galaksi-galaksi kuning pada bagian tengah foto. Efek lensa itu dihasilkan medan gravitasi gugusan dan membelokkan cahaya sehingga gambar salah satu benda yang lebih jauh diperbesar dan terdistorsi. Penelitian benda-benda yang berada di luar galaksi kita — astronomi ekstragalaksi — merupakan cabang yang mempelajari formasi dan evolusi galaksi-galaksi, morfologi dan klasifikasi mereka, serta pengamatan atas galaksi-galaksi aktif beserta grup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Ini, terutama yang disebutkan belakangan, penting untuk memahami struktur alam semesta dalam skala besar.
Kebanyakan galaksi akan membentuk wujud-wujud tertentu, sehingga pengklasifikasiannya bisa disusun berdasarkan wujud-wujud tersebut. Biasanya, mereka dibagi-bagi menjadi galaksi-galaksi spiral, elips, dan tak beraturan.[68]
Persis seperti namanya, galaksi elips berbentuk seperti elips. Bintang-bintang berputar pata garis edarnya secara acak tanpa menuju arah yang jelas. Galaksi-galaksi seperti ini kandungan debu antarbintangnya sangat sedikit atau malah tidak ada; daerah penghasil bintangnya tidak banyak; dan rata-rata penghuninya bintang-bintang yang sudah tua. Biasanya galaksi elips ditemukan pada bagian inti gugusan galaksi, dan bisa terlahir melalui peleburan galaksi-galaksi besar.
Galaksi spiral membentuk cakram gepeng yang berotasi, biasanya dengan tonjolan atau batangan pada bagian tengah dan lengan-lengan spiral cemerlang yang timbul dari bagian tersebut. Lengan-lengan ini ialah lapangan berdebu tempat lahirnya bintang-bintang baru, dan penghuninya adalah bintang-bintang muda yang bermassa besar dan berpijar biru. Umumnya, galaksi spiral akan dikelilingi oleh cincin yang tersusun atas bintang-bintang yang lebih tua. Contoh galaksi semacam ini adalah Bima Sakti dan Andromeda.
Galaksi-galaksi tak beraturan bentuknya kacau dan tidak menyerupai bangun tertentu seperti spiral atau elips. Kira-kira seperempat dari galaksi-galaksi tergolong tak beraturan, barangkali disebabkan oleh interaksi gravitasi.
Sebuah galaksi dikatakan aktif apabila memancarkan jumlah energi yang signifikan dari sumber selain bintang-bintang, debu, atau gas; juga, apabila sumber tenaganya berasal dari daerah padat di sekitar inti — kemungkinan sebuah lubang hitam supermasif yang memancarkan radiasi benda-benda yang ia telan.
Apabila sebuah galaksi aktif memiliki radiasi spektrum radio yang sangat terang serta memancarkan jalaran gas dalam jumlah besar, maka galaksi tersebut tergolong galaksi radio. Contoh galaksi seperti ini adalah galaksi-galaksi Seyfert, kuasar, dan blazar. Kuasar sekarang diyakini sebagai benda yang paling dapat dipastikan sangat cemerlang; tidak pernah ditemukan spesimen yang redup.[69]
Struktur skala besar dari alam semesta sekarang digambarkan sebagai kumpulan dari grup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Struktur ini diklasifikasi lagi dalam sebuah hierarki pengelompokan; yang terbesar adalah maha-gugusan (supercluster). Kemudian kelompok-kelompok ini disusun menjadi filamen-filamen dan dinding-dinding galaksi, dengan kehampaan di antara mereka.[70]
[sunting] Kosmologi Artikel utama untuk bagian ini adalah: Kosmologi fisik Kosmologi, berasal dari bahasa Yunani kosmos (κόσμος, "dunia") dan akhiran -logia dari logos (λόγος, "pembelajaran") dapat dipahami sebagai upaya meneliti alam semesta secara keseluruhan.
