Seberapa Besar Alam Semesta?

October 25, 2015 by xenovon

Dulu waktu masih SD  saya paling suka membaca buku-buku ensiklopedi. Salah satunya adalah mengenai astronomi. Mempelajari tata surya, bumi, planet-planet, asteroid dan benda langit lainnya.

Buat saya itu menarik, mengetahui fakta kalau kita hidup diplanet bernama Bumi, dan bertetangga dengan planet lainnya, tiap planetnya punya karakternya sendiri. Dan semua planet itu mengorbit bintang yang sama, yang tiap hari terlihat sebagai bola cahaya dari timur ke barat, bernama matahari.  Tidak hanya itu, ada banyak bintang lainnya yang juga dikelilingi oleh planet-planet. Ada benda lain juga bernama asteroid, meteor, galaksi, pulsar, supernova, quasar dll. Cool….

Faktu itu baru diketahui oleh manusia beberapa ratus tahun belakangan, setelah sekian lama manusia ada di Bumi.

Sebelum itu manusia tidak berpikir bahwa yang kita injak ini adalah bola raksasa yang bergerak, berputar. Dulu mereka menganggap bumi adalah pusat dari alam semesta, dan semua benda yang terlihat dilangit seperti semacam dekorasi, tempelan yang mengelilingi bumi.

Dari sudut pandang manusia bumi, memang semua obyek itu terlihat kecil, imut-imut. Mungkin kita kenal lagu anak berjudul “Bintang Kecil”, atau ada juga “Twinkle Twinkle Little Star” , yang menggambarkan seberapa kecilnya benda langit dimata kita.

Namun mereka kecil karena jaraknya yang jauh.

Ukuran mereka sebenarnya sangat masif, lebih besar dari yang pernah dibayangkan manusia sebelumnya.  Dan jaraknya juga luar biasa jauh, untuk mengukurnya astronom perlu membuat skala pengukuran baru untuk jarak benda langit, yakni AU  dan tahun cahaya .

Dengan sedikit pencarian di google, kita bisa tahu angka-angka besar dan jarak benda-benda langit. Tapi lebih sulit untuk membayangkan semua angka-angka itu kedalam skala yang sebenarnya.

Misalkan jarak Bumi dan Matahari adalah 1 AU, dan diameter Bumi adalah  12 ribu KM. Lalu apa makna angka tersebut? Inilah yang kita bahas diartikel ini, mari buat angka-angka itu menjadi lebih masuk akal.

Bumi

Seberapa Besar Bumi dan Bulan

Kita mulai dari yang paling familiar terlebih dahulu, yaitu Bumi, tempat kita tinggal, dan bulan, yang selalu di identikan dengan sesuatu yang romantis, sekaligus juga cerita horror.

Bumi memiliki diameter 12.756 Km, dimana itu cukup besar buat kita. Dan kecil untuk ukuran alam semesta. Sementara itu, bulan lebih kecil lagi, hanya sekitar 3.474,2 Km, kurang lebih seperempat dari Bumi. Rata-rata jarak keduanya adalah 384.400 Km.

Dengan angka itu, maka jarak antara bumi bulan adalah 30 kali dari diameter bumi.  Dimana itu cukup jauh.  Dan bulan jauh lebih kecil dari bumi.

Di sekolah-sekolah, buku-buku dan tempat lain mungkin kita familiar dengan ilustrasi seperti ini :

Atau juga ini :

Atau juga pernah main-main dengan benda ini :

Ilustrasi dan model diatas sangat bagus untuk kita mengenal benda langit. Namun relasi antara bumi dan bulan di ilustrasi-ilustrasi itu menyesatkan. Tidak sesuai dengan kondisi sebenarnya, yang sangat jauh dibandingkan dengan ilustrasi itu.

Memang kadang ada keterangan bahwa skala tidak sesuai obyek sesungguhnya. Tapi tetap bisa membuat banyak orang salah tafsir. Membuat gambaran mental relasi antara bumi dan dan bulan menjadi tidak sesuai kenyataannya.

Skala yang benar bisa dilihat di gambar dibawah :

Bumi dan bulan dalam skala yang sebenarnya

Jeng jeng…..

