TIRAI CAHAYA AURORA

Dalam tata surya, banyak terjadi fenomena alam yang sangat menakjubkan. Interaksi antara matahari sebagai pusat tata surya dengan planet-planet yang mengelilinginya menjadi objek bagi para peneliti ilmu pengetahuan alam yang hingga kini masih terus dikembangkan. Salah satu kejadian alam yang biasa terjadi dalam sistem tata surya adalah percikan matahari, penyebabnya ada pada inti matahari. Percikan ini ada di sekitar matahari dan berbentuk setengah lingkaran. Jika percikan matahari ini mengarah ke bumi, ada beberapa konsekuensi yang bisa terjadi, diantaranya adalah penampakan aurora.

Aurora merupakan fenomena alam yang pertama kali teramati di atmosfer bumi bagian atas.  Proses terjadinya aurora melibatkan interaksi antara partikel-partikel matahari dengan atmosfer bumi. Wujud aurora berupa sinar warna-warni yang menggantung seperti tirai cahaya raksasa dengan paduan warna kekuningan, kemerahan, dan kebiruan. Aurora terlihat pada malam hari di kutub-kutub bumi.

Menurut legenda-legenda Yunani dan Cina, aurora dianggap sebagai penampakan dari dewa/ penguasa alam semesta. Sebenarnya, aurora sudah membuat orang penasaran sejak abad 15. Namun baru pada pertengahan abad 19 misteri aurora mulai terbuka dengan adanya eksperimen penembakan arus listrik dalam tabung gas yang bertekanan rendah. Dari eksperimen ini, diketahui bahwa cahaya-cahaya yang berpendar pada aurora disebabkan oleh tumbukan elektron berkecepatan tinggi dengan batas-batas medan magnet bumi di daerah atmosfer bagian atas. Proses tumbukan ini diikuti pelepasan energi untuk mengemisi cahaya. Eksperimen ini kemudian menjadi dasar dalam pembuatan lampu tabung (neon) dan lampu fluorescent.

Aurora yang terjadi di bumi dapat ditemukan pada daerah sekitar kutub utara dan kutub selatan bumi. Aurora yang terjadi di daerah utara dikenal dengan nama Aurora Borealis. Nama ini diambil dari Dewi Fajar Rom, Aurora, dan nama Yunani untuk angin utara, Boreas. Ini karena di Eropa, aurora sering terlihat kemerah-merahan di ufuk utara seolah-olah matahari akan terbit dari arah tersebut. Aurora Borealis selalu terjadi antara September dan Oktober serta Maret dan April. Fenomena aurora di sebelah selatan dikenal dengan Aurora Australis. Aurora Australis mempunyai sifat-sifat yang serupa dengan Aurora Borealis.

Untuk mengetahui tentang apa sebenarnya aurora itu dan bagaimana proses terjadinya aurora akan dibahas lebih lanjut pada pembahasan dalam artikel berjudul “Tirai Cahaya Aurora” ini.

1.        KARAKTERISTIK AURORA

Aurora adalah fenomena pancaran cahaya pada lapisan ionosfer dari sebuah planet sebagai akibat adanya interaksi antara medan magnetik yang dimiliki planet tersebut dengan partikel bermuatan yang dipancarkan oleh matahari (angin matahari). Aurora berbentuk sebuah tirai cahaya berwarna yang dihasilkan oleh ion-ion atmosfer bumi, yaitu C, N, O dan H. Umumnya aurora  berwarna hijau kekuningan, warna ini disebabkan oleh sebagian partikel yang membawa energi berbenturan dengan molekul oksigen yang hanya berjarak 20 km dari permukaan bumi. Ketika molekul nitrogen mendapat benturan partikel, aurora akan memancarkan cahaya ungu kemerahan. Nitrogen akan memancarkan warna biru, namun nitrogen yang netral akan memancarkan cahaya merah. Karena itulah aurora akan terlihat seperti garis cahaya merah, biru, hijau, dan ungu yang berselang-seling menyelimuti angkasa.