Pengamatan atas struktur skala besar alam semesta, yaitu cabang yang dikenal sebagai kosmologi fisik, telah menyumbangkan pemahaman yang mendalam tentang formasi dan evolusi jagat raya. Salah satu teori yang paling penting (dan sudah diterima luas) adalah teori Dentuman Besar, yang menyatakan bahwa dunia bermula pada satu titik dan mengembang selama 13,7 milyar tahun sampai ke masa sekarang.[71] Gagasan ini bisa dilacak kembali pada penemuan radiasi CMB pada tahun 1965.[71]
Selama proses pengembangan ini, alam telah mengalami beberapa tingkat evolusi. Pada awalnya, diduga bahwa terdapat inflasi kosmik yang sangat cepat, mengakibatkan homogenisasi pada kondisi-kondisi awal. Setelah itu melalui nukleosintesis dihasilkan ketersediaan unsur-unsur untuk periode awal alam semesta.[71] (Lihat juga nukleokosmokronologi.)
Ketika atom-atom pertama bermunculan, antariksa menjadi transparan terhadap radiasi, melepaskan energi yang sekarang dikenal sebagai radiasi CMB. Alam semesta yang tengah mengembang pun memasuki Zaman Kegelapan, sebab tidak ada sumber daya bintang yang bisa memancarkan cahaya.[72]
Susunan materi yang hierarkis mulai terbentuk lewat variasi-variasi kecil pada massa jenis. Materi lalu terhimpun pada daerah-daerah dengan massa jenis yang paling tinggi, melahirkan awan-awan gas dan bintang-bintang yang paling purba (metalisitas III). Bintang-bintang besar ini memicu proses reionisasi dan dipercaya telah menciptakan banyak unsur-unsur berat pada alam semesta dini; unsur-unsur ini cenderung meluruh kembali menjadi unsur-unsur yang lebih ringan, memperpanjang siklus.[73]
Pengumpulan yang dipicu oleh gravitasi mengakibatkan materi membentuk filamen-filamen dan menyisakan ruang-ruang hampa di antaranya. Lambat laun, gas dan debu melebur dan membentuk galaksi-galaksi primitif. Lama-kelamaan semakin banyak materi yang ditarik, dan tersusun menjadi grup dan gugusan galaksi. Pada akhirnya, maha-gugusan yang lebih besar pun terwujud.[74]
Benda-benda lain yang memegang peranan penting dalam struktur alam semesta adalah materi gelap dan energi gelap. Benda-benda inilah yang ternyata merupakan komponen utama dunia kita, di mana massa mereka mencapai 96% dari massa keseluruhan alam semesta. Oleh sebab itu, upaya-upaya terus dibuat untuk meneliti dan memahami segi fisika benda-benda ini.[75]
[sunting] Penelitian-penelitian interdisipliner Astronomi dan astrofisika telah mengambangkan hubungan yang kuat dengan cabang-cabang ilmu pengetahuan lainnya. Misalnya arkeoastronomi, yang mempelajari astronomi kuno atau tradisional dalam konteks budaya masing-masing mempergunakan bukti-bukti arkeologis dan antropologis. Atau astrobiologi, kali ini mempelajari kelahiran dan perkembangan sistem-sistem biologis di alam semesta; terutama sekali pada topik kehidupan di planet lain.
Ada juga cabang yang meneliti zat-zat kimia yang ditemukan di luar angkasa; bagaimana mereka terwujud, berperilaku, dan terhancurkan. Ini dinamakan astrokimia. Zat-zat yang hendak dipelajari biasanya ditemukan pada awan molekul, walau ada juga yang terdapat di bintang bersuhu rendah, katai coklat, atau planet. Lalu kosmokimia, ilmu serupa yang lebih mengarah ke penelitian unsur-unsur dan variasi-variasi rasio isotop pada Tata Surya. Ilmu-ilmu ini bisa menggambarkan persinggungan dari ilmu-ilmu astronomi dan kimia. Bahkan sekarang ada astronomi forensik, di mana metode-metode astronomi dipakai untuk memecahkan masalah-masalah hukum dan sejarah.
