Bumi dan Planet-Planet Lainnya

Dimulai dari planet Bumi: sebuah wahana yang ditumpangi oleh bermiliar manusia. Kecerdasan spiritual manusialah yang akan memberi makna perjalanan di alam semesta ini; perjalanan antargenerasi selama bermiliar tahun tanpa tujuan akhir yang diketahui pasti, yang gratis dan tak berujung, hingga waktu kehancurannya tiba.

Namun Bumi masih terlalu kecil dibandingkan Matahari, sebuah bola gas pijar raksasa, lebih dari 1.250.000 kali ukuran Bumi dan bermassa 100.000 kali lebih besar. Bumi yang tak berdaya, tertambat oleh gravitasi, terseret Matahari mengelilingi pusat Galaksi lebih dari 200 juta tahun untuk sekali edar penuh. (Lalu apa rencana secercah kehidupan kita dalam pengembaraan panjang ini? Sangat sayang bila kita tidak sempat melihat kosmos hari ini. Sangat sayang kita tidak berencana sujud dan berserah kepada Tuhan Yang Mahakuasa.)

Pengiring Matahari lainnya adalah planet Merkurius, Venus, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus, Pluto, asteroid, komet dan sebagainya. Ragam wahana dalam tata surya itu berupa sosok bola gas, bola beku, karang tandus yang sangat panas; semuanya tak terpilih seperti planet Bumi. (Lalu, mengapa wahana yang tersebar di alam semesta yang sangat luas itu tak semuanya mudah atau layak dihuni oleh kehidupan?)

Putaran demi putaran waktu berlalu, kehancuran wahana bermiliar manusia akan menghampiri perlahan tapi pasti. Namun, berbagai pertanyaan manusia tentang misteri alam semesta masih belum atau tak berjawab. Berbagai upaya rasionalitas manusia telah dikerahkan dan pengetahuan bertambah, namun misteri alam semesta itu terus menjadi warisan bagi generasi berikutnya.

Penjelajahan akal manusia mendapatkan fakta-fakta penyusun alam semesta, mulai dari dunia atom, planet, tata surya, hingga galaksi dan ruang alam semesta yang berbatas galaksi-galaksi muda. Dengan itu, pengetahuan manusia merentang dalam dimensi panjang 10^-13 hingga 10²⁶ meter, yang merupakan batas fakta-fakta yang dapat diperoleh dalam dunia sains. Pada abad ke-21 manusia masih berambisi untuk menyelami dunia 10^-35 meter (skala panjang Planck) atau 10^-20 kali lebih kecil dari penemuan skala atom pada dekade pertama abad ke-20. Begitu pula dimensi lainnya seperti waktu, energi, massa, rentangnya meluas dari yang lebih kecil dan lebih besar.

Tentang rentang waktu alam semesta, manusia mendefinisikan berbagai zaman (dan zaman transisi di antaranya): Zaman Primordial, ketika usia alam semesta antara 10^-50 hingga 10⁵ tahun, Zaman Bintang, (10⁶ - 10¹⁴ tahun), Zaman Materi Terdegenerasi, (10¹⁵ - 10³⁹ tahun), Zaman Black Hole, (10⁴⁰ - 10¹⁰⁰ tahun), Zaman Gelap ketika alam semesta menghampiri kehancurannya dan Zaman Kehancuran Alam Semesta, ketika materi meluruh. Tanpa fakta-fakta dan ilmu yang diketahui manusia (atas izin Allah), akhirnya manusia hanya bisa berspekulasi dan tak bisa mendefenisikan berbagai keadaan, misalnya sebelum kelahiran alam semesta dan setelah kehancuran.

