Astronomi ialah cabang ilmu alam yang melibatkan pengamatan benda-benda langit (seperti halnya bintang, planet, komet, nebula, gugus bintang, atau galaksi) serta fenomena-fenomena alam yang terjadi di luar atmosferBumi (misalnya radiasi
latar belakang kosmik (radiasi CMB)). Ilmu ini secara
pokok mempelajari pelbagai sisi dari benda-benda langit — seperti asal-usul,
sifat fisika/kimia, meteorologi, dan gerak — dan bagaimana pengetahuan akan
benda-benda tersebut menjelaskan pembentukan dan perkembangan alam semesta.
Astronomi sebagai ilmu adalah salah
satu yang tertua, sebagaimana diketahui dari artifak-artifak astronomis yang
berasal dari era prasejarah; misalnya monumen-monumen dari Mesir dan Nubia, atau Stonehenge yang berasal dari Britania. Orang-orang dari peradaban-peradaban awal semacam Babilonia, Yunani, Cina, India, dan Maya juga didapati telah melakukan pengamatan yang metodologis atas langit malam. Akan tetapi meskipun memiliki sejarah yang panjang, astronomi baru dapat
berkembang menjadi cabang ilmu pengetahuan modern melalui penemuan teleskop.
Cukup banyak cabang-cabang ilmu yang
pernah turut disertakan sebagai bagian dari astronomi, dan apabila
diperhatikan, sifat cabang-cabang ini sangat beragam: dari astrometri, pelayaran berbasis angkasa, astronomi observasional, sampai dengan penyusunan kalender dan astrologi. Meski demikian, dewasa ini astronomi profesional
dianggap identik dengan astrofisika.
Pada abad ke-20, astronomi
profesional terbagi menjadi dua cabang: astronomi observasional dan astronomi teoretis. Yang
pertama melibatkan pengumpulan data dari pengamatan atas benda-benda langit,
yang kemudian akan dianalisis menggunakan prinsip-prinsip dasar fisika. Yang
kedua terpusat pada upaya pengembangan model-model komputer/analitis guna
menjelaskan sifat-sifat benda-benda langit serta fenomena-fenomena alam
lainnya. Adapun kedua cabang ini bersifat komplementer — astronomi teoretis
berusaha untuk menerangkan hasil-hasil pengamatan astronomi observasional, dan
astronomi observasional kemudian akan mencoba untuk membuktikan kesimpulan yang
dibuat oleh astronomi teoretis.
Astronom-astronom amatir telah dan terus berperan penting dalam banyak penemuan-penemuan
astronomis, menjadikan astronomi salah satu dari hanya sedikit ilmu pengetahuan
di mana tenaga amatir masih memegang peran aktif, terutama pada penemuan dan
pengamatan fenomena-fenomena sementara.
Astronomi harus dibedakan dari
astrologi, yang merupakan kepercayaan bahwa nasib dan urusan manusia
berhubungan dengan letak benda-benda langit seperti bintang atau rasinya.
Memang betul bahwa dua bidang ini memiliki asal-usul yang sama, namun pada saat
ini keduanya sangat berbeda.
Leksikologi
Kata astronomi berasal dari bahasa Yunani, yaitu kata astron (ἄστρον, "bintang") yang kemudian
diberi akhiran -nomi dari nomos (νόμος, "hukum" atau
"budaya"). Maka secara harafiah ia bermakna "hukum/budaya bintang-bintang".
Penggunaan istilah "astronomi" dan "astrofisika"
Secara umum baik
"astronomi" maupun "astrofisika" boleh digunakan untuk
menyebut ilmu yang sama. Apabila hendak merujuk ke definisi-definisi kamus yang
baku, "astronomi" bermakna "penelitian benda-benda langit dan
materi di luar atmosfer Bumi serta sifat-sifat fisika dan kimia benda-benda dan
materi tersebut" sedang "astrofisika" adalah cabang dari
astronomi yang berurusan dengan "tingkah laku, sifat-sifat fisika, serta
proses-proses dinamis dari benda-benda dan fenomena-fenomena langit".
Dalam kasus-kasus tertentu, misalnya
pada pembukaan buku The Physical Universe oleh Frank Shu, "astronomi" boleh
dipergunakan untuk sisi kualitatif dari ilmu ini, sedang
"astrofisika" untuk sisi lainnya yang lebih berorientasi fisika.
Namun demikian, penelitian-penelitian astronomi modern kebanyakan berurusan
dengan topik-topik yang berkenaan dengan fisika, sehingga bisa saja kita
mengatakan bahwa astronomi modern adalah astrofisika. Banyak badan-badan
penelitian yang, dalam memutuskan menggunakan istilah yang mana, hanya
bergantung dari apakah secara sejarah mereka berafiliasi dengan departemen-departemen
fisika atau tidak. Astronom-astronom profesional sendiri banyak yang memiliki
gelar di bidang fisika. Untuk ilustrasi lebih lanjut, salah satu jurnal ilmiah
terkemuka pada cabang ilmu ini bernama Astronomy and Astrophysics (Astronomi dan Astrofisika).
Sejarah
Pada awalnya, astronomi hanya
melibatkan pengamatan beserta prediksi atas gerak-gerik benda-benda langit yang
terlihat dengan mata telanjang. Pada beberapa situs seperti Stonehenge,
peradaban-peradaban awal juga menyusun artifak-artifak yang diduga memiliki
kegunaan astronomis. Observatorium-observatorium purba ini jamaknya bertujuan seremonial, namun dapat
juga dimanfaatkan untuk menentukan musim, cuaca, dan iklim — sesuatu yang wajib
diketahui apabila ingin bercocok tanam — atau memahami panjang tahun.
