Astronomi & Kosmologi

Sistem Suria

Rumah kosmik kita — lapan planet, sebuah matahari dan pelbagai jasad kecil yang tidak terkira, tertanam dalam ruang yang memerlukan cahaya lebih daripada separuh tahun untuk mengharunginya.

01

Gambaran Keseluruhan Sistem

Sistem suria terdiri daripada Matahari dan segala sesuatu yang terikat secara graviti kepadanya. Hanya 0.14% daripada jumlah jisim keseluruhan tertumpu pada segala sesuatu selain Matahari — namun pecahan yang amat kecil ini mengandungi lapan planet, ratusan bulan, berjuta-juta asteroid dan berbilion-bilion komet. Hampir semua planet bergerak dalam satah ekliptik, iaitu sisa rata daripada cakera proto-planet tempat sistem ini terbentuk. Satu garis pemisah asas membahagikan dunia planet: had salji pada kira-kira 3–5 AU — di mana sebatian meruap seperti air, metana dan ammonia wujud sebagai ais pada zaman awal sistem suria dan menyumbang kepada pembentukan planet luar yang bersaiz besar.

02

Matahari — Bintang Jujukan Utama G2V

73%
25%
2%
Hidrogen (73%)
Helium (25%)
Unsur Lebih Berat — O, C, Ne, Fe, … (2%)

Matahari menghasilkan tenaganya melalui rantai proton-proton (rantai pp): empat nukleus hidrogen (proton) melebur secara berperingkat menjadi satu nukleus helium. Kehilangan jisim yang terhasil ditukar sepenuhnya kepada tenaga mengikut E = mc² — kira-kira 620 juta tan hidrogen dilebur menjadi helium setiap saat. Kuasa yang disinarkan berjumlah 3.86 × 10²⁶ watt. Namun, sinaran matahari memerlukan masa sehingga 100,000 tahun untuk melalui pengangkutan sinaran yang meresap dari teras ke zon olakan; dari fotosfera ke Bumi pula hanya mengambil masa kira-kira 8 minit.

Kelas Spektrum G2V — Bintang Kuning Yang Tipikal?

Matahari ialah bintang jujukan utama jenis G — dalam astronomi digelar "kerdil kuning", walaupun sebenarnya ia bersinar putih (atmosferlah yang memberikannya warna kekuningan). Bintang jenis G hanya merangkumi kira-kira 7% daripada semua bintang di Bima Sakti; majoritinya ialah kerdil merah (jenis M). Dari segi kecerahan dan jisim, Matahari terletak hampir tepat di pertengahan julat bintang jujukan utama yang stabil — tidak istimewa dari sudut astronomi, tetapi ideal untuk kemunculan kehidupan.

03

Planet Terestrial

Empat planet dalam terbentuk di dalam had salji daripada silikat dan logam. Sebatian meruap yang ringan disejat oleh angin suria dan sinaran awal yang sengit — yang tinggal ialah jasad tumpat dan kaya batuan dengan teras logam. Graviti planet-planet ini terlalu lemah untuk menahan gas ringan seperti hidrogen dan helium.

Lembangan Caloris Merkuri — permukaan yang sangat berkawah tanpa atmosfera, dengan Lembangan Caloris yang besar
Merkuri Planet Berbatu
0.39 AUJarak
87.97 HariTempoh Orbit
0Bulan
2,440 kmJejari
0.055 M⊕Jisim
−170 hingga +430 °CSuhu

Planet yang paling dekat dengan Matahari ini tidak mempunyai atmosfera sebenar, dan oleh itu mengalami turun naik suhu paling ekstrem dalam sistem ini. Yang menarik: Merkuri berputar dalam resonans putaran-orbit 3:2 — tiga putaran pada paksinya bersamaan tepat dengan dua kali mengorbit Matahari. Walaupun bersaiz kecil, Merkuri mempunyai teras besi yang luar biasa besar (85% daripada jejarinya), yang menghasilkan medan magnet yang lemah.

92× tekanan atmosfera Bumi Zuhrah — awan asid sulfurik legap, kesan rumah hijau yang ekstrem
Zuhrah Planet Berbatu
0.72 AUJarak
224.7 HariTempoh Orbit
0Bulan
6,051 kmJejari
0.815 M⊕Jisim
~465 °CSuhu

Planet paling panas dalam sistem suria — lebih panas daripada Merkuri, walaupun lebih jauh daripada Matahari. Puncanya ialah kesan rumah hijau yang ekstrem: atmosfera CO₂ yang tebal (92× tekanan Bumi) hampir tidak membenarkan haba terlepas. Selain itu, Zuhrah berputar secara retrograd dan amat perlahan (satu hari Zuhrah bersamaan 243 hari Bumi, manakala satu tahun Zuhrah hanya 225 hari). Matahari terbit di sebelah barat di sana. Zuhrah dianggap sebagai amaran tentang apa yang boleh berlaku kepada Bumi tanpa maklum balas rumah hijau yang terkawal.

