Ruang angkasa adalah waktu, seakan melihat waktu mundur

Manusia bisa mengetahui seperti apa terjadinya pembentukan galaksi karena keterlambatan perjalanan cahaya.

Karena manusia modern tidak pernah menyaksikan pembentukan sebuah galaksi dimasa lalu, karena waktunya memang sudah terjadi.

Dan teknologi yang ada baru ditemukan beberapa puluh tahun lalu. Bahkan penemuan dunia astronomi baru dimulai beberapa ratus tahun lalu.

Dasarnya terbentuknya alam semesta seperti ini.
Ada sebuah teori disebut Big Bang. Dimana manusia berkesimpulan, alam semesta terjadi karena sebuah ledakan besar sekitar 13,8 miliar tahun lalu.

Menurut teori Big Bang, pembentukan sebuah galaksi di alam semesta terjadi secara bersamaan dalam miliaran tahun lalu.

Sebuah ledakan dasyat melemparkan materi gas ke segala arah, entah bentuknya seperti apa karena masih sebatas teori saja. Peneliti mengatakan terjadi ledakan dari gelembung gas di beberapa tempat. Lalu gas terlempar dan terdorong ke segala arah
  • Dan kumpulan gas berputar, dan membentuk seperti kumpulan galaksi. Di dalam gas juga muncul banyak bintang generasi pertama.
  • Bintang pada miliaran tahun lalu adalah bintang murni yang memiliki kandungan gas helium. Ketika bintang meledak maka muncul elemen padat dan bintang baru muncul akibat daur ulang bintang generasi sebelumnya. Dan kejadian ini terus berulang terjadi.
  • Materi padat melahirkan bentuk bintang dan planet secara bersamaan. Prosesnya sangat lama, jutaan atau miliaran tahun,
  • Daur ulang galaksi juga terjadi, dari ukuran galaksi kecil lalu bertabrakan dengan galaksi lain. Dan terbentuk galaksi yang lebih besara. Galaksi yang sering bertabrakan akan bergabung, bentuknya akan lebih melingkar. Sedangkang galaksi yang bertabrakan tapi posisi yang cukup bergeser akan membentuk galaksi dengan lengan spiral
Tahap pembentukan dunia dan alam semesta saat ini terjadi dari tahap diatas.

Pengertiannya menjadi lebih sederhana. Dengan melihat benda-benda di angkasa, semakin jauh kita melihat seperti melihat dalam waktu dimundurkan. Karena jarak galaksi amat sangat jauh, dan semakin jauh akan terlihat berbeda.

Semakin jauh lagi, maka cahaya semakin terlambat sampai di bumi. Semakin jauh dilihat, maka objek yang dilihat seakan menampilkan bentuk galaksi di waktu masa lalu. Sehingga di sebut sebagai jutaan atau miliaran tahun cahaya.

Cahaya adalah objek gambar yang dapat dilihat manusia. Dengan keterlambatan cahaya yang sampai ke bumi, ilmuwan bisa mempelajari pembentukan galaksi. Dengan memanfaatkan perbedaan keterlambatan gambar yang dilihat di bumi, seakan mendapatkan gambar dalam waktu mundur karena perbedaan jarak yang begitu jauh.

Misalnya bentuk galaksi yang jarakanya 4 juta tahun cahaya, bentuknya berbeda dengan galaksi yang jaraknya 10 juta tahun cahaya. Dan lebih berbeda lagi bila mengamati galaksi yang lebih jauh yang jaraknya 100 juta tahun cahaya.

Ketika ilmuwan melihat sebuah galaksi dengan jarak 10 juta tahun cahaya dari bumi. Maka dapat disimpulkan seperti itulah galaksi yang usianya 10 juta tahun lebih mudah dari waktu sekarang. Demikian juga galaksi yang tertangkap gambarnya dengan perkiraan jaraknya 10 miliar tahun lalu, dan itulah bentuk galaksi kita pada 10 miliar tahun lalu.