Sebelum ditemukannya peralatan
seperti teleskop, penelitian harus dilakukan dari atas bangunan-bangunan atau
dataran yang tinggi, semua dengan mata telanjang. Seiring dengan berkembangnya
peradaban, terutama di Mesopotamia, Cina, Mesir, Yunani, India, dan Amerika
Tengah, orang-orang mulai membangun observatorium dan gagasan-gagasan mengenai
sifat-sifat semesta mulai ramai diperiksa. Umumnya, astronomi awal disibukkan
dengan pemetaan letak-letak bintang dan planet (sekarang disebut astrometri), kegiatan yang akhirnya melahirkan teori-teori tentang pergerakan
benda-benda langit dan pemikiran-pemikiran filosofis untuk menjelaskan
asal-usul Matahari, Bulan, dan Bumi. Bumi kemudian dianggap sebagai pusat jagat
raya, sedang Matahari, Bulan, dan bintang-bintang berputar mengelilinginya;
model semacam ini dikenal sebagai model geosentris, atau sistem Ptolemaik (dari nama astronom Romawi-MesirPtolemeus).
Dimulainya astronomi yang
berdasarkan perhitungan matematis dan ilmiah dulu dipelopori oleh orang-orang
Babilonia. Mereka menemukan bahwa gerhana bulan memiliki sebuah siklus yang teratur, disebut siklus saros. Mengikuti jejak astronom-astronom Babilonia, kemajuan demi kemajuan
kemudian berhasil dicapai oleh komunitas astronomi Yunani Kuno dan negeri-negeri
sekitarnya. Astronomi Yunani sedari awal memang bertujuan untuk menemukan
penjelasan yang rasional dan berbasis fisika untuk fenomena-fenomena angkasa.
Pada abad ke-3 SM, Aristarkhos dari Samos melakukan perhitungan atas ukuran Bumi serta jarak
antara Bumi dan Bulan, dan kemudian mengajukan model Tata Surya yang heliosentris — pertama kalinya dalam sejarah. Pada abad ke-2 SM, Hipparkhos berhasil menemukan gerak presesi, juga menghitung ukuran Bulan dan
Matahari serta jarak antara keduanya, sekaligus membuat alat-alat penelitian
astronomi paling awal seperti astrolab. Mayoritas penyusunan rasi bintang di belahan utara sekarang masih
didasarkan atas susunan yang diformulasikan olehnya melalui katalog yang waktu
itu mencakup 1.020 bintang. Mekanisme Antikythera yang
terkenal (ca. 150-80 SM) juga berasal dari periode yang sama: komputer analog yang digunakan untuk menghitung letak Matahari/Bulan/planet-planet pada
tanggal tertentu ini merupakan barang paling kompleks dalam sejarah sampai abad
ke-14, ketika jam-jam astronomi mulai bermunculan di Eropa.
Di Eropa sendiri selama Abad Pertengahan astronomi sempat mengalami kebuntuan dan stagnansi. Sebaliknya,
perkembangan pesat terjadi di dunia Islam dan beberapa peradaban lainnya, ditandai dengan dibangunnya
observatorium-observatorium di belahan dunia sana pada awal abad ke-9. Pada
tahun 964, astronom Persia Al-Sufi menemukan Galaksi Andromeda (galaksi terbesar di Grup Lokal) dan mencatatnya dalam Book of Fixed Stars(Kitab
Suwar al-Kawakib). SupernovaSN 1006, ledakan bintang paling terang dalam catatan sejarah, berhasil diamati oleh astronom Mesir Ali bin Ridwan dan sekumpulan astronom Cina yang
terpisah pada tahun yang sama (1006 M). Astronom-astronom besar dari era Islam
ini kebanyakan berasal dari Persia dan Arab, termasuk Al-Battani, Tsabit bin Qurrah, Al-Sufi, Ibnu Balkhi, Al-Biruni, Al-Zarqali, Al-Birjandi, serta astronom-astronom dari
observatorium-observatorium di Maragha dan Samarkand. Melalui era inilah nama-nama bintang yang berdasarkan bahasa Arab
diperkenalkan. Reruntuhan-reruntuhan di Zimbabwe Raya dan Timbuktu juga kemungkinan sempat memiliki bangunan-bangunan observatorium —
melemahkan keyakinan sebelumnya bahwa tidak ada pengamatan astronomis di daerah
sub-Sahara sebelum era kolonial.
Pada Zaman Renaisans, Copernicus menyusun model Tata Surya heliosentris, model yang kemudian dibela dari kontroversi, dikembangkan,
dan dikoreksi oleh Galileo dan Kepler. Galileo berinovasi dengan teleskop guna mempertajam pengamatan
astronomis, sedang Kepler berhasil menjadi ilmuwan pertama yang menyusun secara
tepat dan mendetail pergerakan planet-planet dengan Matahari sebagai pusatnya.
Meski demikian, ia gagal memformulasikan teori untuk menjelaskan hukum-hukum
yang ia tuliskan, sampai akhirnya Newton (yang juga menemukan teleskop refleksi untuk pengamatan langit)
menjelaskannya melalui dinamika angkasa dan hukum gravitasi.
Seiring dengan semakin baiknya
ukuran dan kualitas teleskop, semakin banyak pula penemuan-penemuan lebih
lanjut yang terjadi. Melalui teknologi ini Lacaille berhasil mengembangkan katalog-katalog bintang yang
lebih lengkap; usaha serupa juga dilakukan oleh astronom Jerman-InggrisHerschel dengan memproduksi katalog-katalog
nebula dan gugusan. Pada tahun 1781 ia menemukan planet Uranus, planet pertama yang ditemui di
luar planet-planet klasik. Pengukuran jarak menuju sebuah bintang pertama kali
dipublikasikan pada 1838 oleh Bessel, yang pada saat itu melakukannya melalui pengukuran paralaks dari 61 Cygni.
Abad ke-18 sampai abad ke-19 pertama
diwarnai oleh penelitian atas masalah tiga-badan oleh Euler, Clairaut, dan D'Alembert; penelitian yang menghasilkan metode prediksi yang lebih tepat untuk
pergerakan Bulan dan planet-planet. Pekerjaan ini dipertajam oleh Lagrange dan Laplace, sehingga memungkinkan ilmuwan untuk memperkirakan
massa planet dan satelit lewat perturbasi/usikannya. Penemuan spektroskop dan fotografi kemudian mendorong kemajuan penelitian lagi: pada
1814-1815, Fraunhoffer menemukan lebih kurang 600 pita
spektrum pada Matahari, dan pada 1859 Kirchhoff akhirnya bisa menjelaskan fenomena ini dengan mengatribusikannya pada
keberadaan unsur-unsur. Pada masa ini bintang-bintang dikonfirmasikan sebagai
Matahari-matahari lain yang lebih jauh letaknya, namun dengan
perbedaan-perbedaan pada suhu, massa, dan ukuran.
