meteor

Sabtu, 25 September 2010 - Kemarin sempat ada berita kalau sebuah rumah di Jakarta hancur karena diterjang meteor. Yang mengesankan dari berita ini bagi saya justru adalah judulnya
.

---

Di televisi tertulis: yang jatuh di Jakarta adalah Yupiter. Entah ini salah ketik atau yang mengetiknya tidak mengerti, tapi hal tersebut bagi saya mencerminkan betapa awamnya kita dengan sains.

Yupiter adalah sebuah planet raksasa, jauh lebih besar dari Bumi. Karenanya mustahil bagi Yupiter untuk jatuh di bumi, sama halnya mustahilnya memasukkan gajah kedalam telur ayam.  Anyway, Saya tertarik untuk mempelajari fisika dibalik peristiwa tersebut. Dan untungnya pengetahuan kita mengenai hantaman meteor secara kuantitatif cukup dalam, sehingga saya bisa memperoleh beberapa paper ilmiah yang menjelaskannya secara sangat mendalam.

Benda luar angkasa yang menghantam Bumi bisa berbentuk komet (bola es), asteroid (batu raksasa) atau meteor (batu kecil). Pembahasan berikut berlaku pada ketiganya namun meteor akan dipakai sebagai wakilnya, karena ia yang paling sering masuk ke Bumi.

Masuk ke Atmosfer Bumi

Tumbukan benda luar angkasa (meteor, asteroid, komet) ke Bumi jelas  di awali dengan masuknya benda tersebut ke atmosfer atas. Saat masuk, kecepatannya berada antara 11 hingga 72 kilometer per detik. Sudut masuknya juga beragam. Mulai dari samping (menyenggol) atau tegak lurus (menusuk) Bumi.  Yang paling mungkin adalah sudut tumbuk 45 derajat.

Tercelupnya meteor ke dalam atmosfer akan memperlambat gerakannya. Benda yang kecil akan sepenuhnya hancur karena gesekan dengan atmosfer sehingga tidak dapat menginjak tanah. Benda yang cukup besar akan mampu menerobos hingga menghantam permukaan Bumi dan menghasilkan kawah besar disertai beberapa proses yang mempengaruhi lingkungan lokal, regional bahkan global.

Pengaruh lingkungan yang dihasilkan tumbukan terkait erat dengan Energi dari meteor tersebut. Dan kita telah belajar di SMP kalau Energi ini tentulah energi kinetik dan karenanya tergantung pada kecepatan dan massa dari meteor tersebut. Bila meteor tersebut bulat, maka massa tergantung pada kepadatannya dan ukuran diameternya. Semakin cepat dan semakin besar meteor tersebut akibatnya energinya semakin tinggi dan dampaknya semakin parah. Untungnya semakin besar energi yang dimiliki meteor, semakin langka ia menabrak Bumi.

Dalam separuh perjalanannya dalam atmosfer, meteor mendapatkan geseran (drag) atmosfer yang bisa menghabisi seluruh meteor bila ukurannya kecil. Kecepatannya melambat seiring bertambah padatnya atmosfer. Tekanan stagnasi di ujung depan (wajah) meteor akan meningkat dan berusaha mengkompres meteor dari depan. Sementara itu tekanan di bagian ekor justru tidak ada sama sekali. Pada gilirannya, tekanan ini melebihi kekuatan dari meteor dan meteor mulai pecah. Bila diperhatikan baik-baik, kita mungkin melihat meteor waktu malam meletup beberapa kali dalam trayeknya. Letupan ini merupakan tahapan pelepasan satu demi satu tubuh meteor mulai dari yang paling lemah. Bagian meteor yang paling kuat dan berhasil jatuh ke tanah (meteorit) terlihat 10 kali lebih lemah daripada saat ia pecah. Saat ini masih misteri mengapa kekuatan ini tidak sama.

Jadi pada awalnya hanya ada satu meteor besar di luar atmosfer Bumi. Begitu masuk ke Atmosfer, ia berubah menjadi rombongan jemaah meteor kecil. Yang paling lemah di belakang, yang paling kuat di depan. Semakin dekat ke permukaan mereka semakin ramai. Walau begitu ukuran mereka secara total masih kurang dari ukuran awalnya, karena sebagian materi habis dan energinya juga terlepas di udara. Ada dua jenis gerombolan meteor ini, satu yang anggotanya terpencar seperti terompet bunga kembang sepatu. Tipe kedua adalah gerombolan yang terfokus ke satu titik seperti alas kerucut.

