1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Matahari sebagai pusat tata surya memiliki banyak sekali manfaat bagi makhluk

hidup di muka bumi ini. Matahari juga merupakan penghasil energi terbesar di dunia,

energi ini berpotensi mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini

dalam waktu yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara langsung untuk

memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Ada banyak

cara untuk memanfaatkan energi dari matahari. Tumbuhan mengubah sinar matahari

menjadi energi kimia dengan menggunakan fotosintesis.

Matahari dikenal dengan istilah “tenaga surya” yang mana mempunyai arti

mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau energi listrik untuk

kegunaan kita.Karena matahari sebagai sumber energi terbesar di dunia, maka terdapat

radiasi matahari yang artinya yaitu pancaran energi yang berasal dari proses

thermonuklir yang terjadi di matahari.

Untuk mengetahui lebih jauh mengenai radiasi matahari, kita perlu mengetahui

terlebih dahulu struktur dan fungsi lapisan-lapisan matahari beserta dengan segala

mekanisme yang terjadi pada matahari seperti : mekanisme radiasi matahari, reaksi inti,

spektrum radiasi, rambatan energi matahari, dan spektrum radiasi matahari. Oleh karena

itu, makalah ini disusun untuk mengetahui struktur matahari, fungsi lapisan-lapisannya,

dan mekanisme yang terjadi pada matahari. Selain itu, juga untuk memenuhi tugas Fisika

Lingkungan.

1.2 Rumusan Masalah

1.2.1 Bagaimana struktur dan fungsi lapisan-lapisan matahari?

1.2.2 Bagaimana mekanisme reaksi inti matahari?

1.2.3 Bagaimana mekanisme rambatan energi radiasi matahari ke permukaan bumi dan

spektrum radiasi dari matahari?

1.3 Tujuan

1.3.1 Mengetahui struktur dan fungsi lapisan-lapisan matahari.

1.3.2 Mengetahui mekanisme reaksi inti matahari.

1.3.3 Mengetahui mekanisme rambatan energi radiasi matahari ke permukaan bumi dan

spektrum radiasi dari matahari.

2

BAB 2

PEMBAHASAN

2.1 STRUKTUR MATAHARI DAN MEKANISME RADIASI

2.1.1 Struktur dan Fungsi Lapisan-lapisan Matahari

Matahari berbentuk bola yang berpijar dengan senyawa penyusun utama berupa

gas hidrogen (74%) dan helium (25%) terionisasi. Senyawa penyusun lainnya terdiri dari

besi, nikel, silikon, sulfur, magnesium, karbon, neon, kalsium, dan kromium. Cahaya

Matahari berasal dari hasil reaksi fusi hidrogen menjadi helium.

Matahari adalah salah satu benda langit yang paling mudah kita temui karena

merupakan pusat dari tata surya kita. Matahari adalah bintang yang letaknya paling

dekat dengan bumi, yaitu sekitar 149.600.000 kilometer atau 92,26 juta mil.

Matahari memiliki enam lapisan yang masing-masing memiliki karakteristik

tertentu. Keenam lapisan tersebut meliputi inti matahari, zona radiatif, dan zona

konvektif yang membentuk lapisan dalam (interior); fotosfer; atmosfer (kromosfer dan

korona sebagai daerah terluar dari Matahari).

Matahari sangat penting bagi kehidupan di bumi karena :

1. Merupakan sumber sinar dan sumber panas (energi) utama bagi bumi. Minyak bumi

dam batu-batu itu sebenrnya juga berasal dari energi matahari yang pada jaman

dahulu diserap oleh tumbuhan atau binatng.

2. Matahari mengontrol nstabilitas /peredaran bumi yang berarti mengontrol terjadinya

siang dan malam, bulan, tahun serta juga mengontrolperedaran pelanet lain.

3. Matahari adalah bintang yng terdekat, maka dengan mempelajari matahari kita tak

langsung dapat memahami bintang lain.