Baru pada abad ke-20 Galaksi Bima Sakti (di mana Bumi dan Matahari berada) bisa dibuktikan sebagai kelompok bintang yang terpisah dari
kelompok-kelompok bintang lainnya. Dari pengamatan-pengamatan yang sama
disimpulkan pula bahwa ada galaksi-galaksi lain di luar Bima Sakti dan bahwa alam semesta terus mengembang, sebab galaksi-galaksi tersebut terus menjauh dari
galaksi kita. Astronomi modern juga menemukan dan berusaha menjelaskan
benda-benda langit yang asing seperti kuasar, pulsar, blazar, galaksi-galaksi radio, lubang hitam, dan bintang neutron. Kosmologi fisik maju dengan pesat sepanjang abad ini: model Dentuman Besar (Big Bang) misalnya, telah didukung oleh bukti-bukti astronomis dan
fisika yang kuat (antara lain radiasi
CMB, hukum Hubble, dan ketersediaan kosmologis unsur-unsur).
Astronomi observasional
Seperti
diketahui, astronomi memerlukan informasi tentang benda-benda langit, dan sumber informasi yang paling utama sejauh ini adalah radiasi elektromagnetik, atau lebih spesifiknya, cahaya tampak. Astronomi observasional bisa
dibagi lagi menurut daerah-daerah spektrum elektromagnetik yang diamati: sebagian dari spektrum tersebut bisa
diteliti melalui permukaan Bumi, sementara bagian lain hanya bisa
dijangkau dari ketinggian tertentu atau bahkan hanya dari ruang angkasa.
Astronomi radio
Astronomi observasional jenis ini
mengamati radiasi dengan panjang gelombang yang lebih dari satu milimeter (perkiraan). Berbeda dengan jenis-jenis
lainnya, astronomi observasional tipe radio mengamati gelombang-gelombang yang
bisa diperlakukan selayaknya gelombang, bukan foton-foton yang diskrit. Dengan demikian pengukuran fase dan amplitudonya relatif lebih gampang apabila dibandingkan dengan gelombang yang lebih
pendek.
Gelombang radio bisa dihasilkan oleh benda-benda astronomis melalui pancaran termal, namun sebagian besar pancaran radio yang diamati dari Bumi adalah berupa radiasi sinkrotron, yang
diproduksi ketika elektron-elektron berkisar di sekeliling medan magnet. Sejumlah garis spektrum yang dihasilkan dari gas antarbintang (misalnya garis spektrum hidrogen pada 21 cm) juga dapat diamati pada panjang gelombang radio.
Beberapa contoh benda-benda yang
bisa diamati oleh astronomi radio: supernova, gas antarbintang, pulsar, dan inti galaksi aktif (AGN - active
galactive nucleus).
Astronomi inframerah
Astronomi inframerah melibatkan
pendeteksian beserta analisis atas radiasi inframerah (radiasi di mana panjang gelombangnya melebihi cahaya merah). Sebagian
besar radiasi jenis ini diserap oleh atmosfer Bumi, kecuali yang panjang
gelombangnya tidak berbeda terlampau jauh dengan cahaya merah yang tampak. Oleh
sebab itu, observatorium yang hendak mengamati radiasi inframerah harus
dibangun di tempat-tempat yang tinggi dan tidak lembap, atau malah di ruang
angkasa.
Spektrum ini bermanfaat untuk
mengamati benda-benda yang terlalu dingin untuk memancarkan cahaya tampak,
misalnya planet-planet atau cakram-cakram pengitar bintang. Apabila radiasinya memiliki gelombang yang cenderung
lebih panjang, ia dapat pula membantu para astronom mengamati bintang-bintang
muda pada awan-awan molekul dan inti-inti galaksi — sebab radiasi seperti itu
mampu menembus debu-debu yang menutupi dan mengaburkan pengamatan astronomis.
Astronomi inframerah juga bisa dimanfaatkan untuk mempelajari struktur kimia
benda-benda angkasa, karena beberapa molekul memiliki pancaran yang kuat pada
panjang gelombang ini. Salah satu kegunaannya yaitu mendeteksi keberadaan air
pada komet-komet.
Teleskop Subaru (kiri) dan Observatorium Keck (tengah)
di Mauna Kea, keduanya contoh observatorium yang bisa mengamati baik cahaya tampak atau
cahaya hampir-inframerah. Di kanan adalah Fasilitas Teleskop Inframerah NASA, yang hanya beroperasi pada panjang gelombang
hampir-inframerah.
Dikenal juga sebagai astronomi
cahaya tampak, astronomi optikal mengamati radiasi elektromagnetik yang tampak
oleh mata telanjang manusia. Oleh sebab itu, ini merupakan cabang yang paling
tua, karena tidak memerlukan peralatan. Mulai dari penghujung abad ke-19 sampai
kira-kira seabad setelahnya, citra-citra astronomi optikal memakai teknik
fotografis, namun sebelum itu mereka harus digambar menggunakan tangan. Dewasa
ini detektor-detektor digitallah yang dipergunakan, terutama yang memakai CCD (charge-coupled devices, peranti tergandeng-muatan).
Cahaya tampak sebagaimana diketahui
memiliki panjang dari 4.000 Å sampai
7.000 Å (400-700 nm). Namun demikian, alat-alat pengamatan yang dipakai untuk mengamati
panjang gelombang demikian dipakai pula untuk mengamati gelombang hampir-ultraungu dan hampir-inframerah.
