Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

Mengapa Bumi dan Objek Astronomi Lainnya Berotasi (Berputar)

Setiap hari bumi berotasi atau berputar satu kali pada porosnya. Rotasi bumi ini menjadikan terbit dan terbenamnya matahari menjadi fenomena yang rutin kita alami setiap hari. Bumi tidak sendirian, ketujuh planet saudara bumi pun memiliki perilaku yang sama walau dengan kecepatan rotasi yang berbeda-beda. Bulan si pengawal setia bumi bersama koleganya yang mengawal planet lain juga memiliki perilaku yang sama.

Perilaku rotasi bumi, planet-planet dan satelit-satelitnya merupakan perilaku 'bawaan' yang diperoleh dari induk tata surya, yaitu bintang katai kuning yang kita sebut matahari. Sedangkan perilaku rotasi matahari adalah perilaku yang dimiliki oleh semua jenis bintang sejak lahir. Ditinjau dari hukum-hukum fisika, bintang (termasuk matahari) memang harus terlahir (terbentuk) dalam kondisi berputar, bintang tidak akan mungkin terlahir dalam kondisi diam.

Ilustrasi Sistem Tata Surya. Src: vectorstock

Untuk mengetahui bagaimana awal mula perilaku rotasi dari objek-objek anggota Tata Surya maka kita perlu meninjau secara singkat bagaimana proses terbentuknya tata surya sehingga membuatnya harus berputar. Tata surya kita terbentuk dari kumpulan awan gas dan debu raksasa yang memenuhi ruang di antara bintang-bintang yang sudah lebih dulu ada di wilayah galaksi Bimasakti (Milky Way). Sekitar 75 persen dari awan gas raksasa ini diisi oleh massa gas hidrogen, 24 persennya massa helium, sedangkan sisanya diisi oleh kumpulan partikel atom yang lebih berat. Matahari muda mulai terbentuk setelah kumpulan awan gas raksasa ini mengalami keruntuhan akibat gravitasinya sendiri.

Suatu kumpulan awan gas raksasa di ruang angkasa akan runtuh membentuk sebuah bintang jika memenuhi suatu persyaratan yang disebut dengan kriteria Jeans yang dihitung menggunakan rumus Jeans. Kriteria Jeans ini berhubungan dengan kerapatan minimal yang diperlukan oleh suatu kumpulan awan gas pada suhu tertentu agar bisa runtuh menjadi sebuah bintang karena gravitasinya sendiri. Semakin rendah suhunya (semakin dingin), awan gas akan semakin rapat dan padat sehingga ketika mencapai atau melebihi kriteria Jeans awan tersebut akan runtuh. Jika kerapatan/kepadatannya tidak mencapai kriteria Jeans (lebih renggang dari kriteria Jeans) awan gas tersebut akan tetap menjadi awan gas raksasa.

Untuk mencapai kerapatan yang memenuhi kriteria Jeans biasanya dibantu oleh gangguan dari luar. Gangguan ini biasanya melalui sapuan angin bintang dari bintang yang ada di sekitar awan gas, ataupun melalui gelombang kejut yang berasal dari supernova yang berlangsung tidak jauh dari awan gas tersebut. Kriteria Jeans bisa juga tercapai secara alami dengan mengandalkan gerakan dan gaya tarik menarik antar molekul awan gas itu sendiri, yang tentu saja akan memakan waktu yang jauh lebih lama. Inilah yang mengakibatkan proses terbentuknya bintang-bintang generasi pertama di alam semesta setelah proses big bang membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan bintang-bintang generasi belakangan yang lahir setelah terbentuknya galaksi.

Sekitar 4,6 milyar tahun yang lalu, awan gas raksasa yang menjadi bakal tata surya kita mengalami gangguan yang menyebabkan awan gas raksasa ini mengalami kontraksi (mengerut) dan runtuh akibat gravitasinya sendiri. Titik yang paling padat akan menjadi inti atau titik pusat gravitasi, sehingga arah keruntuhan awan gas akan menuju ke titik tersebut dari berbagai arah. Karena gaya tarik menarik dan arah gerak molekul awan gas relatif satu terhadap yang lain (bergerak secara acak) maka molekul-molekul gas yang saling tarik menarik ini tidak akan langsung bergerak lurus menuju arah pusat gravitasi, tetapi akan bergerak menuju pusat gravitasi dengan momentum sudut tertentu sehingga lintasannya menjadi melengkung. Lintasan melengkung menuju arah pusat gravitasi oleh setiap molekul awan gas ini menghasilkan putaran (pusaran) di bagian pusat gravitasi.