satu-satunya planet lautan yang diketahui mempunyai kehidupan Bumi — lautan, benua, pusaran awan dan topi kutub; satu-satunya planet yang diketahui mempunyai kehidupan
Bumi Planet Berbatu Zon Boleh Huni
1.00 AUJarak
365.25 HariTempoh Orbit
1Bulan
6,371 kmJejari
1.000 M⊕Jisim
Ø +15 °CSuhu

Satu-satunya planet yang diketahui mempunyai air cecair di permukaan dan kehidupan yang disahkan. Tektonik plat mengawal kandungan CO₂ atmosfera sepanjang skala masa geologi (kitaran kapur-karbon) dan seterusnya menstabilkan iklim. Medan magnet yang kuat, dihasilkan oleh teras besi cecair luaran, melindungi biosfera daripada angin suria. Bulan yang agak besar menstabilkan kecondongan paksi Bumi (23.5°) dan mengelakkan turun naik iklim yang huru-hara.

Valles Marineris · Olympus Mons Marikh — Valles Marineris (sistem gaung), topi kutub daripada CO₂ dan air yang beku
Marikh Planet Berbatu Zon Boleh Huni
1.52 AUJarak
686.97 HariTempoh Orbit
2Bulan
3,389 kmJejari
0.107 M⊕Jisim
Ø −60 °CSuhu

Marikh memiliki Olympus Mons, gunung berapi tertinggi dalam sistem suria (21 km), dan sistem gaung terbesar, Valles Marineris (sepanjang 4,000 km, sedalam 7 km). Kini atmosferanya terlalu nipis (0.6% daripada tekanan Bumi) untuk menampung air cecair — namun kesan geologi membuktikan bahawa Marikh pernah mempunyai air cecair di permukaannya kira-kira 3–4 bilion tahun dahulu. Kehilangan medan magnetnya kira-kira 4 bilion tahun lalu membolehkan angin suria menghakis atmosferanya.

04

Gergasi Gas & Gergasi Ais

Di luar had salji, planet-planet dapat mengumpul jisim yang mencukupi daripada sebatian beku (ais, metana, ammonia) untuk menarik hidrogen dan helium daripada nebula proto-planet melalui gravitinya. Gergasi gas terutamanya terdiri daripada H dan He; gergasi ais mengandungi peratusan "ais" yang lebih besar — dalam planetologi ini merujuk kepada sebatian seperti H₂O, NH₃ dan CH₄ dalam keadaan superkritikal atau cecair, bukan ais air pepejal.

Io · Europa · Ganymede · Callisto Musytari — jalur awan, Tompok Merah Besar dan empat bulan Galileo
Musytari Gergasi Gas
5.20 AUJarak
11.86 TahunTempoh Orbit
115Bulan
69,911 kmJejari
317.8 M⊕Jisim
−108 °CSuhu

Planet terbesar ini mengatasi jisim semua planet lain digabungkan sebanyak lebih dua kali ganda. Tompok Merah Besarnya ialah ribut yang telah bergolak selama sekurang-kurangnya 350 tahun, lebih besar daripada Bumi. Musytari berputar paling pantas antara semua planet (9 jam 56 minit) dan membentuk jalur awan yang menonjol akibat daya Coriolis yang kuat. Empat bulan Galileo (Io, Europa, Ganymede, Callisto) — ditemui oleh Galileo pada 1610 — masing-masing merupakan dunia yang mengagumkan: Io aktif secara gunung berapi, manakala Europa mempunyai lautan global di bawah kerak aisnya.

Sistem Cincin · Titan · Enceladus Zuhal — sistem cincin yang luas terdiri daripada zarah ais dan batuan
Zuhal Gergasi Gas
9.58 AUJarak
29.46 TahunTempoh Orbit
293Bulan
58,232 kmJejari
95.2 M⊕Jisim
−139 °CSuhu

Sistem cincin Zuhal yang menakjubkan terdiri daripada berbilion-bilion ketulan ais dan batuan (1 cm hingga beberapa meter) yang merentangi jejari sehingga 282,000 km, tetapi hanya setebal 10–100 m. Ketumpatan puratanya iaitu 0.69 g/cm³ adalah yang paling rendah antara semua planet — Zuhal boleh terapung di atas air. Bulannya, Titan, mempunyai atmosfera nitrogen yang tebal dan tasik metana cecair. Enceladus menyemburkan geiser air ke angkasa — petunjuk kewujudan lautan subglasier.

