Buku Asal Mula Terjadinya Alam Semesta,Galaksi, Tata Surya

 

Glosarium untuk Istilah Pilihan

 

AGN: galaksi dengan inti aktif, cara sederhana untuk menggambarkan galaksi yang area pusatnya bersinar ribuan, jatuah, atau miliaran kali lebih terang daripada area pusat galaksi  normal. AGN memiliki kemiripan dengan kuasar, tapi berada di jarak yang lebih dekat Bumi daripada kuasar, sehingga lebih muda daripada kuasar

 

Ahli astrofisika :  orang yang mempelajari alam semesta dengan menggunakan peralatan yang bisa terwujud karena hukum fisika yang sudah dikenal. Isitilah yang lebih disukai pada zaman modern

 

Ahli astronomi: orang yang mempelajari alam semesta, lebih lazim digunakan pada masa lalu, sebelum manusia bisa menangkap spektrum elektromagnetik dari objek kosmik

 

Akselerasi: perubahan kelajuan atau arah gerak (atau keduanya) suatu objek

 

Akresi: berkumpulnya zat yang menambah massa suatu objek

 

Alam semesta: biasanya diartikan sebagai segala sesuatu yang ada, meski dalam teori modern yang disebut alam semesta mungkin hanya satu bagian multisemesta

 

Angin surya: zarah yang dilontarkan dari Matahari, kebanyakan berupa proton dan elektron yang terus – menerus muncul dari lapisan paling luar Matahari, melontarkannya secara beaar ketika terjadi semburan yang disebut julak surya

 

Anti zarah: pasangan anti zat untuk zarah zat biasa

 

Antizat: pasangat zat, tersusun dari anti zarah yang bermasa sama tapi memiliki muatan listrik yang berlawanan dengan zarah pasangan

 

Archaea: salah satu dari 3 domain kehidupan, di duga bentuk kehidupan tertua di Bumi. Semua Archaea bersel tunggal dan termofil (mampu berkembang biak pada suhu diatas 50 – 70 derajat celcius)

 

Asam amino: salah satu molekul yang relatif kecil, tersusun dari 13 hingga 27 atom karbon, nitrogen, hidrogen, oksigen, dan belerang, yang bisa berikatan dalam rantai panjang dan membentuk molekul protein

 

Asam nukleat: salah satu di antara DNA atau RNA

 

Asteroid: salah satu objek, terdiri utamanya atas batuan atau batuan dan logam, yang mengelilingi Matahari, khususnya di antara orbit Mars dan Jupiter, dan berdiameter mulai dari 1000 km hingga sekitar 100 m. Objek yang menyerupai asteroid tapi lebih kecil disebut meteorid

 

Atmosfer primitif: atmosfer awal di suatu planet

 

Atom: bagian terkecil suatu unsur yang bermuatan listrik netral, terdiri atas inti atom yang tersusun dari satu atau beberapa proton dan 0 atau beberapa neutron serta di kelilingi elektron yang jumlahnya sama dengan banyaknya proton di dalam inti atom. Jumlah ini menentukan sifat kimia atom

 

Awan antar bintang: daerah di ruang antarbintang yang lebih ragu daripada rata, biasanya berdiameter beberapa lusin tahun cahaya, dengan kerapatan zat antara 10 atom sentimeter kubik hingga jutaan molekul persenti meter kubik

 

Awan debu: awan gas di ruang antar bintang yang cukup dingin bagi atom untuk bergabung membentuk molekul yang kebanyakan bergabung membentuk zarah debu yang masing tersusun dari jutaan atom

 

Awan Magella Besar: galaksi yang lebih besar di antara dua galaksi satelit Bimasakti yang bentuknya tak beraturan

 

Awan Magellan kecil: galaksi yang lebih kecil di antara dua galaksi irreguler yang merupakan satelit Bimasakti

 

Awan Oort: miliaran atas triliunan komet yang mengorbit Matahari, terbentuk pertama kali kala Matahari purba mulai mengerut dan hampir semuanya  bergerak di orbit yang ribuan atau bahkan puluhan ribu kali lebih besar daripada orbit Bumi

 

Bacteria: salah satu dari 3 domain kehidupan di Bumi (sebelumnya disebut prokariota), organisme bersel tunggal tanpa inti sel yang jelas dan membawa bahan geentis

 

Bimasakti: galaksi yang terdiri atas Matahari dan sekitar 300 miliar bintang lainnya serta gas dan debu antar bintang dan zat gelap yang banyak sekali

 

Bintang: massa gas yang diikat bersama oleh gravitasi diri, yang di pusatnya berlangsung reaksi fusi nuklir yang mengubah energi  massa menjadi energi kinetik yang memanasi seluruh bintang sehingga permukaannya bersinar

 

Bintang jatuh: nama populer untuk meteor

 

Bintang neutron: sisa inti ledakan supernova yang berukuran kecil berdiamter dibawah 30 km hampir seluruhnya terdiri atas neutron dan padat zatnya, seakan menjejalkan seribu kapal Samudra ke dalam ruang sebesar 1 sentimeter kubik

 

Bintang raksasa merah: bintang yang telah berevolusi melalui fase deret utama dan telah mulai mengerutkan pusatnya dan memuaikan lapisan luar. Pengerutan ini mempercepat laju reaksi fusi nuklir, meningkatkan luminositas bintang, dan menyimpan energi di lapisan luar sehingga memaksa bintang dan menyimpan energi di lapisan luar sehingga memaksa bintang mengembang

 

Bola: satunya bangun ruang yang setiap titik di permukaan berjarak sama dengan pusatnya

 

Bujur: di Bumi, koordinat yang mengukur arah timur dan barat dengan menentukan banyaknya derajat dari meridian utama yang ditentukan sembarang, yaitu garis utara selatan yang melewati Greenwich, Inggris. Bujur merentang mulai 0 hingga 180 derajat ke sebelah timur atau 180 derajat ke sebelah barat Greenwich. Bujur tediri atas 360 derajat yang melingkupi permukaan Bumi

 

Cahaya tampak: radiasi elektromagnetik yang terdiri atas foton dengan frekuensi dan panjang gelombang pada rentang yang bisa dideteksi mata manusia, yaitu setara inframerah dan ultraviolet

 

Cakrawala peristiwa: nama puitis yang diberikan untuk radius lubang hitam suatu objek: jarak dari pusat lubang hitam yang menandai titik balik karena tidak ada yang bisa lolos dari gaya gravitasi lubang hitam setelah melewati cakrawala peristiwa. Cakrawala peristiwa dianggap sebagai tipe lubang hitam

 

CBR : radiasi latar belakang

 

