Diposting Jumat, 27 Agustus 2010 jam 9:05 am oleh The X

Astrofisika: Memecahkan Sandi Alam Semesta

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Jumat, 27 Agustus 2010 -


Pengetahuan tentang alam semesta kita telah tumbuh meledak dalam beberapa dekade terakhir, dengan penemuan objek komet di sisi jauh alam semesta kita, planet baru yang mengelilingi bintang lain, penemuan ledakan sinar gamma yang kuat, galaksi-galaksi dalam proses pembentukan di Alam Semesta yang masih bayi, dan bukti adanya kekuatan misterius yang tampak mempercepat pengembangan Alam Semesta.  Dari lubang hitam yang eksotis hingga latar  belakang gelombang mikro, pemahaman kita tentang rumah kosmologi kita yang lebih besar tidak terbayangkan oleh satu generasi lalu. Media massa memberitakan sifat-sifat mengesankan benda astronomis – bintang dengan berat sama dengan matahari namun berukuran hanya sebesar kota kecil, gas bersuhu jutaan derajat, sumber energi dengan kekuatan luar biasa, dan kecemerlangan sebesar seluruh galaksi dari satu bintang yang sekarat. Bagaimana kita bisa sampai pada kesimpulan seperti ini? Bagaimana mungkin kita berani menyatakan demikian pada benda yang jaraknya begitu jauhnya dari kita, sementara kita tidak pernah kesana? Pada benda-benda yang tidak sama sekali mempengaruhi kita kecuali dengan kekaguman kita atas keluasan alam semesta? Dengan pengecualian pada beberapa jejak kaki di Bulan, tidak pernah ada manusia pernah keluar dari persekitaran Bumi. Tidak pernah ada satu pesawat antariksapun yang pernah mencapai bintang selain matahari kita, belumlah meminta bukti material pulang dari sana. Tapi kita terus menerus memperoleh bergunung informasi tentang Alam Semesta kita dan percaya padanya. Bagaimana bisa?

Berbeda dengan usaha kita mencapai Alam Semesta dengan pesawat antariksa dan sinyal radio, Alam Semesta itu sendiri terus menerus memancarkan dirinya ke kita. Bumi telah dibom secara berkesinambungan oleh informasi astronomis dengan berbagai cara dan bahasanya sendiri. Bentuk yang kita pikir kita pahami adalah materi dan radiasi. Tantangan kita, dalam ketiadaan kemampuan untuk bergerak di antara bintang gemintang, adalah menemukan cara terbaik untuk mendeteksi dan memecahkan sandi komunikasi itu.

Materi astronomis apa yang menjangkau kita? Partikel sub atomik dan nukleus energi tinggi yang menyusun sinar kosmis yang terus membombardir bumi, begitu juga gejolak debu meteorit, benda-benda langka ataupun meteorit sesekali menjamah bumi dan meninggalkan bekas kawah yang besar. Materi demikian memberi kita informasi mengenai beraneka sifat sumber astronomi, termasuk matahari kita, tata surya kita, supernova di galaksi, dan sumber misterius lainnya dari sinar kosmik energi tinggi. Perbedaan ukuran dan efek yang mengesankan antara materi-materi butiran demikian ditunjukkan dalam gambar 1.

Gambar 1. (a) Potret jejak sinar kosmik pertama dalam kamar gelembung. (b) Kawah meteorit Lonar berdiameter 1,8 km di India

Sumber lain adalah radiasi. Radiasi yaitu radiasi elektromagnetik atau lebih singkatnya, cahaya, dari semua pita gelombang dari bagian radio hingga sinar gamma dalam spektrum. Radiasi elektromagnetik dapat dinyatakan sebagai gelombang dan dibedakan berdasarkan panjang gelombang atau frekuensinya. Walau begitu, ia juga dapat dipandang sebagai partikel tanpa massa yang disebut foton dengan energi tertentu. Energi ini dapat dinyatakan sebagai hubungan antara panjang gelombang atau frekuensi, yaitu Energi sama dengan perkalian antara frekuensi dan tetapan Planck atau Energi sama dengan tetapan Planck dikali kecepatan cahaya dibagi panjang gelombang. Panjang gelombang, frekuensi dan energi foton dari beragam pita gelombang digambarkan dalam tabel 1.

Pita GelombangJangkauan panjang gelombang (cm)Jangkauan frekuensi (Hz)Jangkauan energi (eV)
RadioMulai dari 1 cmDibawah 30 GHzKurang dari 0.00012
Gelombang mikro0.1 – 100300 MHz – 300 GHz0.0000012 – 0.0012
Milimeter – submilimeter0.01 – 130 GHz – 3 THz0.00012 – 0.012
Inframerah0.0001 – 0.013 THz – 300 THz0.012 – 1.2
Optik300 – 1000 nanometer300 THz – 1000 THz1.2 – 4.1
Ultraviolet10 – 300 nanometer1000 – 30 ribu THz4.1 – 124
Sinar X0.01 – 10 nanometer30 ribu – 30 juta THz124 – 120 ribu
Sinar gammaDibawah 0.01 nanometerDi atas 30 juta THzDiatas 120 ribu

Tabel 1. Spektrum gelombang elektromagnetik

Dualitas gelombang partikel cahaya adalah isu yang mendalam di fisika dan terkait lewat konsep probabilitas. Menurut Max Born, ‘deskripsi gelombang dan partikel hanyalah dua cara untuk memandang proses objektif yang satu dan sama, sebuah proses yang dalam kasus terbatas memerlukan penafsiran citra.’ Walaupun dalam prinsipnya adalah mungkin untuk memahami proses fisika yang melibatkan cahaya dalam kedua sudut pandang, ada beberapa masalah yang lebih mudah diselesaikan lewat satu pendekatan ketimbang pendekatan lainnya. Sebagai contoh, lebih mudah memandang cahaya sebagai gelombang saat berurusan dengan interaksi antara cahaya dengan benda yang berukuran kecil dalam perbandingan panjang gelombangnya, dan lebih mudah memandang cahaya sebagai foton saat terjadi interaksi antara cahaya dengan benda yang besar dibandingkan panjang gelombang foton tersebut.