Kecondongan Paksi 97.77° Uranus — lapisan awan yang hampir tanpa struktur, cincin hampir tegak akibat kecondongan paksi yang ekstrem
Uranus Gergasi Ais
19.2 AUJarak
84.02 TahunTempoh Orbit
29Bulan
25,362 kmJejari
14.5 M⊕Jisim
−224 °CSuhu

Uranus ialah planet paling sejuk dalam sistem suria — walaupun Neptun lebih jauh daripada Matahari. Ia hampir tidak memancarkan haba dalaman, yang menunjukkan struktur dalaman yang luar biasa. Ciri paling menonjolnya ialah kecondongan paksi 97.77°: ia seolah-olah berguling pada orbitnya dan menghadapkan salah satu kutubnya kepada Matahari secara bergilir-gilir selama ~42 tahun. Kedudukan ini kemungkinan besar terhasil daripada perlanggaran dengan jasad sebesar Bumi.

Tompok Gelap Besar · Triton Neptun — angin terkuat dalam sistem suria, tompok ribut gelap, bulan Triton
Neptun Gergasi Ais
30.1 AUJarak
164.8 TahunTempoh Orbit
16Bulan
24,622 kmJejari
17.1 M⊕Jisim
−214 °CSuhu

Neptun mempunyai angin terkuat yang pernah diketahui dalam sistem suria — sehingga 2,100 km/j, walaupun ia hampir tidak menerima tenaga suria. Oleh itu, ia mesti memancarkan haba dalaman yang besar. Bulan terbesarnya, Triton, mengorbitnya secara retrograd — petunjuk bahawa Triton bukan bulan semula jadi, sebaliknya objek yang ditangkap daripada Lingkaran Kuiper. Triton bergerak secara heliks ke arah Neptun dan akan tercabik-cabik dalam kira-kira 3.6 bilion tahun lagi.

05

Zon Boleh Huni

Merkuri Zuhrah Bumi Marikh Matahari Zon Boleh Huni 0.99–1.70 AU (konservatif) ← terlalu panas terlalu sejuk →

Zon Boleh Huni (HZ), juga dikenali sebagai zon Goldilocks, ialah kawasan di sekeliling sebuah bintang di mana sebuah planet dengan atmosfera boleh mempunyai air cecair di permukaannya. Sempadannya bergantung kepada kecerahan bintang, albedo (kebolehpantulan) planet dan komposisi atmosferanya. HZ konservatif sistem kita terletak antara 0.99 hingga 1.70 AU — Marikh berada di sempadan luar, tetapi tidak menikmati kesan rumah hijau kerana atmosferanya yang tidak mencukupi. Zuhrah pula sepatutnya berada dalam HZ, tetapi kehilangan semua lautan airnya akibat kesan rumah hijau yang tidak terkawal.

Zon Boleh Huni Subsolar — Kehidupan Tanpa Cahaya Matahari

Model HZ klasik hanya menggambarkan planet di permukaan. Namun kehidupan juga boleh wujud jauh di luar zon itu: bulan Europa milik Musytari dan bulan Enceladus milik Zuhal mempunyai lautan air masin global di bawah kerak ais yang tebal, dipanaskan oleh daya ombak. Enceladus secara aktif menyemburkan geiser air ke angkasa, yang dianalisis oleh kapal angkasa Cassini — dan mendapati sebatian organik serta hidrogen molekul. Ini menunjukkan aktiviti hidroterma yang telah menampung kehidupan di Bumi selama berbilion-bilion tahun. Oleh itu, konsep HZ perlu diperluas dengan zon subsolar yang merentangi jarak yang jauh lebih luas.

06

Jasad Kecil & Kawasan Sempadan

Di antara, di luar dan di sekeliling planet-planet, pelbagai objek kecil mendiami sistem suria — sisa fosil zaman pembentukan, jasad yang ditangkap atau serpihan daripada perlanggaran silam.

Lingkaran Asteroid
Antara Marikh dan Musytari, pada 2.2–3.2 AU. Berjuta-juta ketulan batuan — namun jumlah jisimnya kurang daripada 4% jisim Bulan. Ceres (Ø 939 km) ialah satu-satunya planet kerdil dalam lingkaran ini. Graviti Musytari menghalang pembentukan planet di sini.
Asteroid Trojan
Lebih 15,000 asteroid berkongsi orbit Musytari pada titik Lagrange yang stabil secara graviti, L4 dan L5 (60° di hadapan dan di belakang Musytari). Neptun, Marikh, Bumi dan Zuhrah turut mempunyai Trojan.
Planet Kerdil
Pluto (2,377 km), Eris, Makemake, Haumea dan Ceres memenuhi syarat pertama dan kedua IAU (mengorbit bintang + keseimbangan hidrostatik), tetapi belum membersihkan orbit mereka. Lebih daripada 200 calon lain turut diketahui.
Lingkaran Kuiper
Dari 30 hingga ~50 AU. Kediaman Pluto, Eris dan beribu-ribu objek Lingkaran Kuiper (KBO). Takungan komet berkala pendek (tempoh orbit < 200 tahun). Peninggalan cakera awal yang tidak pernah berakresi menjadi planet.
Awan Oort
Cengkerang sfera dari ~2,000 hingga 200,000 AU. Tidak pernah diperhatikan secara langsung, hanya disimpulkan daripada orbit komet berkala panjang. Mengandungi trilion objek ais. Dari sudut graviti, di sinilah ruang antara bintang bermula.
Komet
Campuran ais dan debu yang menyejat apabila menghampiri Matahari dan menghasilkan ekor — sentiasa mengarah menjauhi angin suria. Komet berkala pendek berasal daripada Lingkaran Kuiper, manakala yang berkala panjang daripada Awan Oort.
Voyager 1 — Kapal Angkasa Yang Mengembara Paling Jauh

