Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di Bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan Bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Dengan peralatan sensitif yang dipasang di wahana luar angkasa, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik mengenai atmosfer termasuk fenomena-fenomena yang terjadi di dalamnya.
Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari Matahari dan mengurangi suhu ekstrem antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet.
Atmosfer tidak memiliki batas mendadak, tetapi agak menipis
lambat laun dengan menambah ketinggian, tidak ada batas pasti antara
atmosfer dan angkasa luar.
LAPISAN-LAPISAN ATMOSFER
1. Troposfer
Lapisan ini berada pada level yang terendah, campuran gasnya paling ideal untuk menopang kehidupan di bumi. Dalam lapisan ini kehidupan terlindung dari sengatan radiasi
yang dipancarkan oleh benda-benda langit lain. Dibandingkan dengan
lapisan atmosfer yang lain, lapisan ini adalah yang paling tipis (kurang
lebih 15 kilometer dari permukaan tanah).
Dalam lapisan ini, hampir semua jenis cuaca, perubahan suhu
yang mendadak, angin, tekanan dan kelembapan yang kita rasakan
sehari-hari berlangsung. Suhu udara pada permukaan air laut sekitar 30
derajat Celsius,
dan semakin naik ke atas, suhu semakin turun.
Setiap kenaikan 100m suhu berkurang 0,61 derajat Celsius (sesuai dengan
Teori Braak). Pada lapisan ini terjadi peristiwa cuaca seperti hujan,
angin, musim salju, kemarau, dan sebagainya.
Ketinggian yang paling rendah adalah bagian yang paling hangat
dari troposfer, karena permukaan bumi menyerap radiasi panas dari
matahari dan menyalurkan panasnya ke udara. Biasanya, jika ketinggian
bertambah, suhu udara akan berkurang secara tunak (steady), dari
sekitar 17℃ sampai -52℃. Pada permukaan bumi yang tertentu, seperti
daerah pegunungan dan dataran tinggi dapat menyebabkan anomali terhadap
gradien suhu tersebut.
Di antara stratosfer dan troposfer terdapat lapisan yang disebut lapisan Tropopause, yang membatasi lapisan troposfer dengan stratosfer.
2. Stratosfer
Perubahan secara bertahap dari troposfer ke stratosfer dimulai dari ketinggian sekitar 11 km. Suhu di lapisan stratosfer yang paling bawah relatif stabil dan sangat dingin yaitu atau sekitar .
Pada lapisan ini angin yang sangat kencang terjadi dengan pola aliran
yang tertentu. Lapisan ini juga merupakan tempat terbangnya pesawat. Awan tinggi jenis cirrus kadang-kadang terjadi di lapisan paling bawah, namun tidak ada pola cuaca yang signifikan yang terjadi pada lapisan ini.
Dari bagian tengah stratosfer keatas, pola suhunya berubah
menjadi semakin bertambah seiring kenaikan ketinggian. Hal ini
dikarenakan bertambahnya lapisan dengan konsentrasi ozon. Lapisan ozon ini menyerap radiasi sinar ultra violet. Suhu pada lapisan ini bisa mencapai sekitar pada ketinggian sekitar 40 km. Lapisan stratopause memisahkan stratosfer dengan lapisan berikutnya. Nama pesawat B-52 Stratofortress diambil disini. karena, kemampuan untuk terbang sangat tinggi
3. Mesosfer
Adalah
lapisan udara ketiga, di mana suhu atmosfer akan berkurang dengan
pertambahan ketinggian hingga lapisan keempat, termosfer. Udara yang di
sini akan mengakibatkan pergeseran yang berlaku dengan objek yang datang
dari angkasa dan menghasilkan suhu yang tinggi. Kebanyakan meteor yang
sampai ke bumi terbakar pada lapisan ini. Kurang lebih 25 mil atau 40 km
di atas permukaan bumi, saat suhunya berkurang dari 290 K hingga 200 K,
terdapat lapisan transisi menuju lapisan mesosfer. Pada lapisan ini,
suhu kembali turun ketika ketinggian bertambah, hingga menjadi sekitar
(dekat bagian atas dari lapisan ini, yaitu kurang lebih 81 km di atas
permukaan bumi). Suhu serendah ini memungkinkan terjadi awan noctilucent, yang terbentuk dari kristal es. Antara lapisan Mesosfer dan lapisan Termosfer terdapat lapisan perantara yaitu Mesopause.
4. Termosfer
Transisi
dari mesosfer ke termosfer dimulai pada ketinggian sekitar 81 km.
Dinamai termosfer karena terjadi kenaikan temperatur yang cukup tinggi
pada lapisan ini yaitu sekitar .
Perubahan ini terjadi karena serapan radiasi sinar ultra violet.