Daur proton: rangkaian 3 reaksi fusi nuklir yang digunakan sebagian besar bintang untuk fusi proton menjadi inti helium dan mengubah energi massa menjadi energi kinetik

 

Debu antar bintang: zarah debu, masing terbuat dari sekitar sejuta atom, mungkin dilontarkan ke ruang antar bintang, dari atmosfer bintang raksasa merah yang sangar renggang

 

Dekopling: era dalam sejarah alam semesta ketika foton pertama kali memiliki energi terlampau rendah untuk berinteraksi dengan atom sehingga untuk pertama kali atom bisa terbentuk dan bertahan tanpa dibuyarkan tumbuhan foton

 

Dinamika: ilmu yang mempelajari gerak dan pengaruh gaya terhadap interaksi objek. Jika diterapkan kepada gerak objek di tata surya dan alam semesta, ilmu disebut mekanika langit

 

Dinamika Newtonian yang dimodifikasi (MOND): teori gravitasi alternatif yang diajukan oleh ahli fisika Israel Moderhai Milgrom

 

DNA (asam deoksiribunokleast): molekul panjang dan kompleks yang tersusun dari 2 untai spiral berpilin, terikat oleh ribuan ikatan silang yang terbentuk dari molekul yang lebih kecil. Ketika molekul DNA membelah diri dan melakukan replikasi, molekul itu membelah sekujur panjang untainya, memisahkan tiap pasangan molekul kecil yang membentuk ikatan silang. Masing belahan molekul kemudian membentuk replika molekul semula dari molekul yang lebih kecil yang ada di lingkungan di dekatnya

 

Efek Doppler: perubahan frekuensi, panjang gelombang dan energi yang di amati di foton yang datang dari suatu sumber yang memiliki kecepatan relatif mendekati atau menjauhi sepanjang garis pandang pengamat ke sumber tersebut. Perubahan frekuensi dan panjang gelombang ini merupakan fenomena umum yang terjadi di jenis gerak gelombang apa saja. Perubahan tersebut tidak bergantung kepada apakah yang bergerak itu sumber ataukah pengamat yang diperhitungkan adalah gerak relatif sumber terhadap pengamat sepanjang garis pandang pengamat

 

Efek rumah kaca: pemerangkapan radiasi infamerah oleh atmosfer planet, yang meningkatkan suhu di permukaan planet dan di atasnya

 

Efek rumah kaca berkelanjutan: efek rumah kaca yang bertambah kuat karena memanasnya permukaan planet meningkatkan laju penguapan, yang selanjutnya meningkatkan efek rumah kaca

 

Eksentrisitas: tingkat kepipihan elips, sama dengan rasio jaeak antara 2 titik fokus elips terhadap sumbu panjang

 

Eksosolar dan ekstrasolar: berkaitan dengan objek di luar tata surya. Ekso keterkaitan dengan eksobiologi, ilmu yang mempelajari bentuk kehidupan yang berasal dari luar Bumi

 

Ekstremofil: organisme yang tumbuh subur pada suhu tinggi, biasanya antara 70 dan 100 derajat celcius

 

Elektron: zarah dasar dengan satu satuan muatan listrik negatif di atom mengelilingi inti atom

 

Elips: kurva tertutup yang ditentukan oleh fakta bahwa jumlah jarak dari sembarang titik di kurva tersebut kedua titik tetap di bagian dalam kurva, yaitu titik fokus, memiliki nilai yang sama

 

Energi: kemampuan untuk melakukan kerja; dalam fisika, kerja, atau usaha ditentukan oleh banyaknya gaya yang bekerja sepanjang suatu jarak tertentu

 

Energi gelap: energi yang tak kasat mata dan tak bisa dideteksi oleh pengukuran langsung, jumlahnya tergantung kepada besarnya konstanta kosmologi, dan cenderung mengembangkan ruang

 

Energi gelak: energi kinetik

 

Energi kinetik: energi yang dimiliki suatu objek karena geraknya. Didefinisikan sebagai separo massa objek dikali kuadrat kecepatannya, jadi objek yang lebih masif, msialnya truk, memiliki energi kinetik yang lebih besar daripada objek yang kurang masif, misalnya kepada roda tiga, yang bergerak dengan kecepatan yang sama

 

Energi massa: energi yang ekuivalen dengan besarnya

 

Energi termal: energi yang dikandung suatu objek (padat, cair, gas) akibat getaran atom atau molekul. Energi kinetik rata getaran ini adalah definisi resmi suhu

 

Enzim; jenis molekul, salah satu di antara protein atau RNA, yang menajdi tempat molekul berinteraksi dengan cara tertentu, dan dengan demikian bertindak sebagai katalis, yang meningkatkan laju terjadinya suatu reaksi molekul tertentu

 

Es kering: karbon dioksida (Co2) beku

 

Eukarya: seluruh organisme yang diklasifikasikan sebagai eukariota

 

Eukariota: organisme, baik yang bersel tunggal atau bersel banyak, yang menyimpan bahan genetis di tiap selnya dalam inti yang di selubungi membran

 

Europa: salah satu satelit besar Jupiter, dikenal karena permukaan esnya yang mungkin menutupi lautan seluas satelit

 

Evolusi: dalam biologi, hasil seleksi alam yang dalam kondisi tertentu menyebabkan kelompok organisme serupa yang disebut spesies, lambat laun berubah sehingga struktur dan kenampakan keturunan berbeda sekali, secara umum perubahan perlahan suatu objek menjadi bentuk atau tingkat perkembangan lainnya

 

Fisi: pembelahan inti atom yang lebih besar menjadi dua atau beberapa inti yang lebih kecil. Fisi inti yang lebih besar daripada inti besi melepaskan energi. Fisi inti dikenal fisi antom adalah sumber energi semua pembangkit listrik tenaga nuklir yang ada sekarang

 

Fosil: sisa jejak organisme purba

 

Foton: zarah dasar tanpa massa dan tanpa muatan listrik, yang mampu membawa energi. Aliran foton dari radiasi elektromagnetik dan melintasi ruang dengan kecepatan cahaya, yakni 299, 792 km per detik

 

Fotosintesis: penggunaan energi dalam bentuk cahaya tampak atau foton ultraviolet untuk menghasilkan molekul karbohidrat dari karbon dioksida dan air. Di sebagian organisme hidrogen sulfida (H2, S), berperan seperti air (H20) dalam sebagian besar fotosintesis di Bumi

 

Frekuensi; terkait foton, banyaknya osilasi atau getaran per detik

 