[sunting] Astronomi amatir Artikel utama untuk bagian ini adalah: Astronomi amatir Astronom amatir bisa membangun peralatan mereka sendiri dan menyelenggarakan pesta-pesta dan pertemuan astronomi, contohnya komunitas Stellafane. Sebagaimana disebutkan, astronomi ialah salah satu dari sedikit cabang ilmu di mana tenaga amatir dapat berkontribusi banyak.[76] Secara keseluruhan, astronom-astronom amatir mengamati berbagai benda dan fenomena angkasa, terkadang bahkan dengan peralatan yang mereka buat sendiri. Yang jamak diamati yaitu Bulan, planet, bintang, komet, hujan meteor, dan benda-benda langit dalam seperti gugusan bintang, galaksi, dan nebula. Salah satu cabang astronomi amatir adalah astrofotografi amatir, yang melibatkan mengambilan foto-foto langit malam. Banyak yang memilih menjadi astrofotografer yang berspesialis dalam obyek atau peristiwa tertentu.[77][78]
Kebanyakan astronom amatir bekerja dalam astronomi optikal, walau sebagian kecil ada juga yang mencoba bereksperimen dengan panjang gelombang di luar cahaya tampak, misalnya dengan penyaring inframerah pada teleskop biasa, atau penggunaan teleskop radio. Pelopor radio astronomi amatir adalah Karl Jansky, yang memulai kegiatan ini pada dekade 1930-an. Amatir jenis seperti Jansky ini memakai teleskop buatan sendiri atau teleskop radio profesional yang sekarang sudah boleh diakses oleh amatir seperti halnya Teleskop Satu Mil (One-Mile Telescope).[79][80]
Sumbangsih astronom amatir tidak sepele, sebab banyak hal — seperti pengkuran okultasi guna mempertajam catatan garis edar planet-planet kecil — bergantung pada pekerjaan astronomi amatir. Para amatir dapat pula menemukan komet atau melakukan penelitian rutin atas bintang-bintang ganda. Seiring dengan perkembangan teknologi digital, astrofotografi amatir juga semakin efektif dan semakin giat memberikan sumbangan ilmu.[81][82][83]
[sunting] Daftar persoalan astronomi yang belum terpecahkan Lihat pula: Daftar persoalan fisika yang belum terpecahkan Meskipun sebagai ilmu pengetahuan astronomi telah mengalami kemajuan-kemajuan yang sangat pesat dan membuat terobosan-terobosan yang sangat besar dalam upaya memahami alam semesta dan segala isinya, masih ada beberapa pertanyaan penting yang belum bisa terjawab. Untuk memecahkan permasalahan seperti ini, boleh jadi diperlukan pembangunan peralatan-peralatan baru baik di permukaan Bumi maupun di antariksa. Selain itu, mungkin juga diperlukan perkembangan baru dalam fisika teoretis dan eksperimental.
- Apakah asal-usul spektrum massa bintang? Maksudnya, mengapa astronom terus mengamati persebaran massa yang sama — yaitu, fungsi massa awal yang sama — walaupun keadaan awal terwujudnya bintang-bintang berbeda-beda?[84] Diperlukan pemahaman yang lebih dalam akan pembentukan bintang dan planet.
- Adakah wujud kehidupan lain di alam semesta? Adakah wujud kehidupan cerdas lain di alam semesta? Kalau ada, apa jawaban dari paradoks Fermi? Apabila ada kehidupan lain di luar Bumi, implikasinya, baik ilmiah maupun filosofis, sangat penting.[85][86] Apakah Tata Surya kita termasuk normal ataukah ternyata tidak biasa?
- Apa yang menyebabkan terbentuknya alam semesta? Apakah premis yang melandasi hipotesis "alam semesta yang tertala dengan baik" (fine-tuned universe) tepat? Apabila tepat, apakah ada semacam seleksi alam dalam skala kosmologis? Apa sebenarnya yang menyebabkan inflasi kosmik dini, sehingga alam menjadi homogen? Kenapa terdapat asimetri barion di alam semesta?
- Apa hakikat sebenarnya dari materi gelap dan energi gelap? Mereka telah mendominasi proses perkembangan dan, pada akhirnya, nasib dari jagat raya, tapi sifat-sifat mendasar mereka tetap belum dipahami.[87] Apa yang akan terjadi di penghujung waktu?[88]
- Bagaimana galaksi-galaksi pertama terbentuk? Bagaimana lubang-lubang hitam supermasif terbentuk?
- Apa yang menghasilkan sinar kosmik berenergi ultra-tinggi?
RSS Feed