Karena jarak disamakan sebagai waktu di alam semesta. Semakin terlambat gambar yang terlihat maka semakin mundur bentuknya atau terlihat lebih muda usianya atau yang sudah terbentuk terlihat belum terbentuk.

Sekarang ilmuwan lebih mudah mempelajari dengan pengamatan galaksi di ruang angkasa sesuai dengan jaraknya saja. Galaksi yang jaraknya 10 juta tahun cahaya, maka seperti itulah bentuk galaksi 10 juta tahun lalu dari waktu saat ini.

Bila melihat galaksi dengan jarak 3 juta tahun cahaya, maka bentuk galaksi terlihat sudah matang. Seperti galaksi Andromeda dengan jarak 2 juta tahun cahaya. Bila diamati pada galaksi yang jaraknya 100 juta atau 1 miliar tahun cahaya, akan terlihat bentuknya akan terlihat seperti gas.

Walau bentuk asli disana sudah membentuk galaksi biasa. Tapi manusia hanya bisa melihat sebuah galaksi lebih muda usianya, berdasarkan gambar yang baru sampai ke bumi dan masih melihat gambar 1 miliar tahun lalu.

Contoh untuk memudahkan
  • Bila kita melihat sebuah pohon besar dalam jarak 10 meter maka bentuknya adalah pohon besar.
  • Bila kita melihat pohon pada jarak 100 tahun cahaya, maka bentuk pohon yang kita lihat masih berukuran kecil, walau ukuran sebenarnya disana sudah menjadi pohon yang tumbuh besar.
  • Bila kita melihat pada jarak 1 juta tahun cahaya, maka pohon yang kita lihat belum ada. Walau sebenarnya pohon disana memang ada dan setinggi 10 meter.
Dengan teknologi teleskop Hubble, meneropong galaksi dengan Deep Field atau melihat jauh kedalam seakan melihat ruang waktu.

Karena galaksi yang sangat jauh bisa mewakili kejadian di alam semesta seperti bagaimana tahap demi tahap pembentuk galaksi dimulai. Semakin jauh melihat galaksi dengan Hubble, akan terlihat waktu dimundurkan jutaan sampai miliaran tahun.

Dari sinilah ilmuwan bisa mempelajari, seperti apa sih pembentukan galaksi itu berdasarkan jarak dari masing masing galaksi. Dengan mempelajari galaksi yang jaraknya 1 juta tahun cahaya, 100 juta tahun cahaya, 1 milliar tahun cahaya

Dari gambar yang ditangkap maka proses pembentukan galaksi dapat disusun seperti tahap pembentukan awal galaksi sampai menjadi galaksi seperti sekarang.

Fenomena RedShift

Perhitungan benda di ruang angkasa mengunakan parallax shift atau paralak dengan satuan Parsec. Ada 2 angka yang digunakan yaitu paralak dan arcsecond atau pergeseran dalam detik.

Contoh bintang Sirius memiliki jarak 2.6 Parsec, artinya angka dari 1/3600 derajat busur di langit. Semakin dekat bintang, angka parallax shift semakin kecil.

Perbedaan dengan tahun cahaya. Bintang Sirius memiliki jarak 8,6 tahun cahaya ke Bumi. Artinya cahaya yang dilihat adalah cahaya 8,6 tahun lalu disana. Sekarang cahayanya tentu berbeda, atau bintang Sirius mungkin sudah berpindah tempat dari tempat yang kita lihat.

Bila manusia memiliki pesawat dengan kecepatan cahaya, maka dalam waktu 8,6 tahun akan tiba disana. Tapi bintang Sirius mungkin akan bergeser, tidak masalah, pesawat hanya perlu berbelok sedikit dari arah sebelumnya.
Karena pergeseran paralak bintang sangat kecil, dan jarak efektif yang akurat hanya sampai 10.000 tahun cahaya. Diluar itu pergeseran paralak menjadi terlalu kecil untuk diukur dengan akurat. Pengukuran jarak dengan Paralak memiliki keterbatasan.