Penjelajahan akal manusia bisa menggapai penaksiran hal-hal berikut: jumlah partikel (di Matahari 10⁶⁰ atau di Bumi 10⁵⁰), energi ikat (antara Bumi dan Matahari sebesar 10³³ Joule), energi radiasi matahari sebesar 10²⁶ watt, energi Matahari yang diterima Bumi sebesar 10²² Joule, energi yang diperlukan manusia per tahun sebesar 10²⁰ Joule, energi penggabungan inti atom, fissi 1 mol Uranium sebesar 10¹³ Joule, energi yang dihasilkan 1 kg bensin sebesar 108 Joule. Sebuah anugerah yang besar bagi manusia, walaupun melalui proses yang panjang.

Kelahiran Ruang-Waktu dan Jagat-Raya

P

ada tahun 1915 Albert Einstein telah mem-perhitungkan bahwa Jagat Raya kita tidak Statis, tapi mengembang. Sayang sekali kenyataan bahwa Jagat Raya mengembang tersebut sulit diterima oleh para Kosmolog pada saat itu.

Edwin Huble di Observatorium California Mount Wilson  pada tahun 1929 melihat dengan yakin bahwa galaksi-galaksi di luar Bimasakti menjauh dari kita dengan kelajuan yang sebanding dengan jarak dari bumi, artinya semakin jauh suatu galaksi semakin cepat dia menjauh. Sebuah galaksi berjarak sekitar 10 milyar tahun cahaya akan menjauh dengan laju 200.000 km/detik atau 0,6 kali laju cahaya dan yang paling sukar difahami adalah kenyataan bahwa hal ini terjadi pada semua arah! Laju setinggi itu untuk benda semasif galaksi amat sukar untuk dijelaskan melalui model-model Jagat Raya yang ada saat itu. Huble meramalkan bahwa Jagat Raya kita mengembang.

Persoalan ini menjadi jelas ketika seorang kosmolog Belgia LemaitrL (1931) mengajukan model kosmos yang mengembang. Menurut LemaitrL gerak galaksi adalah bukti bahwa Jagat Raya mengembang. Akhirnya seorang fisikawan Rusia Alexander-Friedmenn memutuskan bahwa Jagat Raya kita memang mengembang. Model Jagat Raya yang mengembang ini disebut Friedmenn dengan istilah expanding universe. Untuk lebih memahaminya, Jagat Raya dapat dianggap sebagai permukaan balon yang membesar. Karena bagian-bagian di permukaan balon ini saling memisah sebagai akibat dari pemompaan atau penggelembungan, hal ini berlaku juga untuk obyek-obyek di ruang angkasa yang saling memisah sebagai akibat dari terus bertambah luasnya alam semesta.

“Dan langit (singular) itu kami bangun dengan kekuasaan kami, dan sesungguhnya Kamilah yang meluaskannya”.

(QS:Adz Dzariyaat 47)

Pada tahun 1940-an George Gamow melahirkan konsep Ledakan Dahsyat Panas (The Hot Big-Bang Model). Konsep ini merupakan kelanjutan dari konsep LemaitrL. Gamow menyatakan bahwa masa dini kosmos ditandai dengan suhu dan rapatan yang amat tinggi, namun kemudian suhu dan rapatan itu menurun seiring dengan gerak muaian alam semesta.

Gamow berkesimpulan bahwa sekitar 15 milyar tahun yang lalu galaksi-galaksi di seluruh Jagad-Raya yang diperkirakan ada 100 milyar dan masing-masing rata-rata berisi 100 milyar bintang itu pada awalnya adalah sesuatu yang padu yang kemudian meledak dengan sangat dahsyat. Teori Big-Bang menunjukkan bahwa pada awalnya, semua obyek di Jagat Raya merupakan satu bagian yang padu dan kemudian mengembang dan terpisah-pisah.

“Dan tidakkah orang yang kafir itu mengetahui bahwa sesunguhnya langit (plural) dan bumi itu dulunya sesuatu yang padu, kemudian kami pisahkan keduanya ..”

