Medan Magnet Benda Angkasa Oleh: Chatief Kunjaya KK Astronomi ITB TPOA, Kunjaya 2014
Kompetensi Dasar XII.3.4
Menganalisis induksi magnet dan gaya magnetik pada berbagai produk teknologi XII.4.4 Melaksanakan pengamatan induksi magnet dan gaya magnetik di sekitar kawat berarus listrik
TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan pada benda langit
Banyak benda langit mempunyai medan magnet, dari yang sangat lemah hingga yang luar biasa kuat Bumi pun memiliki medan magnet yang relatif tidak begitu kuat Bulan hampir tidak mempunyai medan magnet Matahari mempunyai medan magnet yang bervariasi Magnetar (sejenis bintang neutron) adalah benda langit yang medan magnetnya paling kuat. Galaksi mempunyai medan magnet yang lemah, hanya sekitar 10 micro gauss, tapi berperan dalam aliran gas di bidang galaksi TPOA, Kunjaya 2014
Magnet Bumi Magnet
Bumi tidak begitu kuat, hanya sekitar 0,5 gauss, tapi cukup efektif melindungi Bumi dari angin Matahari dan sinar kosmik. Partikel bermuatan dari angkasa luar sebagian besar dibelokkan oleh medan magnet Bumi, menghindari Bumi, sebagian kecil dibelokkan ke arah kutub Partikel berenergi sangat tinggi mungkin bisa menembus magnetosfer hingga mencapai atmosfer, menyebabkan fenomena sinar kosmik. TPOA, Kunjaya 2014
0,5 gauss
TPOA, Kunjaya 2014
Gerak Partikel dalam medan magnet Bumi Partikel
yang bergerak dalam medan magnet Bumi akan dibelokkan oleh gaya Lorentz. Jika arah gerak tepat tegak lurus terhadap medan magnet, lintasannya akan berbentuk lingkaran Jika arah gerak tidak tegak lurus terhadap medan magnet, lintasannya akan berbentuk spiral TPOA, Kunjaya 2014
F qv B
mv R qB TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Gerak Partikel dalam medan magnet Bumi
TPOA, Kunjaya 2014
Angin Matahari Angin
Matahari terdiri dari partikel Bermuatan berkecepatan tinggi. Partikel bermuatan yang bergerak menyebabkan medan magnet di sekitarnya Angin Matahari mendistorsi medan magnet Bumi Bintang-bintang lain banyak yang menghembuskan angin bintang juga TPOA, Kunjaya 2014
Distorsi Medan Magnet Bumi oleh Angin Matahari
TPOA, Kunjaya 2014
Sinar kosmik
Sinar kosmik adalah partikel bermuatan dari angkasa luar yang berkecepatan tinggi Sebagian besar partikel bermuatan dari angkasa yang jatuh ke magnetosfir Bumi berasal dari Matahari, tapi ada juga yang berasal dari pusat galaksi, supernova dll. Partikel angin Matahari yang bisa masuk hingga atmosfir Bumi menumbuk partikel di atmosfir bisa menghasilkan aurora di daerah sekitar kutub Kecepatan partikel yang berasal dari luar tata surya mempunyai kecepatan jauh lebih tinggi, lebih mungkin menyebabkan sinar kosmik TPOA, Kunjaya 2014
Contoh Soal Sebuah proton masuk ke daerah khatulistiwa Bumi. Pada saat ketinggiannya 20 km dari permukaan Bumi, kecepatan proton itu 0,5 kali kecepatan cahaya dengan arah tegak lurus terhadap permukaan Bumi diatas khatulistiwa Bumi. Apakah proton itu dapat mencapai permukaan Bumi jika tidak menumbuk partikel lain? Diketahui massa proton : 1,6726 × 10-27 kg, muatan proton : 1,6 × 10-19 Coulomb dan medan magnet Bumi 0,6 gauss.
TPOA, Kunjaya 2014
Jawab
Karena medan magnet Bumi, gerak proton akan mendapat gaya ke arah Timur sehingga lintasannya akan melengkung dengan jejari :
mv R qB Dengan
memasukkan angka-angka diatas diperoleh R ≈ 26 km. Karena ketinggiannya lebih kecil dari R maka proton itu akan sampai ke permukaan TPOA, Kunjaya 2014 Bumi meski pun membelok.