Perhitungan lain adalah variabel Cepheid.
Galaksi Andromedia memiliki jarak 2,5 juta tahun ke Bumi atau 766.000 Parsec. Tapi galaksi Andromeda juga bergerak selama cahaya datang ke bumi dalam waktu 2,5 juta tahun.
Andromeda akan bergeser 1.500 tahun cahaya dari tempat semula. Tapi dari 2,5 juta tahun cahaya, perpindahan 1.500 tahun cahaya adalah angka yang kecil.

Ini bagian paling menarik di dunia astronomi, agar tidak terkecoh dengan gambar berwarna merah.

Menjawab mengapa semakin jauh benda di ruang angkasa cenderung berwarna merah. Fenomena di alam semesta disebut RedShift.

Warna benda di antariksa tidak menunjukan warna aslinya. Cahaya matahari yang dilihat di bumi akan berwarna putih di siang hari dan kuning di sore hari. Tapi disana tetap berwarna lebih kuning. Alasannya karena distorsi atau gangguan atmosfer dari bumi. Itu satu contoh fenomena paling dekat dengan cahaya matahari.

Satu fenomena di alam semesta ini disebut Redshift memang terjadi karena distorsi (gangguan) ketika cahaya melintas di ruang hampa.

Hubble mengamati semakin jauh objek akan terlihat banyak titik kuning dan semakin jauh menjadi merah (gambar bawah). Tentu menjadi pertanyaan mengapa muncul warna merah bila letak galaksi yang diamati begitu jauh. Kenyataannya bentuk galaksi disana bukan berwarna merah.

Penjelasannya Red Shift seperti ini.
Cahaya adalah sebuah spektrum warna atau gelombang warna.

Setelah terjadinya Big Bang, semua gas terlempar di ruang hampa dan bergerak menjauh intinya. Lalu alam semesta mulai terbentuk tetapi begitu luasnya. Seberapa luas alam semesta ini, bisa dibayangkan bila satu butir pasir adalah galaksi dimana kita tinggal. Sedangkan luas alam semesta adalah seluruh pasir di sebuah pantai. Jadi alam semesta begitu luas.

Kenyataan kedua, isi alam semesta ini "terus bergerak mengembang dan semakin membesar dan menjauhi dari titik asalnya". Semua galaksi yang mengambang di ruang hampa sebenarnya tidak diam tapi sebagian saling bergerak saling menjauh dan sebagian ada yang saling mendekat.

Hubble mendapatkan warna merah karena perjalanan cahaya yang ditangkap amat sangat jauh. Begitu jauhnya, cahaya membutuhkan perjalanan waktu, sampai ditangkap pada camera dan warnanya berubah. Menjawab mengapa warna galaksi terlihat kuning, biru atau merah, karena ada gerakan dari isi alam semesta sendiri.

Contoh, bila seorang teman memilik sebuah senter dan diarahkan ke anda. Maka anda akan melihat cahaya berwarna putih. Tapi teman anda berada di jarak 1 milliar tahun cahaya dan terus menjauhi anda. Cahaya yang anda lihat dari senter bukan putih, tapi merah. Karena cahaya dapat tertarik ketika melintas di ruang angkasa.

Perubahan warna pada gambar di teleskop disebabkan cahaya yang sudah tertarik lintasannya di ruang hampa. Seperti tali dan karet bisa kita tarik akan semakin mengecil
Bagaimana mungkin cahaya bisa tertarik, itu yang dicari jawabannya.

Bila diperumpamakan, teman anda yang sedang diam dengan memegang senter ditempat yang jauh, sebenarnya dia tidak diam. Tanpa disadari dia dan kita sebenarnya bergerak saling menjauhi atau bisa juga mendekati.

Jadi cahaya yang mengarah ke kita sebenarnya memiliki letak berbeda, bisa mendekat atau menjauh. Isi alam semesta memang mengambang bebas dan bergerak. Jadi cahaya yang dilihat oleh kita ternyata bergeser (cenderung menjauh). Bila pernah mendengar terjadinya galaksi bertabrakan, itu salah satu contoh isi alam semesta memang bergerak.