Gambar diatas adalah bumi dan bulan sesuai skala sebenarnya. Jika jarak antara bumi dan bulan 380 pixel, maka bumi akan berdiameter 12 pixel dan bulan 3.4 pixel. Bisa kita lihat disana bulan hampir tidak kelihatan, hanya terlihat seperti titik abu-abu.

Agar lebih mudah dibayangkan, katakanlah jika bumi adalah bola berdiameter seukuran bola basket (25 cm), maka bulan akan berdiameter seukuran bola tenis (6.8 cm). Dengan angka itu bisa dihitung jarak keduanya adalah 7.5 meter. Atau seukuran ruangan keluarga.

Bisa terbayang berapa jarak yang mesti ditempuh Neil Amstrong dkk untuk mencapai bulan. Lama perjalanannya sendiri mencapai 3 hari lebih 3 jam, dari bumi hingga mencapai bulan.

Sebenarnya kenapa ilustrasinya tidak sesuai dengan kenyataannya itu bisa dimengerti. Karena akan tidak praktikal jika menggunakan skala sebenarnya. Dan juga membuat ilustrasi menjadi tidak menarik.

Bulan Terus Menjauh

Kita tahu bahwa bulan mengorbit bumi, yakni berputar mengitari bumi. Ada alasan kenapa bulan tidak jatuh ke bumi dan tidak juga pergi keluar orbit bumi.

Yang pertama adalah gaya gravitasi bumi, mencegah bulan keluar dari orbit, dan melayang entah kemana. Yang kedua adalah gaya sentrifugal akibat gerakan memutar bulan, ini mencegah bulan jatuh ke bumi.

Keseimbangan dua gaya ini yang membuat gerakan bulan seperti sekarang ini, selama milyaran tahun setia menjadi satelit bumi.

Namun gaya sentrifugal bulan sedikit lebih besar dari gravitasi bumi. Membuat gaya menjadi sedikit tidak seimbang. Yang artinya, bulan sebenarnya sedang menjauh dari Bumi.  Bulan menjauh dengan kecepatan sekitar 3.8 cm tiap tahunnya. Mungkin memang sedikit, tapi tetap nantinya Bumi akan kehilangan bulan.

Orbit Satelit

Selain satelit alami seperti bulan, bumi juga mempunyai satelit buatan, yang dibuat oleh manusia. Satelit ini juga mengorbit bumi dengan mekanisme dua gaya yang sama, gravitasi dan sentrifugal. Namun jarak bulan jauh lebih besar daripada kebanyakan satelit buatan.

Sebelumnya perlu diketahui bahwa berdasarkan jaraknya orbit satelit dibagi menjadi 4, yaitu

1. Low Earth Orbit (LEO)

Orbit dengan ketinggian 0 – 2000 KM

2. Medium Earth Orbit (MEO)

Orbit dengan ketinggian 2000 hingga 35.786 Km

3. Geosynchronous Orbit (GEO)

Orbit dengan ketinggian 35.786 Km. Ini adalah orbit dimana waktu rotasi bumi sama dengan putaran satelit. Artinya satelit selalu ada di posisi yang sama terhadap permukaan bumi

4. High earth Orbit (HEO)

Orbit dengan ketinggian diatas 35.786 KM

Nah, dibandingkan posisi bulan, orbit seberapa luas orbit Geosynchronous bisa dilhat di gambar berikut :

Ilustrasi Orbit Satelit

Masih sangat jauh dibandingkan posisi bulan.  Orbit satelit yang termasuk MEO dan LEO artinya jauh lebih kecil dari lingkaran itu.

Seberapa Besar Tata Surya dan Isinya?

Setelah formasi bumi dan bulan, mari kita lihat sesuatu yang lebih besar, tapi tentunya masih familiar dengan kita, yakni tata surya. Tata surya merupakan formasi  bintang dan benda-benda langit yang mengelilinginya, seperti planet, asteroid, komet, planet kerdil dan sebagainya.

Bintang di tata surya kita bernama matahari, dikelilingi oleh 8 planet, beberapa planet kerdil dan sabuk asteroid yang terletak di antara Mars dan Jupiter dan sabuk Kuiper,yang terletak diluar orbit Neptunus.  Ukuran dan jarak masing-masing dapat dilihat di tabel berikut :

Seperti tadi, mari kita review seperti apa ilustrasi yang banyak beredar.