Fusi: penggabungan inti atom yang lebih kecil menjadi inti yang lebih besar. Bila inti lebih kecil daripada inti besi berfusi, energi dilepaskan. Fusi menjadi sumber energi utama senjata nuklir di dunai dan semua bintang di alam semesta, disebut dengan fusi nuklir dan termonuklir

 

Fusi nuklir: penggabungan dua inti atom di bawah pengaruh gaya kuat, yang terjadi hanya jika inti saling mendekati di jarak kira ssebesar proton (10.-13 cm)

 

Fusi termonuklir: nama lain untuk fusi nuklir, kadang hanya disebut sebagai fusi

 

Galaksi: sekelompok besar bintang, berjumlah mulai dari beberapa juta hingga beratus miliar, yang diikat oleh tarikan gravitasi timbal balik antara bintang anggota, dan biasanya juga berisi sejumlah besar gas dan debu

Galaksi Andromeda: galaksi spiral besar terdekat ke galaksi Bimasakti, kira 2.4 juta tahun cahaya dari galaksi manusia

 

Galaksi elips: galaksi yang distribusi bintangnya ellipsoidal, hampir tidak mengandung gas atau debu antar bintang, tampak berbentuk elips bila diproyeksikan ke dalam 2 dimesni

 

Galaksi irreguler: galaksi yang bentuknya tak beraturan, yakni bukan spiral (seperti piringan) atau elips

 

Galaksi spiral: galaksi yang berbentuk piringan sangat pipih berisi bintang, gas, dan debu. Ciri khas terletak di lengan spiral di piringan

 

Galaksi spiral berbatang: galaksi spiral yang distribusi bintang dan gas di daerah pusat memiliki konfigurasi memanjang seperti batang

 

Gas antar bintang: gas di dalam galaksi yang bukan bagian bintang

 

Gaya: aksi yang cenderung menghasilkan perubahan fisik: pengaruh yang cenderung mempercepat objek ke arah yang sama dengan arah gaya itu bekerja terhadap objek

 

Gaya elektro lemah: perpaduan gaya elektromagnetik dan gaya lemah, yang aspek tampak berbeda di tingkat energi yang relatif rendah tapi menjadi berpadu ketika bekerja dalam keadaan energi sangat tinggi seperti saat paling awal alam semesta

 

Gaya elektromagnetik: salah satu dari 4 jenis gaya dasar, yang bekerja di antara zarah bermuatan listrik, dan berkurang sebanding dengan kuadrat jarak antara zarah. Penyelidikan baru ini telah menunjukkan bahwa gaya elektromagnetik dan gaya lemah merupakan aspek yang berbeda dari gaya elektrolemah

 

Gaya gravitasi: salah satu di antara 4 gaya mendasar, yang selalu memnarik dan kekuatannya antara dua objek berbeda, sebanding dengan perkalian massa kedua objek dibagi dengna kuadrat jarak antara kedua pusat objek

 

Gaya kuat: menarik dan berkerja antara nukleon (proton dan neutron) untuk mengikat menjadi inti atom, tapi hanya jika keduanya saling mendekati di jarak sekitar 10.-13 cm

 

Gaya lemah: bekerja di antara zarah dasar di jarak sekitar 10.-13 atau kurang, dan bertanggung jawab atas peluruhan zarah dasar tertentu menjadi jenis lain. Penyelidikan baru ini telah menunjukkan bahwa gaya lemah dan gaya elektromagnetik merupakan aspek yang berbeda dari gaya elektrolemah

 

Gen: bagian kromosom yang menentukan pembentukan rantai asam amino tertentu dengan menggunakan kode genetik

 

Genom: keseluruhan gen organisme

 

Gerhana: tertutupnya sebagian atau keseluruhan suatu objek langit sebagaimana yang dilihat oleh seorang pengamat ketika objek itu tampak hampir atau tepat dibelakang objek lain

 

Grup lokal: nama yang diberikan untuk sekitar 2 lusin galaksi di lingkungan dekat galaksi Bimasakti. Grup lokal meliputi awan Magellan besar dan kecil serta Andromeda

 

Gugus bintang: sekelompok bintang yang dilahirkan pada waktu dan di tempat yang sama, mampu bertahan sebagai kelompok selama miliaran tahun karena tarikan gravitasi bersama antara bintang anggota

 

Gugus galaksi: sekelompok besar galaksi, biasanya disertai gas dan debu serta zat gelap dengan jumlah yang jauh lebih banyak, diikat oleh tarikan gravitasi timbal balik antara objek penyusun

 

Heliks ganda: bentuk struktur dasar molekul DNA

 

Helium: unsur paling ringan kedua dan palign melimpah kedua, yang intinya mengandung 2 proton dan satu atau 2 neutron. Bintang membangkitkan energi melalui fusi inti hidrogen (proton) menjadi inti helium

 

Hertz: satuan frekuensi, yang sama dengan 1 getaran per detik

 

Hidrogen: unsur paling ringan dan paling melimpah yang intinya terdiri atas satu proton dan neutron berjumlah 0, satu, atau dua

 

Hujan meteor: sejumlah besar meteor yang diamati muncul dari titik tertentu, di langit, akibat Bumi melewati orbit sejumlah besar meteorid dalam waktu singkat

 

Hukum Hubble: rangkuman pengembangan alam semesta sebagaimana yang diamat kini, yang menyatakan bahwa kecepatan menjauh galaksi jauh sama dengan konstanta dikali jarak galaksi dari Bimasakti

 

Inframerah: radiasi elektromagnetik yang terdiri atas foton dengan panjang gelombang agak lebih panjang dan frekuensi agak lebih rendah daripada foton yang membentuk cahaya tampak

 

Ingsutan biru: pergeseran ke arah frekuensi yang lebih tinggi dan panjang gelombang yang lebih pendek, biasanya disebabkan oleh efek Doppler

 

Ingsutan Doppler: perubahan kecil frekuensi panjang gelombang, dan energi akibat efek Doppler

Ingsutan merah: pergeseran ke frekunsi yang lebih rendah dan panjan gelombang yang lebih panjang di spektrum suatu objek, biasanya disebabkan oleh efek Doppler

 

Inti: bagian pusat 1 atom, tersusun dari 1 proton yang lebih dari 0 neutron atau lebih. area di dalam sel eukariot yang mengandung bahan genetis sel dalam bentuk kromosom. Bagian pusat galaksi

 

Ion: atm yang telah kehilangan 1 elektron atau lebih

 

Ionisasi: proses mengubah atom menjadi ion dengan melucurit 1 elektron atau lebih

 

Isotop: inti atom unsur tertentu yang semuanya memiliki jumlah proton yang sama tapi jumlah neutron yang berbeda

 

