Bagaimana Satelit Bertahan di Termosfer yang 2482.2 C? - My Stupid Theory

My Stupid Theory

Si Bodoh yang waktu dan pikirannya habis digerogoti oleh rasa ingin tahu.

Bagaimana Satelit Bertahan di Termosfer yang 2482.2 C?


Beberapa hari yang lalu aku penasaran dengan pertanyaan sederhana. "Bagaimana mungkin mesosfer itu sangat dingin dan termosfer sangat panas?" Karena dalam pikiranku kalau semakin ke atas akan semakin dekat dengan matahari, artinya akan semakin panas. Tapi kenapa malah semakin dingin.

Pertanyaan ini berkembang dengan sangat menarik. Kenapa sangat menarik? Jadi gini, NASA menyebutkan bahwa temperatur di termosfer bisa mencapai 4500 fahrenheit atau setara dengan 2482.2  oC, bagaimanakah cara melakukan pengukuran temperatur ini? Termometer seperti apa yang mereka gunakan? Kalau di udara biasa (troposfer) mengukur temperatur bukanlah masalah besar, tapi bagaimana kalau kondisinya di ruang vakum luar angkasa, bagaimana bisa melakukan pengukuran?

Selanjutnya ada teman yang bertanya "Bagaimana mungkin satelit tidak meleleh di termosfer yang 2482.2 C? Bahan apa yang digunakan satelit?" Yah tau aja lah. Pertanyaan dari siapa ini.. XD

Pengukuran Temperatur

Selama ini mungkin pemahaman banyak orang mengenai temperatur ialah "Angka yang menunjukkan seberapa panas suatu benda atau area", dan temperatur ditunjukkan oleh alat yang bernama termometer.

Sekilas, pemahaman ini benar, tetapi apakah ini sudah sempurna dalam menjelaskan apa itu temperatur?

Dalam ilmu termodinamika temperatur didefinisikan sebagai kecenderungan suatu zat untuk mengalirkan energinya pada lingkungannya. Ketika dua zat bersentuhan maka salah satu zat yang memberikan energinya merupakan zat yang temperaturnya lebih tinggi. Jadi temperatur tidak akan terdeteksi ketika dua zat tidak bersentuhan dan tidak mengalirkan energi (panas).  Itulah kenapa harus ada standard untuk pengukuran temperatur, ilmuwan menggunakan standard titik beku dan titik didih air sebagai standard untuk temperatur yang kemudian disempurnakan sebagai satuan Kelvin, yang mendefinisikan batas terendah dari temperatur.

Sederhananya, setiap kali kita mengukur panas tubuh dengan termometer, kita harus menyentuhkan termometer pada tubuh sehingga termometer akan menerima energi panas dari tubuh dan menunjukkan temperatur. Ini tidak akan terjadi tanpa kontak antara termometer dan tubuh.

Ketika kita menggunakan termometer untuk mengukur temperatur ruangan, maka terjadi kontak antara termometer dengan zat uap air dan udara di ruangan sehingga termometer akan menerima energi panas dan menunjukkan temperatur.

Jadi bagaimana jika termometer di bawa ke luar angkasa? Di luar angkasa hampir tidak ada zat karena keadaannya vacum. Karena kondisi ini, jika kita membawa termometer ke luar angkasa, tidak perduli apapun jenis termometer-nya, tidak akan bisa mengukur temperatur di luar angkasa. Kenapa? Karena termometer tidak akan menyentuh zat atau senyawa apapun.

Mengetahui hal ini, ilmuwan tidak menyerah. Hingga akhirnya mereka menemukan cara mengukur temperatur luar angkasa. Bagaimana caranya mengukur temperatur di mesosfer dan termosfer?

Ilmuwan menggunakan kerapatan atom untuk menentukan temperatur di mesosfer dan termosfer. Kerapatan atom ini dihitung sebagai densitas, cara mengukurnya ialah dengan menggunakan koefisien gesekan yang menghambat laju pesawat luar angkasa (spacecraft). Dengan cara ini ilmuwan dapat mengetahui densitas atom di luar angkasa.

Kemudian densitas atom dapat dikonversi menjadi temperatur dengan menggunakan salah satu cabang ilmu kimia fisika yaitu termodinamika.

