Relasi Empirik Diameter Asteroid Dengan Fenomena Tsunami Dan Gempa TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana dari Institut Teknologi Bandung oleh:
Dhany Dewantara NIM: 10302020 Program Studi Astronomi
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung 2007
i
Relasi Empirik Diameter Asteroid Dengan Fenomena Tsunami Dan Gempa
Disetujui oleh: Pembimbing,
__________________ Dr. Suryadi Siregar
ii
PEDOMAN PENGGUNAAN TUGAS AKHIR Tugas akhir ini telah diselesaikan dengan sebaik-baiknya dan diharapkan dapat berguna untuk pengembangan lebih jauh. Dalam penggunaan buku ini, akan lebih mudah jika dijelaskan sistematika penulisannya. Pada awal pembahasan, sebagai pendahuluan akan dijelaskan latar belakang pemilihan topik bencana tsunami dan gempa akibat jatuhnya asteroid dengan berbagai batasan masalahnya. Dijelaskan pula metode yang penulis gunakan disertai tujuan yang ingin dicapai dalam bab satu. Pengetahuan mendasar tentang orbit dan sifat fisis asteroid penulis rasa perlu untuk dipahami. Definisi benda langit yang masuk dalam kategori asteroid, kecerlangan, diameter, kerapatan dan kemiripan asteroid dengan meteorit dicoba dijelaskan penulis pada bab dua. Tidak lupa pula disertakan klasifikasi asteroid berdasarkan orbitnya yang memperlihatkan bahwa tipe AAA-lah yang memang patut dipelajari lebih lanjut. Pada bab tiga akan dimulai pembahasan mengenai potensi bencana yang mungkin terjadi. Syarat terjadinya tabrakan, skala bahaya TORINO yang diperkenalkan sebagai penyamaan suara dan kasus Tunguska sebagai contoh kejadian penulis usahakan jelaskan dengan sebaik-baiknya. Proses – proses yang terjadi dalam peristiwa tabrakan asteroid dengan bumi berawal dari usaha penetrasi atmosfer hingga terjadinya tsunami secara teori akan dikemukakan pada bab empat. Tidak lupa pula disertai gempa yang dapat terjadi sebagai sebuah satuan yang dapat digunakan untuk menyetarakan bencana ini dengan bencana yang sering terjadi di bumi. Pada bab selanjutnya akan dijelaskan proses perhitungan yang dilakukan penulis beserta hasil yang diperoleh. Persamaan empiris yang didapat akan diutarakan pada bab ini berikut analisa yang mengikutinya. Bab ini dibagi berdasarkan proses asteroid menabrak bumi dari penetrasi atmosfer hingga tsunami dan gempa. Bab enam sebagai penutupan dari buku ini akan menjelaskan secara menyeluruh kesimpulan yang dapat diambil dari pengerjaan tugas akhir ini.
iii
Untuk para sahabat dan saudaraku yang berusaha untuk terus menjadi lebih baik
iv
KATA PENGANTAR
Buku yang kini berada di hadapan Anda adalah tugas akhir yang saya buat ketika menjalani akhir dari masa studi di tahap sarjana program studi Astronomi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Tidak terasa sudah lima tahun, sejak 2002, saya menginjakkan kaki di ITB hingga buku ini selesai tertata dengan sebaik-baiknya. Perjalanannya tidak mudah, selalu ada halangan di sana sini. Saya bersyukur karenanya, dengan begitu banyak halangan berkembanglah diri ini. Karena suka atau tidak suka halangan itu memang harus dihadapi, dengan begitu saya merasa mencapai tingkatan pencapaian yang lebih tinggi. Tetap saja, halangan tidak habis ketika buku ini selesai, masih banyak yang lebih berat di masa depan. Oleh karena itu, pada pembukaan pengantar ini saya menghimbau kepada pembaca terutama diri saya sendiri untuk bersiap dengan sikap pantang menyerah menghadapi cobaan di hari esok. Dalam tugas akhir ini saya mencoba memaparkan bencana besar yang sewaktuwaktu dapat terjadi di bumi yang telah ditempati manusia selama berjuta-juta tahun. Bencana besar yang ditinjau disebabkan oleh jatuhnya benda tata surya khususnya yang masuk pada kategori PHA (Potentially Hazardous Asteroid) atau asteroid yang berpotensi menimbulkan bencana. Dengan geografis bumi yang meliputi 80-90% air, besarlah peluangnya asteroid yang menabrak jatuh di perairan dan berpotensi menimbulkan gelombang tsunami. Penyelesaian buku tugas akhir ini tidak akan tercapai jika saya mengerjakan sendiri tanpa bantuan lainnya, baik moriil maupun materiil. Terima kasih pertama saya panjatkan kepada Allah S.W.T, Maha Pemberi Petunjuk, Maha Mengetahui. Kemudian yang selalu menjadi landasan motivasi dalam berilmu setinggitingginya adalah orang tua yang dengan sabarnya memberikan segala-galanya. Mendidik, merawat dan memberi nasihat hingga saya berada di sini saat ini menyelesaikan tugas akhir pada tingkat sarjana. Terima kasih kepada teman-teman astronomi satu angkatan, 2002, yang terus menjalin keakraban dari waktu ke waktu. Melalui milis globular_cluster, tatap
