Rotasi Benda Langit

Mengapa Benda Langit Berotasi?

Mengapa benda langit berotasi atau bergerak berputar mengitari sumbunya?

Apa yang terjadi jika benda langit tersebut diam?

Oleh: Yunus Adiantor

Semua benda di alam semesta ini berotasi. Bumi kita berotasi. Matahari yang jadi pusat Tata Surya juga berotasi. Demikian juga planet, bulan, bintang, asteroid, komet, lubang hitam, awan gas dan debu di alam semesta.

Rotasi bisa dipahami sebagai perputaran sebuah benda pada sumbunya. Tapi mengapa benda-benda ini berotasi dan apa penyebabnya?

Menurut Dr. Hakim L. Malasan dari Astronomi ITB, “Alam semesta itu isinya tidak ada yang awet muda dan diam. Bergerak dan menjadi tua adalah keniscayaan di alam semesta dan rotasi menjaga benda tetap pada tempatnya dan juga menjaga bentuknya”.

Sederhananya, berotasi atau berputar pada sumbu adalah cara sebuah benda untuk bertahan pada kedudukannya di ruang hampa. Selain itu, dengan berotasi, sebuah benda bisa mempertahankan bentuknya.

Semua benda yang bergerak memiliki momentum. Untuk benda yang bergerak lurus ia akan memiliki momentum linier, sedangkan untuk benda yang bergerak melingkar atau berotasi, ia akan memiliki momentum sudut yang menentukan laju dan arah putarannya.

Ketika sebuah benda berputar pada porosnya, dan tidak ada resultan momen gaya luar yang bekerja pada sistem, maka berlaku kekekalan momentum sudut.

Contoh kekekalan momentum sudut saat peluncur es berputar. Ia berputar lambat saat tangan terentang dan kecepatan sudut rendah. Tapi ketika tangan ditarik ke badan, momen inersia berkurang dan kecepatan sudut makin tinggi. Kredit: 

Contohnya peluncur es yang berputar.

Ketika kedua tangannya terentang, ia akan berputar lebih lambat sementara untuk berputar lebih cepat ia harus menarik tangannya ke arah badan. Di sini hukum kekekalan momentum berlaku selama tidak ada gaya luar yang dimasukkan ke dalam sistem.

Demikian juga dengan benda-benda langit.

Berdasarkan hukum kekekalan momentum sudut, untuk benda dengan massa tertentu, jika radius orbit berubah, maka benda harus mengubah kecepatan rotasinya agar besar momentum sudut tetap konstan. Semakin besar radius orbit maka semakin lambat laju rotasinya, dan sebaliknya, jika radius orbit makin kecil justru laju rotasi semakin cepat.

Rotasi benda-benda langit

Ketika planet dan bintang terbentuk, semuanya sudah berputar mengelilingi sumbunya. Rotasi ini bukan muncul setelah bintang atau planet terbentuk, melainkan sejak masih berupa awan gas dan debu.

Sekilas mari kita telusuri pembentukan benda-benda di alam semesta.

Semua benda yang kita kenal di alam semesta terbentuk sebagai akibat gaya gravitasi yang menarik dan menyatukan materi.

Ambil contoh pembentukan bintang.

Awan molekul raksasa mengalami keruntuhan gravitasi. Meskipun rotasi awan ini lambat, namun karena kekekalan momentum sudut, rotasi akan tetap terjaga dan bahkan akan semakin cepat seiring dengan makin mengkerutnya awan. Ketika awan mengalami keruntuhan gravitasi, materi akan ditarik ke pusat dan membentuk cikal bakal bintang yang pada akhirnya melahirkan bintang baru. Pada saat itu terjadi perubahan kecepatan sudut dan laju rotasi pun meningkat drastis.

Materi yang yang tidak terakresi atau tidak ditarik jadi bintang akan membentuk piringan gas dan debu yang kerapatannya tinggi. Akibatnya partikel-partikel gas dan debu di dalam piringan ini akan saling tarik menarik, bertabrakan dan bergabung satu sama lainnya sehingga membentuk planet dan satelit yang mengelilingi planet. Interaksi antara materi di dalam piringan akan menghasilkan gangguan yang bisa mengubah momentum sudut.

Implikasi lain dari kekekalan momentum sudut, bintang, planet, komet, asteroid dan benda-benda yang terbentuk dari awan yang sama akan memiliki arah yang sama. Jika ada arah rotasi yang berbeda maka itu karena ada gaya lain yang bekerja dari luar atau mengganggu benda tersebut. Di Tata Surya contoh arah rotasi berbeda bisa dilihat pada Venus dan Uranus.

Jadi, benda-benda yang terbentuk ini sudah berotasi sejak awal karena awan molekular yang jadi cikal bakal materinya sudah berotasi dan materi ini harus menjaga kekekalan momentum sudut.

Di Tata Surya, planet-planet gas raksasa berotasi cepat karena dipengaruhi faktor pembentukannya. Jadi ketika inti batuan terbentuk, cikal bakal planet raksasa ini menarik gas yang ada di sekelilingnya. Gas yang ditarik ini sudah memiliki momentum sudut yang besar sejak awal sehingga ketika bergabung dengan inti planet, rotasinya pun semakin cepat.

Bagaimana jika benda di alam semesta tidak berotasi?

Sebelum berandai-andai, satu hal yang pasti, semua benda di alam semesta itu berotasi dan memiliki momentum sudut meskipun sangat kecil.

Seandainya benda langit tidak berotasi dan tidak memiliki momentum sudut, maka awan molekular yang runtuh masih bisa membentuk bintang. Ketiadaan momentum sudut diperkirakan justru mempermudah material runtuh secara radial dan membentuk bintang. Yang sulit adalah pembentukan planet-planet, terutama planet gas, karena fragmentasi tidak akan terjadi.

Ketiadaan momentum sudut memang tidak akan mencegah pembentukan bintang. Untuk itu dibutuhkan nebula yang bentuknya bola sempurna dengan distribusi massa yang betul-betul seragam. Sedikit saja ketidakseragaman bisa menghasilkan momentum sudut. Jadi gerak tangensial itu pasti akan selalu ada karena distribusi material yang tidak seragam dalam nebula.

Akan tetapi, kasus seperti ini hampir pasti tidak akan terjadi di alam semesta.