Untuk memahami ini kita gunakan sebuah analogi; misalkan ada dua pesawat ruang angkasa yang terbang dari arah yang berlawanan. Pesawat ruang angkasa A terbang dari bumi dengan kecepatan konstan menuju bulan, sedangkan pesawat ruang angkasa B terbang dari bulan dengan kecepatan konstan menuju bumi - jadi keduanya bergerak pada arah yang berlawanan. Kedua pesawat ini masing-masing memiliki bobot yang lumayan besar sehingga gravitasi-nya juga cukup besar untuk mempengaruhi satu sama lain pada radius sekitar 1 km. Jika kedua pesawat ini sama-sama bergerak dalam satu lajur maka otomatis kedua-nya akan saling menumbuk satu sama lain (karena kedua-nya berlawanan arah). Tapi bagaimana jika keduanya tidak berada tepat pada satu lajur ?

Saat ini terjadi maka gaya gravitasi kedua pesawat akan membuat keduanya saling tarik menarik. Pesawat A yang bergerak lurus ke arah bulan karena ditarik gravitasi dari pesawat B, maka akan merubah arah geraknya sehingga lintasannya melengkung ke arah pesawat B. Sebaliknya, pesawat B yang bergerak lurus ke arah bumi juga akan merubah arah geraknya sehingga lintasannya melengkung ke arah pesawat A. Akibat dari hal ini maka akan terjadi tiga kemungkinan; pertama, jika kecepatan gerak lurus pesawat A seimbang dengan gravitasi pesawat B dan kecepatan gerak lurus pesawat B seimbang dengan gravitasi pesawat A maka kedua pesawat ruang angkasa ini akan bergerak melingkar mengorbit (berputar) satu sama lain mengelilingi suatu titik pusat massa yang disebut Barycenter.

Kedua, jika kecepatan gerak lurus dari salah 1 pesawat - misalnya pesawat A lebih besar dari gravitasi pesawat B maka pesawat A akan melakukan gerak melengkung ke arah pesawat B, sambil menjauhi pesawat B secara perlahan-lahan (mirip gerak lontaran keluar). Kemungkinan yang kedua ini berlaku sama jika kedua pesawat memiliki kecepatan gerak lurus yang lebih besar dari gravitasi yang menariknya. Ketiga, jika kecepatan gerak lurus dari salah 1 pesawat ruang angkasa misalnya pesawat A, lebih kecil dibandingkan gravitasi dari pesawat B maka pesawat A akan bergerak melengkung mendekati pesawat B, dan satu ketika akan bertabrakan dengan pesawat ruang angkasa B.

Jadi, apapun kemungkinannya jelas bahwa gerak molekul-molekul awan gas yang awalnya acak satu sama lain akan mulai merubah arah geraknya secara perlahan-lahan dalam lintasan melengkung sehingga menciptakan putaran (rotasi) - putaran yang terjadi pada tahap awal ini masih sangat pelan. Selama keruntuhan berlangsung awan gas di bagian pusat gravitasi menjadi lebih padat. Tumbukan tiap partikel di bagian inti ini akan menimbulkan panas yang terus menerus terjebak di dalam kerumunan awan yang tebal, sehingga suhu di bagian inti akan semakin panas dan membentuk sebuah protobintang - dalam kasus matahari disebut protosun.

Protobintang akan memulai kehidupan awalnya dengan putaran (rotasi) yang cukup pelan. Karena awan gas terus ditarik untuk bergerak menuju protobintang maka akan berlaku hukum kekekalan momentum sudut sehingga putaran di protobintang yang awalnya pelan menjadi lebih cepat dan semakin cepat. Analoginya sama seperti penari balet yang melakukan gerakan memutar dengan bertumpu pada salah satu kakinya, sedangkan satu kakinya yang lain beserta kedua tangannya direntangkan ke samping. Jika saat masih dalam keadaan berputar penari balet melipat kaki dan kedua tangannya yang sebelumnya direntangkan ke samping maka kecepatan berputar dari penari balet ini akan meningkat.