Seperti ini

Maupun ini :

Untuk ilustrasi kedua, skala ukuran obyeknya mungkin sudah sesuai. Namun jaraknya yang tidak. Pada kenyataannya jarak antar obyek di tata surya luar biasa besar. Mari katakanlah jarak bumi matahari adalah 150 juta km. Kita bisa menumpuk 11 ribu benda seukuran bumi untuk mencapai jarak itu.

Ilustrasi yang benar adalah gambar dibawah ini :

Tata Surya dalam skala sebenarnya

Kosong? Hmm…sebentar, saya lupa keterangannya. Ini adalah yang dilengkapi keterangan :

Plus Keterangan

Gambar yang tidak ada keterangannya adalah benar, itulah model akurat untuk tata surya.  Yang terlihat adalah seperti itu, kosong. Kecuali matahari pastinya yang bersinar terang, semua obyek akan sulit untuk dilihat.

Dalam skala gambar itu, 1 pixel sama dengan 10 juta km. Semua obyek tata surya tidak ada yang mencapai ukuran 1 px, mereka semua berukuran mikroskopik. Matahari yang merupakan obyek terbesar, yang memiliki 99,86% massa seluruh tata surya,  akan berdiameter 0.13 px. Dimana itu masih kelihatan sangat kecil pada gambar.

Baiklah, ini terlihat konyol. Tapi memang sebagian besar tata surya adalah ruang kosong, tanpa materi. Jarak antar planet sangat-sangat jauh dibandingkan ukuran planet itu sendiri. Butuh waktu 6 bulan untuk mencapai Mars dan New Horizon , sebuah wahana antariksa dari NASA, membutuhkan waktu 9 tahun untuk mencapai orbit pluto.

Agar semuanya lebih mudah, coba kita perbesar matahari. Tidak menjadi 0.13 pixel lagi, tapi menjadi bola seukuran mobil, kira-kira berdiameter 300 cm, atau 3 meter. Maka obyek lainnya akan seukuran seperti ditabel dibawah ini :

Jika matahari berdiameter 3 meter, maka :

• Ukuran bumi dan venus lebih kecil dari bola pingpong.
• Dan merkurius dan mars kurang lebih menjadi seukuran kelereng.
• Jupiter dan saturnus menjadi seukuran bola basket.
• Dan pluto, oke, kurang lebih menjadi seukuran telur cicak.

Itu adalah obyek yang biasa kita temui sehari-hari. Dimana ukurannya sudah terbayang seberapa besar. Tapi bagaimana dengan jarak masing-masing? Mari kita hitung….

Setelah dihitung-hitung, tabel jaraknya adalah sebagai berikut :

Memang tidak salah, perbandingan jarak dan ukurannya memang sangat besar. Ambil contoh saja, dengan matahari berukuran 3 meter, merkurius hanya berukuran 1 cm, namun jarak keduannya mencapai 125 meter. Itu sudah sebesar lapangan sepak bola. Berturut turut, venus berjarak 233 meter, bumi 322 meter, dan seterusnya hingga pluto yang berjarak 12 Kilometer, seukuran sebuah kota.

Bisa dibayangkan, tata surya itu berukuran sebesar kota, dengan radius 12 kilometer. Namun obyek utamanya hanya ada 1 bola besar berukuran 3 meter, 9 bola lainnya seukuran bola untuk olahraga, bola kelereng  dan seukuran telur cicak. Dan sisanya bisa dikatakan kosong.  Itulah tata surya kita.

Dengan skala itu, bulan sendiri akan seukuran kelereng kecil, 0.75 cm. Dan jarak bumi dan bulan mencapai 85 cm.  Di sini sistem bumi bulan sudah kelihatan mini dibandingkan dengan seluruh tata surya, yang berdiameter lebih dari 24 km

Itu baru sampai Pluto, yang termasuk dalam area sabuk Kuiper. Diluar itu masih ada kumpulan obyek bernama Oort Cloud.  Merupakan area yang diteorikan berisi kumpulan obyek es yang mengorbit matahari. Jaraknya bisa mencapai 2 tahun cahaya.