Astronomi ultraungu
Ultraungu yaitu radiasi elektromagnetik dengan panjang
gelombang lebih kurang 100 sampai 3.200 Å (10-320 nm). Cahaya dengan panjang
seperti ini diserap oleh atmosfer Bumi, sehingga untuk mengamatinya harus
dilakukan dari lapisan atmosfer bagian atas, atau dari luar atmosfer (ruang
angkasa). Astronomi jenis ini cocok untuk mempelajari radiasi termal dan
garis-garis spektrum pancaran dari bintang-bintang biru yang bersuhu sangat
tinggi (klasifikasi OB), sebab bintang-bintang seperti itu sangat cemerlang
radiasi ultraungunya — penelitian seperti ini sering dilakukan dan mencakup
bintang-bintang yang berada di galaksi-galaksi lain. Selain bintang-bintang OB,
benda-benda langit yang kerap diamati melalui astronomi cabang ini antara lain nebula-nebula planet, sisa-sisa supernova, atau
inti-inti galaksi aktif. Diperlukan penyetelan yang berbeda untuk keperluan
seperti demikian sebab cahayanya mudah tertelan oleh debu-debu antarbintang.
Astronomi sinar-X
Benda-benda bisa memancarkan cahaya
berpanjang gelombang sinar-X melalui pancaran sinkrotron (berasal
dari elektron-elektron yang berkisar di sekeliling medan magnet) atau melalui
pancaran termal gas pekat dan gas encer pada 107 K. Sinar-X juga diserap oleh atmosfer, sehingga pengamatan harus dilakukan dari atas balon, roket, atau satelit
penelitian. Sumber-sumber sinar-X antara lain bintang biner sinar-X (X-ray binary), pulsar, sisa-sisa supernova, galaksi elips, gugusan galaksi, serta inti galaksi aktif.
Astronomi sinar-gamma mempelajari
benda-benda astronomi pada panjang gelombang paling pendek (sinar-gamma). Sinar-gamma bisa diamati secara langsung melalui satelit-satelit seperti
Observatorium Sinar-Gamma Compton (CGRO), atau dengan jenis teleskop khusus yang
disebut teleskop
Cherenkov (IACT). Teleskop jenis itu
sebetulnya tidak mendeteksi sinar-gamma, tapi mampu mendeteksi percikan cahaya
tampak yang dihasilkan dari proses penyerapan sinar-gamma oleh atmosfer.
Kebanyakan sumber sinar-gamma
hanyalah berupa ledakan sinar-gamma, yang hanya menghasilkan sinar tersebut dalam
hitungan milisekon sampai beberapa puluh detik saja. Sumber yang permanen dan
tidak sementara hanya sekitar 10% dari total jumlah sumber, misalnya
sinar-gamma dari pulsar, bintang neutron, atau inti galaksi aktif dan
kandidat-kandidat lubang hitam.
Cabang-cabang yang tidak berdasarkan panjang gelombang
Sejumlah fenomena jarak jauh lain
yang berbentuk selain radiasi elektromagnetik dapat diamati dari Bumi. Ada
cabang bernama astronomi neutrino, di mana
para astronom menggunakan fasilitas-fasilitas bawah tanah (misalnya SAGE, GALLEX, atau Kamioka II/III) untuk mendeteksi neutrino, sebentuk partikel dasar yang jamaknya berasal dari Matahari atau ledakan-ledakan supernova. Ketika sinar-sinar kosmik memasuki atmosfer Bumi, partikel-partikel berenergi
tinggi yang menyusunnya akan meluruh atau terserap, dan partikel-partikel hasil
peluruhan ini bisa dideteksi di observatorium. Di masa yang akan datang,
diharapkan akan ada detektor neutrino yang peka terhadap
partikel-partikel yang lahir dari benturan sinar-sinar kosmik dan atmosfer.
Terdapat pula cabang baru yang
menggunakan detektor-detektor gelombang gravitasional untuk mengumpulkan data
tentang benda-benda rapat: astronomi gelombang gravitasional. Observatorium-observatorium untuk bidang ini sudah
mulai dibangun, contohnya observatorium LIGO di Louisiana, AS. Tetapi astronomi seperti ini sulit, sebab gelombang gravitasional amat sukar untuk dideteksi.
Ahli-ahli astronomi planet juga
banyak yang mengamati fenomena-fenomena angkasa secara langsung, yaitu melalui
wahana-wahana antariksa serta misi-misi pengumpulan sampel. Beberapa hanya
bekerja dengan sensor jarak jauh untuk mengumpulkan data, tapi beberapa lainnya
melibatkan pendaratan —dengan kendaraan antariksa yang mampu bereksperimen di
atas permukaan. Metode-metode lain misalnya detektor material terbenam atau
melakukan eksperimen langsung terhadap sampel yang dibawa ke Bumi sebelumnya.
Astrometri dan mekanika benda langit
Pengukuran letak benda-benda langit,
seperti disebutkan, adalah salah satu cabang astronomi (dan bahkan sains) yang
paling tua. Kegiatan-kegiatan seperti pelayaran atau penyusunan kalender memang sangat membutuhkan pengetahuan yang akurat
mengenai letak Matahari, Bulan, planet-planet, serta bintang-bintang di langit.
Dari proses pengukuran seperti ini
dihasilkan pemahaman yang baik sekali tentang usikan gravitasi dan pada akhirnya astronom-astronom
dapat menentukan letak benda-benda langit dengan tepat pada masa lalu dan masa
depan — cabang astronomi yang mendalami bidang ini dikenal sebagai mekanika benda langit. Dewasa ini penjejakan atas benda-benda yang dekat dengan Bumi juga memungkinkan prediksi-prediksi akan pertemuan
dekat, atau bahkan benturan.
Kemudian terdapat pengukuran paralaks bintang. Pengukuran ini sangat penting karena memberi nilai basis dalam
metode tangga jarak kosmik; melalui
metode ini ukuran dan skala alam semesta bisa diketahui. Pengukuran paralaks
bintang yang relatif lebih dekat juga bisa dipakai sebagai basis absolut untuk
ciri-ciri bintang yang lebih jauh, sebab ciri-ciri di antara mereka dapat
dibandingkan. Kinematika mereka lalu bisa kita susun lewat pengukuran kecepatan radial serta gerak diri masing-masing. Hasil-hasil astrometri dapat pula
dimanfaatkan untuk pengukuran materi gelap di dalam galaksi.
Selama dekade 1990-an, teknik
pengukuran goyangan bintang dalam astrometri digunakan untuk mendeteksi keberadaan planet-planet luar surya yang mengelilingi bintang-bintang di dekat Matahari
kita.