Dengan jarak antar partikel yang sangat jauh, maka gas yang ada di ruangan vakum dapat kita asumsikan sebagai gas ideal. Dalam gas ideal berlaku persamaan:

P.V = N.KbT

T = P.V/N.Kb
Data densitas merupakan jumlah atom persatuan volume. Jadi dari persamaan tersebut jika P tetap dan V ruang luar angkasa = tak hingga (tetap juga), maka peningkatan dan penurunan temperatur hanya akan dipengaruhi oleh N atau jumlah atom. Jika N meningkat maka T pasti akan menurun, sedangkan jika N menurun jumlahnya maka T akan meningkat.

Dari sini bisa kita gambarkan bagaimana terjadinya peningkatan dan penurunan temperatur yang ekstrim di mesosfer dan termosfer.

Kondisi di mesosfer ialah, kandungan gas dan atom jauh lebih rendah dibandingkan di udara normal bumi, sehingga jika kita gunakan persamaan di atas, seharusnya temperatur mesosfer akan lebih tingi dari di bumi. Namun P atau tekanan di mesosfer jauh lebih rendah dibandingkan di bumi, sehingga tekanan menurun maka temperatur akan menurun juga.

Sedangkan kondisi di termosfer ialah kandungan gas dan atom jauh lebih rendah dibandingkan di mesosfer sedangkan tekanannya kurang lebih sama. Jadi temperatur di termosfer jika dibandingkan dengan mesosfer akan meningkat lebih tinggi disebabkan karena penurunan jumlah atom di termosfer.

Secara termodinamika persamaan di atas dapat mewakili kondisi ruang vakum yang berisi gas ideal dengan catatan tidak ada energi yang keluar dan masuk ke dalam lingkungan. Tetapi karena kondisi di luar angkasa ada energi yang masuk dan keluar dari lingkungan dan sistem, maka kalkulasinya tidak akan sesederhana itu.  Ilmuwan (bisa disebut NASA) harus melakukan kalkulasi jumlah energi yang masuk ke dalam sistem dan energi yang keluar dari sistem.

Perhitungan semacam ini bisa dilakukan dalam bidang termodinamika. Energi yang masuk merupakan energi dari gelombang radiasi matahari dan gelombang-gelombang kosmik lainnya. Sedangkan energi yang keluar dari sistem ialah berupa gelombang radiasi dari atom-atom di luar angkasa.

Temperatur Mesosfer

Ketinggian lapisan mesosfer ialah 50-100km dari permukaan bumi, pada lapisan ini temperatur sangat dingin mencapai -90 oC. Jika sebelumnya aku sudah menjelaskan pendekatan yang dilakukan para ilmuwan untuk menentukan temperatur di luar angkasa, dengan persamaan yang aku sebutkan di atas itu, masih tidak masuk akal jika temperatur di mesosfer ialah -90 oC.

Sangat rendahnya temperatur di mesosfer ini ternyata erat kaitannya dengan keberadaan beberapa molekul mayoritas pada lapisan ini. Salah satu molekul yang sangat besar jumlahnya di Mesosfer ialah Karbon Dioksida CO2.

Seperti yang sudah kalian ketahui bahwa gas CO2 merupakan collant agent yang sangat baik. CO2 dapat menurunkan temperatur secara instant karena senyawa ini dapat menyerap panas dan mengubah energinya menjadi radiasi foton. Sifat CO2 yang mampu menyerap panas dengan cepat inilah yang membuat gas CO2 digunakan dalam tabung pemadam kebakaran.

Di mesosfer senyawa CO2 akan menyerap radiasi matahari kemudian memancarkannya dalam bentuk radiasi foton ke bumi. Inilah yang menyebabkan ketika terjadi peningkatan CO2 di atmosfer, maka panas bumi akan meningkat yang kita kenal sebagai efek rumah kaca. 