Lapisan-lapisan matahari adalah sebagai berikut :

1. Inti Matahari

Inti Matahari, adalah bagian dari matahari yang letaknya paling dalam, berdiameter

sekitar 500.000 km dan temperatur sekitar 15.000.0000 C. Inti matahari memiliki

kepadatan sekitar 150g/cm3. Suhu dan tekanan dalam inti matahari tergolong

sangat tinggi, yaitu 150C. Suhu dan tekanan yang sedemikian tingginya

3

memungkinkan adanya pemecahan atom-atom menjadi elekrtron, proton dan

neutron. Inti matahari adalah tempat berlangsungnya reaksi fusi nuklir helium

menjadi hidrogen. Energi hasil reaksi nuklir di inti matahari ini menghasilkan sinar

gamma dan neutrino yang memberi tenaga luar biasa besar dan menghasilkan

energi panas dan cahaya yang dikeluarkan melalui radiasi hingga diterima oleh

bumi.

2. Zona radiatif

Zona radiatif adalah daerah yang menyelubungi inti Matahari. Energi dari inti

dalam bentuk radiasi berkumpul di daerah ini sebelum diteruskan ke bagian

Matahari yang lebih luar. Kepadatan zona radiatif adalah sekitar 20 g/cm3 dengan

suhu dari bagian dalam ke luar antara 7 juta hingga 2 juta 0Celcius. Suhu dan

densitas zona radiatif masih cukup tinggi, namun tidak memungkinkan terjadinya

reaksi fusi nuklir.

3. Zona konvektif

Zona konvektif adalah lapisan di mana suhu mulai menurun. Suhu zona konvektif

adalah sekitar 2 juta 0Celcius (3.5 juta 0Fahrenheit). Setelah keluar dari zona

radiatif, atom-atom berenergi dari inti Matahari akan bergerak menuju lapisan lebih

luar yang memiliki suhu lebih rendah. Penurunan suhu tersebut menyebabkan

terjadinya perlambatan gerakan atom sehingga pergerakan secara radiasi menjadi

kurang efisien lagi. Energi dari inti Matahari membutuhkan waktu 170.000 tahun

untuk mencapai zona konvektif. Saat berada di zona konvektif, pergerakan atom

akan terjadi secara konveksi di area sepanjang beberapa ratus kilometer yang

tersusun atas sel-sel gas raksasa yang terus bersirkulasi. Atom-atom bersuhu tinggi

yang baru keluar dari zona radiatif akan bergerak dengan lambat mencapai lapisan

terluar zona konvektif yang lebih dingin menyebabakan atom-atom tersebut "jatuh"

kembali ke lapisan teratas zona radiatif yang panas yang kemudian kembali naik

lagi. Peristiwa ini terus berulang menyebabkan adanya pergerakan bolak-balik

yang menyebabakan transfer energi seperti yang terjadi saat memanaskan air dalam

panic. Oleh sebab itu, zona konvektif dikenal juga dengan nama zona pendidihan

(the boiling zone). Materi energi akan mencapai bagian atas zona konvektif dalam

waktu beberapa minggu.

4. Fotosfer

Fotosfer Matahari adalah lapisan berupa bulatan berwarna perak kekuningan yang

terdiri atas gas padat bersuhu tinggi. Disebut juga lapisan cahaya. Cahaya yang

4

dipancarkan fotosfer sangat kuat, cahaya dari fotosfer inilah yang sampai ke bumi.

Fotosfer merupakan lapisan permukaan matahari. Pada fotosfer matahari seringkali

terlihat adanya bintik/noda hitam (sunspot) berdiameter sekitar 300.000 km,

bahkan ada yang berdiameter lebih besar daripada diameter bumi dengan

kedalaman sekitar 800 km yang disebut umbra. Lapisan fotosfer memiliki tebal

500 kilometer dan suhu sekitar 5.5000 C. Sebagian besar radiasi matahari akan

diobservasi di fotosfer menjadi sinar matahari di bumi dalam tenggang 8 menit

setelah meninggalkan matahari.

5. Atmosfer

Atmosfer Matahari adalah lapisan paling luar dari matahari yang berbentuk gas,

yang terdiri atas dua lapisan yaitu kromosfer dan korona.

a. Kromosfer merupakan lapisan atmosfer matahari bagian bawah yang terdiri

atas gas yang renggang berwarna merah dengan ketebalan sekitar 10.000 km.

