BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Matahari merupakan sumber energy paling besar dan yang pertama di Bumi.

Matahari merupakan salah satu bintang di alam. Posisinya sebagai sumber energi bagi

planet-planet yang mengitarinya dalam tata surya. Manusia pun tentunya sangat

bergantung pada matahari khusunya sinar dan energy matahari. Namun, sejauhmanakah

pengetahuan kita mengenai matahari? Dalam makalah ini akan dibahas mengenai

Struktur matahari dan mekanisme radiasi matahari. Dengan demikian pengetahuan kita

mengenai matahari bertambah atau mengingat kembali jika kita pernah mempelajarinya.

1.2 RUMUSAN MASALAH

1. Apakah Matahari itu?

2.Bagaimanakah struktur dan fungsi lapisan-lapisan pada Matahari?

3.Bagaimanakah reaksi Inti di Matahari ?

4.Bagaimanakah Spektrum Radiasi oleh matahari?

5.Bagaimanakah Mekanisme rambatan energi radiasi matahari ke permukaan Bumi?

1.3 TUJUAN

1.Mahasiswa dapat mengetahui tentang Matahari

2.Mahasiswa dapat mengetahui tentang Struktur dan fungsi lapisan-lapisan pada matahari

3.Mahasiswa dapat mengetahui tentang reaksi inti di matahari

4.Mahasiswa dapat mengetahui spectrum radiasi oleh matahari

5.Mahasiswa dapat mengetahui mekanisme perambatan energy radiasi matahari ke bumi

A. Matahari

Matahari atau Surya adalah bintang di pusat Tata Surya. Bentuknya nyaris

bulat dan terdiri dari plasma panas bercampur medan magnet. Diameternya sekitar

1.392.684 km, kira-kira 109 kali diameter Bumi, dan massanya (sekitar

21030

kilogram, 330.000 kali massa Bumi) mewakili kurang lebih 99,86% massa

total Tata Surya.[14]

Secara kimiawi, sekira tiga perempat massa Matahari terdiri dari

hidrogen, sedangkan sisanya didominasi helium. Sisa massa tersebut (1,69%, setara

dengan 5.629 kali massa Bumi) terdiri dari elemen-elemen berat seperti oksigen,

karbon, neon, besi, dan lain-lain. Matahari terbentuk sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu

akibat peluruhan gravitasi suatu wilayah di dalam sebuah awan molekul besar.

Sebagian besar materi berkumpul di tengah, sementara sisanya memimpih menjadi

cakram beredar yang kelak menjadi Tata Surya. (Wikipedia)

B. Struktur Matahari

Secara garis besar, struktur matahari dibagi menjadi tiga, yaitu atmosfer, fotosfer dan

barisfer.

1. Atmosfer Matahari

Atmosfer matahari adalah lapisan paling luar dari matahari yang berbentuk gas,

terdiri atas dua lapisan, yaitu kromosfer dan korona.

Kromosfer merupakan lapisan atmosfer matahari bagian bawah yang terdiri atas

gas yang renggang berwarna merah dengan ketebalan sekitar 10.000 km. Lapisan

gas ini merupakan lapisan yang paling dinamis karena seringkali muncul tonjolon

cahaya berbentuk lidah api yang memancar sampai ketinggian lebih dari 200.000

km yang disebut prominensa (protuberans).

Korona adalah lapisan atmosfer matahari bagian atas yang terdiri atas gas yang

sangat renggang dan berwarna putih atau kuning kebiruan, serta memiliki

ketebalan mencapai ribuan kilometer.

Kromosfer dan korona dalam keadaan normal tidak dapat terlihat jelas dari bumi

karena tingkat sinar terangnya lebih rendah dari lapisan permukaan matahari.

Atmosfer matahari (kromosfer, korona, dan prominensa) dapat terlihat jelas jika

bulatan matahari tertutup oleh bulatan bulan pada saat terjadi gerhana matahari

total atau melalui pengamatan dengan menggunakan alat yang disebut koronagraf.

2. Fotosfer Matahari

Permukaan (kulit) matahari disebut fotosfer. Dari sinilah datangnya sinar matahari

yang dapat kita lihat dari bumi. Temperatur dari lapisan ini adalah 6.000 Kelvin.

Permukaan fotosfer bukan merupakan suatu bidang rata, tetapi berbintik-bintik

(berbutir-butir), yang disebut granulasi fotosfer.