v
muka maupun melalui beberapa acara yang pernah kita buat bersama. Terima kasih kepada kalian meskipun beberapa sudah sibuk di tempat lain ataupun sibuk dengan masalah masing-masing, seperti kasus akademik, tapi masih mau dijadikan tempat diskusi. Juga kepada rekan-rekan satu tim yang mendirikan langitselatan.com bersamasama dalam waktu beberapa bulan terakhir dan juga para komunitas astronomi di seluruh penjuru Indonesia yang membuat saya termotivasi untuk terus ikut mengembangkan astronomi di Indonesia. Idealisme yang kita pegang teguh dan mencoba menyatukan dengan realita, memang langkah yang berat, tapi kalau bukan kita siapa lagi yang berani berkorban. Terakhir dan terpenting adalah dosen – dosen astronomi dan ITB pada umumnya yang telah memberikan begitu banyak waktu, tenaga dan pikiran selama saya menjalani studi di Astronomi ITB. Lebih khusus lagi adalah Bpk. Dr. Suryadi Siregar yang telah memberikan begitu banyak ide dan referensi hingga terciptanya tugas akhir ini. Di tengah kesibukan, masih sempat dan mau menerima gangguangangguan saya dan memberikan nasihat yang bermanfaat, efektif dan efisien. Saya akan berusaha untuk menerapkan kerangka berpikir bahwa inovasi itu tidak hanya berawal dari ketidakadaan, tapi juga mengembangkan yang sudah ada dan menjadikannya lebih baik. Tidak ada habisnya ucapan terima kasih ini kalau diteruskan. Bisa jadi satu buku sendiri. Pastinya saya ingin mengucapkan terima kasih kepada semua aspek yang telah memberikan pengaruh kepada saya dalam penyelesaian tugas akhir sekaligus masa studi saya di tingkat sarjana Astronomi ITB. Bandung, Juli 2007 Penulis
Dhany Dewantara
vi
DAFTAR ISI
PEDOMAN PENGGUNAAN TUGAS AKHIR ................................................... iii KATA PENGANTAR .............................................................................................v DAFTAR ISI......................................................................................................... vii DAFTAR TABEL.................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................x DAFTAR SIMBOL/ISTILAH ............................................................................... xi ABSTRAK ........................................................................................................... xiii ABSTRACT......................................................................................................... xiv BAB 1
PENDAHULUAN ...................................................................................2
1.1
Latar Belakang .........................................................................................2
1.2
Batasan Masalah ......................................................................................3
1.3
Metode yang digunakan ...........................................................................3
1.4
Tujuan Tugas Akhir .................................................................................4
BAB 2
ORBIT DAN SIFAT FISIS ASTEROID.................................................6
2.1
Asteroid ....................................................................................................6
2.2
Kecerlangan..............................................................................................7
2.3
Diameter Asteroid ....................................................................................8
2.4
Kerapatan .................................................................................................8
2.5
