SEJARAH ASTRONOMI PERIODE ATROFISIKA MODERN

 

Periode Astrofisika Modern 1900-1957 M adalah era ketika astronomi bertransformasi dari "ilmu posisi benda langit" menjadi "ilmu fisika benda langit". Ciri utama: penggunaan fisika kuantum, relativitas, dan termodinamika untuk menjelaskan apa yang terjadi di bintang, galaksi, dan alam semesta. Periode ini berakhir 1957 ditandai peluncuran Sputnik 1 yang membuka "Era Antariksa".

A. Ciri Umum & Paradigma Baru

a. Pertanyaan Berubah

Sebelum 1900 astronom tanya "Di mana bintang itu?". Setelah 1900 astronom tanya "Bintang itu terbuat dari apa? Mengapa bisa menyala miliaran tahun?"  

b. Metode Baru

Spektroskopi + fisika kuantum + relativitas. Cahaya bukan hanya untuk lihat, tapi untuk "membedah".  

c. Skala Kosmik

Manusia sadar Bima Sakti bukan seluruh alam semesta. Ada galaksi lain, dan alam semesta mengembang.

B. 5 Revolusi Inti Periode 1900-1957 M

a. Revolusi Fisika Kuantum: "Memahami Cahaya Bintang" 1900-1925

1. Max Planck 1900: Hukum Radiasi Benda Hitam  

a) Masalah

Spektrum matahari tidak cocok dengan fisika klasik. Planck mengajukan energi dipancarkan dalam "paket" diskrit $E = h\nu$. Konstanta Planck $h$ lahir.  

b) Dampak

Dasar fisika kuantum. Spektrum bintang bisa dihitung secara teori, bukan hanya diamati.

2. Niels Bohr 1913: Model Atom Hidrogen  

Elektron hanya boleh di orbit tertentu. Saat loncat orbit, ia memancarkan/menyerap foton dengan panjang gelombang spesifik.  Dampaknya adalah  Garis Fraunhofer yang misterius sejak 1814 akhirnya dijelaskan. Garis H-α 656,3 nm = elektron hidrogen loncat dari n=3 ke n=2. Lahir astrokimia.

3. Cecilia Payne-Gaposchkin 1925: "Komposisi Bintang"  

Tesis PhD di Harvard: "Stellar Atmospheres". Dengan hukum ionisasi Saha + spektrum bintang, ia simpulkan bintang tersusun 99% Hidrogen + Helium.  Pembimbingnya Henry Norris Russell awalnya tolak karena "tidak masuk akal". 4 tahun kemudian Russell akui dia benar. Ini penemuan paling fundamental astrofisika: kita semua terbuat dari debu bintang.

b. Revolusi Relativitas: "Ruang-Waktu Melengkung" 1915-1919

1. Albert Einstein 1915: Relativitas Umum  

Gaya gravitasi bukan "tarikan", tapi kelengkungan ruang-waktu oleh massa.

2. Verifikasi Gerhana Matahari 1919  

Arthur Eddington memimpin ekspedisi ke Pulau Principe Afrika. Saat gerhana, posisi bintang dekat matahari bergeser 1,75 detik busur sesuai prediksi Einstein, bukan 0,87" prediksi Newton.  Foto koran "Cahaya Dibelokkan, Ilmuwan Mengguncang Dunia". Einstein jadi selebritas. Relativitas Umum buka pintu kosmologi: alam semesta bisa mengembang, mengerut, atau punya lubang hitam.

c. Revolusi Kosmologi: "Alam Semesta Mengembang" 1924-1930

1. Edwin Hubble 1924: Galaksi Lain Ada  

Dengan teleskop 2,5m Mount Wilson, Hubble identifikasi bintang Cepheid di "Nebula Andromeda". Hitung jarak: 2,5 juta tahun cahaya. Bukan nebula, tapi galaksi terpisah. Bima Sakti bukan satu-satunya.