Mendekati bumi, meteor terbesar dalam rombongan ini akan mengirimkan gelombang kejutnya ke permukaan tanah. Gelombang ini adalah daerah di depan meteor dimana terjadi dekompresi antara meteor dan atmosfer. Gelombang kejut ini berlapis. Bagian terdepannya akan menghantam permukaan bumi dan dipantulkan kembali. Akibatnya, gelombang pantul ini bertemu dengan gelombang lapis kedua yang menyongsongnya. Terjadilah suara letupan yang sangat nyaring.

Menyentuh Permukaan

Jatuh di Darat

Kawah

Bila meteor berhasil tiba di permukaan Bumi, maka meteor tersebut akan membentuk kawah. Besarnya (diameter dan kedalaman) kawah tergantung pada kepadatan permukaan yang dihantamnya. Kawah yang dibentuk oleh meteor di batuan lebih kecil dari kawah yang dibentuk meteor yang sama jika ia jatuh di air. Tentu saja kawah yang terbentuk di air akan segera lenyap sambil mengirimkan energinya dalam bentuk gelombang air ke segala arah.

Kawah meteor dengan kawah gunung berapi beda. Kawah meteor memiliki tanda-tanda bekas mengalami tekanan sangat tinggi. Batuan di cekungan kawah yang besar akan membentuk lapisan lelehan (yang terjadi karena batuan digencet dengan sangat cepat dan kuat). Pada kawah yang lebih kecil, lelehan yang terbentuk bercampur dengan bresia.

Bola Api

Kompresi kuat di permukaan bumi yang ditimpa pada saat tumbukan meningkatkan suhu dan tekanan secara drastis di sekitar lokasi jatuhnya meteor. Bila meteor jatuh dengan kecepatan lebih dari 12 km per detik, tekanan kejut cukup besar untuk mencairkan seluruh meteor dan permukaan yang ditimpa. Bila kecepatan lebih dari 15 km per detik, sebagian bahkan menguap. Uap yang terjadi pada tekanan dan suhu sangat tinggi akan mengembang dengan cepat dan inilah bola api yang muncul saat terjadi tumbukan meteor dengan tanah.

Ukuran bola api ini tergantung energi tumbukan tersebut. Semakin besar energi tumbukan, semakin besar bola apinya. Bahan-bahan dapat terbakar bila terpaparkan oleh bola api ini. Bila anda berada dalam bola api ini, yang pertama kali terbakar adalah kulit anda, bukannya pakaian anda. Malahan, pakaian merupakan bahan yang paling sulit terbakar. Urutan dari yang pertama terbakar adalah tubuh manusia,  pohon, kertas, rumput, papan dan terakhir pakaian.

Gempa

Selain di udara, dampak tumbukan terjadi juga di tanah. Gelombang kejut yang dihasilkan oleh tumbukan menjalar dalam bentuk gelombang ke segara arah dari lokasi tumbukan. Tentunya semakin jauh energinya semakin kecil.

Lontaran

Saat penggalian kawah, material yang pada awalnya berada di dekat lokasi tumbukan akan terlontar secara parabolik menjauhi lokasi tumbukan, atau semata terseret saat terbentuknya kawah dan  menjadi bagian bibir kawah.

Letupan

Bila gelombang kejut di tanah menghasilkan gempa, di laut menghasilkan tsunami, maka di udara menghasilkan letupan. Letupan suara dari tumbukan 1 kiloton mampu meruntuhkan jembatan layang bila jaraknya 133 meter dari lokasi kejadian. Gedung bertingkat dalam radius 400 meter akan rubuh sementara bagi mereka yang berada pada radius 1.1 km, dampaknya adalah pecahnya kaca jendela.

Jatuh di Air

Tumbukan meteor justru dua kali lebih sering terjadi di air daripada di darat. Hal ini terutama karena planet bumi sendiri 2/3 nya adalah lautan. Kawah juga dapat terbentuk di dasar lautan tepat dilokasi tumbukan. Kawah ini tentunya lebih kecil daripada kawah yang mungkin terbentuk oleh meteor yang sama di darat. Hal ini karena sebelum mencapai dasar laut, meteor akan diperlambat sekali lagi oleh lapisan air dan perlambatan ini tergantung pada seberapa dalam air tersebut.

Bola api dan letupan yang muncul tidak berbeda dengan yang terjadi di darat. Air tidak berpengaruh pada dua dampak ini. Walau begitu, gempa akan lebih kecil dan semakin kecil bila air tersebut dalam.