JWST (James Webb Space Telescope: teleskop antariksa yang direncanakan mulai beroperasi pada dasawarsa 2010 dan akan menggantikan Teleskop Hubble dengna membawa cermin yang lebih besar dan instrumen yang lebih canggih ke antariksa

 

Kalang (halo): area paling luar suatu galaksi tempat sebagian besar zat gelap berada, kalang menempati volume lebih besar daripada yang diperlihatkan oleh bagian galaksi yang tampak

 

Karbohidrat: molekul yang tersusun dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen, biasanya atom hidrogen 2 kali lebih banyak daripada oksigen

 

Karbon: unsur yang terdiri atas atom yang inti atomnya memiliki 6 proton, dan isotop memiliki 6,7, atau 8 neutron

 

Karbon dioksida: molekul Co2 yang masing memiliki 1 atom karbon dan 2 atom oksigen

 

Katai cokelat: objek dengan komposisi menyerupai bintang tapi bermassa terlalu kecil untuk menjadi bintang dengan memulai reaksi fusi di pusat

 

Katai putih: inti bintang yang telah melakukan fusi hidrogen menjadi inti karbon sehingga terdiri atas inti karbon dan elektron yang dimampatkan dalam diameter kecil kira sebesar Bumi dan kerapatan tinggi sekitar 1 juta kerapatan air

 

Katalis: zat yang meningkatkan laju reaksi antara atom atau molekul tanpa habis digunakan dalam reaksi

 

Kecepatan lepas: untuk proyektil atau pesawat antariksa, laju minimum yang diperlukan untuk meninggalkan titik peluncuran di suatu objek dan tidak kembali lagi ke objek tersebut meski ada tarikan gaya gravitasi dari objek

 

Kecerlangan semu: kecerlangan yang tampak dimiliki suatu objek ketika pengamat mengukurnya. Jadi, kecerlangan yang bergantung kepada luminositas objek dan jaraknya dari pengamat

 

Kehidupan: sifat zat berupa kemampuan memperbanyak diri dan berevolusi

 

Kepunahan massal: peristiwa kepunahan sebagian besar spesies makluk hidup dalam selang waktu geologis yang singkat, dalam beberapa kasus merupakan akibat tabrakan benda angkasa

 

Kilogram: satuan massa dalam sistem metrik, sama dengan 1100 gram

 

Kilohertz: satuan frekuensi yang menggambarkan 1000 getaran atau osilasi per detik

 

Kilometer: satuan panjang dalam sistem metrik, sama dengan 1000 meter dan sekitar 0,62 mil

 

Kode genetik: seperangkat huruf dalam molekul DNA atau RNA, yang masing menentukan asam amino dan terdiri atas 3 molekul berturut seperti yang membentuk ikatan silang antara heliks ganda molekul DNA

 

Komet: pecahan material tata surya primitif, umumnya berupa bola salju kotor yang tersusun dari es, batuan, debu, dan karbon dioksida beku es (es kering)

 

Konstanta Hubble: konstanta yang muncul dalam hukum Hubble dan mengaitkan jarak galaksi dengan kecepatan menjauhnya

 

Konstanta kosmologi: konstanta yang ditambahkan Albert Einstein ke dalam persamaan untuk menggambarkan perilaku alam semesta, yang menunjukkan jumlah energi kini disebut energi gelap dalam setiap 1 detik kubik sentimeter ruang yang tampak kosong

 

Kosmologi: ilmu yang mempelajari alam semesta secara keseluruhan berikut struktur dan evolusi

 

Kosmos: segala sesuatu yang ada, sinonim alam semesta

 

Kromosom: molekul DNA tunggal, berikut protein yang berkaitan dengan molekul, yang menyimpan informasi genetis dalam subunit yang disebut gen dan mampu meneruskan informasi ketika sel melakukan replikasi

 

Kuasar (quasi stellar radio source): objek yang penampakannya hampir menyerupai bintang, tapi spektrumnya menunjukkan ingsutan merah yang besar sekali akibat jaraknya yang amat jauh dari Bimasakti

 

Ledakan besar: gambaran ilmiah mengenai asal mula alam semesta, berlandaskan hipotesis bahwa alam semesta diawali dengan ledakan yang menghadirkan ruang dan zat kira 1,4 miliar tahun lalu kini alam semesta terus mengembang ke segala arah, dimana sebagai akibat ledakan

 

Lengan spiral: bentuk spiral yang tampak di piringan galaksi spiral, dibentuk oleh bintang paling muda, paling panas, dan paling terang dan oleh awan gas dan debu raksasa tempat bintang baru saja terbentuk

 

Lensa gravitasi: objek yang mengerahkan gaya gravitasi kepada berkas cahaya sehingga berkas cahaya membelok dan sering memfokuskan berkas cahaya sehingga menghasilkan citra yang lebih terang daripada jika dilihat pengamat tanpa lensa gravitasi

 

Lintang: di Bumi, koordinat yang menunjukkan utara dan selatan dengan menunjukkan banyaknya derajat mulai dari khatulistiwa (0 derajat) hingga ke kutub utara (90 derajat lintang utara) atau ke Kutub selatan (90 derajat lintang selatan)

 

Lubang hitam: objek dengan gaya gravitasi yang amat kuat sehingga tak ada apapun, bahkan cahaya sekalipun, yang bisa lolos dari suatu jarak tertentu dari pusat, yang disebut radius lubang hitam objek

 

Lubang hitam supermasif: lubang hitam yang bermassa melebihi beberapa ratus kali massa Matahari

 

Luminositas: jumlah energi total yang dipancarkan tiap detik oleh suatu objek pada seluruh kisaraan radiasi elektromagnetik

 

Massa: besaran yang menunjukkan banyaknya zat yang di kandung suatu objek, dan jangan dicampuradukkan dengan berat. Yang menunjukkan gaya gravitasi yang dirasakan suatu objek. Namun, untuk objek di permukaan Bumi, massa dan berat berbanding lurus

 

Megahertz: satuan frekuensi, sama dengan 1 juta getaran atau osilasi per detik

 

Mekanika kuantum: penggambaran perilaku zarah di skala ukuran paling kecil, termasuk struktur atom berikut interaksi dengan atom lain dan foton, dan juga perilaku inti atom

 

Menguping: teknik yang digunakan dalam upaya mendeteksi peradaban ekstraterestial dengan menangkap sinyal radio yang digunakan untuk komunikasi internal peradaban

 

Metabolisme: seluruh proses kimia di dalam organisme yang diukur dengan laju organisme dengan laju organsime menggunakan energi. Hewan bermetabolisme tinggi harus lebih sering mengonsumsi energi (makanan) untuk memperkuat diri

 

