Benda-benda di luar angkasa akan tampak melayang jika dilihat dari stasiun luar angkasa. Fenomena ini membuat banyak orang salah paham bahwa di luar angkasa tidak ada gravitasi. Pada kenyataannya, di luar angkasa terdapat gaya gravitasi yang sangat kecil hingga mendekati keadaan ‘tanpa gravitasi’. Kondisi ini disebut sebagai mikrogravitasi. Penasaran mengenai konsep mikrogravitasi? Mari kita bahas lebih dalam

Apa saja topik yang akan dibahas?

Apa itu gravitasi?

Bagaimana kondisi gravitasi di luar angkasa?

Mengapa benda tampak melayang di luar angkasa?

Mengapa satelit tidak jatuh ke bumi?

Apa Itu Gravitasi?

Secara umum, gaya gravitasi adalah gaya tarik antara dua benda yang berbeda. Gaya tarik ini dapat terlihat jelas ketika massa salah satu benda sangat besar. Contohnya, Matahari dan Bumi akan saling tarik menarik melalui gaya gravitasi. Planet-planet lain pun yang bergerak mengitari Matahari disebabkan oleh gaya gravitasi. Sehingga gravitasi merupakan gaya yang mengatur pergerakan benda pada alam semesta (setidaknya sebagian besar).

Semua objek termasuk manusia yang berada di permukaan Bumi akan merasakan gaya gravitasi pula. Hal ini yang menjadi alasan mengapa kita akan selalu jatuh ke arah Bumi. Ketika kita menjatuhkan objek, maka objek tersebut akan mengalami gerak jatuh bebas. Semua objek akan jatuh dengan percepatan yang sama, yaitu sebesar 9,8 m/s2.

Besar gaya gravitasi yang dirasakan objek bermassa bergantung terhadap massa objek serta jarak pemisahnya. Semakin besar massa objek maka gaya gravitasinya semakin besar. Semakin dekat jarak antara 2 objek maka gaya gravitasinya semakin besar pula.

$$
\frac{d}{dx}(x^2)=2x
$$

Bagaimana Kondisi Gravitasi di Luar Angkasa?

Banyak orang mengira bahwa di luar angkasa tidak ada gaya gravitasi. Hal ini karena benda-benda di luar angkasa tampak melayang. Padahal sejatinya ketika seorang astronot menjatuhkan apel di ruang angkasa, apel tersebut juga mengalami gerak jatuh bebas meskipun ia tidak terlihat seperti sedang jatuh. Hal ini berlaku juga untuk satelit yang mengorbit Bumi. Fenomena ini membuktikan bahwa di luar angkasa masih terdapat gaya gravitasi walaupun sangat kecil. Kondisi yang mendekati keadaan ‘tanpa gravitasi’ disebut sebagai mikrogravitasi

Pasti dari kalian akan langsung bertanya seperti ini: Jika astronot dan satelit juga mengalami gerak jatuh bebas, mengapa mereka tidak jatuh ke arah Bumi? Apakah ada suatu gaya baru yang membuat mereka terus melayang? Untuk menjawabnya kita perlu membahas tentang ‘eksperimen pikiran’ (thought experiment) yang dikemukakan oleh Isaac Newton.

Mengapa Benda Tampak Melayang di Luar Angkasa (Percobaan Cannonball)

Eksperimen pikiran yang dilakukan oleh Isaac Newton dapat kita pahami sebagai berikut.

• Bayangkan kita memiliki sebuah meriam dan beberapa peluru yang berada di puncak gunung tertinggi di bumi. Meriam itu kamu arahkan lurus kedepan, sehingga sudut yang dibentuk meriam akan sejajar dengan bumi.
• Percobaan pertama, kita menembakkan sebuah peluru dengan kecepatan yang kecil. Sehingga lintasan yang dapat ditempuh peluru hanya beberapa meter dari meriam. Bagaimana bentuk lintasan peluru.
• Percobaan kedua, kita menembakkan sebuah peluru dengan kecepatan dua kali kecepatan sebelumnya. Sehingga jarak titik jatuh peluru menjadi dua kali jarak titik jatuh peluru pada percobaan pertama. Apakah bentuk lintasan peluru masih sama?
• Percobaan ketiga dan seterusnya, kita menembakkan sebuah peluru secara terus menerus dengan kecepatan yang berbeda. Setiap percobaan, kecepatan peluru ditingkatkan. Bagaimana perubahan bentuk lintasan dari peluru tersebut?
• Mungkinkah jika kita akan mendapatkan nilai kecepatan tertentu yang menyebabkan objek tidak akan jatuh ke Bumi, melainkan mengorbit Bumi? Kira-kira sampai percobaan ke-berapa?
• Jika kecepatannya melebihi batas kecepatan benda untuk mengorbit, apakah peluru tersebut akan keluar dari jalur orbit? Apa yang terjadi jika benda keluar dari lintasan orbitnya?

