Orbit Satelit

Orbit Satelit

Sebuah satelit bisa dianggap sebagai proyektil yang bergerak mengelilingi benda lain; dalam hal ini adalah Planet Bumi. Bagaimana satelit bisa bergerak mengelilingi planet sementara satelit terpengaruh oleh gaya gravitasi? Bukankah jika dipengaruhi gravitasi, satelit akan terjatuh? Pertanyaan semacam ini bisa dijelaskan dengan mudah melalui penelitian fisika sederhana. Berikut adalah beberapa hal tentang satelit yang perlu Anda ketahui sebelum pembahasan lebih lanjut tentang orbit:

1. Satelit adalah sebuah proyektil, yang hanya terpengaruh oleh gaya gravitasi. Artinya, satelit harus berada di ketinggian ideal dimana tekanan udara tidak lagi menjadi variabel yang perlu diperhitungkan. Di ketinggian tertentu di atmosfer, sama sekali tidak ada tekanan udara; satelit yang mengorbit Planet Bumi harus berada di tempat-tempat seperti itu.


2. Satelit memang terpengaruh gravitasi dan satelit memang ber-akselerasi menuju planet Bumi. Tanpa keberadaan gravitasi, satelit justru akan berjalan lurus dan tidak bisa mengelilingi planet. Fakta ini sesuai dengan law of inertia hasil pemikiran Isaac Newton. Sebuah obyek yang sedang bergerak, akan terus bergerak dengan kecepatan yang sama menuju arah yang sama kecuali jika terpengaruh oleh gaya lain (misalnya gesekan, dorongan, gravitasi, dsb).

Salah satu tempat paling sesuai untuk peluncuran satelit adalah Bulan. Tempat ini memiliki gravitasi, tapi sama sekali tidak ada tekanan udara karena Bulan dikelilingi oleh ruang kosong (Bulan tidak memiliki atmosfer). Jika Anda menembakkan sebuah meriam dengan kecepatan yang tepat di Bulan, peluru meriam akan melaju sesuai bentuk bulan. Sekali lagi, kecepatan harus diperhitungkan secara tepat berdasarkan tingkat gravitasi dan bentuk Bulan.

Bumi memang tidak berbentuk bulat sempurna seperti Bola, tapi kurvatur planet secara umum bisa digambarkan seperti berikut.

Dalam setiap jarak 8000 meter, Bumi memiliki tingkat lengkungan sejauh 5 meter, seperti gambar di bawah ini.

Lengkungan Planet Bumi

Di Planet Bumi, satelit harus berada di ketinggian minimal 320 km dari permukaan laut untuk menghindari intervensi atmosfer. Teleskop Hubble berada di ketinggian sekitar 600 km, tapi prinsip ilmu terapannya masih sama. Kecepatan laju satelit harus sesuai dengan kurvatur Bumi, sehingga benda ini tetap berada di orbit walaupun sebenarnya terpengaruh oleh gravitasi. Secara sederhana, satelit sebenarnya jatuh ke arah Bumi, tapi tidak pernah menyentuh tanah.

Berdasarkan perhitungan di atas, satelit harus berjalan sejauh 8000 meter sebelum ketinggiannya turun 5 meter. Anggaplah satelit yang diluncurkan secara horizontal akan jatuh sejauh 5 meter pada detik pertama setelah diluncurkan. Untuk menghindari hal ini, kecepatan satelit harus mencapai 8000 meter per detik (8 km/s). Dengan kecepatan ini, satelit akan tetap jatuh menuju Bumi, tapi kurvatur planet secara alami membantu satelit agar tetap berada di orbit. Satelit buatan manusia memiliki cara berbeda-beda dalam mengitari planet termasuk polar dan geostationary.

Polar Orbit

Satelit yang berada di polar orbit melaju di atas Kutub Selatan atau Utara. Satelit seperti ini biasanya berada sekitar ribuan km di atas Bumi. Salah satu poin penting adalah bahwa satelit yang berada di polar orbit mampu mengelilingi Bumi sebanyak 14 kali dalam satu hari saja. Karena Bumi juga melakukan rotasi, satelit polar orbit bisa mencakup seluruh permukaan Bumi dalam beberapa hari saja.

Geostationary Orbit

Satelit yang berada di geostationary orbit mengelilingi orbitnya sekali dalam 24 jam. Biasanya satelit seperti ini digunakan untuk mencakup satu wilayah tertentu saja di permukaan Bumi. Supaya tetap berada di posisi sama di atas planet, satelit harus berada pada ketinggian 22,237 mil di atas permukaan planet. Satelit seperti ini biasa digunakan untuk TV. Salah satu keunggulan satelit di geostationary orbit adalah bahwa mereka bisa mengirimkan gambar/foto permukaan Bumi setiap 30 menit saja, sedangkan satelit polar orbit baru bisa mengirim gambar dalam setiap 6 – 12 jam.

Fisika dan Luar Angkasa

Fisika dan Luar Angkasa

Planet Bumi menyediakan segala yang manusia butuhkan untuk bertahan hidup juga memberi perlindungan dalam menghadapai keadaan iklim ekstrim. Medan elektromagnetis di planet ini menghentikan banyak partikel kecil berbahaya bagi manusia dan atmosfer memberi udara juga menghancurkan benda angkasa yang akan jatuh ke permukaan. Gravitasi mungkin dianggap oleh sebagian orang sebagai salah satu atribut Bumi yang mengurangi mobilitas manusia, tapi manusia telah beradaptasi dan menemukan bahwa gravitasi adalah faktor penting penunjang kelangsungan hidup hampir semua mahkluk.