Astronomi teoretis
Terdapat banyak jenis-jenis metode
dan peralatan yang bisa dimanfaatkan oleh seorang astronom teoretis, antara
lain model-model analitik (misalnya politrop untuk memperkirakan perilaku sebuah
bintang) dan simulasi-simulasi numerikkomputasional; masing-masing dengan keunggulannya sendiri. Model-model analitik umumnya
lebih baik apabila peneliti hendak mengetahui pokok-pokok persoalan dan
mengamati apa yang terjadi secara garis besar; model-model numerik bisa
mengungkap keberadaan fenomena-fenomena serta efek-efek yang tidak mudah
terlihat.
Para teoris berupaya untuk membuat
model-model teoretis dan menyimpulkan akibat-akibat yang dapat diamati dari
model-model tersebut. Ini akan membantu para pengamat untuk mengetahui data apa
yang harus dicari untuk membantah suatu model, atau memutuskan mana yang benar
dari model-model alternatif yang bertentangan. Para teoris juga akan mencoba
menyusun model baru atau memperbaiki model yang sudah ada apabila ada data-data
baru yang masuk. Apabila terjadi pertentangan/inkonsistensi, kecenderungannya
adalah untuk membuat modifikasi minimal pada model yang bersangkutan untuk
mengakomodir data yang sudah didapat. Kalau pertentangannya terlalu banyak,
modelnya bisa dibuang dan tidak digunakan lagi.
Topik-topik yang dipelajari oleh
astronom-astronom teoretis antara lain: dinamika dan evolusi bintang-bintang; formasi galaksi; struktur skala besarmateri di alam semesta; asal-usul sinar kosmik; relativitas umum; dan kosmologi fisik (termasuk kosmologi dawai dan fisika astropartikel).
Relativitas astrofisika dipakai untuk mengukur ciri-ciri struktur skala besar,
di mana ada peran yang besar dari gaya gravitasi; juga sebagai dasar dari
fisika lubang hitam dan penelitian gelombang gravitasional.
Beberapa model/teori yang sudah diterima
dan dipelajari luas yaitu teori Dentuman Besar, inflasi kosmik, materi gelap, dan teori-teori fisika fundamental. Kelompok model dan teori ini sudah
diintegrasikan dalam model Lambda-CDM.
Beberapa contoh proses:
Proses fisik
|
Alat eksperimen
|
Model teoretis
|
Yang dijelaskan/diprediksi
|
Efek Nordtvedt (sistem gravitasi yang mandiri)
|
|||
Dentuman Besar (Big Bang)
|
|||
Masalah kerataan alam semesta (flatness problem)
|
|||
Siklus CNO pada bintang-bintang
|
Wacana yang tengah hangat dalam
astronomi pada beberapa tahun terakhir adalah materi gelap dan energi gelap — penemuan dan kontroversi mengenai topik-topik ini
bermula dari penelitian atas galaksi-galaksi.
Cabang-cabang spesifik
Astronomi surya
Matahari adalah bintang yang
terdekat dari Bumi pada sekitar 8 menit cahaya, dan yang paling sering
diteliti; ia merupakan bintang katai pada deret utama dengan klasifikasi G2 V dan usia sekitar 4,6 milyar tahun. Walau tidak
sampai tingkat bintang variabel, Matahari mengalami sedikit perubahan cahaya melalui
aktivitas yang dikenal sebagai siklus bintik Matahari — fluktuasi pada angka bintik-bintik Matahari selama sebelas tahun. Bintik Matahari ialah daerah
dengan suhu yang lebih rendah dan aktivitas magnetis yang hebat.
Luminositas Matahari terus bertambah kuat secara tetap sepanjang
hidupnya, dan sejak pertama kali menjadi bintang deret utama sudah bertambah
sebanyak 40%. Matahari juga telah tercatat melakukan perubahan periodik dalam
luminositas, sesuatu yang bisa menyebabkan akibat-akibat yang signifikan atas
kehidupan di atas Bumi. Misalnya periode minimum Maunder, yang sampai menyebabkan fenomena zaman eskecil pada Abad Pertengahan.
Permukaan luar Matahari yang bisa
kita lihat disebut fotosfer. Di atasnya ada lapisan tipis yang biasanya tidak
terlihat karena terangnya fotosfer, yaitu kromosfer. Di atasnya lagi ada lapisan transisi di mana suhu bisa naik secara cepat,
dan di atasnya terdapatlah korona yang sangat panas.
Di tengah-tengah Matahari ialah
daerah inti; ada tingkat suhu dan tekanan yang cukup di sini sehingga fusi nuklir dapat terjadi. Di atasnya terdapat zona radiatif; di sini plasma akan menghantarkan panas melalui proses radiasi. Di atas zona radiatif adalah zona konvektif; materi gas di zona ini akan menghantarkan energi
sebagian besar lewat pergerakan materi gas itu sendiri. Zona inilah yang
dipercaya sebagai sumber aktivitas magnetis penghasil bintik-bintik Matahari.
Terdapat angin surya berupa
partikel-partikel plasma yang bertiup keluar dari Matahari secara terus-menerus
sampai mencapai titik heliopause. Angin ini bertemu dengan magnetosfer Bumi dan membentuk sabuk-sabuk radiasi Van Allen dan — di mana garis-garis medan magnet Bumi turun
menujur atmosfer — menghasilkan aurora.
Cabang astronomi ini meneliti
susunan planet, bulan, planet katai, komet, asteroid, serta benda-benda langit lain yang mengelilingi bintang, terutama
Matahari, walau ilmu ini meliputi juga planet-planet luar surya. Tata Surya kita sendiri sudah dipelajari secara mendalam — pertama-tama melalui
teleskop dan kemudian menggunakan wahana-wahana antariksa — sehingga pemahaman sekarang mengenai formasi dan
evolusi sistem keplanetan ini sudah sangat baik, walaupun masih ada
penemuan-penemuan baru yang terjadi.