Gambar 1 Tirai Cahaya Aurora

Banyak ahli sains yang memberikan teori tentang aurora. Edmund Halley yang sukses memprediksi kemunculan komet berpendapat bahwa aurora merupakan uap air encer yang tersublimasi oleh pemanasan, di dalamnya terkandung juga sulfur yang akan menghasilkan kilauan sinar warna-warni di atmosfer.

Tahun 1746, Leonard Euler (Swiss) menyatakan bahwa aurora adalah partikel dari atmosfer bumi yang melampaui ambang batasnya akibat cahaya matahari, selanjutnya partikel tersebut naik ke ketinggian beberapa ribu mil. Di daerah kutub, partikel-partikel ini tidak akan terdispersi akibat perputaran bumi.

Orang ketiga yang berusaha menjelaskan teori tentang aurora adalah Benjamin Franklin. Benjamin mengatakan bahwa aurora berkaitan dengan sirkulasi di atmosfer. Atmosfer di daerah kutub lebih tebal/ berat dan lebih rendah dibandingkan dengan daerah ekuator. Elektrisitas (kelistrikan) yang dibawa awan ke daerah kutub tidak akan dapat menembus es sehingga akan terputus melewati atmosfer bawah kemudian ruang hampa menuju ekuator. Elektrisitas akan terlihat lebih kuat di daerah lintang tinggi. Hal itulah yang akan tampak sebagai Aurora Borealis.

Selama seratus lima puluh tahun terakhir banyak teori lain tentang aurora, antara lain aurora terjadi karena pemantulan sinar matahari oleh partikel-partikel es, pemantulan sinar matahari oleh awan, uap air yang mengandung sulfur, pembakaran udara yang mudah terbakar, pancaran partikel magnetik, debu meteor yang terbakar akibat gesekan dengan atmosfer, listrik yang timbul antara dua kutub magnet bumi, dan teori lainnya.

Karakteristik aurora mulai diketahui sekitar abad 18. Seorang ilmuwan Inggris bernama Cavendish berhasil menghitung ketinggian aurora yaitu antara 52 sampai dengan 71 mil (83 km - 113,6 km). Ketinggiannya hampir sama dengan ketinggian orbit Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS). Ini menyebabkan ISS terkadang terbang melintasi aurora. Astronot Donald Pettit, awak Ekspedisi 6 ISS mengatakan bahwa ia merasa hampir menyentuh aurora dengan tangannya karena aurora begitu dekat dan indah.

Gambar 2 Aurora Borealis difoto dari ISS

Tahun 1852 diketahui bahwa ada hubungan antara aktivitas geomagnet, aurora, dan sunspot dimana frekuensi dan amplitudo ketiganya berfluktuasi dengan periode yang hampir sama yaitu kurang lebih 11 tahun. Tahun 1860, Elias Loomis berhasil membuat diagram yang menunjukkan daerah dengan kejadian aurora paling banyak. Dari temuannya tersebut diketahui bahwa aurora berhubungan dengan medan magnet bumi. Angstrom, seorang ilmuwan Swedia, pada tahun 1867 berhasil melakukan pengukuran spektrum-spektrum dari aurora. Penelitian tentang aurora semakin menemukan titik terang ketika seorang fisikawan Inggris, J.J. Thomson berhasil menemukan elektron dan Kristian Birkeland (Swedia) menyatakan bahwa aurora disebabkan oleh sinar dari elektron yang diemisikan matahari. Elektron-elektron tersebut akan dipengaruhi oleh medan magnet bumi dan terbawa ke daerah lintang tinggi, maka terjadilah aurora.

2.        PROSES TERJADINYA AURORA

Matahari yang mengeluarkan angin matahari saat terjadi reaksi nuklir bisa mengakibatkan aurora muncul.

Gambar 3 Angin Matahari

Jika angin ini memasuki area bumi, angin ini akan segera ditangkis oleh atmosfer bumi. Disaat terjadi tabrakan antara angin matahari dengan atmosfer, proton maupun elektron dari angin matahari akan ditangkap oleh medan bumi. Saat bertumbukan dengan atmosfer, partikel-partikel tersebut memancarkan foton (cahaya) sesuai dengan riak gelombang dan jenis atom yang bertumbukan. Foton itu akan membentuk sebuah tirai cahaya yang disebut aurora.