Radiasi ini menyebabkan reaksi kimia sehingga membentuk lapisan
bermuatan listrik yang dikenal dengan nama ionosfer,
yang dapat memantulkan gelombang radio. Sebelum munculnya era satelit,
lapisan ini berguna untuk membantu memancarkan gelombang radio.
Meski udara di lapisan ini bertemperatur cukup tinggi, massa
jenis udara di lapisan ini terlalu terlalu rendah sehingga tidak akan
mampu menghantarkan panas yang cukup ke benda-benda yang berada di
lapisan ini, termasuk astronot (lihat teori kinetika gas.
ISS melayang mengelilingi bumi pada lapisan ini.
Pengertian Lapisan Termosfer sebagai Lapisan Atmosfer.
Lapisan
Termosfer Berada di atas mesopouse dengan ketinggian sekitar 75 km
sampai pada ketinggian sekitar 650 km. Pada lapisan ini, gas-gas akan
terionisasi, oleh karenanya lapisan ini sering juga disebut lapisan
ionosfer. Molekul oksigen akan terpecah menjadi oksegen atomik di sini.
Proses pemecahan molekul oksigen dan gas-gas atmosfer lainnya akan
menghasilkan panas, yang akan menyebabkan meningkatnya suhu pada lapisan
ini. Suhu pada lapisan ini akan meningkat dengan meningkatnya
ketinggian. Ionosfer dibagi menjadi tiga lapisan lagi, yaitu:
- Lapisan ozon
Terletak antara 80 – 150 km dengan rata-rata 100 km dpl. Lapisan ini tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi. Lapisan ini dinamakan juga lapisan ozon. mempunyai sifat memantulkan gelombang radio. Suhu udara di sini berkisar – 70 °C sampai +50 °C . - Lapisan udara F
Terletak antara 150 – 400 km. Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara appleton. - Lapisan udara atom
Pada lapisan ini, materi-materi berada dalam bentuk atom. Letaknya lapisan ini antara 400 – 800 km. Lapisan ini menerima panas langsung dari matahari, dan diduga suhunya mencapai 1200 °C .
5. Eksosfer
Eksosfer adalah lapisan bumi yang terletak paling luar. Pada lapisan ini terdapat refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh partikel debu meteoritik. Cahaya matahari yang dipantulkan tersebut juga dikenal sebagai cahaya Zodiakal.
Komposisi dari atmosfer Bumi
Atmosfer mengandung campuran gas-gas yang lebih dikenal dengan nama
udara dan menutupi seluruh permukaan bumi. Campuran gas-gas ini
menyatakan komposisi dari atmosfer bumi. Bagian bawah dari atmosfer bumi
dibatasi oleh daratan, samudera, sungai, danau, es, dan permukaan
salju. Gas pembentuk atmosfer disebut udara. Udara adalah campuran
berbagai unsur dan senyawa kimia sehingga udara menjadi beragam.
Keberagaman terjadi biasanya karena kandungan uap air dan susunan
masing-masing bagian dari sisa udara (disebut udara kering). Atmosfer
Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit
argon (0.93%), dan gas lainnya.
Atmosfer tersusun oleh:
Nitrogen bereaksi lambat, tetapi merupakan bagian penting dari
kehidupan sehingga keseimbangan nitrogen di udara, di laut dan di dalam
bumi sangat dipengaruhi oleh makhluk hidup. Karbondioksida yang
berlimpah dari sinar matahari membuat karbohidrat dengan hasil sampingan
oksigen (fotosintesis). Oksigen terakumulasi di udara kemudian
berkembang makhluk yang membutuhkan oksigen. Gas nitrogen merupakan gas
yang paling banyak terdapat dalam lapisan udara atau atmosfer bumi.
Salah satu sumbernya yaitu berasal dari pembakaran sisa-sisa pertanian
dan akibat letusan gunung api. Gas lain yang cukup banyak dalam lapisan
udara atau atmosfer adalah oksigen. Oksigen antara lain berasal dari
hasil proses fotosintesis pada tumbuhan yang berdaun hijau. Dalam proses
fotosintesis, tumbuhan menyerap gas karbondioksida dari udara dan
mengeluarkan oksigen. Gas karbondioksida secara alami besaral dari
pernapasan mahkluk hidup, yaitu hewan dan manusia. Serta secara buatan
gas karbondioksida berasal dari asap pembakaran industri, asap kendaraan
bermotor, kebakaran hutan, dan lain-lain.
Selain keempat gas tersebut di atas ada beberapa gas lain yang
terdapat di dalam atmosfer, yaitu di antaranya ozon. Walaupun ozon ini
jumlahnya sangat sedikit namun sangat berguna bagi kehidupan di bumi,
karena ozon yang dapat menyerap sinar ultra violet yang dipancarkan
sinar matahari sehingga jumlahnya sudah sangat berkurang ketika sampai
di permukaan bumi. Apabila radiasi ultra violet ini tidak terserap oleh
ozon, maka akan menimbulkan malapetaka bagi kehidupan mahkluk hidup yang
ada di bumi. Radiasi ini di antaranya dapat membakar kulit mahkluk
hidup, memecahkan kulit pembuluh darah, dan menimbulkan penyakit kanker
kulit.