(QS: Al-Anbiya' 30)

Jagat Raya yang bertambah luas itu bisa menunjukkan bahwa dulunya Jagat Raya  berasal dari suatu titik. Perhitungan menunjukkan bahwa titik tunggal itu mengandung materi yang mempunyai volume nol dan kerapatan yang tak terhingga. Ledakan yang luar biasa dahsyatnya ini menandai awal dimulainya Jagat Raya. Meluasnya Jagat Raya itu merupakan salah satu bukti terpenting bahwa Jagat Raya diciptakan dari ketidakadaan.

Tatkala alam mendingin, karena ekspansinya, sehingga suhunya merendah melewati 1.000 trilyun-trilyun derajat, pada umur 10-35 detik, terjadilah gejala "lewat dingin". Pada saat pengembunan tersentak, keluarlah energi yang memanaskan kosmos kembali menjadi 1.000 trilyun-trilyun derajat, dan seluruh kosmos terdorong membesar dengan kecepatan luar biasa selama waktu 10-32 detik. Ekspansi yang luar biasa cepatnya ini menimbulkan kesan seolah-olah alam kita digelembungkan dengan tiupan dahsyat sehingga ia dikenal sebagai gejala inflasi

Karena materialisasi dari energi yang tersedia, yang berakibat terhentinya inflasi, tidak terjadi secara serentak, maka di lokasi-lokasi tertentu terdapat konsentrasi materi yang merupakan benih galaksi-galaksi yang tersebar di seluruh kosmos. Jenis materi apa yang muncul pertama-tama di alam ini tidak seorang pun tahu; namun tatkala umur alam mendekati seper-seratus sekon, isinya  terdiri  atas  radiasi  dan partikel-partikel sub-nuklir.

Pada saat itu suhu kosmos adalah sekitar 100 milyar derajat dan campuran partikel dan radiasi yang sangat rapat tetapi bersuhu sangat tinggi itu lebih menyerupai zat-alir (Fluida) daripada zat padat sehingga para ilmuwan memberikan nama Cosmos Soup. Antara umur satu detik dan tiga menit terjadi proses yang dinamakan nukleosintesis; dalam periode ini atom-atom ringan terbentuk sebagai hasil reaksi fusi-nuklir.

 “Kemudian Dia menuju pada penciptaan Langit (singular),

dan Langit saat itu berupa Uap, ..”.

(QS. Fushshilat: 11).

Sekitar 380.000 tahun setelah Big-Bang, proton dan elektron bergabung membentuk atom Hidrogen Netral. Jumlah elektron bebas berkurang. Karena partikel penyebarnya (elektron) berkurang, maka penyebaran cahaya atau radiasi juga berkurang. Jadi, Jagat Raya sekitar 380.000 tahun setelah Big-Bang menjadi transparan. Permukaan bola pada jarak 380.000 tahun setelah Big-Bang disebut “permukaan penyebaran terakhir” atau surface of last scattering.

Kalau kita melihat ke surface of last scattering (berarti ke masa 380.000 tahun setelah big bang), di balik surface of last scattering tidak dapat kita lihat karena Jagat Raya waktu itu tidak transparan. Jagat Raya mulai dari surface of last scattering hingga kita transparan. Dari surface of last scattering itu kita melihat radiasi yang berasal dari Big-Bang yang dikenal sebagai latar belakang gelombang mikrokosmik atau Cosmic Microwave Background disingkat CMB.

Pada tahun 1948, ahli astrofisika kelahiran Rusia, George Gamow, mengemukakan bila kita melihat cukup jauh ke alam semesta, maka kita akan melihat radiasi latar belakang sisa dari Big-Bang. Gamow menghitung bahwa setelah menempuh jarak yang sangat jauh, radiasi itu akan teramati dari Bumi sebagai radiasi gelombang mikro.

