Bagaimana Bumi Bergerak Mengarungi Ruang Angkasa dalam Setiap Skala?

Pada skala terbesar, bukan hanya Bumi dan Matahari yang bergerak, tapi seluruh galaksi dan Grup Lokal galaksi, karena gaya gravitasi tak terlihat di ruang antargalaksi, semuanya harus digabungkan.

Mintalah seorang ilmuwan untuk menulis alamat kosmik kita, dan kita akan mendapatkan jawaban panjang lebar. Di sinilah kita, di planet Bumi yang berputar pada porosnya (berotasi) dan berputar mengelilingi Matahari (berevolusi), dengan orbit elips di sekitar pusat Galaksi Bima Sakti. Bahkan Bima Sakti juga ditarik secara gravitasi menuju Andromeda di dalam Grup Lokal galaksi kita. Grup Lokal kita ini kemudian didorong masuk ke dalam supergugus Laniakea, oleh gugus-gugus galaksi dan rongga besar kehampaan kosmik, yang terletak di tengah-tengah struktur alam semesta. Setelah berpuluh-puluh tahun penelitian, ilmu pengetahuan akhirnya dapat mengumpulkan gambaran lengkap dan dapat mengukur seberapa cepat kita bergerak mengarungi ruang angkasa, dalam setiap skala.

Rotasi Bumi bertanggung jawab penuh atas siklus siang dan malam, dan turut memperkuat medan magnet yang melindungi kita dari paparan ganas sinar kosmik dan angin surya.

Saat membaca artikel ini, kemungkinan besar Anda sedang duduk dan menganggap dirimu tidak bergerak. Namun pada tingkatan kosmik kita tidak diam sama sekali. Setiap satu kali rotasi Bumi, berarti kita meluncur melintasi ruang angkasa dengan kecepatan hampir 1.700 km/jam, bagi mereka yang berada di garis khatulistiwa. Hal itu mungkin terdengar seperti angka yang besar, namun relatif kecil dibandingkan kontribusi dalam skala lain untuk pergerakan kita melalui alam semesta. Hampir seperti kedipan pada radar kosmik. Tidak terlalu cepat, jika hanya dalam satuan kilometer per detik saja. Rotasi Bumi memberi kita kecepatan hanya 0,5 km/detik atau kurang dari 0,001% kecepatan cahaya. Tapi, ada gerakan dalam skala lain yang lebih penting.

Kecepatan saat planet-planet berputar mengelilingi Matahari, jauh melebihi kecepatan rotasi, bahkan bagi planet dengan rotasi tercepat seperti Jupiter dan Saturnus. NASA/JPL

Sebagaimana semua planet di tata surya kita, kecepatan Bumi mengorbit Matahari jauh lebih cepat daripada kecepatan rotasinya. Agar tetap berada di orbit yang stabil, Bumi harus bergerak sekitar 30 km/detik. Planet wilayah terdalam, Merkurius dan Venus, bergerak lebih cepat, sedangkan planet wilayah terluar seperti Mars (dan seterusnya) bergerak lebih lambat. Saat mengorbit di bidang tata surya, planet mengubah arah pergerakan secara terus-menerus, dengan Bumi kembali ke titik awalnya setelah 365 hari. Ya, hampir ke titik awal yang sama persis.

Sebuah model akurat tentang bagaimana planet-planet mengorbit Matahari, yang kemudian bergerak melalui galaksi dalam arah gerak yang berbeda.
Kredit gambar: Rhys Taylor dari http://www.rhysy.net/ melalui blognya di http://astrorhysy.blogspot.co.uk/2013/12/and-yet-it-moves-but-not-like-that.html.

Bahkan Matahari sendiri tidak diam. Galaksi Bima Sakti kita sangat besar, masif, dan yang terpenting juga turut bergerak. Semua bintang, planet, awan gas, butiran debu, lubang hitam, materi gelap dan semua objek antariksa bergerak di dalam Bima Sakti, berkontribusi dan terpengaruh oleh jaringan gravitasi. Dari sudut pandang kita, sekitar 25.000 tahun cahaya dari pusat galaksi, Matahari melaju dalam gerak elips, membuat revolusi yang lengkap setiap 220-250 juta tahun atau lebih. Diperkirakan kecepatan Matahari kita sekitar 200-220 km/detik sepanjang perjalanan mengelilingi Bima Sakti, yang jauh lebih besar dibandingkan kecepatan rotasi dan kecepatan revolusi Bumi di sekitar Matahari.

Bidang orbit Matahari di sekitar galaksi. Meskipun Matahari mengorbit di dalam bidang Bima Sakti sekitar 25.000-27.000 tahun cahaya dari pusat, arah orbital planet-planet di Tata Surya tidak sejajar dengan galaksi.

Tapi, Bima Sakti juga tidak diam, melainkan bergerak karena gaya tarik gravitasi dari semua gumpalan materi padat dan juga karena kurangnya gaya tarik gravitasi dari semua daerah yang kurang padat. Dalam Grup Lokal galaksi, kita dapat mengukur kecepatan Bima Sakti menuju galaksi terbesar, yaitu galaksi masif di halaman belakang kosmik kita: Andromeda. Andromeda tampaknya mengarah ke Matahari kita dengan kecepatan 301 km/detik. Berarti dua galaksi terbesar dalam Grup Lokal, Andromeda dan Bima Sakti, saling tarik menarik dengan kecepatan sekitar 109 km/detik.