Temperatur Termosfer

Termosfer merupakan lapisan atmosfer pada ketinggian 100-200 km, sebaliknya dari lapisan mesosfer, disini temperatur sangat tinggi mencapai 2482.2 oC. Ada setidaknya tiga alasan kenapa temperatur di Termosfer sangat tinggi, pertama seperti yang telah aku sebutkan di atas bahwa tekanan P sangat rendah di luar angkasa ini. Kedua jumlah molekul N di lapisan ini sangat sedikit ini menyebabkan penurunan temperatur berdasarkan persamaan gas ideal yang telah kita bahas. Ketiga ialah adanya energi radiasi UV matahari dan radiasi kosmik lainnya yang tidak diserap oleh atom CO2.

Lalu jika temperatur termosfer benar-benar 2482.2 oC , bagaimana mungkin satelit bertahan di temperatur ini? Ini dikarenakan walaupun temperaturnya 2482.2 tetapi keadaanya di luar angkasa dingin sehingga satelit dapat bertahan.

Panas Tapi Dingin?

Ya! 2482.2  oC tetapi dingin. Bagaimana mungkin ini terjadi? Apa karena vakum? Yap!

Oke kalau aku jawab karena vakum, pasti bakalan pada bilang "Semua yang aneh dijawab karena vakum! Emangnya vakum itu sihirnya Harry Poter?" Hahaha.. Yaudah lahh.. Coba kita pelajari pelan-pelan.

Temperatur yang tunjukkan oleh angka 2482.2 oC merupakan definisi temperatur dalam skala mikro. Dimana ini ditetapkan dalam Hukum Termodinamika ke-Nol. Hukum Termodinamika ke-Nol mendefinisikan temperatur dimana molekul tidak lagi bergerak sebagai temperatur nol derajat. Temperatur nol derajat ini ketika dikonversi dalam satuan Celcius ialah -273 oC. Kemudian dijadikanlah ukuran temperatur dimana molekul tidak bergerak sama sekali ini sebagai satuan nol Kelvin (K), merujuk pada ilmuwan Lord Kelvin pendirinya.

Dalam pemahaman ini artinya adalah temperatur merupakan properti yang menunjukkan energi kinetik atom-atom gas yang saling bertumbukan dan menghasilkan panas. Artinya semakin tinggi temperatur maka semakin tinggi pula pergerakan atom gas. Artinya 2482.2 oC merupakan angka yang menunjukkan kecepatan gerak dari atom gas, permasalahannya ialah gas ini tidak akan bertumbukan dengan gas lainnya sehingga tidak akan menghasilkan panas walaupun energi kinetik atomnya sudah besar. Jadi walaupun 2482.2  oC tetapi tidak akan langsung membakar satelit ataupun astronot yang melayang di angkasa.

Definisi di atas mungkin masih sulit di cerna. Maka dari itu aku akan coba ceritakan dengan contoh yang lebih manusiawi mengenai gerakan molekul, temperatur dan panas yang dihasilkan ini.

Contoh paling sederhananya ialah ketika di sauna. Ketika di sauna, temperatur pemanas pasti diatur standard tidak berubah. Sekarang jika di sauna tersebut kita menuangkan air 1 ember, kemudian air tersebut akan menguap memenuhi ruangan. Apakah cukup panas?

Kemudian coba tuangkan air 30 ember ke pemanas tersebut, sehingga 30 ember molekul air akan mendidih memenuhi ruangan. Sekarang apakah cukup panas?

Ya. 30 ember melekul air akan membuat sekujur tubuhmu melepuh karena panasnya. Lalu kenapa 1 ember air tidak panas? Karena jumlah molekul sedikit, maka pertukaran panas antara molekul air dengan tubuh kita relatif lebih sedikit.

Begitu pula yang terjadi di ruang vakum. Tidak banyak gas yang akan mengalirkan panas pada satelit atapun baju astronot. Kepadatan molekul di termosfer ialah sekitar 1.9x1010 molekul/cm3, bandingkan dengan jumlah molekul di udara sektiar kita yaitu 3x1019 molekul/cm3. Perbandingannya ialah 1:109

Walaupun temperatur tingi pada termosfer tidak dapat mengalirkan panas karena tidak cukup molekul gas, tetapi satelit tetap perlu proteksi dari panas dalam bentuk radiasi.

Cara Rambat Panas dan Proteksi Satelit

Ada tiga cara rambat panas yang dikenal dalam ilmu fisika, yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi. Di dalam ruang vakum dimana tidak ada material gas apapun, cara rambat panas yang bisa terjadi hanyalah radiasi.

