SINAR KOSMIK

1.    Pendahuluan

Apa yang dimaksud dengan radiasi

Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Pengertian tentang radiasi dan gelombang dapat dijelaskan pada kejadian berikut.

Apa yang Anda lakukan jika Anda melihat kolam air tenang yang pada permukaannya mengapung beberapa helai daun? Secara spontan mungkin Anda akan melempar kerikil ke kolam tersebut. Dapat Anda lihat bahwa pada lokasi jatuhnya kerikil akan muncul riak, yang kemudian akan menyebar dalam bentuk lingkaran. Riak-riak tersebut adalah gelombang dan memperlihatkan pergerakan energi yang diberikan oleh kerikil, dan energi tersebut menyebar dari lokasi jatuhnya kerikil ke segala arah. Ketika riak mencapai daun, daun tersebut akan terangkat naik ke puncak gelombang.

Berdasarkan kejadian tersebut dapat dilihat bahwa untuk mengangkat sesuatu diperlukan energi. Karena itu, terangkatnya daun memperlihatkan bahwa gelombang mempunyai energi, dan energi tersebut telah bergerak dari lokasi jatuhnya kerikil ke lokasi terangkatnya daun. Hal yang sama juga berlaku untuk berbagai jenis gelombang dan radiasi lain.

Salah satu karakteristik dari semua radiasi adalah radiasi mempunyai panjang gelombang, yaitu jarak dari suatu puncak gelombang ke puncak gelombang berikutnya.

Radiasi terdiri dari beberapa jenis, dan setiap jenis radiasi tersebut memiliki panjang gelombang masing-masing.

Ditinjau dari massanya, radiasi dapat dibagi menjadi radiasi elektromagnetik dan radiasi partikel.

Radiasi elektromagnetik adalah radiasi yang tidak memiliki massa. Radiasi ini terdiri dari gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya tampak, sinar-X, sinar gamma, dan sinar kosmik.

Radiasi partikel adalah radiasi berupa partikel yang memiliki massa, misalnya partikel beta, alfa dan neutron.

Radiasi dapat diartikan sebagai energi yang dipancarkan dalam bentuk partikel atau gelombang. Jika suatu inti tidak stabil, maka inti mempunyai kelebihan energi. Inti itu tidak dapat bertahan, suatu saat inti akan melepaskan kelebihan energi tersebut dan mungkin melepaskan satu atau dua atau lebih partikel atau gelombang sekaligus.

Darimana radiasi berasal?

Tanpa kita sadari, sebenarnya kita hidup dalam lingkungan yang penuh dengan radiasi. Radiasi telah menjadi bagian dari lingkungan kita semenjak dunia ini diciptakan, bukan hanya sejak ditemukan tenaga nuklir setengah abad yang lalu. Terdapat lebih dari 60 radionuklida yang berdasarkan asalnya dibagi atas 2 kategori:

1. Radionuklida alamiah: radionuklida yang terbentuk secara alami, terbagi menjadi dua yaitu:
2. 
   - Primordial: radionuklida ini telah ada sejak bumi diciptakan.
   - Kosmogenik: radionuklida ini terbentuk sebagai akibat dari interaksi sinar kosmik.
3. Radionuklida buatan manusia: radionuklida yang terbentuk karena dibuat oleh manusia.

Radionuklida terdapat di udara, air, tanah, bahkan di tubuh kita sendiri. Setiap hari kita terkena radiasi, baik dari udara yang kita hirup, dari makanan yang kita konsumsi maupun dari air yang kita minum. Tidak ada satupun tempat di bumi ini yang bebas dari radiasi.

2.Sinar kosmik

Dalam astrofisika, sinar kosmik adalah radiasi dari partikel bermuatan berenergi tinggi yang berasal dari luar atmosfer Bumi. Sinar kosmik dapat berupa elektron, proton dan bahkan inti atom seperti besi atau yang lebih berat lagi.

Kebanyakan partikel-partikel tersebut berasal dari proses-proses energi tinggi di dalam galaksi, misalnya seperti supernova.

