Fenomena Alam: Aurora

Fenomena Alam: Aurora

          Pada bulan Januari yang lalu, diberitakan bahwa matahari akan memasuki siklus 11 tahunan dengan letupan-letupan lidah apinya.  Ledakan matahari ini  merupakan ledakan yang terkuat sejak tahun 2005 dan masuk dalam kelas M-9 alias sudah mendekati kelas tertinggi (X-Extreme). Akibat ledakan itu, terlepas partikel berenergi tinggi dan lontaran massa korona (CME) yang bergerak dengan kecepatan hingga 2.200 km per detik. Berita ini sempat membuat orang-orang panik karena badai matahari ini dikhawatirkan akan mengganggu teknologi di bumi, mengingat partikel bermuatan yang terpancar dan sampai bumi menciptakan medan magnetik. Badai matahari memang diketahui dapat mengganggu jaringan listrik, navigasi satelit, dan rute pesawat, namun, tidak ada insiden besar yang terjadi di hari itu. Tetapi pada malam harinya, terjadi sesuatu yang menarik perhatian banyak orang. 

Pancaran cahaya kehijauan muncul di berbagai belahan bumi. Rob Steenburgh, petugas dari Space Weather Prediction Center, Colorado mengatakan ada laporan bahwa pancaran cahaya itu muncul di Kanada dan tenggelam di lapisan utara bagian Amerika Serikat. Cahaya itu juga tampak di Australia. Pengemudi truk yang kembali dari tambang berlian di wilayah Northwest, Australia menikmati penampakan cahaya cantik itu di atas Prosperous Lake.

            Penampakan cahaya yang indah ini disebut Aurora. Aurora adalah fenomena alam yang menyerupai pancaran cahaya yang menyala-nyala pada lapisan ionosfer dari sebuah planet.Fenomena ini terjadi karena angin Matahari (solar wind), kumpulan partikel-partikel bermuatan listrik— seperti elektron (muatan listrik negatif) dan proton (muatan listrik positif) yang berasal dari lapisan atmosfer Matahari — berinteraksi dengan medan magnet Bumi (geomagnetik). Partikel-partikel tersebut terlempar dari matahari dengan kecepatan lebih dari 500 mil per detik dan terhisap medan magnet bumi di sekitar kutub Utara dan Selatan. Warna-warna yang dihasilkan disebabkan benturan partikel dan molekul atau atom yang berbeda. Misalnya, aurora hijau terbentuk oleh benturan partikel elektron dengan molekul nitrogen. Aurora merah terjadi akibat benturan antara partikel elektron dan atom oksigen.

Partikel bermuatan listrik dipengaruhi oleh medan magnet, yang dalam fisika disebut dengan gaya Lorentz,

dimana F adalah gaya magnet yang dirasakan partikel bermuatan listrik q (bernilai positif atau negatif), v adalah kecepatan partikel tersebut, dan B adalah medan magnet. Tanda panah di atas simbol (cetak tebal dalam paragraf) menandakan bahwa itu adalah besaran vektor, sehingga arah gaya ditentukan oleh arah hasil perkalian cross (aturan tangan kanan).

Jadi, ketika angin Matahari datang mendekati Bumi, mereka akan terbelokkan karena kehadiran medan geomagnetik. Karena arah medan geomagnetik keluar dari kutub Utara dan masuk ke kutub Selatan, maka gerakkan partikel angin Matahari terbelokkan baik ke Utara ataupun ke Selatan.

Partikel yang ke arah Utara, menurut gaya Lorentz, adalah partikel bermuatan listrik negatif (arah gaya berlawanan dengan arah medan magnet); sebaliknya untuk partikel bermuatan listrik negatif akan bergerak ke arah Selatan. Partikel-partikel ini kemudian mengalami percepatan menuju Bumi karena dipengaruhi oleh gaya gravitasi Bumi. Begitu mengenai molekul-molekul yang ada di lapisan atmosfer Bumi (seperti oksigen dan nitrogen), mereka bertabrakan (collision) dan sebagian besar molekul mengalami keadaan eksitasi. Keadaan eksitasi molekul tidak berlangsung lama karena keadaan ini tidak stabil. Elektron-elektron dalam molekul udara tersebut segera turun ke keadaan dasar disertai pelepasan energi berupa cahaya tampak. Inilah yang disebut aurora. Karena angin Matahari tadi hanya masuk dari arah langit Utara dan langit Selatan, maka aurora hanya dapat disaksikan di belahan Bumi Utara dan Selatan.