Dua tipe jatuhnya meteor ke bumi, tipe kembang dan tipe sapu

Ada dampak lain yang unik bila meteor jatuh di air, yaitu tsunami. Sayangnya, pengetahuan kita mengenai bagaimana mekanisme terjadinya tsunami yang terbentuk oleh tumbukan meteor masih belum cukup. Akibatnya tidak jelas bagaimana dampak tsunami tersebut bagi masyarakat di pinggir pantai. Di satu pihak, ada ilmuan yang berpendapat tsunami tersebut akan lebih tinggi dari kedalaman air yang dihantam meteor itu sendiri. Di pihak lain, ada juga ilmuan yang berpendapat kalau tumbukan demikian justru membuka celah di dasar laut sehingga gelombang tsunami teredam (efek Van Dorn) dan tidak menghasilkan bahaya bagi penduduk di pantai.

Simulasi

Mari kita jatuhkan meteor raksasa di kota Bandung. Kita sendiri tinggal di Jakarta. Pembaca yang tinggal di Bandung bisa membayangkan mengungsi ke Jakarta sebentar sambil melihat meteor jatuh di Bandung.  Jangan khawatir kita akan membuat tiga kota Bandung. Dan tiga-tiganya akan kita jatuhi meteor dengan kecepatan hantam yang sama, yaitu 20 km/detik dan sudut masuknya juga sama yaitu 45 derajat.

Skenario 1 : Meteor sedang

Disini kita menggunakan meteor yang pernah menciptakan kawah Barringer di Arizona. Meteor ini memiliki diameter 40 meter  dan merupakan asteroid besi berkepadatan 8 ton per meter kubik. Ia akan jatuh di target endapan berkepadatan 2.5 ton/meter kubik di Bandung, katakanlah Cibiru

Skenario 2 : Meteor Besar

Meteor yang kita gunakan berdiameter 1.75 km. Tersusun dari batu dengan kepadatan 2.7 ton/meter kubik. Target adalah kristalin berkepadatan 2.75 ton/meter kubik di Bandung, mungkin Kopo. Meteor ini adalah meteor yang menyebabkan terbentuknya kawah Reis di Jerman.

Skenario 3: Meteor Raksasa

Ini yang memusnahkan dinosaurus di masa lalu. Diameternya 18 km. Targetnya juga kristalin. Katakanlah jatuhnya di Dago.

Tabel berikut akan menunjukkan dampak ketiga skenario pada kita yang mengungsi di Jakarta. Berdasarkan simulasi yang dijelaskan dalam Collins et al, 2005. Btw I love Bandung koq

Ukuran Meteor (km)	0.04 (besi)	1.75	18
Persentase berkurangnya kecepatan saat memasuki atmosfer	50	Tidak berkurang	Tidak berkurang
Energi tumbukan (Joule)	1.3 x 1016	1.5 x 1021	1.65 x 1024
Energi tumbukan (Megaton)	3.2	3.6 x 105	3.9 x 108
Selang kejadian (tahun untuk planet Bumi)	1000	2.1 juta	460 juta
Diameter kawah (km)	1.2 (sederhana)	23.7 (kompleks)	186 (kompleks)
Radius bola api (km)	Tidak ada bola api karena kecepatan tumbuk yang rendah	23	236
Waktu radiasi setelah tumbukan (detik)	Tidak ada bola api	1.2	Di dalam bola api
Paparan panas (MJ/m2)	Tidak ada bola api	14.8	Di dalam bola api
Kerusakan akibat radiasi panas	Tidak ada bola api	Luka bakar tingkat tiga (parah); banyak kebakaran	Di dalam bola api, semua terpanggang
Waktu kedatangan gempa (detik)	40	40	40
Kekuatan Gempa (skala Richter)	4.9	8.3	10.4
Kekuatan Gempa (skala Mercalli)	I – III	VII – VIII	X – XI
Waktu kedatangan awan batu (detik)	Debu diblokir oleh atmosfer	206	206
Ketebalan awan batu (meter)	Tidak ada	0.09	137
Diameter batu (cm)	Tidak ada	2.4	Di dalam bola api
Waktu kedatangan letupan (detik)	606	606	606
Tekanan letupan puncak (bar)	0.004	0.80	77
Kecepatan angin maksimum (m/s)	0.96	145	2220
Kerusakan akibat letupan	Tidak ada	Bangunan kayu dan yang tidak kokoh runtuh; jendela kaca pecah; 90% pohon tumbang	Hampir semua bangunan dan jembatan roboh; kerusakan dan kekacauan kendaraan; 90% pohon tumbang

Saya sudah berusaha menjauhkan diri dari godaan matematika dan rumus disini. Tapi bila anda tertarik ingin mempelajari rumus-rumusnya sendiri, anda bisa membaca artikel referensinya:

SUMBER