Dalam perjalanannya, sinar kosmik berinteraksi dengan medium antarbintang dan kemudian atmosfer bumi sebelum mencapai detektor. Hampir 90% sinar kosmik yang tiba di permukaan Bumi adalah proton, sekitar 9% partikel alfa dan 1% elektron.

kosmogenesis

Sumber radiasi kosmik berasal dari luar sistem tata surya kita, dan dapat berupa berbagai macam radiasi. Radiasi kosmik ini berinteraksi dengan atmosfir bumi dan membentuk nuklida radioaktif yang sebagian besar mempunyai umur-paro pendek, walaupun ada juga yang mempunyai umur-paro panjang.

Menguak misteri sinar kosmik

Sepuluh tahun terakhir, para ilmuwan melakukan sebuah percobaan ambisius. Percobaan itu berupaya menjelaskan misteri sinar kosmik dan partikel yang sulit dipahami, yang dikenal sebagai neutrino.

Mereka mengubur ribuan sensor di bawah permukaan es Antartika sepanjang lebih dari satu mil. Sensor itu untuk merekam kilatan cahaya biru yang dilepaskan pada saat sinar dan partikel berenergi tinggi bertabrakan dengan atom dalam es.

Dengan merekam pola cahaya dari tabrakan, itu memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan dari galaksi manakah mereka berasal.

Analisa tersebut dibangun berdasarkan hasil IceCube Neutrino Observatory, atau yang disebut dengan 'Teleskop' oleh ilmuwan, yang dibangun jauh di dasar lapisan es Antartika.

Para ilmuwan berharap bahwa ketika observatorium selesai, mereka nantinya dapat mengidentifikasi aliran energi tinggi sinar kosmik dan neutrino yang melewati galaksi secara akurat.

"Sinar Kosmik ditemukan 100 tahun lalu, tetapi kita masih tidak tahu di mana mereka berasal," kata Profesor Subir Sarkar, seorang astrofisikawan di Oxford University yang memimpin keterlibatan Inggris pada percobaan IceCube.

Sinar kosmik merupakan partikel energi tinggi di angkasa luar yang diduga berasal dari sisa-sisa bintang mati. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa sinar kosmik galaksi dapat mengubah iklim bumi, mempengaruhi cuaca, memicu badai dan menutupi awan. Belum ada jawaban yang pasti akan teori ini. Namun, ilmuwan berharap agar mereka menemukan jawabannya lewat eksperimen IceCube.

Antartika adalah tempat terbaik untuk melakukan eksperimen ini. Permukaan es-nya sangat jelas, hampir sepenuhnya bebas dari gelembung udara dan distorsi lainnya.

Peneliti yang terlibat dalam proyek yang dipimpin oleh University of Wisconsin Madison. Mereka kini, sedang mempertimbangkan cara baru untuk memperluas area percobaan.

Radiasi kosmik energi rendah pula lah yang dapat merusak defibrilator kardioverter implan (ICD) model lama yang masih tertanam pada sekitar 26 ribu orang.

ICD adalah alat untuk memperbaiki irama detak jantung bagi orang yang pernah dioperasi karena serangan jantung di zaman dahulu.

Pesawat komersial biasanya terbang pada ketinggian dari 10 ribu hingga 12 ribu meter. Dalam ketinggian ini, radiasi kosmik sekitar 100 hingga 300 kali lebih kuat daripada permukaan laut. Di atas Concorde, yang terbang pada ketinggian 18 ribu meter, laju paparan hampir dua kali lebih tinggi daripada pesawat subsonik biasa.

Sinar kosmik tersusun dari aneka ragam partikel sub atom. Ini artinya mereka adalah partikel yang merupakan bagian dari atom atau lebih kecil dari atom. Sebagian besar sinar kosmik adalah proton. Yang lainnya tersusun dari inti beberapa jenis atom, sehingga memiliki proton dan neutron. Yang paling umum adalah inti atom helium, yang memiliki 2 proton dan 2 neutron (juga disebut partikel alpha). Yang lain adalah inti karbon, oksigen, besi, kalsium dan tipe atom lainnya. Sejumlah kecil sinar kosmik adalah elektron. Tidak peduli apa, sinar kosmik bergerak sangat cepat dan memiliki energi sangat besar. Kebanyakan partikel yang mencapai Bumi terbentuk ketika radiasi dari luar angkasa berinteraksi dengan partikel yang ada di atmosfer dan dihambat oleh lapisan ozon.