Gambar 4 Aurora Borealis

Gambar 5 Aurora Australis

Ada dua macam aurora, Aurora Borealis yang ada pada kutub utara dan Aurora Australis yang hanya ada di kutub selatan. Kedua macam aurora tersebut hanya bisa dilihat di daerah kutub-kutub bumi saja karena bumi berotasi saat terjadi tumbukan antara angin matahari dengan atmosfer bumi. Angin dan aurora berkumpul di daerah kutub yang juga berperan sebagai medan magnet bumi. Bagi planet yang tidak memiliki atmosfer untuk membentengi planet dari sengatan angin matahari dan medan magnet sebagai penarik cahaya, tidak akan terjadi tumbukan angin matahari sehingga mustahil menghasilkan aurora. Akibatnya pasti tidak akan muncul aurora di planet itu.

3.        PENAMPAKAN AURORA DI BERBAGAI BELAHAN DUNIA

Aurora yang terjadi di bumi dapat ditemukan pada daerah sekitar kutub utara dan kutub selatan bumi. Aurora yang terjadi di daerah utara dikenal dengan nama Aurora Borealis, sedangkan fenomena aurora di sebelah selatan dikenal dengan Aurora Australis.

Pada umumnya aurora memang sering muncul di kutub, namun terkadang aurora juga dapat dilihat di beberapa area berlintang tinggi. Beberapa negara di dunia yang dapat melihat penampakan aurora adalah Norwegia, Rusia, Finlandia, Kanada bagian utara dan Alaska, Amerika Serikat dan negara lainnya. Berikut ini adalah beberapa penampakan aurora yang telah dirilis dari para pengamat langit.

3.1.  Tanggal 28 Oktober 2000, Aurora Borealis terlihat di atas Danau Bear, Alaska.

Gambar 6 Aurora Borealis di atas danau Bear, Alaska

3.2.  Tanggal 3 Agustus 2010, lontaran massa matahari tiba di Bumi dan menyebabkan terjadinya badai geomagnetik yang menghasilkan tirai cahaya berwarna hijau dan merah di beberapa lokasi berlintang tinggi. Beberapa lokasi yang melihat cahaya utara ini adalah Wisconsin dan Michigan, US, dan wilayah Eropa berlintang tinggi seperti Jerman, Denmark dll.

Gambar 7 Aurora yang tampak di Denmark lintang +56

3.3.  Tanggal 4 Agustus, lontaran massa matahari kedua sudah tiba berdasarkan pantauan GOES dan akan memperlihatkan keindahan aurora bagi penduduk dan pengamat langit di daerah berlintang tinggi, diantaranya:

Gambar 8 Cahaya utara aurora yang terlihat di Stockholm, Swedia

Gambar 9 Aurora dilihat dari Superior Lake, Michigan

Gambar 10 Aurora Australis di Antartika

BUNYI

Benda-benda yang bergetar dapat menghasilkan bunyi. Pada saat sebuah benda bergetar, benda tersebut memberikan energi kepada partikel-partikel di sekitarnya. Energi ini menyebabkan partikel-partikel tersebut ikut bergetar. Dan dalam bentuk rapatan (daerah yang pertikelnya rapat) dan renggangan (daerah yang pertikelnya kurang rapat), getaran itu merambat meninggalkan sumber bunyi. Rangkaian gerakan rapatan dan renggangan disebut gelombang longitudinal. Bunyi dihasilkan oleh benda yang bergetar, merambat dalam bentuk gelombang longitudinal.

Gambar 1 Drummer CN Blue memainkan drum yang menghasilkan bunyi

Sebagai contoh, dapat dilihat pada gambar di atas. Drum adalah contoh benda yang menghasilkan bunyi.

Ø Medium Perambatan Bunyi

Bunyi dapat merambat melalui zat padat, cair dan gas (sebagai contoh kayu, gelas, baja, air, udara). Pengeras suara dalam radiomu sebenarnya menggerakkan udara di depannya sehingga partikel-partikel udara itu bergetar. Jika tidak ada udara (medium) di depan pengeras suara itu, tidak akan terjadi bunyi. Tanpa medium untuk merambatkan getaran, tidak akan terjadi bunyi. Di permukaan bulan tidak ada atmosfer, sehingga tidak ada medium untuk merambatkan gelombang. Jadi tidak ada bunyi di bulan maupun di ruang hampa di tempat lain.

