ASTRONOMI

Nebula Kepiting, sekumpulan sisa-sisasupernova. Citra diabadikan olehteleskop Hubble.Pengertian AstronomiAstronomiialah cabangilmu alamyang melibatkan pengamatanbenda-benda langit (seperti halnyabintang,planet,komet,nebula,gugus bintang, ataugalaksi) sertafenomena-fenomena alam yang terjadi di luaratmosferBumi(misalnyaradiasi latar belakang kosmik (radiasi CMB)). Ilmu ini secara pokok mempelajari pelbagai sisi dari benda-benda langit seperti asal-usul, sifatfisika/kimia,meteorologi, dangerakdan bagaimana pengetahuan akan benda-benda tersebut menjelaskanpembentukan dan perkembangan alam semesta.Astronomi sebagai ilmu adalah salah satu yang tertua, sebagaimana diketahui dari artifak-artifak astronomis yang berasal dari era prasejarah; misalnya monumen-monumen dari Mesir dan Nubia, atau Stonehenge yang berasal dari Britania. Orang-orang dari peradaban-peradaban awal semacamBabilonia,Yunani,Cina, India, danMayajuga didapati telah melakukan pengamatan yang metodologis ataslangit malam. Akan tetapi meskipun memiliki sejarah yang panjang, astronomi baru dapat berkembang menjadi cabang ilmu pengetahuan modern melalui penemuanteleskop.Cukup banyak cabang-cabang ilmu yang pernah turut disertakan sebagai bagian dari astronomi, dan apabila diperhatikan, sifat cabang-cabang ini sangat beragam: dari astrometri, pelayaran berbasis angkasa, astronomi observasional, sampai dengan penyusunan kalender dan astrologi. Meski demikian, dewasa ini astronomi profesional dianggap identik dengan astrofisika.Pada abad ke-20, astronomi profesional terbagi menjadi dua cabang:astronomi observasionaldanastronomi teoretis. Yang pertama melibatkan pengumpulan data dari pengamatan atas benda-benda langit, yang kemudian akan dianalisis menggunakan prinsip-prinsip dasar fisika. Yang kedua terpusat pada upaya pengembangan model-model komputer/analitis guna menjelaskan sifat-sifat benda-benda langit serta fenomena-fenomena alam lainnya. Adapun kedua cabang ini bersifat komplementer astronomi teoretis berusaha untuk menerangkan hasil-hasil pengamatan astronomi observasional, dan astronomi observasional kemudian akan mencoba untuk membuktikan kesimpulan yang dibuat oleh astronomi teoretis.Astronom-astronom amatirtelah dan terus berperan penting dalam banyak penemuan-penemuan astronomis, menjadikan astronomi salah satu dari hanya sedikit ilmu pengetahuan di mana tenaga amatir masih memegang peran aktif, terutama pada penemuan dan pengamatan fenomena-fenomena sementara.Astronomi harus dibedakan dari astrologi, yang merupakan kepercayaan bahwa nasib dan urusan manusia berhubungan dengan letak benda-benda langit seperti bintang atau rasinya. Memang betul bahwa dua bidang ini memiliki asal usul yang sama, namun pada saat ini keduanya sangat berbeda. LeksikologiKataastronomiberasal daribahasa Yunani, yaitu kataastron(, "bintang") yang kemudian diberi akhiran-nomidarinomos(, "hukum" atau "budaya"). Maka secara harafiah ia bermakna "hukum/budaya bintang-bintang".Penggunaan istilah "astronomi" dan "astrofisika" Secara umum baik "astronomi" maupun "astrofisika" boleh digunakan untuk menyebut ilmu yang sama. Apabila hendak merujuk ke definisi-definisi kamus yang baku, "astronomi" bermakna "penelitian benda-benda langit dan materi di luar atmosfer Bumi serta sifat-sifat fisika dan kimia benda-benda dan materi tersebut"sedang "astrofisika" adalah cabang dari astronomi yang berurusan dengan "tingkah laku, sifat-sifat fisika, serta proses-proses dinamis dari benda-benda dan fenomena-fenomena langit".Dalam kasus-kasus tertentu, misalnya pada pembukaan bukuThe Physical Universe olehFrank Shu, "astronomi" boleh dipergunakan untuk sisi kualitatif dari ilmu ini, sedang "astrofisika" untuk sisi lainnya yang lebih berorientasi fisika. Namun, penelitian-penelitian astronomi modern kebanyakan berurusan dengan topik-topik yang berkenaan dengan fisika, sehingga bisa saja kita mengatakan bahwa astronomi modern adalah astrofisika. Banyak badan-badan penelitian yang, dalam memutuskan menggunakan istilah yang mana, hanya bergantung dari apakah secara sejarah mereka berafiliasi dengan departemen-departemen fisika atau tidak.Astronom-astronom profesional sendiri banyak yang memiliki gelar di bidang fisika.Untuk ilustrasi lebih lanjut, salah satu jurnal ilmiah terkemuka pada cabang ilmu ini bernamaAstronomy and Astrophysics(Astronomi dan Astrofisika).SejarahPada awalnya, astronomi hanya melibatkan pengamatan beserta prediksi atas gerak-gerik benda-benda langit yang terlihat dengan mata telanjang. Pada beberapa situs seperti Stonehenge, peradaban-peradaban awal juga menyusun artifak-artifak yang diduga memiliki kegunaan astronomis. Observatorium-observatorium purba ini jamaknya bertujuan