Fotosfer matahari adalah lapisan berupa bulatan berwarna perak kekuning-

kuningan yang terdiri atas gas padat bersuhu tinggi. Pada fotosfer matahari terlihat

adanya bintik atau noda hitam berdiameter sekitar 300.000 km. Bahkan ada yang

berdiameter lebih besar dari diameter bumi dengan kedalaman sekitar 800 km

disebut umbra. Di sekeliling umbra, biasanya terdapat lingkaran lebih terang

disebut penumbra. Noda-noda hitam pada matahari secara keseluruhan disebut sun

spots.

Pada suhu mencapai 4.000 C, noda-noda matahari tampak gelap, lebih dingin, dan

kurang cerah dibandingkan dengan bagian lain dari fotosfer. Bagian dari nida

matahari yang berwarna gelap disebut umbra dan yang berwarna lebih terang

disebut penumbra.

3. Barisfer Matahari (inti matahari)

Inti matahari adalah bagian dari matahari yang letaknya paling dalam, berdiameter

sekitar 500.000 km dengan tingkat temperatur sekitar 15.000.000 C. Pada bagian

ini berlangsung reaksi inti yang menyebabkan terjadinya sintesis hidrogen menjadi

helium dengan karbon sebagai katalisatornya. (zonasiswa)

http://www.sentra-edukasi.com/2011/09/pergerakan-fungsi-struktur-matahari.html

C. Mekanisme reaksi Inti di Matahari

Inti Matahari diperkirakan merentang dari pusatnya sampai 2025% radius

Matahari. Kepadatannya mencapai 150 g/cm3 (sekitar 150 kali lipat kepadatan air)

dan suhu mendekati 15,7 juta kelvin (K). Sebaliknya, suhu permukaan Matahari

kurang lebih 5.800 K. Analisis terkini terhadap data misi SOHO menunjukkan adanya

tingkat rotasi yang lebih cepat di bagian inti ketimbang di seluruh zona radiatif.

Sepanjang masa hidup Matahari, energi dihasilkan oleh fusi nuklir melalui

serangkaian tahap yang disebut rantai pp (protonproton); proses ini mengubah

hidrogen menjadi helium.

Inti adalah satu-satunya wilayah Matahari yang menghasilkan energi termal

yang cukup melalui fusi; 99% tenaganya tercipta di dalam 24% radius Matahari, dan

fusi hampir berhenti sepenuhnya pada tingkat 30% radius. Sisanya dipanaskan oleh

energi yang ditransfer ke luar oleh radiasi dari inti ke layar konvektif di luarnya.

Energi yang diproduksi melalui fusi di inti harus melintasi beberapa lapisan dalam

perjalanan menuju fotosfer sebelum lepas ke angkasa dalam bentuk sinar matahari

atau energi kinetik partikel.

Menurut Merriam Webster, Fusi adalah proses di mana inti atom bergabung. Energi

ambang yang sangat tinggi harus dicapai untuk menggabungkan inti atom, dan suhu

yang diperlukan adalah dalam jutaan derajat. Reaksi melepaskan sejumlah besar

energi. Ini adalah reaksi yang berlangsung terus-menerus pada matahari yang

menjelaskan sumber tak berujung energi dalam bentuk sinar matahari.

Menurut Bethe, energi matahari yang amat sangat panas tersebut disebabkan oleh

karena terjadi reaksi fusi atau penggabungan inti ringan menjadi inti yang lebih berat.

Reaksi thermonuklir yang berupa reaksi fusi tersebut adalah penggabungan 4 inti

Hidrogen menjadi inti Helium, berdasarkan persamaan reaksi inti berikut ini:

(1H1 + 1H1 1H2 + + v + 0,42 MeV) x 2

(1H1 + 1H2 2He3 + + 5,5 MeV) x 2

2He3 + 2He3 2He4 +2(1H1)+ 12,8 MeV

- +

1H1 2He4 + + + 2v + 24,64 MeV

Menurut Bethe, reaksi inti yang serupa reaksi fusi tersebut di atas, dapat

menghasilkan energi panas yang amat sangat dahsyat. Selain dari itu, karena sebagian

besar massa matahari tersebut tersusun oleh gas Hidrogen (76,4%) dan gas Helium

(21,4%), maka masih ada kemungkinan terjadinya reaksi fusi lain berdasarkan reaksi

rantai proton-proton sebagai berikut:

1H1 + 1H1 1H2 + + v

1H1 + 1H2 2He3 +

2He3 + 2He4 4Be7 +

4Be7 + 3Li7 + + v

+

3Li7 + 1H1 2He4 + 2He4

Terbentuknya gas Helium berdasarkan reaksi thermonuklir tersebut di atas juga

menghasilkan energi yang amat sangat panas. Kemungkinan lain, gas Helium juga

dapat terbentuk melalui reaksi nuklir berikut ini :