2. Hukum Hubble 1929: v = H0 x d

Hubble ukur pergeseran merah redshift 46 galaksi. Hasil: semakin jauh galaksi, semakin cepat menjauhi kita. Konstanta Hubble H0≈ 500 km/s/Mpc saat itu.  Jika ditarik mundur, semua galaksi bertemu di 1 titik ∼13,8 miliar tahun lalu → "Big Bang". Georges Lemaître 1927 pertama kali ajukan ide "atom primordial".

d. Revolusi Struktur Bintang: "Nasib Akhir Matahari" 1930-1938

1. Subrahmanyan Chandrasekhar 1930: Batas Chandrasekhar  

Usia 19 tahun, di kapal ke Inggris, ia hitung: katai putih tidak bisa lebih berat dari 1,4 massa matahari. Jika lebih, gravitasi kalahkan tekanan elektron → runtuh jadi bintang neutron/lubang hitam.   Astronom senior Arthur Eddington ejek di depan umum 1935: "relativitas tidak berlaku di sini". Baru 1983 Chandrasekhar dapat Nobel.

2. Hans Bethe 1938: Sumber Energi Matahari  

Matahari menyala karena fusi nuklir: 4 inti Hidrogen → 1 inti Helium + energi. Siklus CNO + rantai proton-proton. 600 juta ton Hidrogen jadi Helium tiap detik.  Misteri "mengapa matahari tidak padam" terjawab. Energi =mc2 Einstein.

e. Revolusi Materi Gelap Awal: "Galaksi Berotasi Aneh" 1933-1957

1. Fritz Zwicky 1933

Amati Gugus Galaksi Coma. Galaksi bergerak terlalu cepat, seharusnya terlempar. Ia usulkan ada "Materi Gelap" dunkle Materie 10x lebih banyak dari materi tampak.  

2. Vera Rubin 1957-1970

Awal penelitiannya periode ini. Kurva rotasi galaksi datar, bukan menurun seperti hukum Kepler. Bukti kuat materi gelap. Baru diakui luas 1970-an.

C. Keterbatasan Periode Ini

1. Masih di Permukaan Bumi

Teleskop optik + radio saja. Sinar-X, gamma, inframerah terhalang atmosfer.

2. Belum Bisa "Melihat" Lubang Hitam

 Hanya prediksi matematis Schwarzschild 1916.

3. Komposisi Alam Semesta Misteri

Tahu ada materi gelap dari Zwicky, tapi belum tahu apa itu. Energi gelap belum ditemukan.

E. Warisan ke Era Antariksa 1957-Sekarang

Semua penemuan periode ini jadi "teori dasar" yang diuji teleskop antariksa Hubble, COBE, WMAP, Planck. Tanpa Planck + Einstein + Hubble, tidak ada kosmologi modern.

DAFTAR PUSTAKA

Bethe, H. A. (1939). Energy production in stars. Physical Review, 55(5), 434–456. https://doi.org/10.1103/PhysRev.55.434

Chandrasekhar, S. (1931). The maximum mass of ideal white dwarfs. The Astrophysical Journal, 74, 81–82. https://doi.org/10.1086/143324

Einstein, A. (1916). Die grundlage der allgemeinen relativitätstheorie [The foundation of the general theory of relativity]. Annalen der Physik, 49(7), 769–822. https://doi.org/10.1002/andp.19163540702

Hubble, E. (1929). A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae. Proceedings of the National Academy of Sciences, 15(3), 168–173. https://doi.org/10.1073/pnas.15.3.168

Kragh, H. (2007). Conceptions of cosmos: From myths to the accelerating universe (Bab 6–8). Oxford: Oxford University Press.

Payne, C. H. (1925). Stellar atmospheres; A contribution to the observational study of high temperature in the reversing layers of stars [Doctoral dissertation, Harvard University]. Harvard College Observatory.

Planck, M. (1901). Über das gesetz der energieverteilung im normalspektrum [On the law of distribution of energy in the normal spectrum]. Annalen der Physik, 4(3), 553–563. https://doi.org/10.1002/andp.19013090310

Zwicky, F. (1933). Die rotverschiebung von extragalaktischen nebeln [The redshift of extragalactic nebulae]. Helvetica Physica Acta, 6, 110–127.