Warna dari kromosfer biasanya tidak terlihat karena tertutup cahaya yang

begitu terang yang dihasilkan fotosfer. Namun saat terjadi gerhana Matahari

total, di mana bulan menutupi fotosfer, bagian kromosfer akan terlihat

sebagai bingkai berwarna merah di sekeliling Matahari. Warna merah

tersebut disebabkan oleh tingginya kandungan helium di sana. Kromosfer

sering memunculkan lidah api. Lidah api matahari (prominensa atau

protuberans), merupakan gas panas yang tersembur dengan dasyat dari

permukaan matahari dan dapat mencapai ketinggian 1 juta mil.

b. Korona adalah lapisan atmosfer matahari bagian atas yang terdiri atas gas

yang sangat renggang berwarna putih atau kuning kebiruan dan mempunyai

ketebalan mencapai ribuan kilometer. Disebut juga mahkota, merupakan

lapisan atmosfer matahari yang paling luar. Korona mudah dilihat ketika

terjadi gerhana matahari total, sebab pada saat itu bagian matahari yang

paling menyilaukan tertutup oleh bulan. Bentuk korona berubah-ubah. Batas

korona tidak sejelas seperti pada batas kromosfer, sekitar berjuta-juta km.

Suhu korona 1.000.000°C. Warnanya putih keabu-abuan. Korona terdiri dari

gas-gas yang terionisasi. Koronagraf ialah alat untuk membuat gerhana

matahari buatan, sehingga dapat dipakai untuk melihat korona.

5

Gambar 2.1.1 Struktur lapisan matahari

2.1.2 Mekanisme Reaksi Inti Matahari

Reaksi Inti adalah proses perubahan yang terjadi dalam inti atom akibat

tumbukan dengan partikel lain atau berlangsung dengan sendirinya. Mekanisme reaksi

inti merupakan sebuah cara yang dapat digunakan untuk menghasilkan sejumlah energi

sehingga dapat dimanfaatkan untuk proses selanjutnya. Agar reaksi inti dapat terjadi, ada

beberapa ketentuan pokok yang mengharuskannya untuk dipenuhi. Reaksi yang

dilakukan harus berpegangan pada prinsip kekekalan muatan, energi, momentum linier

dan momentum anguler. Selain itu di dalam merumuskan sebuah reaksi inti, jumlah

nukleon total tidak boleh berubah. Syarat lain yang harus diperhatikan adalah berkaitan

dengan energi reaksi.Besarnya energi yang dibutuhkan agar tercipta reaksi inti yang

diinginkan yakni energi reaksi Q,dimana besarnya Q tidak boleh bernilai negatif.

Reaksi fisi merupakan sebuah contoh reaksi inti yang memungkinkan terjadinya

pembelahan sebuah inti tak stabil menjadi dua bagian inti baru dengan perbandingan

massa tertentu.

Reaksi fusi adalah metode lain yang dapat digunakan untuk menghasilkan energi

melalui proses penggabungan inti ringan menjadi inti yang lebih berat. Energi matahari

tercipta melalui reaksi ini.Pada matahari terjadi reaksi fusi. Didalam matahari hidrogen

difusikan untuk membentuk helium melalui proton-proton. Pertama, dua proton

bertabrakan. Satu proton memancarkan sebuah positron (elektron yang bermuatan

positif) dan berubah menjadi sebuah neutron. Proton dan neutron bergabung menjadi

satu, membentuk deuterium, suatu isotop hidrogen. Kemudian sebuah proton, kemudian

6

sebuah proton yang lain bertabrakan dengan inti deuterium, membentuk isotop lain

hidrogen, tritium yang terdiri atas sebuah proton yang bergabung dengan dua neutron.

Kemudian dua inti tritium bertabrakan dan membentuk sebuah inti helium-4 (dua proton

bergabung ke dua neutron) dua neutron bebas. Foton dan neutrino dipancarkan selama

rangkaian proses.

2.1.3 Mekanisme Rambatan Energi Radiasi Matahari ke Permukaan Bumi dan

Spektrum Radiasi dari Matahari

a. Rambatan Energi Radiasi Matahari

Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir

yang terjadi di Matahari. Energi radiasi Matahari berbentuk sinar dan gelombang

elektromagnetik. Spektrum radiasi Matahari sendiri terdiri dari dua yaitu, sinar

bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk

gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet, sedangkan sinar

gelombang panjang adalah sinar infra merah.

Ada beberapa sumber radiasi yang kita kenal di sekitar kehidupan kita, contohnya

adalah televisi, lampu penerangan, alat pemanas makanan (microwave oven),

komputer, dan lain-lain. Selain benda-benda tersebut ada sumber-sumber radiasi yang

bersifat unsur alamiah dan berada di udara, di dalam air atau berada di dalam lapisan

bumi. Beberapa di antaranya adalah Uranium dan Thorium di dalam lapisan bumi;

Karbon dan Radon di udara serta Tritium dan Deuterium yang ada di dalam air.