Mengapa Satelit Tidak Jatuh ke Bumi

Kembali ke pertanyaan kita, jadi sebenarnya apa yang dimaksud dengan jatuh bebas yang dirasakan oleh astronot dan satelit? Mereka sebenarnya tetap jatuh ke arah Bumi. Tetapi, karena adanya kecepatan orbit maka satelit akan bergerak mengelilingi Bumi, sama seperti peluru meriam yang ada pada eksperimen pikiran Newton. Selama satelit masih bergerak dengan kecepatan orbit, maka satelit tidak akan jatuh.

Seperti yang sudah disebutkan sebelumnya, kecepatan orbit pada satelit bergantung pada jarak satelit terhadap pusat Bumi. Ketika satelit berada pada ketinggian orbit dengan jari-jari sebesar , dengan massa bumi sebesar M dan massa satelit sebesar m. Secara matematik, besarnya gaya sentripetal dapat dihitung menggunakan persamaan Gaya Gravitasi. Sehingga kita dapat mengetahui lama periode satelit untuk mengorbit berdasarkan hubungan ketinggian orbit dengan kecepatan satelit.

Berdasarkan posisi ketinggian satelit, maka orbit satelit dibagi menjadi lima

Sebagai contoh adalah satelit LAPAN-A3 yang meluncur dari Sriharikota, India tanggal 22 Juni tahun 2022 lalu. Satelit ini mengorbit di ketinggian 505 km dari permukaan bumi dengan bentuk orbit polar (orbit yang melintasi kutub utara dan kutub selatan). Berdasarkan ketinggiannya, maka satelit LAPAN-A3 berada pada posisi orbit LEO yang berfungsi untuk keperluan peneitian dan pencitraan. Contoh lainnya adalah satelit Satria-1 yang mengorbit pada ketinggian 36.000 km dari permukaan bumi. Berdasarkan ketinggiannya, maka satelit Satria-1 berada pada posisi orbit GEO yang berfungsi sebagai komunikasi data dengan throughput rendah.

Kesimpulan

Baik astronot maupun benda langit di luar angkasa, mereka dapat melayang di luar angkasa bukan karena tidak ada gaya gravitasi yang bekerja pada mereka. Melainkan karena gaya gravitasi yang bekerja pada mereka sangat kecil, sehingga dapat dikatakan sebagai mikrogravitasi. Posisi mereka yang cukup jauh dari pusat Bumi menyebabkan gaya gravitasi yang mereka rasakan lebih kecil dibanding orang-orang yang ada di permukaan Bumi.

Sedangkan benda-benda yang mengorbit bumi, dapat bergerak mengelilingi bumi di luar angkasa akibat kecepatan orbit yang cukup sesuai dengan ketinggian orbit terhadap Bumi. Fenomena ini sesuai dengan eksperimen pemikiran yang telah dilakukan oleh Newton. Jika kecepatan orbitnya cukup terhadap bumi, benda dapat mengorbit bumi. Sebaliknya jika kecepatan benda kurang dari kecepatan orbit, maka benda akan jatuh ke bumi. Namun, jika kecepatan benda lebih besar dari kecepatan orbit, maka benda akan keluar dari lintasan orbitnya.

Sumber

BRIN: Pusat Riset Teknologi Satelit. (2024). Satelit LAPAN-A3. Diakses pada 04 Mei 2025, dari https://brin.go.id/orpa/pusat-riset-teknologi-satelit/page/satelit-lapan-a3

Kutanto, H. (2023). Satelit Republik Indonesia SATRIA1 Sukses Lepas Landas. Diakses pada 04 Mei 2025, dari https://djppi.komdigi.go.id/news/satelit-republik-indonesia-satria-1-sukses-lepas-landas

Telkom Satelit Indonesia. (2023). Mengenal 3 Jenis Posisi Orbit Satelit: LEO, MEO, dan GEO. Diakses pada 04 Mei 2025, dari https://www.telkomsat.co.id/id/berita/mengenal-3-jenis-posisi-orbit-satelit-leo-meo-dan-geo-408

ESA. (2020). Types of Orbits. Diakses pada 04 Mei 2025, dari https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Types_of_orbits#GEO

Pesnell, William D. (2018). The Flight of Newton’s Cannonball. American Journal of Physics, 86(5), 338-343.

Saraswati, P., Mardlijah, & Kamiran. (2017). Analisis dan Kontrol Optimal Sistem Gerak Satelit Menggunakan Prinsip Minimum Pontryagin. Jurnal Sains dan Seni ITS, 6(2), 45-50.

Nasa.gov. (2009). What is Microgravity?. Diakses pada 2 Februari 2025, dari https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/glenn/what-is-microgravity/ 

University of Toronto. Brief Introduction to Orbital Mechanics. Diakses pada 04 Mei 2025, dari https://radiance.ece.utoronto.ca/ece422/notes/23a-orbital.pdf

Orbital Velocity and Planetary Motion. Diakses pada 04 Mei 2025, dari https://kstewartnvhs.weebly.com/uploads/2/5/8/2/25824885/l5_orbital_velocity_and_planetary_motion.pdf

Kredit Gambar

NASA Public Domain. https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Astronauts_in_weightlessness.jpg

NASA Public Domain. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Foale_ZeroG.jpg#mw-jump-to-license

NASA Public Domain. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weightless_hair.jpg#mw-jump-to-lic