Di ruang vakum termosfer terdapat berbagai jenis radiasi kosmik dan radiasi matahari yang mampu menaikkan temperatur logam bahan baku satelit. Namun satelit juga dilengkapi dengan teknologi radiator termal yang mampu melepaskan energi panas tersebut dalam bentuk radiasi ke ruang hampa. Silahkan cari informasi selengkapnya di google tentang teknologi radiator ini dengan kata kunci "Space Thermal Radiator"

Jadi selain itu untuk mengontrol panas yang diterima oleh satelit dan spacecraft, digunakanlah bahan khusus yang mampu menerima panas dan merambatkannnya. Seperti bagian yang menghadap ke Matahari menggunakan bahan yang menyerap ultraviolet sehingga dapat menyerap panas maksimal, sedangkan bagian yang menghadap ke bumi mampu melepaskan panas. Silahkan baca tulisanku sebelumnya tentang Cara Kerja Satelit. Dan untuk mengendalikan temperatur di dalam satelit maka setiap satelit dilengkapi dengan radiator termal yang akan melepaskan energi panas sehingga satelit tidak rusak/meleleh.

Salah satu contoh material anti radiasi ialah pada termos air. Pada termos air panas, di bagian dalam tabungnya pasti berwarna mengilap ini mencegah energi panas untuk merambat melalui radiasi. Sedangkan pada termos air dingin di bagian luarnya akan dilapisi dengan lapisan mengilap untuk menghalau rambatan gelombang radiasi masuk.
So.. Human is clever, isn't it?
Penjelasanku memang tidak sampai sangat spesifik, hanya seperti pengantar dari penjelasan sebenarnya. Rumus yang aku pakai adalah pendekatan saja, bukan rumus sebenarnya, dari pendekatan semacam ini kita bisa melihat kemungkinan dibangunnya teknologi satelit dan pengukuran temperatur di termosfer dan mesosfer.

Hanya karena kita tidak cukup pintar untuk memahami sesuatu, bukan berarti semua manusia tidak bisa memahaminya.
Human is awesome creatures! 

Sumber:

  1. http://helios.gsfc.nasa.gov/qa_sun.html#coronatemp
  2. http://helios.gsfc.nasa.gov/qa_sp_ht.html
  3. E. Doornbos, Thermospheric Density and Wind Determination from Satellite Dynamics,2012, Springer Theses, DOI: 10.1007/978-3-642-25129-0_2, Berlin Heidelberg
  4. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/temper2.html
  5. http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/ozone/additional/science-focus/about-ozone/atmospheric_structure.shtml
  6. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/temper2.html
  7. http://ifisc.uib-csic.es/raul/CURSOS/TERMO/Thermodynamic%20temperature.pdf

Gambar:

http://www.nasa.gov/images/content/167162main_sts116-301-028_hires.jpg
https://www.standeyo.com/NEWS/10_Space/10_Space_pics/100716.thermosphere.jpg

24 comments

Satelit cuma CGI

kata kaum datar

Ini hanya konspirasi wahyudi

bravo! gue udah cek di blog sebelah kenapa termosfer panas well jawabannya mirip2 gt good bro lo keren

Thanks artikelnya gan. Sangat membantu sekali. Saya memang penasaran terhadap pernyataan kaum FE yg bilang bahwa tidak mungkin satelit bisa bertahan di angkasa tanpa terbakar/meleleh karena suhu di sana sangat tinggi. Sekarang saya tau jawabannya. :)

Mau Tanya gan . satellite google gimana ya caranya ambil citra bumi ya? klo bumi berotasi Dan kecepatannya rata2 satellite nya 28.000 km/jam

That right,hal yang sama gua tanyakan gimana cara satelite mengambil gambar dengan kecepatan rotasi 28000 km/jam

Iku yg moto satellite sopo yo biso katon satellite e.....,

28000km/h di ketinggian segitu kelihatan pelan bro , sama kayak lu naik pesawat di ketinggian 33rb kaki, lu bakal ngira pesawat itu pelan, padahal kecepatannya sekitar mach 0.81

Thanks.. :D
Silahkan dicoba aja ambil gambar gedung saat pesawat lepas landas.. Mudah kan?

thats right...keingiet waktu kuliah belajar thermodinamika mas...salam..

mumet mikir fe vs ge ... tp dri situ akan ada lbih bnyak pertnyaan,,, bgmn satelit bisa survive di van allen belt, foto/video bkinan nasa cs real or fake? bnrkah ekdpdisi ke moon n ke mars, dll,,, dua kubu saling bntah dg argumen yg bisa dtrima akal... so what the truth is?