Oort Cloud (skala logaritmik) Source : Wikipedia

Mengenai skala obyek tata surya, akan lebih jelas lagi jika menonton video ini :

Di video itu dilakukan eksperimen membuat tiruan tata surya dengan skala yang benar. Dikerjakan di gurun Nevada. Dengan skala bumi berukuran kelereng, membutuhkan area sebesar 11 Km untuk melukiskan matahari dan 8 planet.

Jika ada makluk luar angkasa yang mengamati tata surya kita dari jauh. Dengan asumsi teknologinya sama dengan manusia Bumi, yang dia lihat secara langsung adalah matahari. Sisanya adalah seperti ilustrasi tanpa keterangan diatas, planet tidak akan terlihat. Seakan sekitar matahari adalah ruang kosong.

Dalam mengamati tata surya lain, kita juga sama. Kita hanya bisa melihat bintangnya saja, tanpa tahu apakah ada planet atau tidak disekitarnya. Namun exoplanet (planet di tata surya lain)  tetap bisa dideteksi, yakni dengan cara menunggu hingga planet melewati bintang induknya, pada saat itu posisi planet, bintang dan kita (pengamat) akan sejajar, sehingga exoplanet  itu bisa terlihat.

Bicara soal bintang, di Alpha Centauri merupakan sistem bintang yang paling dekat dengan matahari. Sistem yang terdiri dari 3 bintang ini berjarak 4,37 tahun cahaya.

Alpha Centauri dilihat dari Bumi, yang di lingkari merah adalah Proxima Centauri

1 tahun cahaya merupakan satuan jarak. Artinya merupakan jarak yang ditempuh cahaya selama satu tahun.  Bila dikonversi menjadi meter, 1 tahun cahaya berarti  9,460,730,472,580,800 meter, atau 9 quadrillion meter. Jadi jarak Alpha Centauri adalah 41,343,392,165,178,100 meter, atau 41 quadrillion meter,  atau 7000 kali lebih jauh dibanding jarak pluto ke matahari.

Jika tata surya  hingga orbit pluto adalah seukuran bola tenis (memiliki diameter 6.5 cm).  Maka Alpha Centauri akan berjarak 226 kilometer dari tata surya. 226 Kilometer itu seperti jarak antara Jakarta ke Cirebon. Dengan jarak itu, kita bahkan tidak bisa melihat bola tenisnya. Dengan skala ini juga, matahari akan berukuran mikroskopik, dengan satuan mikrometer.

Coba kita perbesar lagi. Katakanlah matahari kita perbesar hingga seukuran kelereng (1.3 cm), tidak lagi mikroskopik. Namun 1.3 cm masih sangat kecil, karena Alpha Centauri akan berjarak seperti dari Bumi ke bulan yakni 384.000 kilometer.

Itu baru bintang terdekat, paling dekat dengan matahari. Dengan mata telanjang saja kita masih bisa melihat ribuan bintang lain dengan jarak yang bervariasi. Namun skala ini belum apa-apa dibanding dengan ukuran Galaksi.

Seberapa Besar Galaksi dan Isinya?

Matahari kita merupakan salah satu bintang di Galaksi bernama Bima sakti, atau biasa disebut Milky Way dalam Bahasa inggris.

Bima Sakti dilihat dari Bumi

Ukuran Bima Sakti secara kasar bisa berkisar antara 100.000 hingga 120.000 tahun cahaya. Didalamnya diperkirakan ada 200 hingga 400 milyar bintang.

Jarak matahari ke pusat galaksi mencapai  27.2 ribu tahun cahaya. Matahari juga bergerak, membawa seluruh tata surya mengelilingi pusat galaksi. Kecepatan matahari mengelilingi galaksi mencapai 230 Km/s, atau 1/1300 kecepatan cahaya. Mencapai 1 putaran penuh dalam waktu 240 juta tahun. Jadi matahari kita baru menyelesaikan putaran sebelumnya saat reptil masih menguasai daratan Bumi (Era Triassic)

Jadi kalau digambarkan posisi posisi matahari terhadap galaksi kira kira seperti digambar bawah ini  :

Bentuk Bima Sakti dan posisi matahari

27 ribu tahun cahaya itu kira kira setengah dari radius Bima Sakti. Jadi kurang lebih posisi matahari ada di area itu.