Gambar 2. Ilustrasi gelombang elektromagnet yang menunjukkan medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus satu sama lain dan tegak lurus dengan arah maju gelombang yang ditandai dengan sumbu x. Panjang gelombang sendiri dilambangkan dengan lambda.

Bila sekarang kita bertanya informasi mana yang memberi kita informasi paling baru mengenai alam semesta kita, tidak diragukan lagi kalau jawabannya adalah radiasi elektromagnetik, dan sinar kosmis menempati urutan kedua. Volume astronomi dunia akan kosong jika bukan karena pemahaman kita tentang radiasi dan interaksinya dengan materi. Radiasi dapat langsung datang dari benda yang dipelajari, seperti saat sinar matahari memancar menemui kita, atau bisa juga tidak langsung, seperti saat kita menyimpulkan keberadaan lubang hitam dengan melihat sinar x yang dipancarkan oleh cakram pengumpulan yang mengelilinginya. Bahkan saat kita mengirimkan pesawat penjelajah astronomi, kita masih bertopang pada radiasi buatan manusia untuk memancarkan citra dan data kembali ke bumi.

Menarik untuk disadari bahwa kadangkala saat kita ingin memahami benda terbesar dan termegah di alam semesta, kita harus melihat pada fisika benda kecil, begitu kecil sehingga radiasi terpancarkan dan materi berinteraksi dengannya.

Bagaimana pula kita bisa tahu suhu asteroid? Bagaimana kita tahu kecepatan bintang bergeser? Bagaimana kita tahu kepadatan awan antar bintang? Bagaimana kita tahu energi kuasar di alam semesta yang jauh? Jawabannya tersembunyi dalam radiasi yang mereka pancarkan dan kita punya beberapa kunci untuk membuka rahasianya. Kita bisa membayangkan sinyal yang terdeteksi sebagai sebuah pesan tersandi. Untuk memahaminya kita perlu memecahkan sandinya dengan hati-hati.

Di masa depan, mungkin akan ada cara baru, yang mengejutkan, yang tak terduga, dimana kita bisa mendapatkan informasi mengenai alam semesta kita. Kita sudah melihat kecenderungan tersebut. Sebagai contoh, masalah neutrino matahari yang sudah berusia puluhan tahun, kini terpecahkan dengan cara tak terduga. Para ilmuan menggali tambah bawah tanah begitu dalam untuk menjebak neutrino di Kanada.

Percobaan kreatif lainnya sedang dilakukan untuk mendeteksi materi gelap yang diyakini membuat sebagian besar massa alam semesta namun sifatnya tidak diketahui. Sejumlah besar usaha internasional dilakukan untuk mendeteksi gelombang gravitasi, gangguan lemah dalam ruang waktu yang diramalkan oleh teori Relativitas Umum Einstein. Observatorium astronomis kita tidak lagi terbatas semata di puncak-puncak gunung yang sepi. Mereka dibangun pula di bawah tanah, di luar angkasa dan di dalam laboratorium. Karenanya, pemecahan sandi alam semesta adalah proses yang berkelanjutan dan terus ber evolusi.

Gambar 3. (a) Tangki akrilik di Observatorium Neutrino Sudbury (SNO) tampak seperti kulit ular yang melingkar dalam pandangan mata ikan ini dari dasar tangki sebelum panel tabel fotomultiplier paling dasar di instal. Proyek SNO yang dipimpin Kanada menemukan kalau neutrino berubah ‘rasa’ dalam perjalanannya dari interior matahari, dan karenanya menjawab mengapa percobaan-percobaan sebelumnya hanya mendeteksi sedikit sekali neutrino ketimbang apa yang diprediksikan teori. (b) Foto udara dari Observatorium Gelombang Gravitasi Interferometer Laser (LIGO) di Livingston, Louisiana, sepanjang 4 km tiap lengan. Bersama dengan observatorium saudarinya di Hanford, Washington, interferometer ini dapat mendeteksi gelombang graviasi, gangguan kecil dalam ruang waktu yang disebabkan oleh massa yang dipercepat.

Referensi

  1. Born, M., 1946. Atomic Physics, London: Blackie & Sons Ltd
  2. Cairns, I., McCusker, C. B. A., Peak, L. S., & Woolcott, R. L. S., 1969,  Lightly Ionizing Particles in Air-Shower Cores. Phys. Rev. 186, 1394
  3. Irwin, J. 2007. Astrophysics: Decoding the Cosmos. Wiley
The X
Sains adalah sebuah pengetahuan universal, ilmu pengetahuan tidaklah sama dengan pengetahuan dongeng. Kadang, fakta lebih menyakitkan daripada doktrin / pandangan turun temurun.
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.