Selain unsur pembentuk yang berupa gas, udara juga mengandung
partikel padat dan cair, yang begitu kecilnya sehingga gerakan udara
dapat mengimbangi kecenderungan partikel tersebut jatuh ke tanah.
Partikel itu dapat berasal dari debu yang terangkat oleh angin, partikel
garam laut, ataupun hasil pembakaran dan pengolahan dalam industri.
Berdasarkan pengalaman sehari-hari kita mengetahui bahwa suhu udara
berubah-ubah dari waktu ke waktu; pagi yang sejuk diikuti oleh sore hari
yang panas, dan musim dingin yang dingin diikuti musim panas yang panas
dalam suatu daur yang tetap. Suhu menjadi beragam dari tempat ke tempat
pada waktu yang sama. Pada wilayah yang lintang rendah lebih panas
daripada wilayah pada lintang yang lebih tinggi dan daerah yang rendah
lebih panas daripada pegunungan tinggi.
Bumi secara keseluruhan selama setahun penuh, suhu rata-rata di
dekat tanah pada muka laut (suhu permukaan) adalah 15 °C (288°K, 59 °F).
Rata-rata keseluruhan sepanjang tahun turun menurut ketinggian. Namun,
kira-kira di atas 17 km (40.000 kaki) penurunan suhu berhenti. Lapisan
atmosfer dengan suhu yang rata-rata berkurang menurut ketinggian,
disebut troposfer, lapisan diatasnya denagn suhu tetap atau meningkat
disebut stratosfer. Pada permukaan di antara troposfer dan stratosfer
(kadang-kadang berupa lapisan peralihan) disebut tropopause. Daerah di
mana cuaca terjadi adalah bagian terbawah atmosfer, yang disebut
troposfer (daerah inilah yang menjadi perhatian bagi para ahli
meteorologi).
Troposfer memiliki sifat penting, yaitu bahwa secara umum
temperatur berkurang terhadap ketinggian. Di atas troposfer adalah
stratosfer yang dicirikan oleh bertambahnya temperatur terhadap
ketinggian. Diskontinuitas yang membedakan troposfer dengan stratosfer
adalah lapisan tropopause. Pada troposfer campuran gas-gas terdiri dari
78% nitrogen dan 21% oksigen (persen dalam volume). Sisanya sebesar 1%
adalah campuran gas yang terdiri dari gas argon, karbondioksida, dan
gas-gas lainnya. Campuran gas-gas tanpa uap-air disebut sebagai udara
kering, dan campuran gas-gas tanpa terkecuali disebut sebagai udara
lembap.
Pesawat ruang angkasa, atmosfer dan orbit
Proses masuk-kembali dari orbit dimulai pada 122 km (400.000 ft).
Angkasa tidak sama dengan orbit. Kesalahan pengertian umum
tentang batasan ke angkasa adalah orbit terjadi dengan mencapai
ketinggian ini. Orbit membutuhkan kecepatan orbit dan secara teoretis
dapat terjadi pada ketinggian berapa saja. Gesekan atmosfer mencegah
sebuah orbit yang terlalu rendah.
Ketinggian minimal untuk orbit stabil dimulai sekitar 350 km (220
mil) di atas permukaan laut rata-rata, jadi untuk melakukan penerbangan
angkasa orbital nyata, sebuah pesawat harus terbang lebih tinggi dan
(yang lebih penting) lebih cepat dari yang dibutuhkan untuk penerbangan
angkasa sub-orbital.
Mencapai orbit membutuhkan kecepatan tinggi. Sebuah pesawat belum
mencapai orbit sampai ia memutari Bumi begitu cepat sehingga gaya
sentifugal ke atas membatalkan gaya grafitasi ke bawah pesawat. Setelah
mencapai di luar atmosfer, sebuah pesawat memasuki orbit harus berputar
ke samping dan melanjutkan pendorongan roketnya untuk mencapai kecepatan
yang dibutuhkan; untuk orbit Bumi rendah, kecepatannya sekitar 7,9 km/s
(28.400 km/jam — 18.000 mill/jam). Oleh karena itu, mencapai ketinggian
yang dibutuhkan merupakan langkah pertama untuk mencapai orbit.
Energi yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan untuk orbit bumi
rendah 32MJ/kg sekitar dua puluh kali energi yang dibutuhkan untuk
mencapai ketinggian dasar 10 kJ/km/kg.
No comments:
Post a Comment