            Aurora yang terjadi di daerah sebelah Utara dikenal dengan nama Aurora Borealis. Aurora Borealis dinamai bersempena 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 utara. Orang Eskimo atau suku Inuit percaya fenomena alam yang terkenal dengan sebutan Aurora Borealis atau Cahaya Utara itu muncul karena para arwah sedang bermain bola memakai tengkorak singa laut di angkasa. Mereka juga percaya orang yang terlalu sering menonton "pertandingan" itu akan menjadi gila. Aurora borealis selalu terjadi di antara September dan Oktober dan Maret dan April. Adapun fenomena aurora di sebelah Selatan yang dikenal dengan Aurora Australis. Aurora Australis mempunyai sifat-sifat yang serupa dengan Aurora Borealis, tetapi kadang-kadang aurora muncul di puncak gunung di iklim tropis.

Fenomena Aurora ini juga telah lama menarik perhatian para Ilmuwan. Andres Celcius, antara rentang tahun 1716-1732 mengamati Aurora Borealis dan menghasilkan sekitar 316 pengamatan dipublikasikannya. Celcius adalah seorang Professor Astronomi yang namanya diabadikan sebagai satuan pengukur suhu. Bersama dengan asistennya Olof Hjorter, ia menjadi orang pertama yang menyadari bahwa fenomena Aurora memiliki penyebab magnetis dengan mengamati kemiringan jarum kompas dan menemukan bahwa penyimpangan yang lebih besar berkorelasi dengan aktivitas aurora kuat. Selain Celcius, ada juga seorang penerima nobel asal Belanda bernama Pieter Zeeman, mempublikasikan laporan tentang Aurora Borealis yang terlihat di Zonnemaire. Elias Loomis juga menerbitkan serangkaian laporan mengenai Aurora di American Journal of Science. Namun, ada juga beberapa teori yang diajukan untuk menjelaskan fenomena ini, dan sebagian dari teori-teori tersebut sudah tidak relefan pada masa sekarang. Contohnya seperti teori Benjamin Franklin, bahwa “Misteri Cahaya Utara” itu disebabkan oleh konsentrasi muatan listrik di daerah kutub yang didukung oleh salju dan uap air. Ada juga Kristian Birkeland yang berteori bahwa Auroral Elektron terjadi dari sinar yang dipancarkan sinar matahari, dan elektron tersebut dibimbing menuju kutub utara.

Selain bumi, planet-planet lain di dalam tata surya pun memiliki medan magnetik. Pancaran angin matahari (solar wind) yang mencapai medan magnetik planet-planet ini akan menyebabkan terbentuknya Aurora di planet tersebut dengan proses yang sama dengan proses terjadinya Aurora di bumi.

Aurora juga akan terbentuk pada daerah dengan medan magnetik tinggi, contohnya planet Jupiter dan Saturnus. Kedua planet ini memiliki magnet yang lebih kuat dan sabuk radiasi yang lebih besar dari bumi. Selain kedua planet itu, Aurora juga terjadi pada Planet Uranus. Namun, astronom mengungkapkan bahwa aurora Uranus memiliki keunikan. Hal ini berkaitan dengan orientasi planet tersebut. Tak seperti 7 planet lainnya, sumbu magnetik Uranus 60 derajat dari axis putarannya. Sementara, sumbu putarannya 98 derajat secara relatif terhadap orientasi sistem orbit Tata Surya. Dengan kata lain, Uranus seperti berputar dengan poros bagian sampingnya. Selain itu, Aurora di Uranus punya umur sangat singkat. Menurut Laurent Lamy, astronom dari Observatoire de Paris di Meudon, Perancis, ini berkaitan dengan perbedaan orientasi datangnya partikel bermuatan dari matahari dan medan magnet planet yang tak biasa.

Tanggal 14 Agustus 2004, Pesawat Mars Express mendeteksi terjadinya Aurora di planet Mars, para Ilmuwan mempelajari dengan memasukkan data-data yang dihasilkan Mars Global Surveyor, dimana daerah emisi berhubungan dengan suatu daerah yang memiliki medan magnet paling kuat, dan menunjukkan bahwa asal-usul emisi cahaya adalah aliran elektron. Mars tidak memiliki medan magnet mirip dengan Bumi, tetapi memiliki medan lokal yang mengakibatkan munculnya aurora di planet ini.

Pada sebuah fenomena Aurora, satelit menangkap gambar Aurora yang terlihat seperti “cincin api”. Aurora-aurora jenis lain juga diamati dari luar angkasa, misalnya "Poleward Busur".

 Teleskop yang digunakan untuk menangkap terjadinya Aurora di planet lain adalah Teleskop Huble, sebuah teleskop luar angkasa yang berada di orbit bumi. Nama Hubble diambil dari nama ilmuwanterkenal Amerika, Edwin Hubble yang juga merupakan penemu hukum Hubble. Sebagian besar dari benda-benda angkasa yang telah berhasil diidentifikasi adalah merupakan jasa teleskop Hubble.