Sebagai contoh lebih memudahkan dalam memberikan gambaran tentang Red Shift. Sebagai contoh sebuah balon (mewakili ruang angkasa) yang sangat besar, dimana cahaya melintas dari tepian balon ke sisi yang lain.
  • Bila balon berisi udara dengan volume tetap, warna putih akan melintas dan akan sampai di sisi lain dengan warna putih.
  • Seandainya balon dimasukan angin secara perlahan dan balon ikut mengembang. Maka cahaya akan melintas dan ikut tertarik di dalam balon, cahaya putih yang melintas akan terlihat kuning atau merah disisi sebelahnya. Ternyata cahaya bisa ikut tertarik ketika melintas dari satu sisi ke sisi lain. Jangan lupa alam semesta ini sangat besar dan luas sekali. Sedangkan cahaya hanyalah spektrum warna yang nantinya ditangkap dalam bentuk gambar.

Penjelasan dengan gambar RedShift



Contoh lain untuk mengambarkan perubahan warna di antariksa. Misalnya tangan kiri dan kanan anda memegang seutas karet , karet tersebut sebagai perumpamaan dari lintasan cahaya dari tangan kiri ke arah kanan. Lalu anda menarik karet tersebut, maka perubahan bentuk karet akan mengecil disamakan sebagai spektrum warna.

Penyebabnya karena ditarik oleh tangan yang saling menjauh. Cahaya seperti itu, diruang hampa maka cahaya bisa tertarik sehingga berubah warna menjadi merah. Mungkin tidak masuk akal bagi kita, tapi di alam semesta yang luas dan hal seperti ini sebenarnya terjadi.

Gambar diatas sebagai ilustrasi dari fenomena RedShift.
  • Bila jarak dari teleskop dengan objek dari galaksi yang diamati tetap. Bila galaksi disana menampilkan cahaya biru akan tertangkap biru.
  • Karena alam semesta bergerak ke arah luar dari titik tengah. Cahaya yang ditangkap dari biru  berubah menjadi merah. Karena spektrum cahaya dari sana secara perlahan ikut memanjang dan berubah warnanya setelah ditangkap oleh peralatan dari bumi.

Dibawah ini bentuk susunan spektrum warna. Bila sebuah galaksi memiliki warna kuning seperti spektrum di tengah. Semakin jauh letaknya maka warnanya cenderung berubah menjadi merah.

Kebalikannya efek Blueshift. Bila sebuah galaksi yang aslinya berwarna kuning, tetapi gambar yang tertangkap berwarna biru. Maka letak galaksi tersebut cenderung bergerak mendekati ke posisi kita yang melihat.



Karena baru cahaya yang ditangkap baru sampai di camera Hubble telah melakukan perjalanan selama jutaan bahkan miliaran tahun. Cahaya mengalami pergeseran gelombang spektrum karena benda yang diamati ternyata menjauh. Mungkin disana berwarna biru atau putih, tetapi sensor camera Hubble akan lebih banyak terlihat berwarna merah.

Jadi lebih jelas, mengapa galaksi yang jauh bisa terlihat memiliki warna merah. Karena cahaya yang ditangkap sensor harus melintas di ruang hampa yang sedang mengembang. Apa yang kita lihat di ruang angkasa sebenarnya tidak diam, hal ini membuktikan kita dan alam semesta semuanya bergerak.



Untuk galaksi yang lebih jauh, disini harus lebih akurat. Perhitungannya adalah Redshift dari cahaya yang diterima di bumi. Batas angka Redshift adalah 12 sebagai pengamatan terjauh yang bisa dilihat.

Contoh sebuah galaksi yang jaraknya z=6 seberapa jauh galaksi tersebut. Angka Redshift z=6 setara 1,2 miliar Parsec, atau 3,9 miliar tahun cahaya.
Dimana galaksi tersebut ketika cahaya tertangkap di bumi dengan jaraknya sekitar 3,9 miliar tahun cahaya.

Pertanyaan lain seperti ini. Bila sebuah cahaya dari galaksi terlihat 3,9 miliar tahun cahaya dari Bumi. Apakah galaksi tersebut hanya berpindah tempat dari tempat semula, dan tidak terlalu jauh dari pengamatan kita.