Meteor: kilasan cahaya terang yang dihasilkan akibat memanasnya meteorid saat menembus atmosfer Bumi

 

Meteorit: meteorid yang tidak habis terbakar saat menembus atmosfer Bumi

 

Meteorid: objek batuan atau logam, atau campuran logam batuan, yang lebih kecil daripada asteroid dan bergerak di orbit sekeliling Matahari, bagian puing sisa pembentukan tata surya atau sisa tumbukan antara objek tata surya

 

Meter: satuan panjang dalam sistem metrik, kira sama dengan 39,37 inci

 

Model: konstruksi imajiner, kerapa diciptakan dengan bantuan pensil dan kertas atau komputer berkecepatan tinggi, yang mewakili versi sederhana realitas dan memungkinkan saintis untuk berusaha mengisolasi dan memahami proses terpenting yang terjadi dalam situasi tertentu

 

Molekul: kelompok stabil yang terbentuk dari 2 atom atau lebih

Muatan listrik: ciri intinsik zarah dasar, yang bisa bernilai positf, 0, atau negatif, muatan listrik yang berlawanan akan saling menarik dan yang sama akan saling menolak melalui gaya elektromagnetik

 

Mutasi: perubahan DNA organisme yang dapat diwariskan kepada keturunan organisme

 

Nebula: massa gas dan debu yang tersebar, biasanya diterangi dari dalam oleh bintang muda yang amat terang dan baru terbentuk dari zat

 

Neutrino: zarah dasar yang tidak bermuatan listrik dan bermassa lebih kecil daripada massa elektron, biasanya dihasilkan atau di serap dalam reaksi antara zarah dasar yang dikendalikan oleh gaya lemah

 

Neutron: zarah dasar yang tidak bermuatan listrik, salah satu dari 2 komponen dasar inti atom

 

Nitrogen: unsur yang tersusun dari atom yang tiap intinya memiliki 7 proton dan isotop punya inti atom, 7, 8, 9, 10 neutron. Kebanyakan inti nitrogen punya 7 neutron

 

Nukleotida: salah satu di antara molekul yang berkaitan silang dalam DNA dan RNA, dalam DNA terdapat 4 nukleotioda yaitu adenin, sitosis, guanin, dan timin, dalam RNA, urasil berperan seperti timina dalam DNA

 

Oksidasi: penggabungan dengan atom oksigen, contoh,  berkaratnya logam ketika terpapar oksigen di atsmofer Bumi

 

Oksigen: unsur yang intinya memiliki 8 proton, dan isotop memiliki 7, 8, 9, 10, 11, atau 12 neutron di tiap intinya, sebagian besar inti oksigen punya 8 neutron untuk menemani 8 proton

Organik: merujuk ke senyawa kimia dengan atom karbon sebagai unsur struktural yang penting, molekul berbasis karbon juga memiliki ciri yang dikaitkan dengan kehidupan

 

Organsime: objek yang memiliki ciri kehidupan

 

Ozon (03): molekul yang tersusun dari 3 atom oksigen yang di ketinggian atmosfer Bumi melindungi permukaan Bumi dan radiasi ultraviolet

 

Panjang gelombang: jarak antara 2 puncak gelombang atau lembah gelombang yang berturutan, untuk foton, jarak yang ditempuh foton sesudah berosilasi 1 kali

 

Panspermia: hipotesis yang menyatakan bahwa kehidupan dari satu tempat bisa dipindah ke tempat lain,  misalnya dari planet ke planet di dalam tata surya, disebut pembenihan kosmik

 

Pasang surut: tonjolan yang ditimbulkan di objek oleh gaya gravitasi objek di dekatnya, yang muncul dari fakta bahwa objek dekat tersebut mengerahkan sejumlah gaya dengan kekuatan yang berbeda kepada berbagai bagian objek sasaran, karena bagian itu memiliki jarak yang berbeda

 

Pelarut: cairan yang mampu melarutkan zat lain, cairan tempat atom dan molekul bisa mengapung dan berinteraksi

 

Peluruhan  radioaktif: proses yang membuat jenis inti atom tertentu spontan berubah menjadi jenis lain

 

Peradaban: bagi kegiatan SETI, kelompok makhluk dengan kemampuan komunikasi antar bintang yang sekurangnya sama dengan kemampuan di Bumi

 

Persamaan Drake: persamaan yang pertama kali dibuat oleh ahli astronomi Amerika Frank Drake dan merangkum perkiraan terkait jumlah peradaban yang memiliki kemampuan komunikasi antar bintang yang ada sekarang atau pada sembarang waktu

 

Piringan akresi: zat yang melingkungi suatu objek masif, umumnya lubang hitam yang bergerak mengitari dan perlahan lahan berpusar memasuki

 

Piringan protoplanet: piringan gas dan debu yang melingkupi bintang saat proses pembentukan, didalamnya planet bisa terbentuk

 

Planet: objek selain bintang yang mengorbit bintang lain dan berukuran sekurangnya sebesar Pluto, yang di golongkan sebagai planet terkecil di tata surya atau sebagai objek Sabuk Kuiper yang terlampau kecil untuk disebut planet

 

Planet dalam: planet Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars yang semuanya kecil, padat, dan berupa batuan, berbeda dengan planet raksasa

 

Planet raksasa: planet yang menyerupai Jupiter, Saturnus, Uranus, atau Neptunus dalam hal ukuran dan komposisi, terdiri atas inti padat berupa batuan dan es yang dilingkupi oleh lapisan gas yang tebal dan utamanya terdiri atas hidrogen dan helium, dengan massa antara sekitar selusin massa Bumi hingga beratus kali massa Bumi

 

Planetesimal: objek yang jauh lebih kecil daripada planet dan mampu membentuk planet melalui banyak sekali tumbukan

 

Prokariot: anggota salah satu dari 3 domain kehidupan, terdiri atas organisme bersel satu yang zat genetiknya tidak berada di dalam inti sel yang jelas

 

Protein: rantai panjang molekul yang tersusun dari satu rantai asam amino atau lebih

 

Proton: zarah dasar dengan satu satuan muatan listrik positif yang ditemukan di inti setiap atom, jumlah proton di dalam inti atom menentukan ciri mendasar atom. Misal, unsur yang punya 1 proton adalah hidrogen, yang memiliki 2 proton adalah helium, dan unsur 92 proton adalah uranium

 

Protobintang: bintang dalam proses pembentukan, yang mengerut dari awan gas dan debu yang lebih besar sebagai akibat tarikan gravitasi sendiri

 

Protoplanet: planet ketika masih berada pada tahap akhir pembentukan

 