Seberapa besar 100.000 tahun cahaya itu?

Jika di konversi ke kilometer, maka angkanya akan lebih sulit dicerna. Seratus ribu tahun cahaya adalah ukuran yang besar. Membutuhkan waktu 100.000 tahun untuk cahaya bisa mencapai jarak itu.

Jika sebelumnya kita tahu jarak matahari ke alpha centauri adalah 4.37 tahun cahaya, maka diameter Bima Sakti 23 ribu lebih besar daripada matahari ke Alpha Centauri.  Dan ukuran ini juga  6 milyar kali lebih besar daripada jarak bumi ke matahari.

Perbedaannya ukuran matahari dan bimasakti juga sangat masif.  Kira kira jika bimasakti seukuran orbit bulan, maka matahari akan seukuran pasir dengan diameter 0.6mm.

Dipusat galaksi bimasakti tidak hanya berisi bintang-bintang, namun juga ada supermasive blackhole. Blackhole ini mempunyai massa sekitar 4,1 juta kali massa matahari.

Bagaimana dengan Galaksi Lain?

Bimasakti bukan satu-satunya galaksi yang kita kenal, galaksi besar yang terdekat dari bima sakti adalah Galaksi Andromeda. Jaraknya 2.5 juta tahun cahaya. Jarak ini relatif dekat dibandingkan dengan ukuran bima sakti. Diameternya sekitar 220 ribu tahun cahaya, dan memiliki paling tidak 1 triliun bintang.

Dari Bumi yang tidak ada polusi cahaya, Andromeda bisa dilihat dengan mata telanjang. Dari bumi, ukuran Andromeda terlihat 6 kali lebih besar daripada bulan. Namun karena jauh lebih redup, bulan lebih mudah dilihat daripada galaksi Andromeda.

Ukuran Andromeda dibanding dengan bulan saat dilihat dari Bumi. Source : Nasa

Perbandingan jarak dan ukuran Andromeda dan Bima Sakti bisa dilihat dibawah :

Andromeda dan bimasakti dalam skala sebenarnya

Baik Bima Sakti dan Andromeda adalah bagian dari Local Galactic Group. Bisa disebut sebagai Rukun Tetangga dari galaksi,  yang terdiri dari 54 galaksi yang mencakup diameter sekitar 10 juta tahun cahaya.

Local Galactic Group, dan perbandingannya dengan Galaksi Andromeda dan Bima sakti

Gambar diatas (dan juga dibawahnya) merupakan versi sederhana. Karena pada kenyataannya, group ini berbentuk bola, obyek 3 dimensi, bukan lingkaran yang dua dimensi. Namun saya gambarkan 2 dimensi untuk mempermudah ilustrasi skalanya.

Local Galactic Group merupakan anggota dari bagian lain yang lebih besar, yaitu Virgo Supercluster.  Supercluster ini terdiri dari paling tidak 100 grup galaksi yang lain, dengan rentang diameter 110 juta tahun cahaya.

Area Virgo Supercluster

Jarak antar group dalam Virgo Supercluster. Sumber : Wikipedia

Virgo supercluster juga merupakan satu bagian dari yang lebih besar. Yaitu Laniakea Supercluster, super cluster ini terdiri dari supercluster lainnya. Didalamnya paling tidak ada 4 supercluster  yang menampung total 100.000 galaksi. Diameternya kira kira  520 juta tahun cahaya.

Laniakea Supercluster

Laniakea supercluster hanyalah satu dari jutaan supercluster lain di alam semesta. Jadi, seberapa besar alam semesta itu? Mari lanjut ke bagian terakhir, yang juga topik utama tulisan ini.

Seberapa Besar Alam Semesta?

Yang kita tahu saat ini adalah alam semesta hanya bisa diamati dalam radius 46 milyar tahun cahaya atau 4.3×10²⁶ meters dalam segara arah.

Radius tersebut disebut “Observable Universe”, artinya alam semesta yang bisa diamati.  Angka itu didapat dari umur alam semesta, diukur dari kejadian setelah big bang. Yaitu 13.8 milyar tahun dan juga kecepatan perluasan alam semesta.