Bagaimana radiasi Matahari dapat sampai di permukaan Bumi? Radiasi adalah

suatu proses perambatan energi (panas) dalambentuk gelombang elektromagnetik yang

tanpa memerlukan zat perantara. Energi Matahari bisa sampai ke permukaan Bumi

adalah dengan cara radiasi (pancaran), karena diantara Bumi dan Matahari terdapat

ruang hampa (tidak ada zat perantara). Sedangkan gelombang elektromagnetik adalah

suatu bentuk gelombang yang dirambatkan dalam bentuk komponen medan listrik

danmedan magnet, sehingga dapat merambat dengan kecepatan yang sangat tinggi dan

tanpa memerlukan zat atau medium perantara. Bentuk gelombang elektromagnetik,

mulai dari gelombang radio yang panjang maupun yang pendek, gelombang sinar infra

merah, gelombang sinar tampak, gelombang sinar ultra ungu dan gelombang sinar -x

Energi Matahari yang jatuh ke permukaan Bumi berbentuk gelombang

elektromagnetik yang menjalar dengan kecepatan cahaya sebesar 3 x 108 m/s. Jika

7

Matahari dianggap sebagai benda hitam (Benda hipotesis yang dapat memancarkan dan

menyerap energi radiasi secara sempurna). Benda ini memiliki nilai emisivitas sama

dengan 1, maka temperatur radiasi efektifnya dapat diperkirakan dari hukum Stefan

Boltzman. Hukum ini menyatakan bahwa fluks radiasi sebuah benda hitam berbanding

lurus dengan pangkat empat temperatur mutlaknya, yakni:

F = σT4

dimana F adalah fluks radiasi Matahari, T adalah temperatur mutlak, σadalah tetapan

Stefan-Boltzman yang nilainya 8,14 x 10-11ly.menit-1.K-4(1 ly = 1 langley = 1

kalori/cm2).

Secara garis besar radiasi digolongkan ke dalam radiasi pengion dan radiasi non-

pengion.

1. Radiasi Pengion

Radiasi pengion adalah jenis radiasi yang dapat menyebabkan proses ionisasi

(terbentuknya ion positif dan ion negatif) apabila berinteraksi dengan materi. Yang

termasuk dalam jenis radiasi pengion adalah partikel alpha, partikel beta, sinar

gamma, sinar-X dan neutron. Setiap jenis radiasi memiliki karakteristik khusus.

Yang termasuk radiasi pengion adalah partikel alfa (α), partikel beta (β), sinar

gamma (γ), sinar-X, partikel neutron.

2. Radiasi Non Pengion

Radiasi non-pengion adalah jenis radiasi yang tidak akan menyebabkan efek

ionisasi apabila berinteraksi dengan materi. Radiasi non-pengion tersebut berada di

sekeliling kehidupan kita. Yang termasuk dalam jenis radiasi non-pengion antara

lain adalah gelombang radio (yang membawa informasi dan hiburan melalui radio

dan televisi); gelombang mikro (yang digunakan dalam microwave oven dan

transmisi seluler handphone); sinar inframerah (yang memberikan energi dalam

bentuk panas); cahaya tampak (yang bisa kita lihat); sinar ultraviolet (yang

dipancarkan matahari).

Ada macam-macam sumber radiasi yang dapat dibedakan pada garis besarnya

menjadi:

1. Sumber Radiasi Alam

Radiasi alam dapat berasal dari sinar kosmos, sinar gamma dari kulit bumi, hasil

peluruhan radon dan thorium di udara, serta berbagai radionuklida yang terdapat

dalam bahan makanan. Di beberapa negara seperti India, Brazil dan Perancis

8

terdapat daerah yang memiliki radioaktivitas alam yang lebih tinggi dibandingkan

dengan di negara lain.