Pulsar: objek yang memancarkan denyutan foton radio (dan kerap juga foton dengan energi lebih tinggi) dengan selang teratur akibat cepatnya rotasi bintang neutron, yang menghasilkan radiasi kala zarah bermuatan bergerak di percepat dalam medan magnet kuat yang berkaitan dengan bintang neutron

 

Radiasi: kependekan dari radiasi elektromagnetik. Dalam era nuklir seperti sekarang, istilah ini juga berarti zarah atau bentuk cahaya apa pun yang tidak baik untuk kesehatan

 

Radiasi elektromagnetik: aliran foton yang membawa energi dari suatu sumber foton

 

Radiasi gravitasi (gelombang gravitasi): radiasi yang berbeda dengan radiasi elektromagnetik kecuali dalam hal bergerak dengan kecepatan cahaya, dihasilkan dalam jumlah yang relatif banyak ketika objek masif melewati objek masif lainnya dengan kecepatan tinggi

 

Radiasi latar belakang CBR: lautan foton yang dihasilkan di suatu tempat di alam semesta segera setelah Ledakan Besar, yang masih mengisi alam semesta dan kini berciri suhu 2,73 K

 

Radiasi ultraviolet: foton yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang antara frekuensi dan panjang gelombang cahaya tampak dan sinar X

 

Radio: foton dengan panjang gelombang paling panjang dan frekuensi paling rendah

 

Radius lubang hitam: untuk sembarang objek bermassa M, yang dukur dalam satuan massa Matahari, jarak yang setara dengan 3 M kilometer, juga disebut cakrawala peristiwa objek

 

Rasi: sekelompok bintang, sebagaimana terlihat dari Bumi, yang dinamai menurut binatang, planet, instrumen ilmiah, atau tokoh mitologi yang dalam kasus langka menggambarkan pola bintang, terdapat 88 kelompok bintang

 

Relativitas: istilah umum yang digunakan untuk menggambarkan teori relativitas khusus dan teori relativitas umum Einstein

 

Replikasi: proses molekul DNA induk membelah menjadi 2 untai, masing membentuk molekul anakan yang identik dengan induk

 

Resolusi:  kemampuan alat pengumpul cahaya seperti kamera, teleskop, atau mikroskop untuk menangkap rincian. Resolusi selalu meningkat dengan semakin besar lensa atau cermin, tapi peningkatan itu menjadi tidak efektif karena efek pengaburan oleh atmosfer

 

Revolusi: pergerakan mengelilingi objek lain: misalnya Bumi mengelilingi Matahari, revolusi kerap dicampuradukkan dengan rotasi

 

RNA (asam ribonukleat): molekul kompleks yang besar, terbuat dari jenis molekul yang sama dengan yang menyusun DNA, yang melakukan berbagai fungsi penting di dalam sel hidup, termasuk membawa pesan genetik di dalam DNA ke tempat protein di buat

 

Rotasi: perputaran suatu objek di sumbu. Misal, Bumi berotasi sekali setiap 23 jam 56 menit

 

Ruang – waktu: kombinasi matematis antara ruang dan waktu yang menganggap waktu sebagai koordinat dengan segala hak yang bersesuaian dengan ruang. Telah ditunjukkan oleh teori relativitas khusus bahwa alam digambarkan paling akurat dengan menggunakan formalisme ruang waktu. Semua peristiwa hanya perlu ditentukan dengan koordinat ruang dan waktu. Matematika yang tepat tidak memperhatikan perbedaan

 

Sabuk Kuiper: kumpulan zat yang mengorbit Matahari pada jarak mulai 40 AU (jarak rata Pluto) hingga beberapa ratus AU, hampir semuanya merupakan sisa piringan protoplanet tata surya. Pluto adalah satu objek terbesar di Sabuk Kuiper

 

Satelit: objek yang berukuran relatif dan mengorbit objek yang lebih beaar dan masif, lebih tepatnya, kedua objek mengelilingi pusat massa bersama, pada orbit yang ukurannya berbanding terbaik dengan massa objek

 

Satelit COBE (Cosmic Background Explorer): satelit yang diluncurkan pada 1989 untuk mengamati radiasi latar belakang dan pertama kali mendeteksi perbedaan kecil dalam jumlah radiasi yang berasal dari berbagai arah di langit

 

Satelit WMAP (Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe): satelit yang diluncurkan pada 2001 untuk menyelidiki radiasi latar belakang dengan lebih rinci daripada yang bisa diperoleh satelit COBE

 

Sel: satuan stuktural dan fungsional yang ditemukannya hampir di semua bentuk kehidupan di Bumi

 

Seleksi alam: perbedaan keberhasilan reproduksi di antara organisme dari spesies yang sama, pemicu evolusi kehidupan di Bumi

 

Senyawa: sinonim molekul

 

Gravitasi diri: gagap gravitasi yang dikerahkan tiap bagian suatu objek terhadap bagian lain

 

SETI : search for extraterrestrial intelligence, pencarian makhluk cerdas ekstraterestrial

 

Sinar gamma: jenis radiasi elektromagnetik yang memiliki energi paling tinggi, frekuensi paling tinggi dan panjang gelombang paling pendek

 

Sinar X: foton yang memiliki frekuensi lebih besar daripada frekuensi ultraviolet tapi lebih kecil daripada frekuensi sinar gamma

 

Singularitas awal: saat ketika pengembangan alam semesta dimulai disebut ledakan besar

 

Skala logaritmik: metode untuk menggambar grafik yang memungkinkan rentang nilai yang besar bisa dimuat dalam kertas. Dalam istilah resmi, skal logaritmik meningkat secara eksponensial (misal, 1,10,100, 1000, 10000) dan bukan secara aritmetik (misal 1,2,3,4,5)

 

Skala suhu Fahrenheit: skala suhu yang menyandang nama ahli fisika kelahiran Jerman Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 – 1736), yang memperkenalkan pada 1724, berdasarkan skala ini air membeku pada 32 derajat mendidih 212 derajat

 

Skala suhu celcius: skala suhu yang menyandang nama ahli astronomi Swedia Anders Celcius (1701 – 1744), yang memperkenalkan pada 1742. Di skala air membeku pada 0 derajat dan mendidih 100 derajat

 

Skala suhu Kelvin (mutlak): skala suhu yang menyandang nama Lord Kelvin (William Thomson, 1824 – 1907), dan diciptakan pada pertengahan abad ke 19 yang mendefinisikan suhu paling dingin sebagai 0 derajat. Selang suhu pada skala ini yang ditunjukkan dengan K sama dengan skala suhu Celcius. Pada skala Kelvin, air membeku pada 273,16 derajat dan mendidih pada 373,16 derajat