Ø Cepat Rambat Bunyi

Gambar 2 Alat musik yang dimainkan bersamaan akan terdengar dalam waktu yang sama

Jika seruling dan gitar dimainkan bersamaan, kedua gelombang bunyi itu akan sampai di telinga pendengar dalam waktu yang sama. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa cepat rambat bunyi tidak bergantung pada jenis sumber bunyinya. Cepat rambat bunyi bergantung pada dua hal, yaitu jenis medium yang dilalui gelombang bunyi dan suhu medium. Udara merupakan medium yang paling sering dilalui gelombang bunyi. Gelombang bunyi dapat merambat melalui berbagai jenis medium. Zat cair dan zat padat merupakan penghantar yang lebih baik daripada udara sebab partikel-partikel di dalam zat cair atau zat padat saling mempengaruhi lebih kuat daripada partikel-partikel udara. Hal ini mengakibatkan perpindahan energi gelombang bunyi di dalam zat padat atau zat cair menjadi lebih mudah daripada di udara. Tabel berikut merupakan cepat rambat bunyi pada berbagai jenis bahan:

Tabel 1 Cepat rambat bunyi pada berbagai bahan

No.	Jenis Bahan	Cepat Rambat Bunyi
1	Udara	344
2	Air	1.500
3	Batu bata	3.650
4	Kayu	4.700
5	Besi	5.100
6	Kaca	5.000 s/d 10.000

Suhu medium juga merupakan faktor penting dalam menentukan cepat rambat bunyi. Pada saat suhu zat meningkat, molekul-molekulnya bergerak lebih cepat sehingga frekuensi tumbukan antar partikel lebih banyak. Meningkatnya tumbukan molekul ini akan lebih banyak memindahkan energi dalam waktu yang lebih singkat. Ini memungkinkan gelombang bunyi berpindah lebih cepat. Bunyi merambat melalui udara dengan cepat rambat 344 m/s, pada suhu 20° C, namun hanya dengan cepat rambat 332 m/s, pada suhu 0° C.

Cepat rambat bunyi untuk medium tertentu dan suhu tertentu besarnya tetap. Gerak dengan kecepatan tetap ini disebut gerak lurus beraturan (GLB). Seperti yang telah kamu pelajari pada tentang gerak, dalam GLB hubungan antara cepat rambat dengan jarak tempuhnya adalah:

cepat rambat=(jarak tempuh)/waktu

atau dapat ditulis dalam bentuk persamaan:

v=s/t

dengan v = cepat rambat bunyi (m/s)

             s = jarak sumber bunyi ke pendengar (m)

             t = selang waktu yang diperlukan bunyi untuk merambat sampai ke pendengar (s)

Seperti halnya berlaku untuk gelombang lain, pada gelombang bunyi juga berlaku persamaan:

v=λf

dengan v = cepat rambat bunyi (m/s)

            λ = panjang gelombang bunyi

            f  = frekuensi bunyi (Hz)

IMPULSE AND MOMENTUM

Pada permainan sepak bola akan berlaku hukum kekekalan momentum. Apa itu impuls dan momentum? Yuk! sama-sama kita pelajari makna kedua kata yang saling berhubungan ini.

Momentum adalah derajat kesulitan untuk menghentikan gerakan suatu benda yang didefinisikan sebagai hasil kali massa (m) dan kecepatannya (v), atau secara sistematis dapat dituliskan:

p = m x v

Sedangkan impuls adalah perubahan momentum yang dapat dirumuskan sebagai hasil kali gaya yang bekerja pada sebuah benda dengan selang waktu gaya tersebut bekerja. Secara sistematis dapat dituliskan:

I = F x dt

Nah, apa benar pada permainan sepak bola juga berlaku konsep impuls dan momentum?