Meteorit ....................................................................................................8
2.6
Orbit Asteroid ........................................................................................10
BAB 3
ASTEROID DAN POTENSI BENCANA ............................................13
3.1
Syarat terjadinya tabrakan Asteroid - Bumi...........................................13
vii
3.2
Skala Bahaya TORINO..........................................................................16
3.3
Peristiwa Tunguska ................................................................................19
BAB 4
TEORI TABRAKAN.............................................................................22
4.1
Memasuki Atmosfer...............................................................................22
4.2
Tsunami Tabrakan..................................................................................25
4.3
Efek Gempa............................................................................................28
BAB 5
ANALISIS DAN PERNYATAAN EMPIRIK ......................................34
5.1
Diameter Asteroid ..................................................................................34
5.2
Memasuki atmosfer................................................................................35
5.3
Tsunami Tabrakan..................................................................................36
5.4
Efek Gempa............................................................................................43
BAB 6
KESIMPULAN DAN SARAN..............................................................45
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................49 LAMPIRAN...........................................................................................................52 Data hasil perhitungan........................................................................................52
viii
DAFTAR TABEL Tabel 2-1 Klasifikasi meteorit berdasarkan komposisi mineralnya ..................... 9 Tabel 2-2 Kelas spektral dan rentang albedo...................................................... 10 Tabel 2-3 Kriteria gugus asteroid menurut Zellner(1979), Kresak(1979) dan Shoemaker et al. (1979) ..................................................................... 11 Tabel 3-1 Daftar PHA berbahaya dan beresiko tinggi (Siregar et al., 2006) ..... 14 Tabel 3-2 Skala Torino yang menunjukkan kerjasama internasional dalam usaha-usaha penelitian kepada bahaya yang ditunjukkan oleh NEA. 17
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 3-1
Lintasan orbit PHA berbahaya (garis putus-putus) dan beresiko tinggi (Siregar et al.,2006)............................................................. 16
Gambar 3-2
Ilustrasi Peristiwa Tunguska dirangkai oleh William K.Hartmann (2007) dari saksi di sekitar lokasi kejadian. a) Sesaat sebelum ledakan, b) saat ledakan, c) setelah ledakan. ................................. 20
Gambar 4-1
Cross section kawah tabrakan tanpa bibir dan dengan bibir (Ward & Asphaug, 1999) ......................................................................... 26
Gambar 4-2
Kekuatan efektif gempa sebagai fungsi jarak dari tiga tabrakan hipotetis di Los Angeles. ............................................................... 31
Gambar 5-1
Distribusi diameter asteroid, dengan sumbu vertikal sebagai diameter dan sumbu horisontal adalah urutan asteroid dalam data. ....................................................................................................... 35
Gambar 5-2
Plot data hasil perhitungan diameter kawah terhadap diameter asteroid penabrak........................................................................... 37
Gambar 5-3
Diagram hubungan antara kedalaman kawah awal dengan diameter meteorit penabrak. ......................................................................... 38
Gambar 5-4
Hubungan jarak maksimum, ketika amplitudo dari bilangan gelombang pertama mencapai nol dengan diameter meteorit penabrak. ....................................................................................... 40