Voyager 1, dilancarkan pada 1977, menjadi objek buatan manusia pertama yang melepasi heliopaus — sempadan antara angin suria dan medium antara bintang — pada jarak kira-kira 121 AU pada 2012. Sejak itu ia berada dalam ruang antara bintang, tetapi masih menghantar isyarat radio yang lemah ke Bumi (masa perjalanan: ~22 jam). Ia hanya mengambil masa beberapa dekad untuk sampai ke Lingkaran Kuiper; untuk sampai ke bahagian dalam Awan Oort, ia masih memerlukan kira-kira 300 tahun lagi, dan ke sempadan luarnya ~30,000 tahun.

07

Pembentukan — Hipotesis Nebula

Sistem suria terbentuk kira-kira 4.57 bilion tahun lalu daripada awan molekul gas dan debu yang runtuh. Puncanya kemungkinan besar ialah gelombang kejutan daripada supernova berdekatan — ini juga menjelaskan mengapa terdapat isotop radioaktif jangka pendek seperti ²⁶Al dalam sistem suria awal, yang hanya terhasil daripada bahan lontaran supernova.

Keruntuhan Awan Molekul
Awan itu runtuh di bawah gravitinya sendiri. Melalui pemuliharaan momentum sudut, ia menjadi rata membentuk cakera berputar — cakera proto-planet. Pusatnya memampat menjadi protobintang (bakal Matahari).
Planetesimal & Akresi
Zarah debu bergumpal melalui daya elektrostatik menjadi objek bersaiz sentimeter dan meter. Melalui perlanggaran seterusnya, terbentuk planetesimal (bersaiz kilometer), yang mengumpul semakin banyak bahan melalui graviti. Dalam masa beberapa juta tahun, embrio planet terbentuk.
Had Salji Menentukan
Pada ~3–5 AU, bahan meruap (H₂O, NH₃, CH₄) dapat wujud sebagai ais. Embrio planet di luar sempadan ini dengan cepat mengumpul jisim yang mencukupi (~10 M⊕) untuk menarik hidrogen dan helium secara graviti melalui akresi gas — begitulah Musytari dan Zuhal terbentuk dalam masa beberapa juta tahun, ketika nebula masih wujud.
Pengeboman Lewat Hebat (Late Heavy Bombardment)
Kira-kira 4.1–3.8 bilion tahun lalu, planet dalam dan Bulan mengalami fasa hentaman yang sengit. Puncanya kemungkinan besar ialah penyusunan semula graviti planet gergasi (Model Nice): Musytari dan Zuhal memasuki resonans orbit dan melontarkan berjuta-juta planetesimal ke kawasan dalam.
Penstabilan — Sistem Hari Ini
Angin suria menyingkirkan baki nebula gas; planet-planet membersihkan orbit masing-masing. Yang tinggal ialah sistem yang stabil secara dinamik — orbit planet-planet kekal stabil secara meluas selama berbilion-bilion tahun, kecuali Merkuri dan Marikh. Bumi kehilangan sebahagian jisimnya melalui hipotesis hentaman gergasi, yang kemudian terbentuk semula sebagai Bulan.
Mengapa Kita Mempunyai Lapan Planet — Bukan Empat atau Dua Belas?

Bilangan planet bukanlah suatu kebetulan, sebaliknya akibat fizik cakera dan graviti: jika terlalu rapat antara satu sama lain, planet-planet menjadi tidak stabil dalam skala masa yang panjang; jika terlalu jauh, bahan tidak cukup berakresi. Simulasi komputer menunjukkan bahawa sistem kita mempunyai kestabilan yang istimewa berbanding banyak keadaan permulaan yang mungkin — mungkin dibantu oleh pembentukan awal Musytari, yang "membersihkan" bahan asteroid dan menghalang pembentukan planet terestrial kelima. Dalam keadaan permulaan yang berbeza, Marikh berkemungkinan menjadi jauh lebih besar jisimnya.

→ Ke Gambaran Kosmologi Bintang & Kitaran Hayatnya Semua Topik