Bab ini membahas apa yang terjadi ketika kita berhenti menganggap planet dan satelit sebagai titik massa tunggal dan mulai mempertimbangkan ukuran fisik mereka. Gravitasi tidak hanya menarik benda, tetapi juga bisa meregangkan atau bahkan menghancurkannya.

9.1 Mekanisme Gaya Pasang Surut (Tidal Forces)

Gaya pasang surut adalah efek sekunder dari gaya gravitasi. Ini terjadi karena gaya gravitasi dari satu benda (misalnya Bulan) tidak sama besarnya di seluruh bagian benda lain (misalnya Bumi).

• Diferensiasi Gravitasi: Sisi Bumi yang menghadap Bulan ditarik lebih kuat daripada pusat Bumi, dan pusat Bumi ditarik lebih kuat daripada sisi yang membelakangi Bulan.
• Efek Peregangan: Perbedaan tarikan ini menyebabkan benda “meregang” di sepanjang garis yang menghubungkan kedua pusat massa, menciptakan tonjolan (bulge).

Konsekuensi Dinamis:

1. Penguncian Pasang Surut (Tidal Locking): Akibat gesekan internal dari tonjolan pasang surut, rotasi satelit melambat hingga periode rotasinya sama dengan periode orbitnya. Itulah sebabnya kita selalu melihat sisi Bulan yang sama dari Bumi.
2. Percepatan Sekuler: Interaksi pasang surut dapat menyebabkan transfer momentum sudut. Bumi melambat rotasinya secara sangat perlahan, sementara Bulan perlahan-lahan menjauh (sekitar 3,8 cm per tahun).

9.2 Batas Roche (Roche Limit)

Batas Roche adalah jarak kritis di mana sebuah satelit yang hanya disatukan oleh gravitasinya sendiri akan mulai hancur akibat gaya pasang surut dari planet induknya.

• Mekanisme: Ketika satelit mendekati planet melampaui Batas Roche, gaya pasang surut (peregangan) menjadi lebih kuat daripada gaya gravitasi internal yang menyatukan satelit tersebut.
• Rumus Sederhana: Untuk satelit cair yang mengorbit planet primer, jarak Roche ($d$) kira-kira adalah:$$d \approx 2.44 R_P \left( \frac{\rho_P}{\rho_s} \right)^{1/3}$$Di mana $R_P$ adalah radius planet, $\rho_P$ adalah massa jenis planet, dan $\rho_s$ adalah massa jenis satelit.

Aplikasi:

• Cincin Planet: Cincin Saturnus kemungkinan besar berasal dari satelit atau komet yang melintasi Batas Roche dan hancur menjadi triliunan partikel kecil.
• Komet Shoemaker-Levy 9: Komet ini hancur menjadi beberapa fragmen ketika mendekati Jupiter pada tahun 1992 karena melewati batas Roche planet tersebut.

9.3 Bola Hill (Hill Sphere)

Jika Batas Roche menentukan kapan sebuah benda akan hancur, maka Bola Hill menentukan kapan sebuah benda akan terlepas.

• Definisi: Bola Hill adalah wilayah ruang di sekitar planet di mana gravitasi planet tersebut mendominasi atas gravitasi Matahari dalam hal mempertahankan satelit.
• Radius Hill ($r_H$): Diperkirakan dengan rumus:$$r_H \approx a \sqrt[3]{\frac{m}{3M}}$$Di mana $a$ adalah sumbu mayor, $m$ adalah massa planet, dan $M$ adalah massa Matahari.
• Contoh: Bulan harus berada di dalam Bola Hill Bumi agar tetap mengorbit Bumi. Jika Bulan berada di luar radius ini, ia akan beralih menjadi orbit independen mengelilingi Matahari.

Bab X: Dinamika Sistem Banyak Partikel (Cincin dan Cakram) 🪐

Sebagai penutup dari seri ini, kita melihat sistem yang terdiri dari miliaran benda kecil yang bergerak secara kolektif.

1. Mekanika Cincin: Partikel dalam cincin planet berinteraksi melalui tabrakan dan gravitasi timbal balik. Fenomena seperti “Satelit Gembala” (Shepherd Moons) menunjukkan bagaimana satelit kecil dapat menjaga tepi cincin tetap tajam melalui pengaruh gravitasi.
2. Cakram Protoplanet: Prinsip mekanika benda langit digunakan untuk memodelkan bagaimana debu dan gas di sekitar bintang muda berkumpul (akresi) menjadi planet. Ini melibatkan interaksi antara gravitasi, tekanan gas, dan resonansi orbital.