seremonial, namun dapat juga dimanfaatkan untuk menentukan musim, cuaca, dan iklim sesuatu yang wajib diketahui apabila ingin bercocok tanam atau memahami panjang tahun.Sebelum ditemukannya peralatan seperti teleskop, penelitian harus dilakukan dari atas bangunan-bangunan atau dataran yang tinggi, semua dengan mata telanjang. Seiring dengan berkembangnya peradaban, terutama di Mesopotamia, Cina, Mesir, Yunani, India, dan Amerika Tengah, orang-orang mulai membangun observatorium dan gagasan-gagasan mengenai sifat-sifat semesta mulai ramai diperiksa. Umumnya, astronomi awal disibukkan dengan pemetaan letak-letak bintang dan planet (sekarang disebutastrometri), kegiatan yang akhirnya melahirkan teori-teori tentang pergerakan benda-benda langit dan pemikiran-pemikiran filosofis untuk menjelaskan asal usulMatahari,Bulan, dan Bumi. Bumi kemudian dianggap sebagai pusat jagat raya, sedang Matahari, Bulan, dan bintang-bintang berputar mengelilinginya; model semacam ini dikenal sebagai model geosentris, atausistem Ptolemaik(dari nama astronomRomawi-MesirPtolemeus). Dimulainya astronomi yang berdasarkan perhitungan matematis dan ilmiah dulu dipelopori oleh orang-orang Babilonia. Mereka menemukan bahwagerhana bulanmemiliki sebuah siklus yang teratur, disebut siklussaros. Mengikuti jejak astronom-astronom Babilonia, kemajuan demi kemajuan kemudian berhasil dicapai oleh komunitas astronomi Yunani Kuno dan negeri-negeri sekitarnya. Astronomi Yunani sedari awal memang bertujuan untuk menemukan penjelasan yang rasional dan berbasis fisika untuk fenomena-fenomena angkasa.Pada abad ke-3 SM,Aristarkhos dari Samosmelakukan perhitungan atas ukuran Bumi serta jarak antara Bumi dan Bulan, dan kemudian mengajukan model Tata Surya yangheliosentrispertama kalinya dalam sejarah. Pada abad ke-2 SM,Hipparkhosberhasil menemukan gerakpresesi, juga menghitung ukuran Bulan dan Matahari serta jarak antara keduanya, sekaligus membuat alat-alat penelitian astronomi paling awal seperti astrolab. Mayoritas penyusunan rasi bintang di belahan utara sekarang masih didasarkan atas susunan yang diformulasikan olehnya melalui katalog yang waktu itu mencakup 1.020 bintang. Mekanisme Antikytherayang terkenal (ca.150-80 SM) juga berasal dari periode yang sama:komputer analogyang digunakan untuk menghitung letak Matahari/Bulan/planet-planet pada tanggal tertentu ini merupakan barang paling kompleks dalam sejarah sampai abad ke-14, ketikajam-jam astronomimulai bermunculan di Eropa. Di Eropa sendiri selamaAbad Pertengahanastronomi sempat mengalami kebuntuan dan stagnansi. Sebaliknya, perkembangan pesat terjadi didunia Islamdan beberapa peradaban lainnya, ditandai dengan dibangunnya observatorium-observatorium di belahan dunia sana pada awal abad ke-9.Pada tahun 964, astronom PersiaAl-Sufimenemukan Galaksi Andromeda(galaksiterbesar diGrup Lokal) dan mencatatnya dalamBook of Fixed Stars(Kitab Suwar al-Kawakib). SupernovaSN 1006, ledakan bintangpaling terangdalam catatan sejarah, berhasil diamati oleh astronom MesirAli bin Ridwandan sekumpulan astronom Cina yang terpisah pada tahun yang sama (1006 M). Astronom-astronom besar dari era Islam ini kebanyakan berasal dariPersiadanArab, termasukAl-Battani,Tsabit bin Qurrah, Al-Sufi,Ibnu Balkhi,Al-Biruni,Al-Zarqali,Al-Birjandi, serta astronom-astronom dari observatorium-observatorium di Maragha dan Samarkand. Melalui era inilah nama-nama bintang yang berdasarkan bahasa Arab diperkenalkan.Reruntuhan-reruntuhan diZimbabwe RayadanTimbuktu juga kemungkinan sempat memiliki bangunan-bangunan observatorium melemahkan keyakinan sebelumnya bahwa tidak ada pengamatan astronomis di daerah sub-Saharasebelum era kolonial. Revolusi ilmiahPadaZaman Renaisans,Copernicusmenyusun modelTata Suryaheliosentris, model yang kemudian dibela dari kontroversi, dikembangkan, dan dikoreksi oleh Galileo danKepler. Galileo berinovasi dengan teleskop guna mempertajam pengamatan astronomis, sedang Kepler berhasil menjadi ilmuwan pertama yang menyusun secara tepat dan mendetail pergerakan planet-planet dengan Matahari sebagai pusatnya. Meski demikian, ia gagal memformulasikan teori untuk menjelaskan hukum-hukum yang ia tuliskan, sampai akhirnya Newton(yang juga menemukanteleskop refleksiuntuk pengamatan langit) menjelaskannya melaluidinamika angkasadan hukumgravitasi. Seiring dengan semakin baiknya ukuran dan kualitas teleskop, semakin banyak pula penemuan-penemuan lebih lanjut yang terjadi. Melalui teknologi ini Lacaille berhasil mengembangkan katalog-katalog bintang yang lebih lengkap; usaha serupa juga dilakukan oleh astronomJerman-Inggris Herscheldengan memproduksi katalog-katalog nebula dan gugusan. Pada tahun 1781 ia menemukan planetUranus, planet pertama yang