Aurora Saat
partikel angin Matahari menumbuk molekul di atmosfir Bumi, terjadi eksitasi, deeksitasi, ionisasi dan rekombinasi. Proses itu menyebabkan pancaran radiasi di angkasa Mengapa terjadi di sekitar kutub? Karena partikel bermuatan dibelokkan oleh medan magnet ke arah kutub kalau tidak dibelokkan menjauhi Bumi. TPOA, Kunjaya 2014
Aurora
TPOA, Kunjaya 2014
Aurora
TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan di Matahari Matahari
mempunyai medan magnet Mekanisme pembangkitannya adalah mekanisme dinamo Partikel bermuatan yang bergerak menghasilkan medan magnet Berbagai macam pola gerak partikel di Matahari menyebabkan pola medan magnet yang kompleks TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan Matahari
Kuat medan magnet di permukaan Matahari sekitar 1 gauss Medan magnet di permukaan Matahari bervariasi menurut lokasi dan waktu Suatu daerah di permukaan Matahari pada suatu waktu bisa mempunyai medan magnet yang jauh lebih tinggi dari sekitarnya. Di tempat yang kuat medan magnetnya tinggi bisa terjadi bintik Matahari (sunspot) Medan magnet di sunspot bisa mencapai 2000 – 4000 gauss, temperaturnya turun hingga sekitar 4500K dari sekitar 5800K TPOA, Kunjaya 2014
Kemagnetan di Matahari
Banyaknya bintik Matahari menunjukkan aktivitas Matahari Ketika di permukaan matahari sedang banyak sunspot, probabilitas terjadinya Prominensa, flare (ledakan) dan lontaran massa corona (Coronal Mass Ejection, CME) juga besar. Ketika terjadi flare atau CME, terlontar massa dalam jumlah besar Kalau lontaran itu ke arah Bumi, hembusan angin Matahari menjadi deras, menyebab-kan badai magnetik di atmosfer atas dan aurora di kutub. TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Bintang Neutron
Bintang neutron adalah sisa inti bintang yang sebagian besar komponennya neutron Massanya setara Matahari diameternya sekitar 10-15 km, rotasinya sangat cepat Bintang neutron memiliki medan magnet yang sangat kuat ≈ 9 x 1013 gauss. Sejenis bintang neutron yang disebut magnetar adalah benda yang diketahui memiliki medan magnet terkuat di alam semesta (hingga saat ini) Kuat medan magnet magnetar dapat mencapai 2 x 1015 gauss Pancaran gelombang radio dari kutub2 bintang neutron jauh lebih kuat daripada sekitarnya TPOA, Kunjaya 2014
Pulsar Bila
sumbu magnet bintang neutron tidak sejajar dengan sumbu rotasi, ketika kutub magnet yang memancarkan gelombang radio mengarah ke Bumi, Bumi akan menerima pulsa gelombang radio. Sumber pulsa radio itu disebut pulsars (pulsating radio source) Dari periode datangnya pulsa dapat diketahui periode rotasi pulsar, biasanya dalam orde milidetik hingga detik. TPOA, Kunjaya 2014
TPOA, Kunjaya 2014
Medan Magnet Galaksi
Dari pengamatan cahaya nintang yang melewati materi antar bintang, diketahui bahwa di ruang antar bintang yang nyaris hampa itu ternyata masih ada medan magnet. Hal ini dapat diketahui dari orientasi bulir debu materi antar bintang yang mempunyai pola tertentu yang diarahkan oleh medan magnet. Arah orientasi bulir itu dapat diketahui dengan pengamatan polarisasi TPOA, Kunjaya 2014
Soal-soal (OSP 2004) Bintik Matahari berwarna gelap disebabkan oleh …………… a. planet dan asteroid melintas Matahari b. medan magnetik kuat c. aliran gas ke atas d. awan di Matahari e. reaksi nuklir di dalam Matahari TPOA, Kunjaya 2014
Soal-soal (OSKK 2007) Partikel angin Matahari dapat ditangkap oleh Magnetosfer Bumi. Ketika partikel-partikel ini bergerak secara spiral di sepanjang medan magnet, akan menghasilkan peristiwa ... a. Efek rumah kaca b. Tropical storms (daerah dimana udara berotasi dengan cepat) c. Warna kemerah-merahan yang sering kita lihat ketika Matahari terbenam d. Aurora (cahaya di arah utara dan selatan) e. Kualitas program di televisi di belahan Bumi utara menjadi terganggu TPOA, Kunjaya 2014
Soal-soal Jika ada suatu elektron yang karena fenomena angin Matahari dilontarkan dari Matahari ke arah Bumi, lintasannya tepat tegak lurus terhadap permukaan Bumi diatas provinsi Riau. Bagaimana lintasan elektron itu ketika masuk ke magnetosfir bumi ? a. terus lurus menuju permukaan Bumi hingga sampai permukaan Bumi b. dibelokkan ke arah Barat c. dipantulkan oleh mangnetosfir sehingga berbalik ke arah Matahari d. dibelokkan ke arah Timur e. lintasannya tidak dapat diprediksi TPOA, Kunjaya 2014