James Watt

James Watt

                                                                                                                                         

James Watt, seorang insinyur besar dari Skotlandia, Britania Raya yang berhasil menciptakan mesin uap pertama yang efisien. Seorang penemu yang mengembangkan mesin uap yang menjadi dasar dan kekuatan dari Revolusi Industri. Salah satu orang yang memiliki pengaruh yang penting dalam sejarah, dan bahkan untuk menghargai jasanya, nama belakangnya yaitu Watt digunakan sebagai nama satuan daya, misalnya daya mesin dan daya listrik. Namun, siapakah sosok James Watt ini?

James Watt lahir pada tanggal 19 Januari, 1736 di Greenock, satu kota pelabuhan laut di Firth Clyde, Skotlandia. Ayahnya adalah pemilik kapal dan kontraktor, sedangkan ibunya, Agnes Muirhead, datang dari keluarga terhormat dan berpendidikan. Ketika Watt masih kecil, ia memiliki kesehatan yang buruk, kondisinya lemah dan sering sakit-sakitan. Berkat kegighan kedua orangtuanya, Watt berhasil melewati masa balitanya dan tumbuh besar, tetapi kesehatannya tetap rapuh dan ia sering mengalami sakit kepala dan sakit gigi yang menyiksa. Karena kesehatannya yang rapuh itu, Watt bersekolah secara tidak teratur dan lebih banyak mendapat pendidikan di rumah oleh kedua orangtuanya. Ayahnya mengajarinya menulis dan berhitung sadangkan ibunya mengajarinya membaca. Ketika usianya 11 tahun, Watt diharuskan menempuh pendidikan di sekolah umum, tetapi, dia kurang bisa bergaul dengan anak-anak lainnya, dia pun sering diganggu dan diambil uang sakunya oleh anak-anak nakal disekolahnya. 

Dua tahun kemudian, Watt pindah ke Grenock Grammar School. Pelan-pelan, Watt pun mendapat beberapa teman. Walaupun bahasa Latin dan Yunani tidak menggerakkan hatinya, dia menunjukkan ketangkasan yang luar biasa untuk ilmu pasti seperti matematika. Berkat kerajinan dan kegigihannya, Watt pun berhasil menyelasaikan pendidikannya.

Ketika ia berusia 18 tahun, ia pergi ke Universitas Glasgow. Disana, ia menemui George Muirhead, salah seorang dosen universtias tersebut. George Muirhead memperkenalkan Watt pada Robert Dick, seorang ilmuwan di Universitas Glasgow. Robert Dick pun terkesan oleh bakan Watt dan ia kemudian mempekerjakan anak muda itu sebagai asistennya. Pada tahun 1755, ibunya meninggal dunia dan kesehatan ayahnya perlahan-lahan mulai merosot, Watt pun melakukan perjalanan ke London untuk melanjutkan study tentang pembuatan instrument dan peralatan selama satu tahun, kemudian kembali ke Skotlandia dengan tujuan membuat sendiri bisnis pembuatan instrumennya. Tetapi, karena dia tidak menyelesaikan tujuh tahun study nya sebagai apprentice (murid yang bekerja sambil belajar), permohonan untuk membuka bisnis tersebut terhambat, dan pada saat itu belum ada pembuat instrumen dan peralatan matematika di Skotlandia.

Dengan dibantu oleh tiga orang professor yang ada di Universitas Glasgow, James Watt akhirnya diberi kesempatan untuk membuka workshop (bengkel) kecil di universitas.

Pada tahun 1964, Watt menjadi tertarik dengan ihwal mesin uap tatkala dia sedang membetulkan pompa ciptaan Newcomen bersama temannya, Profesor John Anderson.

Pompa Newcomen adalah pompa yang digunakan secaras luas di abad 18 untuk menguras air, mengangkut pekerja, dan memindahkan peralatan di lubang-lubang pertambangan. Prinsip kerja pompa Newcomen didasarkan pada pemanfaatan keadaan vakum dalam silinder yang terjadi karena uap air didinginkan secara tiba-tiba. Keadaan vakum di ruang silinder menghisap katup sehingga lengan ayun bergerak turun. Setlah keadaan vakum hilang, beban di ujung lain lengan akan mengembalikan katup ke posisi semula dan proses tersebut mengulang kembali. Pada saat itu, Watt sama sekali tidak pernah mengoperasikan mesin uap, tetapi dia tetap berusaha untuk membuat satu model mesin. Walaupun gagal, dia tetap melanjutkan percobaannya dan mulai membaca apa saja yang bisa dibacanya. Dia kemudian secara terpisah menemukan pentingnya energi panas yang ditimbulkan dan diserap oleh tiap-tiap obyek untuk mengerti lebih jauh tentang mesin. Pada tahun 1765, dia berhasil membuat sebuah model mesin yang dapat bekerja dengan baik.