ditemui di luar planet-planet klasik.Pengukuran jarak menuju sebuah bintang pertama kali dipublikasikan pada 1838 olehBessel, yang pada saat itu melakukannya melalui pengukuranparalaksdari61 Cygni. Abad ke-18 sampai abad ke-19 pertama diwarnai oleh penelitian atasmasalah tiga-badanolehEuler,Clairaut, danD'Alembert; penelitian yang menghasilkan metode prediksi yang lebih tepat untuk pergerakan Bulan dan planet-planet. Pekerjaan ini dipertajam oleh Lagrange dan Laplace, sehingga memungkinkan ilmuwan untuk memperkirakan massa planet dan satelit lewat perturbasi/usikannya. Penemuan spektroskop danfotografikemudian mendorong kemajuan penelitian lagi: Pada 1814-1815,Fraunhoffermenemukan lebih kurang 600 pita spektrum pada Matahari, dan Pada 1859 Kirchhoff akhirnya bisa menjelaskan fenomena ini dengan mengatribusikannya pada keberadaan unsur-unsur. Pada masa ini bintang-bintang dikonfirmasikan sebagai Matahari-matahari lain yang lebih jauh letaknya, namun dengan perbedaan-perbedaan padasuhu,massa, dan ukuran. Baru pada abad ke-20 GalaksiBima Sakti(di manaBumidanMatahariberada) bisa dibuktikan sebagai kelompok bintang yang terpisah dari kelompok-kelompok bintang lainnya. Dari pengamatan-pengamatan yang sama disimpulkan pula bahwa ada galaksi-galaksi lain di luar Bima Sakti dan bahwaalam semestaterus mengembang, sebab galaksi-galaksi tersebut terus menjauh dari galaksi kita.[33]Astronomi modern juga menemukan dan berusaha menjelaskan benda-benda langit yang asing sepertikuasar,pulsar,blazar,galaksi-galaksi radio,lubang hitam, danbintang neutron.Kosmologi fisikmaju dengan pesat sepanjang abad ini: modelDentuman Besar(Big Bang) misalnya, telah didukung oleh bukti-bukti astronomis dan fisika yang kuat (antara lainradiasi CMB,hukum Hubble, danketersediaan kosmologis unsur-unsur).Astronomi ObservasionalSeperti diketahui, astronomi memerlukan informasi tentangbenda-benda langit, dan sumber informasi yang paling utama sejauh ini adalahradiasi elektromagnetik, atau lebih spesifiknya,cahaya tampak. Astronomi observasional bisa dibagi lagi menurut daerah-daerahspektrum elektromagnetikyang diamati: sebagian dari spektrum tersebut bisa diteliti melalui permukaanBumi, sementara bagian lain hanya bisa dijangkau dari ketinggian tertentu atau bahkan hanya dari ruang angkasa. Keterangan lebih lengkap tentang pembagian-pembagian ini bisa dilihat di bawah:1) Astronomi radio

ObservatoriumVery Large Array(VLA) diNew Mexico,AS: contohteleskop radioAstronomi observasional jenis ini mengamati radiasi denganpanjang gelombang yang lebih dari satu milimeter (perkiraan). Berbeda dengan jenis-jenis lainnya, astronomi observasional tipe radio mengamati gelombang-gelombang yang bisa diperlakukan selayaknyagelombang, bukanfoton-fotonyang diskrit. Dengan demikian pengukuranfasedanamplitudonyarelatif lebih gampang apabila dibandingkan dengan gelombang yang lebih pendek. Gelombang radiobisa dihasilkan oleh benda-benda astronomis melaluipancaran termal, namun sebagian besar pancaran radio yang diamati dari Bumi adalah beruparadiasi sinkrotron, yang diproduksi ketikaelektron-elektronberkisar di sekeliling medan magnet.Sejumlahgaris spektrumyang dihasilkan darigas antarbintang (misalnya garis spektrumhidrogenpada 21 cm) juga dapat diamati pada panjang gelombang radio. Beberapa contoh benda-benda yang bisa diamati oleh astronomi radio:supernova, gas antarbintang,pulsar, daninti galaksi aktif(AGN -active galactive nucleus). 2) Astronomi inframerahAstronomi inframerah melibatkan pendeteksian beserta analisis atas radiasi inframerah (radiasi di mana panjang gelombangnya melebihi cahaya merah). Sebagian besar radiasi jenis ini diserap oleh atmosfer Bumi, kecuali yang panjang gelombangnya tidak berbeda terlampau jauh dengan cahaya merah yang tampak. Oleh sebab itu, observatorium yang hendak mengamati radiasi inframerah harus dibangun di tempat-tempat yang tinggi dan tidak lembap, atau malah di ruang angkasa.Spektrum ini bermanfaat untuk mengamati benda-benda yang terlalu dingin untuk memancarkan cahaya tampak, misalnya planet-planet ataucakram-cakram pengitar bintang. Apabila radiasinya memiliki gelombang yang cenderung lebih panjang, ia dapat pula membantu para astronom mengamati bintang-bintang muda padaawan-awan molekuldan inti-inti galaksi sebab radiasi seperti itu mampu menembus debu-debu yang menutupi dan mengaburkan pengamatan astronomis. Astronomi inframerah juga bisa dimanfaatkan untuk mempelajari struktur kimia benda-benda angkasa, karena beberapa molekul memiliki pancaran yang kuat pada panjang gelombang ini. Salah satu kegunaannya yaitu mendeteksi keberadaan air pada komet-komet. 