4Be7 + 1H1 5B8 +

5B8 4Be8 + + v

4Be8 2He4 + 2He4

Walaupun reaksi inti tersebut di atas sudah dapat menghasilkan energi yang amat

sangat panas, ternyata masih ada kemungkinan lain untuk terjadinya reaksi

thermonuklir matahari yang menghasilkan energi yang jauh lebih dahsyat dan lebih

panas lagi. Reaksi thermonuklir tersebut akan mengikuti reaksi inti rantai Karbon

Nitrogen sebagai berikut :

6C12 + 1H1 7N13 +

7N13 6C13 + + v

6C13 + 1H1 7N14 +

7N14 + 1H1 8O15 +

8O15 7N15 + + v

7N15 + 1H1 6C12 + 2He4

Reaksi rantai Karbon-Nitrogen tersebut di atas, menghasilkan panas yang jauh lebih

panas dari pada reaksi rantai Proton-Proton maupun reaksi fusi Hidrogen menjadi

Helium. Reaksi-reaksi thermonuklir tersebut di atas dapat terjadi di matahari dan juga

di bintang-bintang yang tersebar di jagat raya ini. Reaksi thermonuklir sejauh ini

dianggap sebagai sumber energi matahari maupun energi bintang. Bintang yang

bersinar lebih terang dari pada matahari kita yang berarti pula bahwa suhunya jauh

lebih panas, maka reaksi thermonuklir yang terjadi pada bintang tersebut pada

umumnya akan mengikuti reaksi rantai Karbon-Nitrogen.

D. Spektrum Radiasi oleh Matahari

Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses

thermonuklir yang terjadi di Matahari. Energi radiasi Matahari berbentuk sinar dan

gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi Matahari sendiri terdiri dari dua yaitu,

sinar bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk

gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet, sedangkan sinar

gelombang panjang adalah sinar infra merah.

Matahari memancarkan radiasi cahaya dengan berbagai panjang gelombang,

mulai dari ultraviolet, cahaya tampak, sampai infrared dari spektrum elektromagnetik.

Radiasi ini timbul sebagai akibat dari permukaan matahari yang mempunyai

temperatur sekitar 5800 K (~5500 C) sehingga spektrum yang dipancarkan matahari

sama dengan spektrum dari blackbody pada temperatur yang sama. Blackbody ini

didefinisikan sebagai objek yang menyerap secara sempurna semua radiasi

elektromagnetik, dan juga mampu memancarkan radiasi dengan distribusi energi

bergantung kepada temperaturnya.

Spektrum radiasi matahari dibedakan menjadi beberapa pita spectrum

(spectral bands) yang dinamai berdasarkan warna sebagaimana disajikan pada tabel

diatas Secara garis besar, spektrum radiasi matahari dibagi menjadi ultra violet (100

380 nm), cahaya tampak (380 780 nm), dan infra merah (780 2500 nm). Bagian

spektrum infra merah dari radiasi gelombang pendek dengan panjang gelombang

kurang dari 3000 nm dinamai infra merah dekat (near infrared, NIR); untuk

membedakan dengan spekrum infra merah yang berasal dari radiasi gelombang

panjang yang dinamai infra merah jauh (far infra red, FIR).

Pada spektrum cahaya tampak terdapat berbagai macam warna; misal violet

( = 400 nm), biru ( = 500 nm), hijau ( = 550 nm ), kuning ( = 600 nm), oranye

merah ( = 650 nm), dan merah ( = 700 nm). Spektrum dengan panjang gelombang

antara 400 700 nm (secara garis besar sama dengan cahaya tampak) sering disebut

dengan istilah photosynthetically active radiation (PAR) (Hall & Rao 1977, Hall

1980, Yates 1991).

E. Mekanisme Rambatan Energi Radiasi Matahari ke Permukaan Bumi

Energi panas yang terdapat di cahaya matahari yang terpancar merambat

secara radiasi, yaitu proses perambatan energi panas tanpa dalam bentuk gelombang

elektromagnetik sehingga tidak memerlukan media perambatan. Hal ini terjadi karena

ruang antara Matahari dan Bumi merupakan ruang hampa sehingga tidak ada media

perambatannya yang menyebabkan proses yang terjadi adalah radiasi. Sedangkan,

gelombang elektromagnetik tersebut berupa medan magnet dan medan listrik yang

bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi.