Keberhasilan Watt pertama yang dipatenkannya di tahun 1769 adalah penambahan ruang terpisah yang diperkokoh. Dia juga membikin isolasi pemisah untuk mencegah menghilangnya panas pada silinder uap, dan di tahun 1782 dia menemukan mesin ganda. Dengan beberapa perbaikan kecil, pembaruan ini menghasilan peningkatan efisiensi mesin uap dengan empat kali lipat atau lebih. Dalam praktek, peningkatan efisiensi ini memang merupakan hasil dari suatu kecerdasan namun tidaklah begitu merupakan peralatan yang bermanfaat dan bukan pula punya kegunaan luar biasa ditilik dari sudut industri.

Watt juga menemukan (di tahun 1781) seperangkat gerigi untuk mengubah gerak balik mesin sehingga menjadi gerak berputar. Alat ini meningkatkan secara besar-besaran penggunaan mesin uap. Watt juga berhasil menciptakan pengontrol gaya gerak melingkar otomatis (tahun 1788), yang menyebabkan kecepatan mesin dapat secara otomatis diawasi. Juga menciptakan alat pengukur bertekanan (tahun 1790), alat penghitung kecepatan, alat petunjuk dan alat pengontrol uap sebagai tambahan perbaikan lain-lain peralatan.

Watt sendiri tidak punya bakat bisnis. Tetapi, di tahun 1775 dia melakukan persekutuan dengan Matthew Boulton, seorang insinyur, dan seorang pengusaha yang cekatan. Selama dua puluh lima tahun sesudah itu, perusahaan Watt dan Boulton memproduksi sejumlah besar mesin uap dan keduanya menjadi kaya raya. Mesin uap bekerja ganda penemuan Watt tahun 1769 Memang sulit melebih-lebihkan arti penting mesin uap. Sebab, memang banyak penemuan-penemuan lain yang memegang peranan penting mendorong berkembangnya Revolusi Industri. Misalnya, perkembangan dunia tambang, metalurgi, dan macam-macam peralatan mesin. Sekoci yang meluncur bolak-balik dalam mesin tenun (penemuan John Kay tahun 1733), atau alat pintal (penemuan James Hargreaves tahun 1764) semuanya terjadi mendahului kreasi Watt.

Sebagian terbesar dari penemuan-penemuan itu hanyalah merupakan penyempurnaan yang kurang berarti dan tak satu pun punya arti vital dalam kaitan dengan bermulanya Revolusi Industri. Lain halnya dengan penemuan mesin uap yang memainkan peranan penting dalam Revolusi Industri, yang tampaknya keadaan akan mengalami bentuk lain. Sebelumnya, meskipun tenaga uap digunakan untuk kincir angin dan putaran air, sumber pokok tenaga mesin terletak pada tenaga manusia. Faktor ini amat membatasi kapasitas produksi industri. Berkat penemuan mesin uap, keterbatasan ini tersingkirkan. Sejumlah besar energi kini dapat disalurkan untuk hal-hal yang produktif yang menanjak dengan teramat derasnya. Embargo minyak tahun 1973 membuat kita sadar betapa sengsaranya jika bahan energi berkurang dan mampu melumpuhkan industri. Pengalaman ini, pada tingkat tertentu, mendorong kita membayangkan arti penting Revolusi Industri berkat penemuan James Watt.

Di samping manfaat tenaga untuk pabrik, mesin uap juga punya guna besar di bidang-bidang lain. Di tahun 1783, Marquis de Jouffroy di Abbans berhasil menggunakan mesin uap untuk penggerak kapal. Di tahun 1804, Richard Trevithick menciptakan lokomotif uap pertama. Tak satu pun dari model-model pemula itu berhasil secara komersial. Dalam tempo beberapa puluh tahun, barulah baik kapal maupun kereta api menghasilkan revolusi baik di bidang pengangkutan darat maupun laut.

Revolusi Industri berlangsung hampir berbarengan dengan Revolusi Amerika maupun Perancis. Meskipun waktu itu tampaknya sepele, kini tampak jelas betapa Revolusi Industri itu seakan digariskan mempunyai makna jauh lebih penting untuk peri kehidupan manusia ketimbang arti penting revolusi politik. James Watt, oleh sebab itu tergolong salah seorang yang punya pengaruh penting dalam sejarah.