3) Astronomi optikalDikenal juga sebagai astronomi cahaya tampak, astronomi optikal mengamati radiasi elektromagnetik yang tampak oleh mata telanjang manusia. Oleh sebab itu, ini merupakan cabang yang paling tua, karena tidak memerlukan peralatan. Mulai dari penghujung abad ke-19 sampai kira-kira seabad setelahnya, citra-citra astronomi optikal memakai teknik fotografis, namun sebelum itu mereka harus digambar menggunakan tangan. Dewasa ini detektor-detektor digitallah yang dipergunakan, terutama yang memakaiCCD(charge-coupled devices, peranti tergandeng-muatan).Cahaya tampak sebagaimana diketahui memiliki panjang dari 4.000sampai 7.000 (400-700nm).Namun, alat-alat pengamatan yang dipakai untuk mengamati panjang gelombang demikian dipakai pula untuk mengamati gelombanghampir-ultraungudanhampir-inframerah.4) Astronomi ultraunguUltraunguyaitu radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang lebih kurang 100 sampai 3.200 (10-320 nm).Cahaya dengan panjang seperti ini diserap oleh atmosfer Bumi, sehingga untuk mengamatinya harus dilakukan dari lapisan atmosfer bagian atas, atau dari luar atmosfer (ruang angkasa). Astronomi jenis ini cocok untuk mempelajari radiasi termal dan garis-garis spektrum pancaran dari bintang-bintang biru yang bersuhu sangat tinggi (klasifikasi OB), sebab bintang-bintang seperti itu sangat cemerlang radiasi ultraungunya penelitian seperti ini sering dilakukan dan mencakup bintang-bintang yang berada di galaksi-galaksi lain. Selain bintang-bintang OB, benda-benda langit yang kerap diamati melalui astronomi cabang ini antara lainnebula-nebula planet,sisa-sisa supernova, atau inti-inti galaksi aktif. Diperlukan penyetelan yang berbeda untuk keperluan seperti demikian sebab cahayanya mudah tertelan olehdebu-debu antarbintang. 5) Astronomi sinar-XBenda-benda bisa memancarkan cahaya berpanjang gelombangsinar-X melalui pancaran sinkrotron(berasal dari elektron-elektron yang berkisar di sekeliling medan magnet) atau melalui pancaran termalgas pekatdangas encerpada 107K. Sinar-X juga diserap olehatmosfer, sehingga pengamatan harus dilakukan dari atas balon, roket, atau satelit penelitian. Sumber-sumber sinar-X antara lainbintang binersinar-X (X-ray binary), pulsar, sisa-sisa supernova,galaksi elips,gugusan galaksi, serta inti galaksi aktif. 6) Astronomi sinar-gammaAstronomi sinar-gamma mempelajari benda-benda astronomi pada panjang gelombang paling pendek (sinar-gamma). Sinar-gamma bisa diamati secara langsung melalui satelit-satelit sepertiObservatorium Sinar-Gamma Compton(CGRO), atau dengan jenis teleskop khusus yang disebutteleskop Cherenkov(IACT). Teleskop jenis itu sebetulnya tidak mendeteksi sinar-gamma, tapi mampu mendeteksi percikan cahaya tampak yang dihasilkan dari proses penyerapan sinar-gamma oleh atmosfer. Kebanyakan sumber sinar-gamma hanyalah berupaledakan sinar-gamma, yang hanya menghasilkan sinar tersebut dalam hitungan milisekon sampai beberapa puluh detik saja. Sumber yang permanen dan tidak sementara hanya sekitar 10% dari total jumlah sumber, misalnya sinar-gamma dari pulsar,bintang neutron, atau inti galaksi aktif dan kandidat-kandidatlubang hitam. 7) Cabang-cabang yang tidak berdasarkan panjang gelombangSejumlah fenomena jarak jauh lain yang berbentuk selain radiasi elektromagnetik dapat diamati dari Bumi. Ada cabang bernamaastronomi neutrino, di mana para astronom menggunakanfasilitas-fasilitas bawah tanah(misalnyaSAGE,GALLEX, atau Kamioka II/III) untuk mendeteksineutrino, sebentukpartikel dasaryang jamaknya berasal dari Matahari atau ledakan-ledakan supernova. Ketika sinar-sinar kosmik memasuki atmosfer Bumi, partikel-partikel berenergi tinggi yang menyusunnya akan meluruh atau terserap, dan partikel-partikel hasil peluruhan ini bisa dideteksi di observatorium.Di masa yang akan datang, diharapkan akan adadetektor neutrinoyang peka terhadap partikel-partikel yang lahir dari benturan sinar-sinar kosmik dan atmosfer. Terdapat pula cabang baru yang menggunakan detektor-detektor gelombang gravitasional untuk mengumpulkan data tentang benda-benda rapat:astronomi gelombang gravitasional. Observatorium-observatorium untuk bidang ini sudah mulai dibangun, contohnya observatoriumLIGOdiLouisiana,AS. Tetapi astronomi seperti ini sulit, sebabgelombang gravitasionalamat sukar untuk dideteksi. Ahli-ahli astronomi planet juga banyak yang mengamati fenomena-fenomena angkasa secara langsung, yaitu melalui wahana-wahana antariksa serta misi-misi pengumpulan sampel. Beberapa hanya bekerja dengan sensor jarak jauh untuk mengumpulkan data, tapi beberapa lainnya melibatkan pendaratan dengan kendaraan antariksa yang mampu bereksperimen di atas permukaan. Metode-metode lain misalnya detektor material terbenam atau melakukan eksperimen langsung terhadap sampel yang dibawa ke Bumi sebelumnya.