Sederhananya perhitungan Redshift disebabkan 2 faktor, pergerakan di ruang angka sendiri (cosmological redshift), dan pergerakan galaksi dari asal tempat semula.(Doppler Redshift)

Galaksi yang disebut 12,8 miliar tahun cahaya dan awal cahaya yang tertangkap oleh teleskop di bumi pada hari ini sebenarnya cahaya dari galaksi ketika berada di 3,9 miliar tahun cahaya. Jadi galaksi yang disebut 3,9 miliar tahun cahaya, sebenarnya sudah bergerak lebih jauh lagi.

Letak perpindahaan galaksi tersebut dinamai Cosmological redshift. Sedangkan cahaya yang bergerak ke arah kita di bumi juga tertarik dan membentuk cahaya merah yang disebut Doppler redshift.

Bila dihitung jaarak keseluruhan, gerakan simultan dari galaksi dan tempat kita mencapai 8,4 miliar Parsec / 27 miliar tahun cahaya yang menjauh dari posisi kita.

Dari NatGeo menjelaskan dalam gambar animasi. Semua galaksi sebenarnya sedang bergerak, saling menjauh dan terus menjauh.



Apa saja yang termasuk fenomena Red Shift dan Blue Shift
Cahaya memiliki gelombang. Termasuk gelombang radio, inframerah, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma

Perhitungan pergeseran gelombang cahaya merah
Redshift = (Observed wavelength – Rest wavelength) / (Rest wavelength)

Pergeseran cahaya merah = panjang gelombang dari objek yang diamati - gelombang Rest (dari benda yang tidak bergerak)  / gelombang Rest

Dalam beberapa tahun kedepan manusia memerlukan teropong lebih kuat. Saat ini sedang dibuat James Webb teleskop dengan sensor InfraRed. Batas manusia melihat ruang angkasa dengan menangkap cahaya yang jauh sudah terbatas dan tidak bisa dlihat lebih jauh lagi oleh teleskop Hubble.
Nantinya sebuah teleskop khusus James Web akan mengungkap lebih jauh.

Ilmuan baru bisa mempelajari lebih lanjut tentang alam semesta dalam 20 tahun terakhir ini saja. Tapi banyak penemuan yang diungkapkan oleh sebuah teleskop Hubble. Manusia baru mampu mengamati alam semesta lebih detil di abad ke 21 ini saja, sebelumnya kita tidak memiliki jawaban sama sekali atau sebatas teori. Karena baru di awal abad ini teknologi dengan kemampuan pengamatan pada objek yang sangat jauh dapat dilakukan. Bila dilakukan 30 tahun lalu, ceritanya akan berbeda. Karena teknologi sensor camera baru dimanfaatkan untuk teleskop pada tahun 1990an.

Dengan teknologi film analog, sangat repot para ahli antariksa membuat foto dengan film di antariksa. Setidaknya satu teleskop ketika itu harus membawa ratusan roll film ke ruang angkasa. Jadi baru sekarang inilah semua terungkap dengan kemajuan teknologi foto digital. Hubble dirancang di era 1970an, tapi baru diluncurkan tahun 1990.

Tertarik mendengar cerita lengkap dari penemuan teleskop Hubble, film dibawah ini menceritakan bagaimana perbedaan cahaya dan waktu yang diamati dari teleskop. Kelihatannya hanya cerita saja, tapi pelajaran dan penjabarannya yang diberikan sangat dalam untuk mengetahui dunia astronomi.




Intinya, Redshift membuktikan cahaya yang dilihat manusia, semakin jauh benda yang diamati akan cenderung berwarna merah. Hal ini membuktikan adanya pergeseran dari alam semesta, dimana semua isi alam semesta ini bergerak.

Tertarik mempelajari pengetahuan di dunia astronomi, banyak temuan baru yang baru dipublikasikan dalam beberapa tahun lalu. Bisa dilihat pada link dibawah.