Pemalsuan fakta menggunakan hukum fisika,istilah panas tapi dingin dibuat untuk membingungkan,dengan alasan kerapatan molekul tidak cukup untuk menghantarkan panas......artikel anda hanya bertujuan membodohi dengan ilmu,sedang meteor saja yg dari luar ke bumi terbakar hebat karena gesekan anda mau bilang satelit di ketinggian 400km melayang dengan aman?itu meteor di ketinggian berapa mulai terbakar?sudah ada data akurat?jangan rekayasa pembodohan dengan ilmu yg anda pelajari,disiplin keilmuan pada dasarnya mencari kebenaran atas adanya tuhan bukan sebalinya,mungkin anda juga termasuk penganut teori bigbang dan kebanyakan ilmuwan percaya bigbang daripada penciptaan...miris dan jadi ironi jika yg anda cari tak anda temukan padahal IA lebih dekat dari urat leher anda.

Ahmad Riyanto jempolan,,,hla ya...sapa ya motret satelit...kok bisa jelas gitu..

mantap mas berikan terus jawabaanya mas.

Untuk menghubungkan antar tower/bts/pemancar ada satu rumus yang wajib di masukkan yaitu.. yap PERHITUNGAN LENGKUNG BUMI tanpa rumus ini mana mungkin bisa terjadi koneksi antara bts/pemancar satu dengan bts/pemancar lainnya

saya bisa lihat yang nulis ini blog adalah orang selalu penasaran, dan geram kalau tidak tahu apa-apa,selalu ingin tahu, dan teruss mencari tahu, berbeda dengan kaum Flat Nomer yang hanya bisa dikamar mengurung diri dan mengangguk ngangguk liat video dari boss tarling
,kerja bagus (ajungan jempol untuk penulis blog)

untuk orang yang pernah belajar fisika saya rasa bisa paham mengenai penjelasan istilah panas tetapi dingin di atas! coba analisa pernyataan ini baikbaik "Ada tiga cara rambat panas yang dikenal dalam ilmu fisika, yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi. Di dalam ruang vakum dimana tidak ada material gas apapun, cara rambat panas yang bisa terjadi hanyalah radias". meteor terbakar saat memasuki atmosfer bumiitu karena mengalami gesekan dengan udara di atmosfer pada kecepatan tinggi!

Seperti perbedaan umat beragama, ada yang Islam dan Kafir. Silahkan pilih, karena kebenaran itu harus dibuktikan oleh kita sendiri.

Ini menarik sekali, rumus Perhitungan Lengkung Bumi.
Logikanya klo bumi nya datar, rumus ini akan menjadi tidak berlaku. Dan itu artinya dgn rumus ini, berarti orang tidak saja hanya bisa menghubungkan koneksi antar tower, tapi juga bisa membuktikan bahwa dalam jarak sekian KM bumi harus/pasti melengkung. sehingga antara teori/rumus akurat dengan faktanya.

Monica Oshamu@
Oke jika ada pemahaman satelit bisa tahan panas seperti itu,
tapi bagai mana dengan kecepatan 28000 km/h ? Pesawat yg di buat dengan kecepatan 3000 km/h aja kokohnya kyk gitu + pilotnya harus duduk anteng, Nahh klo satelit ? Bisa RONTOK satelitnya. dan bagai mana astronotnya bisa keluar masuk dengan santainya ? itu kecepatan 28000 km/h lohh...

Ahmad riyanto
Meteor Itu terbakar di lapisan mesosfer bodoh

Arief januanto
KAn idah dijelaskan kalau dilapisan itu jarak partikel sangat renggang jadi hambatan udaranya pun jadi sangat minim berbeda dengan lapisan yg di bawahnya seperti mesosfer dan throposfer

What comes into your mind?
Shoot me some comment!

 
Back To Top