Tidak semua cahaya matahari yang terpancar dari Matahari semuanya masuk

ke Bumi. Cahaya matahari yang sampai di permukaan Bumi merupakan hasil dari

filtrasi ketika melalui lapisan atmosfer Bumi, sehingga cahaya yang masuk aman

untuk kehidupan makhluk Bumi. Lapisan tersebut adalah lapisan Ozon (O3) yang

melindungi Bumi dengan menyerap sinar ultraviolet yang berbahaya.

Energi panas yang sampai ke Bumi, tidak semuanya diserap, tetapi ada

sebagian yang dipantulkan kembali ke angkasa untuk menjaga suhu permukaan Bumi

tidak terlalu panas. Sekitar 30% energi panas yang masuk ke Bumi dilepaskan

kembali ke angkasa dalam bentuk sinar inframerah. Hal ini terjadi karena ketika panas

dipantulkan ke angkasa ada sebagian sinar yang dilepaskan ke angkasa dan sebagian

dipantulkan lagi ke Bumi untuk menjaga suhu Bumi tetap hangat dan sesuai dengan

kondisi lingkungan yang di butuhkan. Energi panas tidak semuanya dilepaskan ke

angkasa karena tertahan oleh gas Carbon Dioksida (CO2).

Jumlah total radiasi yang diterima di permukaan bumi tergantung 4 (empat)

faktor:

a. Jarak Matahari. Setiap perubahan jarak bumi dan Matahari menimbulkan variasi

terhadap penerimaan energi Matahari.

b. Intensitas radiasi Matahari yaitu besar kecilnya sudut datang sinar Matahari pada

permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya

sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi

pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan

yang luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosphir yang

lebih jauh ketimbang jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus.

c. Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara Matahari terbit dan

Matahari terbenam.

d. Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh

gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya

diteruskan ke permukaan bumi.

Proses pemanasan matahari secara langsung diantaranya melalui proses

absorpsi, refleksi dan difusi.

1. Absorpsi adalah penyerapan panas matahari oleh unsur-unsur di atmosfer yang

menyerap radiasi tersebut seperti oksigen, nitrogen, ozon, hidrogen dan debu.

2. Refleksi adalah pemanasan matahari oleh udara/atmosfer kemudian dipantulkan

kembali ke angkasa oleh butir-butir air di atmosfer.

3. Difusi adalah proses penyebaran sinar/panas matahari ke segala arah oleh

atmosfer. Sinar gelombang pendek warna biru merupakan gelombang yang

dihamburkan paling baik oleh lapisan udara sehingga langit akan berwarna biru

pada siang hari.

Daftar Pustaka

Anonim. 2011. Pergerakan, Fungsi & Struktur Matahari. http://www.sentra-

edukasi.com/2011/09/pergerakan-fungsi-struktur-matahari.html (26 Agustus

2014)

Anonim. 2013. Reaksi Fisi dan Fusi Matahari.

http://librathebest.wordpress.com/2013/04/25/reaksi-fisi-dan-fusi-matahari

(26 Agustus 2014)

Duapri. 2014. Masuk dan Keluar Energi Matahari ke Bumi.

http://duapri.wordpress.com/2014/07/24/masuk-dan-keluar-energi-matahari-

ke-bumi (26 Agustus 2014)

Hapsari, Cindhy Ade. 2012. Karakteristik Radiasi Matahari - Spektrum

Elektromagnetik.

http://belajardariapapun.blogspot.com/2012/11/karakteristik-radiasi-

matahari-spektrum.html (27 Agustus 2014)

Larasati, R. 2012. Radiasi matahari dan bumi Bagian 1.

http://rlarasati.wordpress.com/2012/05/12/radiasi-matahari-dan-bumi-bagian-

1 (26 Agustus 2014)

Septina, Wilman. 2011. Pengenalan Energi Surya.

http://teknologisurya.wordpress.com/dasar-teknologi-sel-surya/energi-surya/

(27 Agustus 2014)

Setiawan, Agnas. 2013. Jenis Pemanasan/Radiasi Matahari ke Permukaan Bumi.

http://geograph88.blogspot.com/2013/04/jenis-pemanasanradiasi-matahari-

ke.html (27 Agustus 2014)

Sridianty. Tanpa tahun. Perbedaan Reaksi Fisi dan Fusi.

http://www.sridianti.com/perbedaan-reaksi-fisi-dan-fusi.html (26 Agustus

2014)

Wikipedia. Radiasi Matahari. http://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_Matahari (26

Agustus 2014)

Wikipedia. Tanpa tahun. Matahari.

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Matahari&veaction=edit&vesectio

n=1 (26 Agustus 2014)