Pada saat bola belum dikenai gaya, dalam hal ini bola belum ditendang, maka momentum awalnya adalah nol (karena benda yang diam tidak memiliki kecepatan atau nol sehingga jika dikalikan dengan massa bola momentumnya juga akan bernilai nol). Ketika bola ditendang oleh pemain sepak bola, bola dikenai sebuah gaya, berarti bola mendapatkan impuls (ingat definisi impuls). Pada saat itulah bola bergerak dan memiliki kecepatan, sehingga momentumnya tidak sama dengan nol lagi.

Sehingga dengan kata lain, benda bergerak karena diberi impuls, dan benda yang bergerak mempunyai momentum.

Bagaimana dengan permainan bola yang lain, apakah juga berlaku konsep impuls dan momentum di dalamnya? :-)

HWAITING!!! 

EXPANSION

When you enter the hot water into the glass, suddenly the glass will be crack. What do you think about that? Any relation with some physics phenomena?

This phenomenon is one of the physics phenomena that called expansion. The glass can be crack because the content in glass expand early than expansion in the outside of glass. Expansion of an object will be happen if the object heat by a heater. In heat process, particles run with the others, so the object will expansion. When the object will be cold, the particles will close with the other, so the object will be shrinking. Expansion can happen in solid, liquid or gasses.

Solid Expansion

If something have heat, the things will expand in all of direction. The size of length, area and volume will increase (happening length expand, area expand and volume expand). The length and area of solid are limited, we can only concentrate in length direction. So it called in condition length expands. If solid have not been heat in steam form but in flat form, such as circular flat we can only concentrate in area expand. When they have heated, they will have area larger than before. If solid have been heated not in stem or flat form, but in cubs, ball, or box form, we can only measure the volume of them.

Liquid Expansion

The main characteristic of liquid is following the form of the place where it will be placed. For example if we place the water into the glass, the form of water will follow the form of glass. Because of this characteristic, liquid only have volume expand.      Volume expand of liquid will bigger than volume expand of solid.

When the glass has been heated, the liquid in glass will expand. But the volume expand of liquid bigger than volume expand of glass (solid). Because of it, the liquid height will increase.

Gas Expansion

Like solid and liquid, gas also expand when it is heated by heater. Because gas haven’t form, so gas only expand in volume.

Some Problem that Caused by Expansion

Ø Installing of glass window

The car glass window can crack because park under the sun light directly at 2 hours. Because the temperature of glass will increase, so it will be expand, when expand, the frame will opposite with the glass expand. So, the glass will be crack. It better if the car park under sun light directly, not closed more, give same space for expand.

Ø Connection of railway track of train

Railway track of train expand in hot day. Because of it, between connections of railway track always give one space, in order expansion of railway track not caused the railway track will be curve.

Ø Telephone wire and electric wire

Installed telephone wire or electric wire is slack, in order at in hot temperature the wire will not break off.

MEASUREMENT

To measure a physical quantity, we need some instruments; for example, the quantity of length can be measured by instruments such as a ruler, vernier caliper and micrometer screw gauge.

1.    Measurement of Length

To measure the quantity of length, we can use a ruler, vernier caliper or micrometer screw gauge. However, those instruments mentioned have their own strengths and weakness.

a.  Ruler

Ruler is an instrument to measure length which usually has smallest scale of 1 mm. But there are also rulers whose smallest scale is bigger than 1 mm, for example 1 cm. 

b.  Vernier Caliper

Vernier caliper is an instrument to measure length which is more accurate than a ruler, since it has the smallest scale of 0.1 mm.

c.   Micrometer Screw Gauge

A micrometer screw gauge is an instrument to measure length which is more accurate than a ruler or a vernier caliper, because it has smallest scale of 0.01 mm.

2.    Measurement of Mass

To measure the quantity of mass, we can use balances. There are several balances that are often used, such as cross-bean balance, spring balance, and digital balance.

3.    Measurement of Time

Life time is between birth and death. The SI unit for time is second (s). One standard second is the time needed by Cesium atom to vibrate 9,192,631,770 times. Based on this atomic hour, during 300 years the result of measurement will not miss more than a second. For long events, time is stated in larger units such as minute, hour, day, month, year, century, etc.

