Fisika luar angkasa
Gravitasi mengumpulkan debu menjadi bintang, bintang menyatukan elemen-elemen, dan pergeseran merah galaksi jauh mengindikasikan bahwa seluruh alam semesta sedang mengembang sejak awal 14 miliar tahun lalu. Topik terakhir OxfordAQA menutup kursus dengan siklus kehidupan bintang, orbit, dan bukti Teori Big Bang.
OxfordAQA International GCSE Physics 9203, topik 3.8 (Versi 5.1). Pernyataan yang ditandai (P) hanya berlaku untuk Paper-2-saja.
Siklus hidup bintang
Bintang terbentuk ketika gravitasi menarik debu dan gas (terutama hidrogen dan helium) bersama-sama — gumpalan lebih kecil membentuk planet. Dalam fase urutan utama yang panjang, hidrogen menyatu menjadi helium di inti, dan gravitasi menyeimbangkan gaya dorong ke luar. Semakin masif sebuah bintang, semakin panas intinya dan semakin berat inti yang dapat dibangunnya melalui fusi.
Ketika hidrogen habis, massa menentukan akhir hidupnya. Sebuah bintang mirip Matahari membengkak menjadi raksasa merah, melepaskan lapisan luarnya, dan inti yang terekspos mendingin dari dwarf putih menuju dwarf hitam. Sebuah bintang masif membengkak menjadi supergiant merah, menyatukan elemen yang semakin berat (karbon, nitrogen, oksigen), lalu meledak sebagai supernova — menyebarkan elemen-elemen tersebut (elemen yang lebih berat dari besi terbentuk sendiri dalam ledakan) — meninggalkan bintang neutron atau lubang hitam. Fusi di dalam bintang dan supernova menciptakan setiap elemen yang ada secara alami: alam semesta awal hanya berisi hidrogen.
Sistem tata surya dan gerak orbit
Sistem tata surya: delapan planet mengorbit Matahari, ditambah bulan, asteroid, planet kerdil, dan komet. Bima Sakti adalah salah satu dari jutaan miliar galaksi, masing-masing memiliki jutaan miliar bintang. Satelit buatan mengorbit Bumi dalam orbit geostasioner atau orbit polar rendah.
Gravitasi menyediakan gaya sentripetal: ia bertindak ke arah pusat, mengubah arah pergerakan (kelajuan) tanpa mengubah kelajuan. Jarak yang lebih besar bermakna graviti yang lebih lemah, maka kelajuan orbit yang lebih rendah: untuk kekal pada jejari tertentu, satelit mesti bergerak pada kelajuan yang sepadan — ubah kelajuan dan jejari orbit akan berubah.
Anjakan merah dan alam semesta yang mengembang (P)
Sumber gelombang yang bergerak mengubah panjang gelombang yang diperhatikan (kesan Doppler): sumber yang menjauh meregangkan gelombang — panjang gelombang lebih panjang, frekuensi lebih rendah. Semakin jauh sebuah galaksi, semakin laju ia menjauh dan semakin besar anjakan merah — ruang itu sendiri sedang mengembang, menunjuk kembali kepada permulaan yang sangat kecil: Letupan Besar. Latar belakang mikrogelombang kosmik — radiasi yang mengisi alam semesta dari sedikit selepas permulaan itu — adalah tiang kedua; teori Letupan Besar kini merupakan satu-satunya teori yang menjelaskannya.
Periksa diri Anda
- Apa yang menarik habuk dan gas ke dalam bintang?
- Apa yang berlaku di teras bintang utama?
- Senaraikan tiga peringkat yang dilalui oleh bintang seperti Matahari selepas fasa utamanya.
- Bintang mana yang menjadi supernova?
- Di mana unsur yang lebih berat daripada besi dihasilkan?
- Namakan dua jenis orbit satelit buatan.
- Mengapa satelit dalam orbit yang lebih tinggi bergerak lebih perlahan?
- (P) Apa yang berlaku kepada panjang gelombang apabila sumbernya menjauh?
- (P) Nyatakan dua bukti Big Bang.
- (P) Apakah CMBR?
Jawapan: 1 tarikan graviti; 2 nukleus hidrogen menyatu menjadi helium, membebaskan tenaga, dengan keseimbangan graviti; 3 raksasa merah, katai putih, katai hitam (tiga peringkat selepas fasa utama); 4 bintang yang jauh lebih masif daripada Matahari; 5 dalam letupan supernova; 6 geostasioner dan kutub rendah; 7 graviti melemah dengan jarak, maka gaya sentripetal — dan kelajuan yang dimintanya — adalah lebih kecil; 8 (P) ia bertambah (anjakan merah), dan frekuensi yang diperhatikan menurun; 9 (P) anjakan merah galaksi meningkat dengan jarak, dan latar belakang mikrogelombang kosmik; 10 (P) radiasi elektromagnetik yang mengisi alam semesta, baki dari sedikit selepas Letupan Besar.