8) Astrometri dan mekanika benda langitPengukuran letak benda-benda langit, seperti disebutkan, adalah salah satu cabang astronomi (dan bahkan sains) yang paling tua. Kegiatan-kegiatan seperti pelayaran atau penyusunankalendermemang sangat membutuhkan pengetahuan yang akurat mengenai letak Matahari, Bulan, planet-planet, serta bintang-bintang di langit.Dari proses pengukuran seperti ini dihasilkan pemahaman yang baik sekali tentangusikan gravitasidan pada akhirnya astronom-astronom dapat menentukan letak benda-benda langit dengan tepat pada masa lalu dan masa depan cabang astronomi yang mendalami bidang ini dikenal sebagaimekanika benda langit. Dewasa ini penjejakan atasbenda-benda yang dekat dengan Bumijuga memungkinkan prediksi-prediksi akan pertemuan dekat, atau bahkan benturan. Kemudian terdapat pengukuranparalaksbintang. Pengukuran ini sangat penting karena memberi nilai basis dalam metodetangga jarak kosmik; melalui metode ini ukuran dan skala alam semesta bisa diketahui. Pengukuran paralaks bintang yang relatif lebih dekat juga bisa dipakai sebagai basis absolut untuk ciri-ciri bintang yang lebih jauh, sebab ciri-ciri di antara mereka dapat dibandingkan.Kinematikamereka lalu bisa kita susun lewat pengukurankecepatan radialsertagerak dirimasing-masing. Hasil-hasil astrometri dapat pula dimanfaatkan untuk pengukuranmateri gelapdi dalam galaksi. Selama dekade 1990-an, teknik pengukurangoyangan bintangdalam astrometri digunakan untukmendeteksikeberadaanplanet-planet luar suryayang mengelilingi bintang-bintang di dekat Matahari kita. Astronomi TeoretisTerdapat banyak jenis-jenis metode dan peralatan yang bisa dimanfaatkan oleh seorang astronom teoretis, antara lainmodel-model analitik(misalnyapolitropuntuk memperkirakan perilaku sebuahbintang) dan simulasi-simulasi numerikkomputasional; masing-masing dengan keunggulannya sendiri. Model-model analitik umumnya lebih baik apabila peneliti hendak mengetahui pokok-pokok persoalan dan mengamati apa yang terjadi secara garis besar; model-model numerik bisa mengungkap keberadaan fenomena-fenomena serta efek-efek yang tidak mudah terlihat. Para teoris berupaya untuk membuat model-model teoretis dan menyimpulkan akibat-akibat yang dapat diamati dari model-model tersebut. Ini akan membantu para pengamat untuk mengetahui data apa yang harus dicari untuk membantah suatu model, atau memutuskan mana yang benar dari model-model alternatif yang bertentangan. Para teoris juga akan mencoba menyusun model baru atau memperbaiki model yang sudah ada apabila ada data-data baru yang masuk. Apabila terjadi pertentangan/inkonsistensi, kecenderungannya adalah untuk membuat modifikasi minimal pada model yang bersangkutan untuk mengakomodir data yang sudah didapat. Kalau pertentangannya terlalu banyak, modelnya bisa dibuang dan tidak digunakan lagi.Topik-topik yang dipelajari oleh astronom-astronom teoretis antara lain: Dinamikadanevolusibintang-bintang; formasi galaksi; struktur skala besarmateridialam semesta; Asal usulsinar kosmik; relativitas umum; dan kosmologi fisik(termasukkosmologi dawaidanfisika astropartikel). Relativitas astrofisika dipakai untuk mengukur ciri-ciri struktur skala besar, di mana ada peran yang besar dari gaya gravitasi; juga sebagai dasar dari fisika lubang hitam dan penelitian gelombang gravitasional.Beberapa model/teori yang sudah diterima dan dipelajari luas yaitu teoriDentuman Besar,inflasi kosmik,materi gelap, dan teori-teorifisikafundamental. Kelompok model dan teori ini sudah diintegrasikan dalammodel Lambda-CDM.Beberapa contoh proses:Proses fisikAlat eksperimenModel teoretisYang dijelaskan/diprediksi

GravitasiTeleskop radioEfek Nordtvedt(sistem gravitasi yang mandiri)Lahirnya sebuahtata bintang

Fusi nuklirSpektroskopiEvolusi bintangBagaimana bintang berpijar; bagaimana logam terbentuk (nukleosintesis).

Dentuman Besar(Big Bang)Teleskop luar angkasa Hubble,COBEAlam semesta yang mengembangUsia alam semesta

Fluktuasi kuantumInflasi kosmikMasalah kerataan alam semesta(flatness problem)

Keruntuhan gravitasiAstronomi sinar-XRelativitas umumSekumpulanlubang hitamdi pusatGalaksi Andromeda.

