Mengapa di Bulan tidak ada gas Oksigen dan di atmosfer Bumi tidak ada gas Hidrogen dan Helium?

gambar 1. astronot di permukaan bulan

Semua orang mungkin sudah tahu (termasuk sobat sains semua) jika di atmosfer bumi kita ini tidak terdapat gas hidrogen ataupun helium. Dan ternyata kedua gas tersebut hanya ada di matahari. Mengapa bisa terjadi demikian? Mengapa di Bulan tidak ada oksigen dan di atmosfer Bumi tidak ada gas hidrogen dan helium?

Sebelum kita menjawab pertanyaan tersebut pasti di antara sobat sains ada yang beranggapan jika penyebab di bumi tidak ada hidrogen dan helium adalah karena suhu permukaan di bumi tidak sepanas suhu permukaan di matahari yang mencapai 6000⁰C. Mungkin juga ada yang mempunyai pendapat lain. namun perlu saya tegaskan kalau anggapan semacam itu adalah keliru. Nah yang jadi pertanyaan apa yang membuat hal itu terjadi?

Di artikel-artikel sebelumnya sudah pernah saya singgung mengenai gaya gravitasi suatu planet. Lebih tepatnya yaitu gaya gravitasi antara bumi dan bulan. Bagi sobat yang belum pernah membacanya bisa klik disini. Seperti yang kita ketahui akibat adanya gaya gravitasi bumi maka muncullah yang namanya Energi Potensial. Energi potensial merupakan energi yang dimiliki oleh benda karena kedudukannya terhadap bumi (pelajaran SMP dan SMA). Jadi semakin tinggi posisi suatu benda, maka energi potensialnya akan semakin besar dan jika benda berada di permukaan tanah maka energi potensialnya adalah nol.

gambar 2. benda digantung pada ketinggian

Konsep energi potensial seperti di atas merupakan konsep yang keliru. Namun hal tersebut sudah terlanjur diajarkan oleh guru kepada muridnya di SMA, jadi banyak sekali siswa yang tidak mengetahui kebenaran tentang konsep energi potensial tersebut. sehingga ketika siswa tersebut kelak menjadi guru pasti juga akan mengajarkan hal yang sama kepada muridnya. Padahal sebenarnya Energi potensial di permukaan bumi tidaklah nol, akan tetapi kita hanya menganggap atau berasumsi jika energi potensial di permukaan bumi itu nol. Kita boleh saja menganggap energi potensial di suatu tempat itu nol, tidak harus di permukaan bumi.

Berkaitan dengan energi potensial, ternyata energi potensial di atas permukaan bumi itu juga memiliki batas. Artinya ada saat dimana ketika ketinggian benda itu bertambah, Energi potensialnya akan tetap. Nah besar energi potensial maksimum (U_maks) di rumuskan sebagai

Dengan R_E adalah jarak antara permukaan bumi dengan posisi benda yang besarnya sama dengan jari-jari bumi. Jadi jika ketinggian suatu benda itu lebih tinggi dari R_E, energi potensialnya tetap tidak akan bertambah.

Jika energi kinetik awal benda saat dilepaskan lebih besar dari U_maks, maka benda akan tetap mempunyai sedikit energi kinetik saat jaraknya dari permukaan bumi sangat besar (atau bahkan tak hingga). Jika hal tersebut terjadi maka benda dikatakan dapat lepas dari bumi. Kelajuan kritis benda untuk lepas dari bumi dinamakan kelajuan lepas. Dan U_maks dinamakan energi ikat. Bila energi kinetik benda di permukaan bumi lebih kecil dari energi ikat, benda tidak akan meninggalkan bumi, tetapi akan naik sampai ketinggian tertentu dan jatuh kembali ke bumi. Namun jika energi kinetik benda lebih besar dari energi ikat, maka benda akan terus bergerak meninggalkan bumi dan tidak akan pernah kembali lagi selaman-lamanya. Besar kelajuan lepas untuk meninggalkan bumi adalah 11,2 km/s.

Lalu apa hubungannya energi potensial dengan keberadaan gas hidrogen dan helium? Seperti yang kita ketahui bahwa molekul gas itu juga memiliki energi kinetik rata-rata yang besarnya adalah ½ mv². Di permukaan bumi besar kelajuan molekul gas oksigen dan nitrogen jauh lebih kecil dibandingkan dengan kelajuan lepas, sehingga gas-gas ini dapat berada di atmosfer kita. Namun untuk gas hidrogen dan helium yang lebih ringan, sebagian besar molekul mempunyai kelajuan yang lebih besar dari kelajuan lepas. Oleh karena itu gas hidrogen dan helium tidak akan pernah kita jumpai di atmosfer kita.

Nah sama dengan penjelasan saya di atas, gaya gravitasi di bulan itu jauh lebih kecil dari gaya gravitasi bumi, sehingga kelajuan lepas di bulan hanya sekitar 2,3 km/s. Sementara untuk kelajuan gas oksigen sendiri lebih besar dari kelajuan lepas di bulan. Oleh karena itu di bulan sama sekali tidak terdapat oksigen dan atmosfer.

Ya mungkin segitu dulu ya sobat. Lain kali saya posting artikel menarik lainnya yang tentu saja berhubungan dengan sains. Semoga bermanfaat....

Posted in: