Adakah graviti wujud di angkasa lepas?

Pernah tak anda tonton tayangan berkaitan angkasa lepas seperti Gravity(2013), Interstellar(2014) dan Star Trek? Pernah tak anda tonton video angkasawan ISS yang terapung-apung? Pernah tak tonton video Dr. Sheikh Muszapharr Shukor di ISS?

Dalam video atau tayangan-tayangan ini, anda dapat perhatikan pergerakan angkasawan yang berbeza dengan kita di Bumi. Mereka dapat terapung-apung sedangkan kita sentiasa jatuh ke arah Bumi? Mengapa situasi ini berlaku?

Jawapan yang terlintas di fikiran anda pastinya ialah graviti! Bumi mempunyai graviti yang menarik kita ke arahnya. Sebab itu kita sentiasa jatuh ke arah Bumi. Jika kita lontarkan buah epal ke atas, ia akan jatuh semula ke Bumi kerana ia ditarik ke arah Bumi. Bumi menghasilkan graviti yang menarik benda yang berjisim ke arahnya. Ok, jadi kita tak boleh terapung adalah disebabkan oleh graviti Bumi.

Berbalik semula kepada cerita angkasawan tadi. Kenapa angkasawan boleh terapung? Antara jawapan yang kita dengar ialah kerana di angkasa lepas, graviti tidak wujud. Atau di ISS, graviti terlalu lemah. Sebab itu angkasawan boleh terapung dan tak ditarik ke bawah. Mereka tidak dapat rasa tarikan graviti seperti kita di Bumi.

Hmmm. Betulkah jawapan tu? Betulkah graviti tak wujud di angkasa lepas? Betulkah graviti tak wujud di ISS?

Untuk artikel ini, kita akan rungkaikan persoalan ‘adakah graviti wujud di angkasa lepas dan di ISS’.

Hukum Kegravitian Semesta Newton

Graviti ialah satu daripada 4 daya asas di alam semesta kita. 3 yang lain ialah daya lemah nukleus, daya kuat nukleus dan daya elektromagnet. Bagi setiap daya ini, ada hukum fizik yang menjelaskan daya-daya ini.

Hukum kegravitian semesta Newton digunakan untuk menjelaskan daya graviti. Hukum ini dirumuskan oleh Isaac Newton beberapa abad lalu. Berdasarkan hukum ini, graviti akan meningkat apabila jisim suatu jasad itu meningkat. Sebagai contoh, Matahari mempunyai graviti yang lebih tinggi berbanding Bumi disebabkan oleh jisim Matahari yang lebih besar berbanding Bumi. Selain jisim, graviti juga bergantung kepada jarak antara dua jasad. Lebih besar jarak antara dua jasad, lebih kecil daya graviti. Sebagai contoh, kita di Bumi tidak dapat rasa kesan graviti daripada Matahari sebab jarak kita ke Matahari adalah terlalu jauh berbanding dengan jarak kita ke Bumi.

Bagi yang ambil Fizik di peringkat SPM (silibus baharu KSSM), anda pasti tahu rumus bagi daya graviti iaitu Rumus ini menyatakan bahawa daya graviti akan bertambah apabila jisim antara dua jasad bertambah, dan daya graviti berkurang jika jarak antara dua jasad bertambah. G pula ialah pemalar kegravitian Newton dengan nilai yang sangat kecil iaitu. Jika anda gantikan nilai jisim anda, jisim Bumi, jarak anda dengan Bumi (sama dengan jejari Bumi), dan pemalar kegravitian, anda akan dapat berat anda dalam unit Newton. Jika jisim anda ialah 70 kg, daya graviti yang tarik anda ke Bumi adalah sekitar 686.7 Newton.

Angkasa Lepas

Sekarang kita lihat semula kepada persoalan awal tadi. Adakah graviti wujud di angkasa lepas? Adakah graviti wujud di ISS?

Angkasa lepas adalah ruang yang sangat luas. Kalau kita lihat pada gambar-gambar galaksi yang diambil oleh teleskop-teleskop angkasa seperti Hubble, kita akan dapati bahawa bintang-bintang dalam galaksi-galaksi ini kelihatan seperti butir-butir pasir yang bertaburan. Seolah-olah galaksi ini penuh dan mampat dengan bintang. Namun kalau kita perhatikan sistem suria kita, jarak antara Bumi dengan Bulan pun sudah lebih 300 ribu kilometer. Sangat jauh! Jarak kita ke planet Zuhrah pula lebih 50 juta kilometer! Jarak kita ke Matahari lagi lah jauh, 150 juta kilometer! Lebih menakjubkan, jarak kita dengan bintang yang terdekat dengan kita selepas Matahari ialah 4 tahun cahaya! Lebih 3 trillion kilometer! Jadi, walaupun galaksi kelihatan penuh dengan bintang, jarak antara bintang-bintang ini sangatlah besar. Galaksi ini penuh dengan ruang kosong. Jarak antara galaksi lagilah jauh.