Bintik tersebut adalah radiasi kosmis yang tertangkap antena televisi, 10% darinya berasal dari Big Bang

Radiasi kosmik juga sebuah bentuk radiasi elektromagnet yang ada di seluruh alam semesta. Radiasi kosmik adalah salah satu sumber utama radiasi latar belakang di Bumi. Radiasi latar belakang adalah radiasi yang selalu ada di lingkungan; ia dapat berasal dari sumber alam seperti gas radon dan dari sumber buatan manusia seperti pembangkit listrik tenaga nuklir. Radiasi latar belakang kosmik khusus ada di lingkungan yang berasal dari matahari dan sumber lain di luar angkasa. Sumber lain radiasi kosmik yang paling penting bagi astronomi adalah radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB) karena berasal langsung dari Big Bang.

Tahun 1964, Robert H Dicke, Jim Peebles dan David Wilkinson, astrofisikawan dari Universitas Princeton bersiap mencari radiasi gelombang mikro dalam daerah spektrum khusus. Dicke dan kawan-kawan berpendapat kalau Big Bang harusnya menghamburkan bukan hanya materi yang mengembun menjadi galaksi namun juga melepaskan sejumlah besar radiasi. Dengan alat yang teliti, radiasi ini mestinya dapat diamati. Di tahun yang sama pula, hanya 60 km dari lokasi Dicke dkk, Arno Penzias dan Robert Wilson mendeteksi radiasi ini dalam panjang gelombang 7.35 centimeter. Dan karenanya mereka berdua lah yang memperoleh Nobel fisika.

Radiasi gelombang mikro kosmik (CMB) menjadi bukti utama keberadaan Big Bang. Hal ini karena spektrum CMB sangat menyerupai spektrum teoritis dari apa yang dikenal sebagai benda hitam, yang berarti sebuah benda dalam keseimbangan termal. Keseimbangan termal berarti benda tersebut telah cukup lama untuk tenang pada keadaan alaminya. Contohnya arang bara panas yang berpendar tidaklah berada dalam kondisi keseimbangan termal yang baik. Spektrum benda hitam juga hanyalah pendekatan kasar terhadap spektrum batu ember yang menyala. Namun ternyata Alam semesta berada dalam keseimbangan termal yang sangat baik (pada dasarnya karena skala waktu untuk tenang jauh lebih lambat daripada skala waktu ekspansi alam semesta). Dan karena radiasi dari masa sangat awal tersebut harusnya memiliki spektrum sangat mendekati benda hitam.

Sebelumnya sudah dicari berbagai sumber yang mungkin untuk menjelaskan CMB selain bekas Big Bang, namun segala usaha untuk menafsirkan asal CMB karena fenomena astrofisika masa kini (bintang, galaksi radio, dsb) kandas. Karenanya, satu-satunya penjelasan yang memuaskan untuk keberadaan CMB berada dalam fisika Alam Semesta awal.

Ledakan Supernova

Ledakan bintang atau supernova adalah salah satu kejadian spektakuler yang terjadi di alam semesta, menghasilkan jumlah energi yang sama dengan triliunan bom nuklir yang diledakkan pada saat bersamaan. Ledakan yang dahsyat ini selalu diikuti oleh pancaran radiasi gamma (γ) dan pancaran radiasi partikel sub-atomik yang sangat kuat intensitas radiasinya.
MenurutDavid Schramm, seorang ahli astronomi dari Amerika, ledakan supernova yang memancarkan radiasi Gamma (γ) dan radiasi partikel sub-atomik yang sangat kuat tersebut dapat sampai ke atmosfer bumi dan merusak lapisan ozon. Hal ini dapat menyebabkan kematian, bahkan kepunahan makhluk hidup di bumi.
 Dari penelitian para ahli astronomi, sekitar 65 juta tahun yang lalu terjadi ledakan supernova yang sangat dahsyat.  Ledakan ini diperkirakan menjadi salah satu peyebab kepunahan dinosaurus dan sejenisnya, serta hewan terbang atau burung yang bergigi.
 Ledakan supernova dalam skala kecil dapat terjadi pada matahari yang energi radiasinya dipancarkan di bumi. Ledakan supernova yang terjadi pada matahari memiliki skala lebih kecil dibandingkan dengan ledakan supernova yang terjadi pada bintang - bintang di alam, karena ukuran matahari jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ukuran bintang - bintang di alam. Ukuran bintang ada yang ratusan atau ribuan kali ukuran matahari.