Siklus CNOpada bintang-bintang

Wacana yang tengah hangat dalam astronomi pada beberapa tahun terakhir adalah materi gelapdanenergi gelappenemuan dan kontroversi mengenai topik-topik ini bermula dari penelitian atas galaksi-galaksi. Cabang-cabang Spesifik1) Astronomi surya

Citraultravioletdarifotosferaktif Matahari, hasil tangkapan teleskopTRACEolehNASA.Matahari adalah bintang yang terdekat dari Bumi pada sekitar 8 menit cahaya, dan yang paling sering diteliti; ia merupakanbintang kataipadaderet utamadenganklasifikasi G2 V dan usia sekitar 4,6 miliar tahun. Walau tidak sampai tingkatbintang variabel, Matahari mengalami sedikit perubahan cahaya melalui aktivitas yang dikenal sebagaisiklus bintik Mataharifluktuasi pada angkabintik-bintik Matahariselama sebelas tahun. Bintik Matahari ialah daerah dengan suhu yang lebih rendah dan aktivitas magnetis yang hebat. LuminositasMatahari terus bertambah kuat secara tetap sepanjang hidupnya, dan sejak pertama kali menjadi bintang deret utama sudah bertambah sebanyak 40%. Matahari juga telah tercatat melakukan perubahan periodik dalam luminositas, sesuatu yang bisa menyebabkan akibat-akibat yang signifikan atas kehidupan di atas Bumi. Misalnya periode minimum Maunder, yang sampai menyebabkan fenomenazaman eskecilpadaAbad Pertengahan. Permukaan luar Matahari yang bisa kita lihat disebutfotosfer. Di atasnya ada lapisan tipis yang biasanya tidak terlihat karena terangnya fotosfer, yaitukromosfer. Di atasnya lagi ada lapisan transisi di mana suhu bisa naik secara cepat, dan di atasnya terdapatlah korona yang sangat panas.Di tengah-tengah Matahari ialah daerah inti; ada tingkat suhu dan tekanan yang cukup di sini sehinggafusi nuklirdapat terjadi. Di atasnya terdapatzona radiatif; di sini plasma akan menghantarkan panas melalui proses radiasi. Di ataszona radiatifadalah zona konvektif; materi gas di zona ini akan menghantarkan energi sebagian besar lewat pergerakan materi gas itu sendiri. Zona inilah yang dipercaya sebagai sumber aktivitas magnetis penghasil bintik-bintik Matahari. Terdapat angin surya berupa partikel-partikel plasma yang bertiup keluar dari Matahari secara terus-menerus sampai mencapai titikheliopause. Angin ini bertemu denganmagnetosferBumi dan membentuksabuk-sabuk radiasi Van Allendan di mana garis-garis medan magnet Bumi turun menujur atmosfer menghasilkanaurora.[51]2) Ilmu keplanetanCabang astronomi ini meneliti susunanplanet,bulan,planet katai,komet,asteroid, serta benda-benda langit lain yang mengelilingi bintang, terutama Matahari, walau ilmu ini meliputi juga planet-planet luar surya. Tata Suryakita sendiri sudah dipelajari secara mendalam pertama-tama melalui teleskop dan kemudian menggunakanwahana-wahana antariksa sehingga pemahaman sekarang mengenai formasi dan evolusi sistem keplanetan ini sudah sangat baik, walaupun masih ada penemuan-penemuan baru yang terjadi. Tata Surya dibagi menjadi beberapa kelompok: planet-planet bagian dalam,sabuk asteroid, dan planet-planet bagian luar. Planet-planet bagian dalam adalahplanet-planet bersifat kebumianyaituMerkurius,Venus,BumidanMars. Planet-planet bagian luar adalahraksasa-raksasa gasTata Surya yaituYupiter,Saturnus,Uranus, danNeptunus. Apabila kita pergi lebih jauh lagi, maka akan ditemukanbenda-benda trans-Neptunus: pertama sabuk Kuiperdan akhirnyaawan Oortyang bisa membentang sampai satu tahun cahaya.Terbentuknya planet-planet bermula pada sebuahcakram protoplanetyang mengitari Matahari pada periode-periode awalnya. Dari cakram ini terwujudlah gumpalan-gumpalan materi melalui proses yang melibatkan tarikan gravitasi, benturan, dan akresi; gumpalan-gumpalan ini kemudian lama-kelamaan menjadi kumpulan protoplanet. Karenatekanan radiasidariangin suryaterus mendorong materi-materi yang belum menggumpal, hanya planet-planet yang massanya cukup besar yang mampu mempertahankan atmosfer berbentuk gas. Planet-planet muda ini terus menyapu dan memuntahkan materi-materi yang tersisa, menghasilkan sebuah periode penghancuran yang hebat. Sisa-sisa periode ini bisa dilihat melalui banyaknyakawah-kawah tabrakandi permukaan Bulan. Adapun dalam jangka waktu ini sebagian dari protoplanet-protoplanet yang ada mungkin bertabrakan satu sama lain;kemungkinan besartabrakan seperti itulah yang melahirkan Bulan kita. Ketika suatu planet mencapai massa tertentu, materi-materi dengan massa jenis yang berlainan mulai saling memisahkan diri dalam proses yang disebutdiferensiasi planet. Proses demikian bisa menghasilkan inti yang berbatu-batu atau terdiri dari materi-materi logam, diliputi oleh lapisan mantel dan lalu permukaan luar. Inti planet ini bisa terbagi menjadi daerah-daerah yang padat dan cair, dan beberapa mampu menghasilkanmedan magnetmereka sendiri, sehingga planet dapat terlindungi dari angin surya. Panas di bagian dalam sebuah planet atau bulan datang dari benturan yang dihasilkan sendiri oleh planet/bulan tersebut, atau oleh materi-materi radioaktif (misalnyauranium,torium, atau26Al), ataupemanasan pasang surut. Beberapa planet dan bulan berhasil mengumpulkan cukup panas untuk menjalankan proses-proses geologis sepertivulkanismedan aktivitas-aktivitas tektonik. Apabila planet/bulan tersebut juga memilikiatmosfer, makaerosipada permukaan (melalui angin atau air) juga dapat terjadi. Planet/bulan yang lebih kecil dan tanpa pemanasan pasang surut akan menjadi dingin lebih cepat dan kegiatan-kegiatan geologisnya akan berakhir, terkecuali pembentukan kawah-kawah tabrakan. 