Tata Surya dibagi menjadi beberapa
kelompok: planet-planet bagian dalam, sabuk asteroid, dan planet-planet bagian luar. Planet-planet bagian dalam adalah planet-planet bersifat kebumian yaitu Merkurius, Venus, Bumi dan Mars. Planet-planet bagian luar adalah raksasa-raksasa gas Tata Surya yaitu Yupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus. Apabila kita pergi lebih jauh lagi, maka akan
ditemukan benda-benda trans-Neptunus: pertama sabuk Kuiper dan akhirnya awan Oort yang bisa membentang sampai satu tahun cahaya.
Terbentuknya planet-planet bermula
pada sebuah cakram protoplanet yang mengitari Matahari pada periode-periode awalnya.
Dari cakram ini terwujudlah gumpalan-gumpalan materi melalui proses yang
melibatkan tarikan gravitasi, benturan, dan akresi; gumpalan-gumpalan ini
kemudian lama-kelamaan menjadi kumpulan protoplanet. Karena tekanan radiasi dari angin surya terus mendorong materi-materi yang belum menggumpal, hanya planet-planet
yang massanya cukup besar yang mampu mempertahankan atmosfer berbentuk gas.
Planet-planet muda ini terus menyapu dan memuntahkan materi-materi yang
tersisa, menghasilkan sebuah periode penghancuran yang hebat. Sisa-sisa periode
ini bisa dilihat melalui banyaknya kawah-kawah tabrakan di permukaan Bulan. Adapun dalam jangka waktu ini sebagian dari protoplanet-protoplanet
yang ada mungkin bertabrakan satu sama lain; kemungkinan besar tabrakan seperti itulah yang melahirkan Bulan kita.
Ketika suatu planet mencapai massa
tertentu, materi-materi dengan massa jenis yang berlainan mulai saling
memisahkan diri dalam proses yang disebut diferensiasi planet. Proses demikian bisa menghasilkan inti yang
berbatu-batu atau terdiri dari materi-materi logam, diliputi oleh lapisan
mantel dan lalu permukaan luar. Inti planet ini bisa terbagi menjadi
daerah-daerah yang padat dan cair, dan beberapa mampu menghasilkan medan magnet mereka sendiri, sehingga planet dapat terlindungi dari angin surya.
Panas di bagian dalam sebuah planet
atau bulan datang dari benturan yang dihasilkan sendiri oleh planet/bulan
tersebut, atau oleh materi-materi radioaktif (misalnya uranium, torium, atau 26Al), atau pemanasan pasang surut.
Beberapa planet dan bulan berhasil mengumpulkan cukup panas untuk menjalankan
proses-proses geologis seperti vulkanisme dan aktivitas-aktivitas tektonik. Apabila planet/bulan tersebut juga
memiliki atmosfer, maka erosi pada permukaan (melalui angin atau air) juga dapat terjadi. Planet/bulan
yang lebih kecil dan tanpa pemanasan pasang surut akan menjadi dingin lebih
cepat dan kegiatan-kegiatan geologisnya akan berakhir, terkecuali pembentukan
kawah-kawah tabrakan.
Astronomi bintang
Nebula Semut. Gas yang dimuntahkan dari bintang
sekarat di tengahnya tidak biasa karena membentuk pola yang simetris, bukan
semrawut seperti ledakan pada umumnya.
Untuk memahami alam semesta,
penelitian atas bintang-bintang dan bagaimana mereka berevolusi sangatlah fundamental. Astrofisika yang berkenaan dengan bintang sendiri
bisa diketahui baik lewat segi pengamatan maupun segi teoretis, serta juga
melalui simulasi komputer.
Bintang terbentuk pada awan-awan molekul raksasa, yaitu daerah-daerah yang padat akan debu dan gas. Ketika kehilangan
kestabilannya, serpihan-serpihan dari awan-awan ini bisa runtuh di bawah gaya
gravitasi dan membentuk protobintang. Apabila bagian intinya mencapai kepadatan dan suhu tertentu, fusi nuklir akan dipicu dan akan terbentuklah sebuah bintang deret utama.
Nyaris semua unsur yang lebih berat
dari hidrogen dan helium merupakan hasil dari proses yang terjadi di dalam inti bintang-bintang.
Ciri-ciri yang akan dimiliki oleh
suatu bintang secara garis besar ditentukan oleh massa awalnya: semakin besar
massanya, maka semakin tinggi pula luminositasnya, dan semakin cepat pula ia
akan menghabiskan bahan bakar hidrogen pada inti. Lambat laun, bahan bakar
hidrogen ini akan diubah menjadi helium, dan bintang yang bersangkutan akan
mulai berevolusi. Untuk melakukan fusi helium, diperlukan suhu inti yang lebih
tinggi, oleh sebab itu intinya akan semakin padat dan ukuran bintang pun
berlipat ganda — bintang ini telah menjadi sebuah raksasa merah. Fase raksasa merah ini relatif singkat, sampai bahan bakar heliumnya juga
sudah habis terpakai. Kalau bintang tersebut memiliki massa yang sangat besar,
maka akan dimulai fase-fase evolusi di mana ia semakin mengecil secara
bertahap, sebab terpaksa melakukan fusi nuklir terhadap unsur-unsur yang lebih
berat.
Adapun nasib akhir sebuah bintang
bergantung pula pada massa. Jika massanya lebih dari sekitar delapan kali lipat
Matahari kita, maka gravitasi intinya akan runtuh dan menghasilkan sebuah supernova; jika tidak, akan menjadi nebula planet, dan terus berevolusi menjadi sebuah katai putih. Yang tersisa setelah supernova meletus adalah sebuah bintang neutron yang sangat padat, atau, apabila
materi sisanya mencapai tiga kali lipat massa Matahari, lubang hitam. Bintang-bintang biner yang saling berdekatan evolusinya bisa lebih rumit
lagi, misalnya, bisa terjadi pemindahan massa ke arah bintang rekannya yang
dapat menyebabkan supernova.
Nebula-nebula planet dan
supernova-supernova diperlukan untuk proses distribusi logam di medium antarbintang; kalau tidak demikian, seluruh bintang-bintang baru
(dan juga sistem-sistem planet mereka) hanya akan tersusun dari hidrogen dan
helium saja.