 

Skeptisisme: pikiran yang mengandung pertanyaan atau keraguan, yang berada di akar penyelidikan sains mengenai kosmos

 

Spektrum: distribusi foton menurut frekuensi atau panjang gelombang, kerap ditunjukkan sebagai grafik yang menampilkan banyaknya foton di masing frekuensi atau panjang gelombang

 

Spesies: kelompok organisme tertentu yang anggotanya memiliki ciri anatomi yang sama dan bsia kawin dengan sesama anggota spesies

 

Sublimasi: transisi dari kondisi padat ke gas atau dari gas ke padat tanpa melalui kondisi cair

 

Submilimeter: radiasi elektromagnetik yang memiliki frekuensi dan panjang gelombang antara frekuensi dan panjang gelombang radio dan inframerah

 

Suhu: tingkat rata energi kinetik dari gerak acak di dalam sekelompok zarah. Pada skala suhu Kelvin atau mutlak, suhu gas berbanding lurus dengan energi kinetik rata zarah didalam gas

 

Supernova: bintang yang meledak sesudah kehabisan bahan untuk fusi nuklir , mencapai luminositas yang terang selama beberapa minggu sehingga hampir setara dengan energi yang dipancarkan oleh satu galaksi utuh. Supernova menghasilkan dan menyebarkan unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium ke penjuru antar bintang

 

Tata surya: Matahari berserta objek yang mengelilingi, termasuk planet, satelit planet, asteroid, meteoroid, komet, dan debu antar planet

 

Tahun cahaya: jarak yang di tempuh cahaya atau bentuk radiasi elektromagnetik lainnya dalam waktu 1 tahun, kira sama dengan 10 triliun km atau 6 triliun mil

 

Tektonika lempeng: pergerakan lempeng kerak Bumi dan planet serupa secara perlahan

 

Teleskop (gamma, sinar  X, Ultraviolet, optik (tampak), inframerah, gelombang mikro, radio): para ahli astronomi telah merancang teleskop dan detektor khusus untuk tiap bagian spektrum. Sebagian spektrum tidak mencapai permukaan bagian spektrum. Sebagian spektrum tidak mencapai permukaan Bumi. Untuk melihat sinar gamma, sinar X, ultraviolet dan infra merah yang dipancarkan oleh banyak objek kosmik, teleskop harus diletakkan di orbit di atas lapisan atmosfer Bumi yang menyerap panjang gelombang. Berbagai teleskop memiliki berbagai rancangan tapi memiliki 3 prinsip dasar yang sama: mengumpulkan foton, memfokuskan foton, dan merekam foton dengan mengambil detektor

 

Teleskop Hubble: teleskop antariksa yang diluncurkan pada 1991 dan telah menghasilkan citra cahaya tampak yang sangat indah dari banyak sekali objek astronomis karena teleskop mampu mengamati kosmos tanpa efek pengaburan dan penyerapan yang pasti dihasilkan oleh atmosfer Bumi

 

Teori relativitas khusus: teori ini pertama diusulkan pada 19-5 oleh Albert Einstein dan memberikan pemahaman yang diperbarui mengenai ruang, waktu, dan gerak. Teori ini didasari 2 Prinsip Relativitas: kecepatan cahaya konstan untuk semua orang bagamainapun mengukurnya, hukum fisika sama untuk setiap kerangka acuan yang diam atau yang bergerak dengan kecepatan konstan. Teori diperluas untuk memasukkan kerangka acuan di percepat dalam teori relativitas umum. Rupanya 2 Prinsip Relativitas yang di asumsikan Einstein terbukti sahih di setiap eksperimen yang pernah di lakukan. Einstein memperluas prinsip relativitas pada kesimpulan logis prinsip dan memprekdiksi rangkaian konsep yang tidak biasa termasuk:

-          Tidak ada peristiwa yang mutlak simultan. Yang simultan bagi 1 pengamat mungkin terpisah selang waktu bagi pengamat lain

-          Semakin cepat bergerak, makin lambat waktu bertambah relatif terhadap orang yang mengamati

-          Semakin cepat bergerak, semakin masif sehingga mesin pesawat antariksa semakin tidak efektif untuk menambah kecepatan

-          Semakin cepat bergerak, makin pendek pesawat antariksa. Segala sesuatu menjadi lebih pendek sesuai arah gerak

-          Pada kecepatan cahaya, waktu berhenti, panjang 0, dan massa tak terhingga. Tidak bisa mencapai kecepatan cahaya

 

Percobaan yang diciptakan untuk menguji teori Einstein telah membuktikan semua prekdiksi dengan tepat. Contoh: sempurnanya zat yang telah meluruh selama waktu paro. Setelah suatu waktu yang diprekdiksi, separo zarah diyakini telah meluruh menjadi zarah lain. Ketika zarah itu dikirim dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya (di dalam akselerator zarah) waktu paronya meningkat dalam jumlah yang tepat seperti yang diprekdiksi Einstein, Zarah itu juga semakin sulit dipercepat yang menunjukkan bahwa masa efektifnya telah bertambah

Teori relativitas umum: diperkenalkan pada 1915 oleh Albert Einstein, perluasan alami teori relativitas khusus ke ranah objek yang bergerak dipercepat, teori ini merupakan teori gravitasi modern yang berhasil menjelaskan banyak hasil percobaan yang tidak bisa dijelaskan oleh teori gravitasi Newton. Dasar pemikiran adalah prinsip ekuivalen  dengan prinsip ini seseorang di dalam pesawat antariksa, tidak bisa membedakan apakah pesawat bergerak dipercepat melintasi antariksa atau diam di dalam medan gravitasi yang akan menghasilkan percepatan yang sama. Dari prinsip sederhana tapi kuat muncul pemahaman baru emngenai sifat gravitasi. Menurut Einstein, gravitasi bukan gaya dalam makna tradisional. Gravitasi adalah kurvatur ruang di sekeliling suatu massa. Gerak objek di dekat massa di tentukan oleh kecepatan objek dan tingkat kurvatur ruang yang ada. Teori relativitas umum menjelaskan semua perilaku sistem gravitasi yang pernah diteliti dan teori ini memprekdiksi banyak sekali fenomena yang tampak lebih tak masuk akal yang terus di buktikan oleh percobaan terkendali.  Memprekdiksi bahwa medan gravitasi yang kuat akan melengkungkan ruang dan membelokkan cahaya di dekatnya, dengan cahaya bintang yang lewat di dekat pinggiran Matahari ( yang telihat selama gerhana Matahari total) tampak bergeser dari posisi seharusnya dengan jarak sesuai yang di prekdiksi Einstein, seluruh ruang melengkung akibat kumpulan gravitasi miliar galaksi. Prekdiksi yang belum di verifikasi adalah keberadaan graviton, zarah yang membawa gaya gravitasi dan mengkomunikasikan perubahan mendadak dalam medan gravitasi seperti perubahan yang diharapkan akan muncul dari ledakan supernova