3) Astronomi bintangUntuk memahami alam semesta, penelitian atas bintang-bintang dan bagaimana mereka berevolusi sangatlah fundamental. Astrofisika yang berkenaan dengan bintang sendiri bisa diketahui baik lewat segi pengamatan maupun segi teoretis, serta juga melalui simulasi komputer. Bintangterbentukpadaawan-awan molekul raksasa, yaitu daerah-daerah yang padat akan debu dan gas. Ketika kehilangan kestabilannya, serpihan-serpihan dari awan-awan ini bisa runtuh di bawah gaya gravitasi dan membentukprotobintang. Apabila bagian intinya mencapai kepadatan dan suhu tertentu,fusi nuklirakan dipicu dan akan terbentuklah sebuah bintangderet utama. Nyaris semua unsur yang lebih berat darihidrogendanheliummerupakan hasil dariprosesyang terjadi di dalam inti bintang-bintang. Ciri-ciri yang akan dimiliki oleh suatu bintang secara garis besar ditentukan oleh massa awalnya: semakin besar massanya, maka semakin tinggi pula luminositasnya, dan semakin cepat pula ia akan menghabiskan bahan bakar hidrogen pada inti. Lambat laun, bahan bakar hidrogen ini akan diubah menjadi helium, dan bintang yang bersangkutan akan mulai berevolusi. Untuk melakukan fusi helium, diperlukan suhu inti yang lebih tinggi, oleh sebab itu intinya akan semakin padat dan ukuran bintang pun berlipat ganda bintang ini telah menjadi sebuahraksasa merah. Fase raksasa merah ini relatif singkat, sampai bahan bakar heliumnya juga sudah habis terpakai. Kalau bintang tersebut memiliki massa yang sangat besar, maka akan dimulai fase-fase evolusi di mana ia semakin mengecil secara bertahap, sebab terpaksa melakukan fusi nuklir terhadap unsur-unsur yang lebih berat. Adapun nasib akhir sebuah bintang bergantung pula pada massa. Jika massanya lebih dari sekitar delapan kali lipat Matahari kita, maka gravitasi intinya akan runtuh dan menghasilkan sebuahsupernova;jika tidak, akan menjadinebula planet, dan terus berevolusi menjadi sebuahkatai putih. Yang tersisa setelah supernova meletus adalah sebuahbintang neutronyang sangat padat, atau, apabila materi sisanya mencapai tiga kali lipat massa Matahari,lubang hitam.Bintang-bintang bineryang saling berdekatan evolusinya bisa lebih rumit lagi, misalnya, bisa terjadi pemindahan massa ke arah bintang rekannya yang dapat menyebabkan supernova. Nebula-nebula planet dan supernova-supernova diperlukan untuk proses distribusilogamdimedium antarbintang; kalau tidak demikian, seluruh bintang-bintang baru (dan juga sistem-sistem planet mereka) hanya akan tersusun dari hidrogen dan helium saja.

4) Astronomi galaksiTata Suryakita beredar di dalamBima Sakti, sebuahgalaksi spiralberpalang di Grup Lokal. Ia merupakan salah satu yang paling menonjol di kumpulan galaksi tersebut. Bima Sakti merotasi materi-materi gas, debu, bintang, dan benda-benda lain, semuanya berkumpul akibat tarikan gaya gravitasi bersama. Bumi sendiri terletak pada sebuah lengan galaksi berdebu yang ada di bagian luar, sehingga banyak daerah-daerah Bima Sakti yang tidak terlihat.Pada pusat galaksi ialah bagian inti, semacam tonjolan berbentuk seperti batang; diyakini bahwa terdapat sebuahlubang hitam supermasifdi bagian pusat ini. Bagian ini dikelilingi oleh empat lengan utama yang melingkar dari tengah menuju arah luar, dan isinya kaya akan fenomena-fenomena pembentukan bintang, sehingga memuat banyak bintang-bintang muda (metalisitas populasi I). Cakram ini lalu diliputi olehcincin galaksi yang berisi bintang-bintang yang lebih tua (metalisitas populasi II) dan juga gugusan-gugusan bintang berbentuk bola(globular), yaitu semacam kumpulan-kumpulan bintang yang relatif lebih padat. Daerah di antara bintang-bintang disebutmedium antarbintang, yaitu daerah dengan kandungan materi yang jarang bagian-bagiannya yang relatif terpadat adalahawan-awan molekulberisihidrogendan unsur lainnya, tempat di mana banyak bintang baru akan lahir. Awalnya akan terbentuk sebuahinti pra-bintangataunebula gelapyang merapat dan kemudian runtuh (dalam volume yang ditentukan olehpanjang Jeans) untuk membangun protobintang. Ketika sudah banyak bintang besar yang muncul, mereka akan mengubah awan molekul menjadi awandaerah H II, yaitu awan dengan gas berpijar dan plasma. Pada akhirnyaanginserta ledakan supernova yang berasal dari bintang-bintang ini akan memencarkan awan yang tersisa, biasanya menghasilkan sebuah (atau lebih dari satu)gugusan bintang terbukayang baru. Gugusan-gugusan ini lambat laun berpendar, dan bintang-bintangnya bergabung dengan Bima Sakti. Sejumlah penelitian kinematika berkenaan dengan materi-materi di Bima Sakti (dan galaksi lainnya) menunjukkan bahwa materi-materi yang tampak massanya kurang dari massa seluruh galaksi. Ini menandakan terdapat apa yang disebutmateri gelapyang bertanggung jawab atas sebagian besar massa keseluruhan, tapi banyak hal yang belum diketahui mengenai materi misterius ini. 5) Astronomi ekstragalaksiPenelitian benda-benda yang berada di luar galaksi kita astronomi ekstragalaksi merupakan cabang yang