Jika kita terperangkap di ruang-ruang kosong di angkasa lepas, bolehlah mengucap siap-siap. Bintang atau planet paling dekat pun dah bertahun cahaya. Mungkin cicit kita yang ke 10 baru dapat sampai ke bintang tu.

Ok, jadi kita dah tahu bahawa angkasa lepas ini penuh dengan ruang kosong. Dan jika kita berada jauh daripada bintang-bintang, kita tak dapat rasakan tarikan graviti sebab daya graviti terlalu lemah. Penerangan ini adalah betul jika kita jauh (bertahun-tahun cahaya) dari apa-apa jasad yang besar seperti bintang atau planet.

Graviti di ISS

Bagaimana pula dengan ISS? Adakah ISS cukup jauh dari Bumi sehingga daya graviti dari Bumi ini terlalu lemah?

Kita mungkin berikan jawapan yang sama seperti di atas; daya graviti di ISS adalah terlalu lemah, sebab itu angkasawan boleh terapung-apung di dalamnya. Jawapan ini sebenarnya kurang tepat.

Bagi menjawab dengan lebih tepat, kita lihat pada daya graviti antara ISS dengan Bumi. ISS mengorbit Bumi pada altitud sekitar 400 km daripada permukaan Bumi. Kita gantikan nilai ini ke dalam rumus graviti tadi. Jika seorang angkasawan berjisim 70 kg berada di ISS, dia akan rasa tarikan graviti sekitar 600 Newton. Ini bermaksud, di ISS, tarikan graviti masih lagi wujud dan kuat. Sekitar 90% daripada tarikan graviti di Bumi.

Graviti masih wujud di ISS, tapi mengapa angkasawan dapat terapung-apung di ISS? Mengapa ISS tidak menghentam Bumi?

Sebelum kita jawab persoalan di atas, kita lihat pada situasi di bawah. Andaikan kita ada sebuah meriam. Apabila kita tembak peluru daripada meriam tersebut, peluru itu akan meluncur keluar dan jatuh semula ke Bumi disebabkan tarikan graviti. Jika kita tambahkan lagi kekuatan meriam, peluru itu akan meluncur dengan lebih jauh daripada titik asal tadi. Sekarang, kita gunakan meriam yang sangat kuat. Peluru yang ditembak keluar, akan jatuh ke arah Bumi, namun ia terlepas daripada mencapai Bumi kerana Bumi ini sfera dan melengkung. Setiap kali peluru itu nak jatuh ke Bumi, Bumi melengkung menyebabkan peluru itu terlepas daripada mencapai Bumi.

Situasi ini adalah sama dengan ISS. ISS sentiasa ditarik ke Bumi, namun disebabkan Bumi melengkung, ISS sentiasa terlepas daripada menghentam Bumi.

Jatuh Bebas

Bagi angkasawan di dalam ISS, mereka juga akan ditarik ke arah Bumi dan terlepas daripada menghentam Bumi seperti ISS. Mereka akan sentiasa jatuh ke Bumi. Dalam situasi ini, graviti masih lagi menarik mereka, namun mereka tak dapat rasa ‘berat’ sebab mereka berada dalam keadaan ‘jatuh bebas’. Jatuh bebas inilah yang menyebabkan angkasawan tak dapat rasa ‘berat’ mereka menyebabkan mereka terapung-apung di angkasa.

Sebenarnya kita tidak perlu naik ke ISS untuk rasa situasi ‘jatuh bebas’. Kita dapat rasa berat disebabkan oleh lantai yang kita pijak ini, mengenakan daya yang sama dengan berat kepada kaki kita. Bagi menghilangkan daya daripada lantai ini, kita perlu buang lantai tersebut daripada dipijak oleh kaki kita. Macam mustahil kan? Tapi kita boleh cipta situasi ini dengan berada dalam lif. Perasan tak, kalau lif mula turun ke bawah, kita dapat rasa lebih ringan dari biasa. Kalau lif tu memecut ke bawah dengan pecutan yang sama dengan graviti, kita akan dapat rasa terapung-apung seolah-olah tiada graviti yang bertindak.

Rumusannya, graviti wujud di ISS dan di kawasan yang berdekatan dengan jasad yang besar seperti planet dan bintang. Graviti sangat lemah di kawasan yang jauh daripada jasad-jasad ini.