Saat runtuh awan akan memanas dan memadat di bagian inti (pusat gravitasi). Sebagian besar gas akan terus runtuh untuk menambah massa protobintang. Proses ini akan berlangsung terus menerus sampai suhu di inti protobintang melampaui 10 juta Kelvin. Saat suhu di inti protobintang melampaui 10 juta Kelvin maka reaksi fusi nuklir akan dimulai, dan protobintang berubah menjadi bintang (dalam kasus ini matahari) yang bisa menghidupi dirinya sendiri dengan reaksi fusi nuklir tanpa harus menyerap awan gas lagi.

Selama masih dalam tahap protobintang awan gas akan terus menerus ditarik menuju pusat protobintang. Hal ini mengakibatkan massa protobintang bertambah besar dan kecepatan rotasinya meningkat. Karena rotasi protobintang terus meningkat maka akan menimbulkan gaya sentrifugal (gaya lontar ke luar) yang cukup besar sehingga mencegah sebagian gas bergerak mencapai protobintang. Awan gas yang tidak mencapai protobintang oleh gaya sentrifugal akan dibentuk menjadi piringan cakram awan gas yang akan bergerak mengelilingi protobintang sesuai arah putaran protobintang tersebut.

Setelah berlangsung dalam waktu yang lama awan debu dan gas yang berada di wilayah piringan cakram dan jauh dari protobintang akan mulai mendingin. Di wilayah ini molekul-molekul awan debu dan gas mulai saling tarik menarik karena gravitasi-nya masing-masing. Efek tarik menarik antar molekul di piringan cakram awan gas ini akan membentuk objek-objek yang lebih besar. Molekul dan butiran debu akan membentuk butiran debu yang lebih besar, gabungan butiran debu yang lebih besar akan membentuk kerikil kecil, dan gabungan kerikil-kerikil kecil ini akan menjadi bongkahan batu. Jika cukup banyak bongkahan batu yang saling bergabung maka akan membentuk objek berukuran besar dengan diameter beberapa kilometer, objek ini disebut sebagai planetesimal (planetesimal ini juga merujuk pada asteroid dan komet). Pada kondisi yang tepat ada planetesimal yang bergabung dengan planetesimal lain untuk membentuk objek seukuran planet.

Proses tarik menarik antar molekul-molekul hingga menjadi objek yang berukuran lebih besar ini terjadi dengan momentum sudut tertentu. Hal ini persis seperti yang terjadi ketika awan gas mulai runtuh untuk membentuk protobintang, sehingga hasil gabungan molekul-molekul ini untuk membentuk objek yang lebih besar akan berotasi sama seperti protobintang. Karena gerakan cakram awan gas ini searah dengan arah rotasi protobintang, maka arah setiap objek hasil gabungan dari molekul awan gas di piringan cakram akan berputar ke arah yang sama juga dengan arah rotasi protobintang. Karena itu hampir semua planet, satelit dan benda langit lainnya pada akhirnya akan berotasi searah dengan arah rotasi matahari (tata surya).

Untuk beberapa kasus, ada benda langit yang mungkin berputar berlawanan arah dengan arah putaran yang seharusnya, contohnya planet Venus yang arahnya berlawanan dengan planet lain maupun planet Uranus yang sumbu putarnya miring 90 derajat. Menurut ilmuwan hal ini bisa disebabkan oleh tabrakkan dengan objek besar lain di usia awal planet ini, dan atau mungkin diakibatkan oleh gangguan lain yang sampai saat ini masih terus diteliti.

Terlepas dari apapun jenis serta bentuk gangguan itu dan berdasarkan seluruh penjelasan di atas maka bisa disimpulkan bahwa gaya gravitasi mengakibatkan gerakan berputar atau berotasi menjadi perilaku fundamental yang dimiliki oleh objek astronomi yang ada di alam semesta.

Daftar Pustaka:

[1] Baggott, J. 2015. Origins: The Scientific Story of Creation. UK: Oxford University Press.

[2] Milone, E. dan Wilson, W. 2014. Solar System Astrophysics, 2nd edition. New York: Springer.

Ricky Hamanay
Ricky Hamanay Yuditya Hamdani Hamanay; penulis sains amatir. Blogger sejak 2013