1.    Gravitasi Nol
Manusia berhasil menyesuaikan diri dengan berbagai macam lingkungan termasuk panas di gurun dan dinginnya es di kutub. Lingkungan seperti itu sekilas terlihat seperti tempat yang tidak mungkin ditinggali, tapi manusia membuktikan kecerdasannya dengan mampu bertahan hidup dan menetap di sana. Didukung oleh perkembangan pesat bidang teknologi dan ilmu fisika, sepertinya manusia akan menemukan banyak cara baru mengatasi sulitnya proses adaptasi terhadap lingkungan ekstrim. Secara perlahan, kita mulai mencari tempat perlindungan baru dan berencana meninggalkan Bumi suatu hari nanti. Mungkin bukan generasi sekarang, tapi di masa depan. Kita berhadapan dengan banyak sekali kesulitan, salah satunya adalah gravitasi nol.

Mereka yang kini telah berhasil menjejakkan kaki di luar angkasa mungkin para astronot dari NASA dan beberapa orang kaya. Tapi di kemudian hari, semua orang sepertinya akan mendapat kesempatan yang sama juga. Siapapun orangnya, dia telah mampu menghadapi berbagai macam kesulitan, tantangan, dan pengalaman yang hanya bisa dirasakan oleh manusia modern. Penjelajahan luar angkasa benar-benar merupakan hal baru; nenek moyang manusia sepertinya juga tidak pernah membayangkan hal ini.

Menurut ilmu Fisika, keadaan dimana tidak ada gravitasi akan membuat manusia mengalami banyak kesulitan untuk melakukan hal-hal rutin seperti makan, minum, mandi, dsb; sebagian besar aktivitas manusia harus dilakukan dengan menggunakan alat bantu. Di awal perkembangan NASA, para ilmuwan belum yakin jika manusia bisa selamat tanpa gravitasi. Tidak ada yang tahu akibat yang akan ditimbulkan bagi tubuh manusia jika meninggalkan medan gravitasi.

Bahkan pada waktu itu, ilmuwan sangat khawatir tentang terjadinya perubahan bentuk organ tubuh manusia jika berada di area gravitasi nol; mata manusia mungkin berubah bentuknya, jantung mungkin tidak bisa memompa darah dengan baik, dsb.
Percobaan mengirim binatang ke luar angkasa menjadi langkah awal penjelajahan alam semesta. Kera menjadi pilihan karena bentuk organ tubuh yang sangat mirip dengan manusia. Kera bisa selamat, dan organ tubuhnya berfungsi dengan baik; ilmuwan pun yakin manusia bisa melakukan hal yang sama. Sekali lagi, gravitasi nol memberi tantangan lain; manusia selamat, tapi tubuh atau organnya mengalami perubahan kebiasaan.

Di Bumi, setiap kali kita beraktivitas, sel tubuh bergerak ke atas untuk membantu kerja tulang dan otot. Di keadaan gravitasi nol, sel tubuh tidak berfungsi seperti itu. Jika seorang astronot berada di luar angkasa selama dua tahun, kekuatan tulang di tubuh bagian bawah akan mengalami penurunan drastis. Saat dia kembali ke Bumi, tulang-tulangnya bisa remuk seketika sesaat setelah keluar pesawat.

Stasiun luar angkasa bisa memberi medan gravitasi tiruan, tapi saat ini baru mampu menghasilkan 70% dari kekuatan gravitasi alami di Planet Bumi. Dalam jangka waktu 6 bulan, seorang astronot akan kehilangan 1/5 kepadatan tulang. Maka dari itu, peneliti bidang kesehatan tidak menganjurkan astronot untuk berada di luar angkasa selama lebih dari itu. Ratusan astronot mampu membuktikan bahwa mereka bisa selamat dari perjalanan luar angkasa. Tapi untuk berada disana dalam jangka waktu relatif lama tentu membutuhkan persiapan lebih matang.

2.    Radiasi
Di Bumi, manusia diselimuti lapisan atmosfer yang juga menyaring hampir segala bentuk pengaruh buruk matahari (radiasi). Contohnya, atmosfer di Mars tentu berbeda dengan atmosfer Bumi. Radiasi sinar matahari dan benda-benda angkasa lain sangat berbahaya bagi kesehatan manusia. Di Mars, para astronot bisa menetap dalam gua. Tetap saja, jika eksplorasi semakin jauh, semakin lama pula manusia akan terkena radiasi matahari secara langsung.

Seorang ahli fisika dari Arizona State University berpikir lebih ekstrim. Dia berpendapat bahwa jika manusia pergi ke Mars dan menetap di planet itu, kemungkinan sukses jauh lebih besar, lagipula hal ini juga bisa mengurangi biaya perjalanan. Menetap di Mars bukan hal yang tidak mungkin dilakukan; ide ini juga menyimpan rencana untuk mengirim beberapa orang berusia sekitar 60 tahun ke Mars sambil membawa bekal untuk kehidupan mereka disana. Faktanya, ide ini disambut baik oleh banyak orang yang menyatak bersedia menjadi sukarelawan.

Fisika dan astronomi bekerja saling berdampingan; banyak pengetahuan luar biasa tentang luar angkasa justru ditenukan oleh para ahli fisika. Salah satu contohnya adalah teori relativitas dan kecepatan cahaya oleh Einstein.