Tata Surya kita beredar di dalam Bima Sakti, sebuah galaksi spiral berpalang di Grup Lokal. Ia merupakan salah satu yang
paling menonjol di kumpulan galaksi tersebut. Bima Sakti merotasi materi-materi
gas, debu, bintang, dan benda-benda lain, semuanya berkumpul akibat tarikan
gaya gravitasi bersama. Bumi sendiri terletak pada sebuah lengan galaksi
berdebu yang ada di bagian luar, sehingga banyak daerah-daerah Bima Sakti yang
tidak terlihat.
Pada pusat galaksi ialah bagian
inti, semacam tonjolan berbentuk seperti batang; diyakini bahwa terdapat sebuah
lubang hitam supermasif di bagian pusat ini. Bagian ini dikelilingi oleh
empat lengan utama yang melingkar dari tengah menuju arah luar, dan isinya kaya
akan fenomena-fenomena pembentukan bintang, sehingga memuat banyak
bintang-bintang muda (metalisitas populasi I). Cakram ini lalu diliputi oleh cincin galaksi yang berisi bintang-bintang yang lebih
tua (metalisitas populasi II) dan juga gugusan-gugusan bintang berbentuk bola (globular), yaitu semacam kumpulan-kumpulan bintang yang relatif
lebih padat.
Daerah di antara bintang-bintang
disebut medium antarbintang, yaitu daerah dengan kandungan materi yang jarang —
bagian-bagiannya yang relatif terpadat adalah awan-awan molekul berisi hidrogen dan unsur lainnya, tempat di mana banyak bintang baru
akan lahir. Awalnya akan terbentuk sebuah inti pra-bintang atau nebula gelap yang merapat dan kemudian runtuh
(dalam volume yang ditentukan oleh panjang Jeans) untuk membangun protobintang.
Ketika sudah banyak bintang besar
yang muncul, mereka akan mengubah awan molekul menjadi awan daerah H II, yaitu awan dengan gas berpijar dan
plasma. Pada akhirnya angin serta ledakan supernova yang berasal dari bintang-bintang ini akan
memencarkan awan yang tersisa, biasanya menghasilkan sebuah (atau lebih dari
satu) gugusan bintang terbuka yang
baru. Gugusan-gugusan ini lambat laun berpendar, dan bintang-bintangnya
bergabung dengan Bima Sakti.
Sejumlah penelitian kinematika
berkenaan dengan materi-materi di Bima Sakti (dan galaksi lainnya) menunjukkan
bahwa materi-materi yang tampak massanya kurang dari massa seluruh galaksi. Ini
menandakan terdapat apa yang disebut materi gelap yang bertanggung jawab atas sebagian besar massa keseluruhan, tapi banyak
hal yang belum diketahui mengenai materi misterius ini.
Penelitian benda-benda yang berada
di luar galaksi kita — astronomi ekstragalaksi — merupakan cabang yang
mempelajari formasi dan evolusi galaksi-galaksi, morfologi dan klasifikasi mereka, serta pengamatan atas galaksi-galaksi aktif beserta grup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Ini, terutama yang disebutkan belakangan, penting
untuk memahami struktur alam semesta dalam skala
besar.
Kebanyakan galaksi akan membentuk wujud-wujud tertentu, sehingga pengklasifikasiannya bisa
disusun berdasarkan wujud-wujud tersebut. Biasanya, mereka dibagi-bagi menjadi galaksi-galaksi spiral, elips, dan tak beraturan.
Persis seperti namanya, galaksi
elips berbentuk seperti elips. Bintang-bintang berputar pata garis edarnya secara acak tanpa menuju arah yang jelas. Galaksi-galaksi seperti
ini kandungan debu antarbintangnya sangat sedikit atau malah tidak ada; daerah
penghasil bintangnya tidak banyak; dan rata-rata penghuninya bintang-bintang
yang sudah tua. Biasanya galaksi elips ditemukan pada bagian inti gugusan
galaksi, dan bisa terlahir melalui peleburan galaksi-galaksi besar.
Galaksi spiral membentuk cakram
gepeng yang berotasi, biasanya dengan tonjolan atau batangan pada bagian tengah
dan lengan-lengan spiral cemerlang yang timbul dari bagian tersebut.
Lengan-lengan ini ialah lapangan berdebu tempat lahirnya bintang-bintang baru,
dan penghuninya adalah bintang-bintang muda yang bermassa besar dan berpijar
biru. Umumnya, galaksi spiral akan dikelilingi oleh cincin yang tersusun atas
bintang-bintang yang lebih tua. Contoh galaksi semacam ini adalah Bima Sakti dan Andromeda.
Galaksi-galaksi tak beraturan
bentuknya kacau dan tidak menyerupai bangun tertentu seperti spiral atau elips.
Kira-kira seperempat dari galaksi-galaksi tergolong tak beraturan, barangkali
disebabkan oleh interaksi gravitasi.
Sebuah galaksi dikatakan aktif
apabila memancarkan jumlah energi yang signifikan dari sumber selain
bintang-bintang, debu, atau gas; juga, apabila sumber tenaganya berasal dari daerah
padat di sekitar inti — kemungkinan sebuah lubang hitam supermasif yang
memancarkan radiasi benda-benda yang ia telan.
Apabila sebuah galaksi aktif
memiliki radiasi spektrum radio yang sangat terang serta memancarkan jalaran gas
dalam jumlah besar, maka galaksi tersebut tergolong galaksi radio. Contoh galaksi seperti ini adalah galaksi-galaksi Seyfert, kuasar, dan blazar. Kuasar sekarang diyakini sebagai
benda yang paling dapat dipastikan sangat cemerlang; tidak pernah ditemukan
spesimen yang redup.
Struktur skala besar dari alam
semesta sekarang digambarkan sebagai kumpulan dari grup-grup dan
gugusan-gugusan galaksi. Struktur ini diklasifikasi lagi dalam sebuah hierarki
pengelompokan; yang terbesar adalah maha-gugusan (supercluster). Kemudian
kelompok-kelompok ini disusun menjadi filamen-filamen dan dinding-dinding galaksi, dengan
kehampaan di antara mereka.
Kosmologi, berasal dari bahasa
Yunani kosmos (κόσμος, "dunia") dan akhiran -logia dari
logos (λόγος, "pembelajaran") dapat dipahami sebagai upaya
meneliti alam semesta secara keseluruhan.