Pada tahun 1965, Arno Penzias dan Robert Wilson sedang mencoba antena telekomunikasi milik Bell Telephone Laboratory di Holmdel, New Jersey. Mereka dipusingkan oleh adanya desis latar belakang yang mengganggu. Mereka mengecek antena mereka, membersihkan dari tahi burung, tetapi desis itu tetap ada. Mereka belum menyadari desis yang mereka dengar itu berasal dari tepi Jagat Raya. Penzias dan Wilson menelepon astronom radio Robert Dicke di Universitas Princeton untuk minta pendapat bagaimana mengatasi masalah itu. Dicke segera menyadari apa yang didapat kedua orang itu. Telaah oleh Dicke dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa radiasi itu tidak lain adalah radiasi sisa masa muda kosmos seperti yang diharapkan Gamow. Segera setelah itu dua makalah dipublikasikan di Astrophysical Journal. Satu oleh Penzias dan Wilson yang menguraikan penemuannya, satu oleh Dicke dan timnya yang memberikan interpretasi. Penzias dan Wilson memperoleh Hadiah Nobel untuk Fisika pada tahun 1978.

Penemuan CMB itu dikukuhkan oleh satelit Cosmic Background Explorer (COBE) milik Badan Antariksa Amerika Serikat (NASA). Pengukuran oleh satelit Cobe itu menunjukkan temperatur CMB yang hanya 2,725 derajat Kelvin. Satelit COBE memetakan radiasi itu di segala arah dan ternyata semuanya uniform sampai ketelitian satu dibanding 10.000. Kalau kita mempunyai mata yang peka pada CMB, maka langit seperti dilabur putih, sama di semua arah, mulus sempurna tidak ada noda-nodanya.

Ini sesuai dengan prinsip dasar kosmologi bahwa Jagat Raya ini isotropik dan homogen; seragam di semua arah. Yang kita lihat adalah surface of last scattering.

Sedemikian seragamnya CMB hingga hanya alat yang sangat sensitif dapat melihat adanya fluktuasi atau ketidakseragaman pada CMB. Untuk itu, NASA telah meluncurkan satelit antariksanya, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), yang lebih cermat daripada COBE untuk mempelajari fluktuasi itu. Dengan mempelajari fluktuasi itu, diharapkan kita dapat mengetahui asal mula galaksi-galaksi dan struktur skala besar Jagat Raya dan mengukur parameter-parameter penting dari Big-Bang. Radiasi yang menyebar secara serbasama dan isotropik itu sejauh ini menjadi landasan untuk ketepatan model Ledakan Dahsyat memaparkan masa muda alam semesta. Maka kosmologi masa kini pun bertumpu pada model Ledakan Dahsyat sebagai paradigma utamanya.

Nobel Fisika 2006 semakin me-ngukuhkan teori Big-Bang. Dua ilmuwan antariksa AS John C Mather dan George F Smoot meraih penghargaan Nobel Fisika 2006 dengan penemuannya Teori Gelombang Kejut Energi Pasca terjadinya Big-Bang. sejumlah petunjuk menyangkut bagaimana dan kapan galaksi pertama terbentuk juga sedikit banyak berhasil diungkap.

Penelitian mereka mengarah pada radiasi CMB. Ini merupakan gelombang kejut energi yang dikeluarkan dari ledakan dan masih memancarkan radiasi melintasi angkasa yang terus berkembang sementara batas-batas semesta meluas. Radiasi itu memiliki suhu 2,725o K. Dalam kondisi itu, secara perlahan terbentuklah spektrum elektromagnetik, bernama blackbody yakni pola petunjuk energi dari sebuah benda yang mendingin.

Radiasi CMB terjadi bersamaan ketika temperatur di jagad raya semakin rendah yang menciptakan hidrogen atom pada saat 380.000 tahun setelah Big-Bang terjadi. Proses tersebut pada akhirnya memisahkan materi dan senyawa. Dari susunan materi tersebut maka terbentuklah Bintang serta Galaksi. Menurut Prof. Michael Rowan-Robinson, Ketua Royal Astronomical Society Inggris, bahwa temuan itu berhasil mendemonstrasikan secara tepat spektrum blackbody dari CMB dan fluktuasi radiasi kosmik dalam permulaan Jagat Raya.