Gambar 5-5
Hubungan kecepatan grup gelombang dengan diameter asteroid . 41
Gambar 5-6
Kurva hubungan energi kinetik dengan diameter asteroid < 1 km 42
Gambar 5-7
Kurva hubungan energi kinetik dengan diameter asteroid, 100 m hingga 4 km ................................................................................... 42
Gambar 5-8
Hubungan kekuatan gempa dengan diameter asteroid dan skala kerusakan yang dapat ditimbulkan berdasarkan skala intensitas Marcelli.......................................................................................... 43
x
DAFTAR SIMBOL/ISTILAH k
bilangan gelombang
kmax
amplitudo maksimum
hT
kedalaman kawah maksimum yang dapat terbentuk di laut
c
kecepatan fasa
r
jarak radial dari titik pusat tabrakan
u
kecepatan kelompok
g
percepatan gravitasi
ω
Frekuensi
RC
radius dalam pada kawah tabrakan
RD
radius luar pada kawah tabrakan
DC
kedalaman kawah
χ1
parameter 1 pada persamaan aproksimasi ketinggian maksimum tsunami
χ2
parameter 2 pada persamaan aproksimasi ketinggian maksimum tsunami
ρI
Kerapatan atau massa jenis asteroid sebagai impactor
ρT
kerapatan atau massa jenis rata-rata dari lokasi tabrakan
ρW
kerapatan atau massa jenis air
ρ(z)
kerapatan atmosfer bergantung ketinggian
ρ0
kerapatan permukaan atmosfer, 1 kg/m3
VI
Kecepatan penabrak
v0
kecepatan penabrak sebelum memasuki lapisan atmosfer
v(z)
kecepatan penabrak dalam atmosfer yang bergantung pada ketinggian
RI
Radius penabrak
CT
parameter air laut
Q
Konstanta hubungan antara radius penabrak dan kedalaman kawah
xi
ε
faktor konversi energi tabrakan dari energi kinetik penabrak
H
magnitudo absolut asteroid
p
albedo asteroid
d
diameter asteroid
dc
diameter kawah
z
ketinggian di atas permukaan bumi
z*
ketinggian saat penabrak mengalami pemecahan
K
skala puncak, rata-rata 8 km untuk bumi
CD
Koefisien seret Atmosfer, sebanding dengan 2
θ
sudut datang penabrak
Yi
Kekuatan penabrak
If
Perbandingan kekuatan penabrak dengan tekanan atmosfer
l
Rentang skala dispersi
uzx
gelombang vertikal, dengan x adalah lokasi gelombang
J0
Polinom silinder Bessel
M
kekuatan gempa
Meff
kekuatan efektif gempa
E
energi kinetik penabrak
I
intensitas getaran
xii
ABSTRAK Tugas akhir ini bertujuan menghasilkan beberapa persamaan empiris yang lebih sederhana guna mempermudah dan mempercepat perhitungan dampak yang ditimbulkan akibat jatuhnya asteroid di lautan. Informasi mengenai elemen orbit, dan diameter NEA digunakan untuk membuat daftar NEA yang perlu diwaspadai sebagai objek potensial menabrak Bumi, selain itu elemen orbit digunakan untuk mencari relasi empirik, energi, serta amplitudo gelombang terhadap diameter asteroid. Ward dan Asphaug (1999) telah memperkenalkan teori tsunami tabrakan. Proses awal mereka adalah mengkaitkan kedalaman dan diameter kawah tabrakan dengan karakteristik fisik asteroid seperti kerapatan, radius dan kecepatan saat tumbukan. Kemudian diilustrasikan kawah tersebut berevolusi menjadi gelombang permukaan laut vertikal pada waktu dan posisi tertentu. Sebelum mencapai permukaan laut, akan ditinjau pula proses penetrasi atmosfer yang dengan baik dijelaskan oleh Collins et al. (2005). Hasil dari peninjauan proses penetrasi atmosfer memperlihatkan bahwa asteroid tipe-S dengan diameter minimum 118 m dan kecepatan rata-rata 17 km/s tidak mengalami efek yang signifikan. Memang pantas asteroid dengan tipe tersebut masuk dalam kategori PHA. Perhitungan yang dilakukan dengan teori tsunami tabrakan menghasilkan parameter-parameter gelombang tsunami yang berhubungan langsung dengan diameter asteroid. Persamaan empiris yang diperoleh adalah radius Rc = 9.4749d0.78 dan kedalaman kawah awal DC = 8.4836d-0.78
yang berevolusi
menjadi gelombang tsunami dengan amplitudo maksimum kmax = 2π ( 2.11RC ) dan kecepatan grup u(hT = 20) = - 4.9813d6 + 69.152d5 - 360.54d4 + 865.66d3 964.65d2 + 631.7d + 75.656 yang dapat bergerak hingga jarak r = 3,1818 d0,78 untuk 0,118 < d < 0,74 km dan r = 10,124 d1,56 untuk 0,75 < d < 4,48 km. Kata kunci: asteroid, bencana tsunami, persamaan empiris
xiii