Andromeda, galaksi terbesar di Grup Lokal tampak kecil dan tidak signifikan di samping Bima Sakti, tapi itu karena faktor jarak, sekitar 2,5 juta tahun cahaya. Andromeda saat ini bergerak menuju Matahari kita dengan kecepatan sekitar 300 km/detik.

Grup Lokal, dengan ukuran sangat masif tidak sepenuhnya terisolasi. Galaksi-galaksi lain dan gugus galaksi di sekitar Grup Lokal turut menarik kita, bahkan gumpalan materi yang berada lebih jauh juga menimbulkan gaya gravitasi. Berdasarkan apa yang bisa kita lihat, ukur, dan hitung, struktur ini nampaknya menyebabkan kecepatan tambahan sekitar 300 km/detik, namun dalam arah yang agak berbeda dari semua gerakan lainnya apabila disatukan. Dan, ada satu efek penting yang memengaruhi pergerakan kita dalam skala besar mengarungi alam semesta, yaitu gaya tolak gravitasi dari rongga hampa kosmik.

Gugus galaksi anggota supergugus Virgo. Pada skala terbesar, alam semesta terlihat seragam, tapi saat Anda melihat ke skala galaksi atau gugus, daerah yang materinya terlalu padat dan kurang padat malah mendominasi.

Untuk setiap atom atau partikel materi di alam semesta yang berkelompok bersama di wilayah yang terlalu padat, ada wilayah yang kehilangan jumlah kepadatan massa yang setara. Sebagaimana wilayah kosmik yang materinya lebih padat dari rata-rata yang menarik kita, ada pula wilayah kosmik yang materinya kurang padat dari rata-rata yang menarik kita dengan jumlah gaya di bawah rata-rata. Wilayah kosmik luas dengan pengelompokan materi yang lebih sedikit, tak sekadar memberikan gaya tarik yang lebih lemah, namun justru efektif sebagai gaya tolak.

Di alam semesta kita, lawan dari wilayah kosmik dengan materi padat adalah rongga hampa kosmik. Karena kita berada di antara kedua wilayah kosmik ini, gaya yang bekerja bertambah, masing-masing menyumbang sekitar 300 km/detik dan mendekati 600 km/detik.

Gaya tarik gravitasi (biru) wilayah kosmik padat dan gaya tolak relatif (merah) wilayah kosmik yang kurang padat, saat mereka beraksi di Bima Sakti.

Ketika seluruh gerakan ini dijumlah: Bumi berotasi, Bumi berevolusi mengelilingi Matahari, Matahari bergerak mengelilingi galaksi, Bima Sakti bergerak ke arah Andromeda, dan Grup Lokal ditarik ke wilayah kosmik yang terlalu padat dan ditolak oleh wilayah kosmik yang kurang padat, maka kita dapat memperoleh angka untuk seberapa cepat kita bergerak mengarungi alam semesta pada saat tertentu. Angka pergerakan Bumi adalah 368 km/detik dalam arah tertentu, plus minus sekitar 30 km/detik, tergantung pada waktu dalam satu tahun dan ke arah mana Bumi bergerak. Hal ini diperkuat oleh pengukuran latar belakang gelombang mikro kosmik, yang tampak lebih panas ke arah Bumi bergerak, dan sebaliknya lebih dingin ke arah yang berlawanan dengan pergerakan kita.

Suhu cahaya sisa dari Big Bang adalah 3,36 millikelvin lebih panas (merah) dalam satu arah daripada rata-rata, dan 3,36 millikelvin lebih dingin (biru) ke arah yang berlawanan dengan pergerakan kita. Hal ini disebabkan total pergerakan segala sesuatu melalui ruang angkasa.

Jika kita mengabaikan gerak Bumi, kita dapati Matahari bergerak relatif terhadap latar belakang gelombang mikro kosmik dengan kecepatan 368 ± 2 km/detik, dan jika kita menghitung pergerakan Grup Lokal yang terdiri dari Bima Sakti, Andromeda, Triangulum dan yang lainnya, bergerak dengan kecepatan 627 ± 22 km/detik relatif terhadap latar belakang gelombang mikro kosmik. Plus minus yang agak besar itu disebabkan tingkat kesulitan pengukuran pergerakan Matahari mengelilingi pusat galaksi.

Efek dari daerah kosmik materi padat dan kurang padat di Bima Sakti. Efek gabungan mereka dikenal sebagai Dipole Repeller.

Mungkin tidak ada kerangka acuan universal, namun ada kerangka acuan yang dapat diukur: latar belakang gelombang mikro kosmik dan laju ekspansi alam semesta. Setiap galaksi yang kita lihat memiliki apa yang kita sebut "kecepatan aneh" (atau kecepatan yang melampaui Konstanta Hubble) dari beberapa ratus hingga beberapa ribu km/jam. Pergerakan aneh Matahari adalah 368 km/detik, sementara Grup Lokal 627 km/detik. Keduanya cocok dengan bagaimana kita memahami bahwa semua galaksi bergerak mengarungi ruang angkasa. Berkat efek dipole repeller (pusat tolak efektif dalam aliran galaksi berskala besar di lingkungan Bima Sakti yang pertama kali terdeteksi pada tahun 2017), kita sekarang mengerti bagaimana kita bergerak pada setiap skala kosmik.

Ditulis oleh: Ethan Siegel, Kontributor www.forbes.com

Astrofisikawan dan penulis Ethan Siegel adalah pendiri dan penulis utama Starts With A Bang! Buku-bukunya, Treknology dan Beyond The Galaxy, tersedia di toko buku terdekat.

Sumber: How Does Earth Move Through Space? Now We Know, On Every Scale

#terimakasihgoogle