1 day = 24 hours

1 hour = 60 minutes

1 minute = 60 seconds

But for a fast event, you can use millisecond (ms),microsecond (μs), and nanosecond (ns).

4.    Temperature

Temperature is one of the fundamental quantities. During the day we feel hot, but cool at night. Fire is hot, but ice is cold. A hot object is said to have high temperature, but a cold object has low temperature. Thus temperature shows the degree of hotness and coldness of an object. Your palm can feel the hotness or coldness of a thing.

The common measuring tool for temperature is a thermometer. A thermometer consists of a long glass tube with a narrow column, called capillary pipe, containing liquid, alcohol or mercury. But, the upper part is vacuum.

5.    Volume

Big and small bucket can contain different amount of water. The big bucket contains more water than the small one does. This is related to the space occupied by that object,called volume. The bigger volume takes more space than the small one.

Volume is a derived quantity, from the fundamental quantity of length. For regularly shaped object, you can measure the length, width, and height and multiply them. If you measure the length, width, and height of a rectangular block in cm, the volume is cubic centimeter (cm3).Likewise, if the unit is meter, the volume is cubic meter (m3).

How can you measure the volume of a liquid? The volume of a liquid may be measured by pouring it into a measuring cylinder. When the liquid is poured into the measuring cylinder, the space occupied by the liquid is its volume.

UNITS

In 1960, some scientists organized international conference which agreed standard units called International System Units (SI). This system replaces all of another systems found in the countries which use own metric system. Metric system agreed using meter for length unit, kilogram for mass, and second for time. So, International System Units (SI) is units by using basic units of meter, kilogram, and second (MKS).

Meanwhile another units the value of which are smaller and often used are CGS system units, those are centimeter as the unit of length, gram as the unit of mass, and second as the unit of time.

The differences of MKS unit system (metric system), CGS unit system, and FPS unit system (British System of Units) can we see in table below.

Table 1. The differences of MKS, CGS, and FPS units system

No	Physical Quantities	The Units Used
		MKS	CGS	FPS
1	Length	Meter	Centimeter	Feet
2	Mass	Kilogram	Gram	Pound
3	Time	Second	Second	Second

Since units are the references or standards of physical quantities, the unit holds the rules as follows:

a.    Have constant values

b.    Are general in characteristics

c.    Can be converted into other unit system

INTERNATIONAL SYSTEM UNITS (SI)

In 1960, physicists organized general conference about weight and measure. In the conference there was agreed that the length of one meter is equal to 1,650,763.73 times of wavelengths of reddish-orange light emision from atom Krypton-86 in a vacuum. In 1983, meter standard was reconverted to be one meter is equal to the distance traveled by light in a vacuum for 1/299,792,458 second.

Mass standard of one kilogram in SI is fixed to be equal to the mass of a platinum-iridium cylinder stored in Internationa Bureau of Weights and Measures in Paris, France.

Time unit in SI is expressed in second. In the beginning, one second is defined as 1/86,400 of average day in the Earth’s rotation. But, the Earth’s rotation period from year to year changes, so the measure of second becone not precise. In 1967, physicists fixed that 1 second is equal to the time required by the cesium-133 atom to make vibration of 9,192,631,770 times. 

INTERNATIONAL SYSTEM UNITS (SI) PREFIXES

          The 20 SI prefixes used to form decimal multiples and submultiples of SI units are given in table below.

Factor	Name	Symbol
1024	yotta	Y
1021	zetta	Z
1018	exa	E
1015	peta	P
1012	tera	T
109	giga	G
106	mega	M
103	kilo	k
102	hecto	h
101	deka	da

Factor	Name	Symbol
10-1	deci	d
10-2	centi	c
10-3	milli	m
10-6	micro	µ
10-9	nano	n
10-12	pico	p
10-15	femto	f
10-18	atto	a
10-21	zepto	z
10-24	yocto	y

For example 10^-6 kg = 1 mg (one milligram). The other example is consider the earlier example of the height of the Washington Monument. We may write h_W = 169 000 mm = 16 900 cm = 169 m = 0.169 km using the millimeter (SI prefix milli, symbol m), centimeter (SI prefix centi, symbol c), or kilometer (SI prefix kilo, symbol k).