2. Sumber Radiasi Buatan

Radiasi buatan adalah radiasi yang timbul karena atau berhubungan dengan

kegiatan manusia; seperti penyinaran di bidang medic, jatuhan radioaktif, radiasi

yang diperoleh pekerja radiasi di fasilitas nuklir, radiasi yang berasal dari kegiatan

di bidang industri : radiografi, logging, pabrik lampu, dsb.

b. Spektrum Radiasi Matahari

Sinar matahari dapat diuraikan oleh prisma menjadi sinar merah-jingga-

kuning-hijau-biru-nila dan ungu secara sinambung. Uraian warna yang sinambung

seperti itu disebut spektrum kontinu. Radiasi yang dihasilkan oleh gas yang

berpijar (atom yang tereksitasi) hanya terdiri atas beberapa panjang gelmbang

secara terputus-putus dan disebut spektrum diskontinu/ spektrum garis, spektrum

gas hidrogen hanya mengandung beberapa garis warna secara terputus-putus yaitu

ungu, biru dan merah.

Spektrum = Distribusi dari cahaya berwarna (cahaya monokromatik) yang

dihasilkan ketika seberkas cahaya putih (cahaya polikromatik) diuraikan atau

didispersikan menjadi komponen-komponennya. Spektrum ini dianalisa dengan

menggunakan metode spektrofotometri atau spektrometer.

Garis-garis hitam dalam spektrum matahari disebut garis absorpsi (

absorption lines) yang disebabkan oleh penyerapan radiasi matahari oleh unsur-

unsur yang terdapat dalam atmosfer matahari, dengan mempelajari absorption

lines tersebut scientists are able to identify the element present in the sun.

Jika tabung yang terisi gas atau uap unsur tertentu seperti Li, Ba, Hg, Na &

Ne dialiri listrik bertegangan tinggi, maka atom-atom unsur tersebut akan

memancarkan gelombang elektromagnetik/electromagnetic wave (cahaya) pada

beberapa panjang gelombang (wave lengths).Jika cahaya-cahaya tersebut

dilewatkan melalui spektrometer dan dianalisa maka dihasilkan suatu spektrum

garis.Spektrum ini hanya terdiri dari serangkaian garis yang berbeda dan ini

merupakan ciri khusus dari emisi dan absorpsi oleh atom-atom (elektron).

9

BAB 3

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

3.1.1 Matahari adalah salah satu benda langit yang paling mudah kita temui karena

merupakan pusat dari tata surya kita. Matahari adalah bintang yang letaknya paling

dekat dengan bumi. Secara garis besar, lapisan matahari terdiri dari tiga lapisan

yaitu:

a. Inti Matahari adalah tempat berlangsungnya reaksi fusi nuklir helium menjadi

hidrogen.

b. Fotosfer Matahari adalah lapisan berupa bulatan berwarna perak kekuningan

yang terdiri atas gas padat bersuhu tinggi. Sebagian besar radiasi matahari akan

diobservasi di fotosfer menjadi sinar matahari di bumi dalam tenggat 8 menit

setelah meninggalkan matahari.

c. Atmosfer Matahari adalah lapisan paling luar dari matahari yang berbentuk gas,

yang terdiri atas dua lapisan yaitu kromosfer dan korona.

3.1.2 Reaksi Inti adalah proses perubahan yang terjadi dalam inti atom akibat tumbukan

dengan partikel lain atau berlangsung dengan sendirinya.

3.1.3 RadiasiMatahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir

yang terjadi di Matahari. Energi radiasi Matahari berbentuk sinar dan gelombang

elektromagnetik.

3.2 Saran

Dalam pembuatan makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Sehingga diharapkan

kritik dan saran yang membangun. Dan semoga makalah ini dapat dipergunakan dengan

baik dan bermanfaat bagi pembaca.

10

DAFTAR PUSTAKA

Ahmdi, Abu. 2000. Ilmu Alamiah Dasar. Jakarta : PT Rineka Secipta.

Darmodjo & Kaligis. 2004. Ilmu Alamiah Dasar Pusat. Jakarta :Penerbitan Universitas

Terbuka.

Jasin, Maskoeri. 1993. Ilmu Alamiah Dasar. Jakarta :PT Raja Grapindo Persada.

Tjasyono. 2006. Ilmu Kebumian dan Entariksa.Bandung : Rosdakarya.

Triaslight. 2011. Radiasi dan Spektrum Unsur (online : Selasa, 26 Agustus 2014 pukul 13.05)

http://triaslight.wordpress.com/2011/07/19/radiasi-dan-spectrum-unsur/

sumber internet :

http://id.shvoong.com/exact-sciences/astronomy/2175017-struktur-lapisan-matahari/

http://librathebest.wordpress.com/2013/04/25/reaksi-fisi-dan-fusi-matahari/