mempelajariformasi dan evolusi galaksi-galaksi,morfologi dan klasifikasimereka, serta pengamatan atas galaksi-galaksi aktifbesertagrup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Ini, terutama yang disebutkan belakangan, penting untuk memahamistruktur alam semesta dalam skala besar.Kebanyakan galaksi akan membentuk wujud-wujud tertentu, sehingga pengklasifikasiannya bisa disusun berdasarkan wujud-wujud tersebut. Biasanya, mereka dibagi-bagi menjadigalaksi-galaksi spiral,elips, dantak beraturan. Persis seperti namanya, galaksi elips berbentuk sepertielips. Bintang-bintang berputar pata garis edarnya secaraacaktanpa menuju arah yang jelas. Galaksi-galaksi seperti ini kandungan debu antarbintangnya sangat sedikit atau malah tidak ada; daerah penghasil bintangnya tidak banyak; dan rata-rata penghuninya bintang-bintang yang sudah tua. Biasanya galaksi elips ditemukan pada bagian inti gugusan galaksi, dan bisa terlahir melalui peleburan galaksi-galaksi besar.Galaksi spiral membentuk cakram gepeng yang berotasi, biasanya dengan tonjolan atau batangan pada bagian tengah dan lengan-lengan spiral cemerlang yang timbul dari bagian tersebut. Lengan-lengan ini ialah lapangan berdebu tempat lahirnya bintang-bintang baru, dan penghuninya adalah bintang-bintang muda yang bermassa besar dan berpijar biru. Umumnya, galaksi spiral akan dikelilingi oleh cincin yang tersusun atas bintang-bintang yang lebih tua. Contoh galaksi semacam ini adalahBima SaktidanAndromeda.Galaksi-galaksi tak beraturan bentuknya kacau dan tidak menyerupai bangun tertentu seperti spiral atau elips. Kira-kira seperempat dari galaksi-galaksi tergolong tak beraturan, barangkali disebabkan oleh interaksi gravitasi.Sebuah galaksi dikatakan aktif apabila memancarkan jumlah energi yang signifikan dari sumber selain bintang-bintang, debu, atau gas; juga, apabila sumber tenaganya berasal dari daerah padat di sekitar inti kemungkinan sebuah lubang hitam supermasif yang memancarkan radiasi benda-benda yang ia telan.Apabila sebuah galaksi aktif memiliki radiasi spektrumradioyang sangat terang serta memancarkan jalaran gas dalam jumlah besar, maka galaksi tersebut tergolong galaksi radio. Contoh galaksi seperti ini adalahgalaksi-galaksi Seyfert,kuasar, dan blazar. Kuasar sekarang diyakini sebagai benda yang paling dapat dipastikan sangat cemerlang; tidak pernah ditemukan spesimen yang redup. Struktur skala besar dari alam semesta sekarang digambarkan sebagai kumpulan dari grup-grup dan gugusan-gugusan galaksi. Struktur ini diklasifikasi lagi dalam sebuah hierarki pengelompokan; yang terbesar adalahmaha-gugusan(supercluster). Kemudian kelompok-kelompok ini disusun menjadifilamen-filamendan dinding-dinding galaksi, dengankehampaandi antara mereka. 6) KosmologiKosmologi, berasal dari bahasa Yunanikosmos(, "dunia") dan akhiran-logiadarilogos(, "pembelajaran") dapat dipahami sebagai upaya meneliti alam semesta secara keseluruhan.Pengamatan atas struktur skala besar alam semesta, yaitu cabang yang dikenal sebagaikosmologi fisik, telah menyumbangkan pemahaman yang mendalam tentang formasi dan evolusi jagat raya. Salah satu teori yang paling penting (dan sudah diterima luas) adalah teoriDentuman Besar, yang menyatakan bahwa dunia bermula pada satu titik dan mengembang selama 13,7 miliar tahun sampai ke masa sekarang. Gagasan ini bisa dilacak kembali pada penemuanradiasi latar belakang gelombang mikro kosmispada tahun 1965. Selama proses pengembangan ini, alam telah mengalami beberapa tingkat evolusi. Pada awalnya, diduga bahwa terdapatinflasi kosmikyang sangat cepat, mengakibatkan homogenisasi pada kondisi-kondisi awal. Setelah itu melalui nukleosintesis dihasilkan ketersediaan unsur-unsur untuk periode awal alam semesta. Ketika atom-atom pertama bermunculan, antariksa menjadi transparan terhadap radiasi, melepaskan energi yang sekarang dikenal sebagai radiasi CMB. Alam semesta yang tengah mengembang pun memasuki Zaman Kegelapan, sebab tidak ada sumber daya bintang yang bisa memancarkan cahaya. Susunan materi yang hierarkis mulai terbentuk lewat variasi-variasi kecil pada massa jenis. Materi lalu terhimpun pada daerah-daerah dengan massa jenis yang paling tinggi, melahirkan awan-awan gas dan bintang-bintang yang paling purba (metalisitas III). Bintang-bintang besar ini memicu prosesreionisasidan dipercaya telah menciptakan banyak unsur-unsur berat pada alam semesta dini; unsur-unsur ini cenderung meluruh kembali menjadi unsur-unsur yang lebih ringan, memperpanjang siklus. Pengumpulan yang dipicu oleh gravitasi mengakibatkan materi membentuk filamen-filamen dan menyisakan ruang-ruang hampa di antaranya. Lambat laun, gas dan debu melebur dan membentuk galaksi-galaksi primitif. Lama-kelamaan semakin banyak materi yang ditarik, dan tersusun menjadi grup dan gugusan galaksi. Pada akhirnya, maha-gugusan yang lebih besar pun terwujud. Benda-benda lain yang memegang peranan penting dalam struktur alam semesta adalahmateri gelapdanenergi gelap. Benda-benda inilah yang ternyata merupakan komponen utama dunia kita, di mana massa mereka mencapai 96% dari massa keseluruhan alam semesta. Oleh sebab itu, upaya-upaya terus dibuat untuk meneliti dan memahami segi fisika benda-benda ini.