Pengamatan atas struktur skala besar
alam semesta, yaitu cabang yang dikenal sebagai kosmologi fisik, telah menyumbangkan pemahaman yang mendalam tentang formasi dan evolusi
jagat raya. Salah satu teori yang paling penting (dan sudah diterima luas)
adalah teori Dentuman Besar, yang menyatakan bahwa dunia bermula pada satu titik
dan mengembang selama 13,7 milyar tahun sampai ke masa sekarang. Gagasan ini
bisa dilacak kembali pada penemuan radiasi latar belakang gelombang mikro kosmis pada tahun 1965.
Selama proses pengembangan ini, alam
telah mengalami beberapa tingkat evolusi. Pada awalnya, diduga bahwa terdapat inflasi kosmik yang sangat cepat, mengakibatkan homogenisasi pada kondisi-kondisi awal.
Setelah itu melalui nukleosintesis dihasilkan ketersediaan unsur-unsur untuk periode
awal alam semesta. (Lihat juga nukleokosmokronologi.)
Ketika atom-atom pertama
bermunculan, antariksa menjadi transparan terhadap radiasi, melepaskan energi
yang sekarang dikenal sebagai radiasi CMB. Alam semesta yang tengah mengembang
pun memasuki Zaman Kegelapan, sebab tidak ada sumber daya bintang yang bisa
memancarkan cahaya.
Susunan materi yang hierarkis mulai
terbentuk lewat variasi-variasi kecil pada massa jenis. Materi lalu terhimpun
pada daerah-daerah dengan massa jenis yang paling tinggi, melahirkan awan-awan
gas dan bintang-bintang yang paling purba (metalisitas III). Bintang-bintang besar ini memicu proses reionisasi dan dipercaya telah menciptakan
banyak unsur-unsur berat pada alam semesta dini; unsur-unsur ini cenderung
meluruh kembali menjadi unsur-unsur yang lebih ringan, memperpanjang siklus.
Pengumpulan yang dipicu oleh
gravitasi mengakibatkan materi membentuk filamen-filamen dan menyisakan
ruang-ruang hampa di antaranya. Lambat laun, gas dan debu melebur dan membentuk
galaksi-galaksi primitif. Lama-kelamaan semakin banyak materi yang ditarik, dan
tersusun menjadi grup dan gugusan galaksi. Pada akhirnya, maha-gugusan yang
lebih besar pun terwujud.
Benda-benda lain yang memegang
peranan penting dalam struktur alam semesta adalah materi gelap dan energi gelap. Benda-benda inilah yang ternyata merupakan komponen
utama dunia kita, di mana massa mereka mencapai 96% dari massa keseluruhan alam
semesta. Oleh sebab itu, upaya-upaya terus dibuat untuk meneliti dan memahami
segi fisika benda-benda ini.
Astronomi dan astrofisika telah
mengambangkan hubungan yang kuat dengan cabang-cabang ilmu pengetahuan lainnya.
Misalnya arkeoastronomi, yang mempelajari astronomi kuno
atau tradisional dalam konteks budaya masing-masing mempergunakan bukti-bukti arkeologis dan antropologis. Atau astrobiologi, kali ini mempelajari kelahiran dan perkembangan sistem-sistem biologis di
alam semesta; terutama sekali pada topik kehidupan di planet lain.
Ada juga cabang yang meneliti zat-zat kimia yang ditemukan di luar angkasa; bagaimana mereka terwujud, berperilaku,
dan terhancurkan. Ini dinamakan astrokimia. Zat-zat yang hendak dipelajari biasanya ditemukan pada awan molekul, walau ada juga yang terdapat di bintang bersuhu rendah, katai coklat, atau planet. Lalu kosmokimia, ilmu serupa yang lebih mengarah ke
penelitian unsur-unsur dan variasi-variasi rasio isotop pada Tata Surya. Ilmu-ilmu ini bisa
menggambarkan persinggungan dari ilmu-ilmu astronomi dan kimia. Bahkan sekarang
ada astronomi forensik, di mana
metode-metode astronomi dipakai untuk memecahkan masalah-masalah hukum dan
sejarah.
Astronomi amatir
Astronom amatir bisa membangun
peralatan mereka sendiri dan menyelenggarakan pesta-pesta dan pertemuan
astronomi, contohnya komunitas Stellafane.
Sebagaimana disebutkan, astronomi
ialah salah satu dari sedikit cabang ilmu di mana tenaga amatir dapat
berkontribusi banyak. Secara keseluruhan, astronom-astronom amatir mengamati
berbagai benda dan fenomena angkasa, terkadang bahkan dengan peralatan yang mereka buat sendiri. Yang jamak diamati yaitu Bulan, planet, bintang,
komet, hujan meteor, dan benda-benda langit dalam seperti gugusan bintang, galaksi, dan nebula. Salah satu cabang astronomi
amatir adalah astrofotografi amatir, yang melibatkan mengambilan
foto-foto langit malam. Banyak yang memilih menjadi astrofotografer yang
berspesialis dalam obyek atau peristiwa tertentu.
Kebanyakan astronom amatir bekerja
dalam astronomi optikal, walau sebagian kecil ada juga yang mencoba
bereksperimen dengan panjang gelombang di luar cahaya tampak, misalnya dengan
penyaring inframerah pada teleskop biasa, atau penggunaan teleskop radio.
Pelopor radio astronomi amatir adalah Karl Jansky, yang memulai kegiatan ini pada
dekade 1930-an. Amatir jenis seperti Jansky ini memakai teleskop buatan sendiri
atau teleskop radio profesional yang sekarang sudah boleh diakses oleh amatir
seperti halnya Teleskop Satu Mil (One-Mile Telescope).
Sumbangsih astronom amatir tidak
sepele, sebab banyak hal — seperti pengkuran okultasi guna mempertajam catatan
garis edar planet-planet kecil — bergantung pada pekerjaan astronomi amatir.
Para amatir dapat pula menemukan komet atau melakukan penelitian rutin atas bintang-bintang variabel. Seiring dengan perkembangan teknologi digital,
astrofotografi amatir juga semakin efektif dan semakin giat memberikan
sumbangan ilmu.
terima kasih telah membaca.. :)