Tidak ada manusia yang tahu pasti seberapa besar alam semesta, apakah ada ujungnya atau tidak. Yang jelas besarnya bisa di antara rentang jauh lebih besar dari Observable Universe, hingga infinity, yakni tidak berujung.

Observable universe vs Laniakea supercluster

Yang jelas dalam observable universe di estimasikan ada sekitar 100 hingga 200 milyar galaksi dan tiap galaksi bisa ada 100 hingga 200 milyar bintang.

Jadi ada antara 10 – 40 sextillion (10 – 40 x 10²¹) bintang di dalam Observable universe. Belum lagi bintang & galaksi diluar observable universe.

Masing-masing bintang memiliki tata suryanya sendiri, planet, komet asteroid. Belum termasuk obyek-obyek lain seperti blackhole, nebula dan sebagainya.

Itulah besar alam semesta yang sejauh ini kita tahu.

Penutup

Orang jaman dulu mungkin sering bertanya-tanya ketika melihat ke langit. Bagaimana kalau kita ke Bulan? Ada apa disana?  Seperti apa bintang itu kalau kita melihat dari dekat? Seberapa jauh batas langit itu?

Pertanyaan itu masih belum terjawab pada 3 generasi yang lalu. Yang sebenarnya tidak terlalu jauh dengan generasi kita.  Tapi berkat pencapaian teknologi 100 tahun belakangan ini, pertanyaan itu satu persatu mulai terjawab.

Walau memang masih banyak pertanyaan yang belum terjawab. Namun, kita sudah bisa kebulan, mengirim wahana ke planet lain, dan juga ke tempat planet terjauh. Kita bisa menciptakan teleskop raksasa di langit sana (Teleskop Hubble). Dan terima kasih juga kepada ilmu fisika, kimia dan matematika yang membantu ilmuan untuk  mengkalkulasi semuanya.

Dari standar manusia, alam semesta besar, sangat besar. Juga jauh lebih besar dibandingkan galaksi, tata surya, matahari dan bumi.

Yang jelas, semua tentang yang kita tahu, sejarah manusia dan makhluk hidup, teori konspirasi, pencapaian teknologi, perang, batas Negara, sampai cerita  tentang mantan pacar terjadi di titik kecil bernama Bumi. Benda langit kecil yang tidak signifikan, mengorbit bintang biasa, yang ada di pinggiran galaksi yang tidak spesial.

Apa semua skala itu membuat eksistensi kita serasa tidak signifikan? Tentu mestinya tidak. Jangan berkecil hati, bukan berarti semua itu membuat kita tidak signifikan.

Seperti relatifitas einsten, semua tergantung sudut pandang pengamat. Dari alam semesta memang kita kecil, tapi mayoritas waktu kita tidak membandingkan dirinya dengan ukuran alam semesta.  Walau ukuran kita kecil, tapi bukan berarti kita bukan siapa-siapa.

Dan juga kita punya yang namanya kesadaran, juga keingintahuan, Agama dan kemampuan komunikasi dengan manusia lain.  Kita juga punya kerabat, rekan kerja, pasangan, negara dan manusia lainnya. Itulah yang membuat kita signfikan.

Lebih Lanjut

https://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe

https://en.wikipedia.org/wiki/Light-year

http://www.space.com/24073-how-big-is-the-universe.html

http://www.space.com/25303-how-many-galaxies-are-in-the-universe.html

http://www.space.com/26078-how-many-stars-are-there.html

http://www.universetoday.com/30305/how-many-galaxies-in-the-universe/

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OrbitsCatalog/

http://idahoptv.org/ntti/nttilessons/lessons2000/lau1.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Milky_Way

https://en.wikipedia.org/wiki/Galactic_year

https://en.wikipedia.org/wiki/Local_Group

https://en.wikipedia.org/wiki/Laniakea_Supercluster

#Alam Semesta#Alpha Centauri#Andromeda#Bima Sakti#Bulan#Bumi#Galaksi#Matahari#Merkurius#Oort Cloud#Planet#Pluto#Sabuk Kuiper#Tata Surya#Universe