 

Termofil: organisme yang tumbuh subur pada suhu tinggi, mendekati titik didih air

 

Termonuklir: proses yang berkaitan dengan perilaku inti atom pada suhu tinggi

 

UFO (Unidentified  Flying Objects, objek terbang yang tidak dikenal): objek yang terlihat di langit Bumi yang penjelasan alamiah tidaklah mudah ditentukan, menunjukkan ketidaktahuan didalam komunitas sains atau ketidaktahuan diantara para pengamat

 

Unsur: komponen dasar zat dikelompokkan menurut  jumlah proton di inti atom, semua zat biasa di alam semesta tersusun dari 92 unsur mulai dari atom paling kecil, yaitu hidrogen (dengan 1 proton di inti), hingga unsur terbesar yang ada di alam, yaitu uranium ( dengan 92 proton di inti) unsur yang lebih berat daripada uranium telah dihasilkan di laboratorium

 

Virus: kompleks asam nukleat dan molekul protein yang bisa memperbanyak diri hanya bila berada di dalam sel inang organisme lain

 

Wahana Cassini – Huygene: wahana antariksa yang diluncurkan dari Bumi pada 1997 dan tiba di Saturnus pada 2004 kemudian pengorbit Cassini memantau Saturnus dan bulannya dan melepaskan pengintai Huygens ke permukaan Titan, satelit terbesar Saturnus

 

Wahana Galileo: wahana antarika yang dikirim ke Jupiter oleh NASA pada 1990 dan tiba pada Desember 1995 menurunkan wahana pengintai ke atmosfer Jupiter dan menghabiskan waktu beberapa tahun mengorbit di sekeliling planet raksasa untuk memotret Jupiter dan satelit besar

 

Wahana Voyage: 2 wahana antariksa NASA bernama Voyager 1 dan 2  yang diluncurkan dari Bumi pada 1978 dan melewati Jupiter dan Saturnus beberapa tahun kemudian. Voyager 2 meneruskan perjalanan dan bertemu dengan Uranus pada 1986 dan Neptunus pada 1989

 

Zarah dasar: zarah di alam yang biasanya tak bisa lagi di bagi menjadi zarah lain. Proton dan neutron biasanya disebut zarah dasar meski masing terdiri atas 3 zarah yang disebut quark

 

Zat gelap: zat yang bentuknya tak diketahui dan tidak memancarkan radiasi elektromagnetik yang telah disimpulkan menjadi sebagian besar zat di alam semesta berdasarkan gaya gravitasi yang dikerahkan kepada zat tampak

 

Zona layak huni: area di sekeliling bintang yang di dalamnya panas bintang bisa mempertahankan 1 atau beberapa pelarut dalam wujud cair, dan merupakan selubung bola di sekeliling bintang dengan batas dalam  dan batas luar

 Dunia telah bertahan lama, setelah dahulu diatur untuk menjalani gerakan yang tepat, dari situ segala hal lain mengikuti

 

Sekitar 14 miliar tahun lalu, pada permulaan waktu seluruh ruang dan semua zat (matter) dan semua energi alam  semesta yang diketahui dimuat dalam satu titik. Alam semesta kali itu sangat panas ampai gaya utama di alam, yang secara bersama menjabarkan alam semesta, bergabung dalam satu gaya terpadu. Ketika alam semesta bershuhu setingggi 10.30 derajat dan berusia baru 10-43 detik sebelum waktu ini semua teori zat dan ruang kehilangan makna, libamg hitam secara spontan terbentuk, menghilang, dan terbentuk lagi dari energi yang terkandung dalam medan gaya terpadu. Dalam kondisi ekstrem, yang diakyi masih spekulatif dalam fisika, struktur ruang dan waktu menjadi sangat melengkung ketika struktur tersebut berubah menjadi menyerupai buih. Pada masa itu, fenomena yang dideskripikan oleh teori relativitas umum (teori gravitasi modern). Einsten dan mekanika kuantum (deskripsi zat di skala terkecil) tidak dapat dipisahkan

Albert Einstein, saintis paling berpengaruh pada abad ke 20, ialah yang menunjukkan bahwa dapat secara akurat mendeskripsikan aksi jarak jauh gravitasi sebagai perlengkungan ruang waktu akibat kombinasi zat dan energi. Einstein menunjukkan teori Newton perlu dimodifikasi supaya bisa menjelaskan gravitasi secara akurat untuk memprekdiksi, misalnya besarnya gravitasi yang membelokan berkas cahaya yang lewat di dekat objek masif. Meskipun lebih rumit daripada persamaan Newton, persamaan Einstein mengakomodasi zat.  Zat yang bisa disentuh, rasakan, dan cicipi. Massa yang hilang pertama kali diindentifikasi pada 1933 oleh ahli astronomi yang mengukur kecepatan galaksi yang gravitasi memengaruhi dan dianalisis lebih menyeluruh pada 1937 oleh ahli astrofisika Bulgaria – Swiss – Amerika yang penuh semangat bernama Fritz Zwicky yang mengajar di California Institute of Technology selama 40 tahun lebih, mengkombinasikan wawasan luasnya mengenai kosmos. Zwicky mempelajari pergerakan galaksi dalam 1 gugus. Galaksi raksasa yang terletak jauh di luar bintang di Bimasakti di rasi Coma Berenices (rambut Brenice: Brenice nama seorang ratu Mesir kuno). Gugus coma, adalah kumpulan galaksi terisolasi dan beranggota banyak berjarak 300 juta tahun cahaya dari Bumi. Ribuan galaksi anggota Gugus Coma mengitari pusat gugus, bergerak di segala arah. Zwicky menemukan kecepatan rata galaksi tinggi. Karena gravitasi lebih besar menyebabkan objek yang ditariknya memiliki kecepatan lebih tinggi, gugus coma besar. Jika menjumlahkan seluruh massa galaksi anggotanya, gugus coma tergolong gugus galaksi yang paling besar dan masif di alam semesta. Gugus tidak berisi zat kasatmata yang cukup untuk menyebabkan kecepatan galaksi seperti yang di amati. Zat yang hilang

 

Jika menerapkan hukum gravitasi Newton dan mengasumsikan Gugus Coma tidak sedang mengalami kondisi pemuaian atau keruntuhan yang tak biasa. Menghitung berapa kecepatan rata galaksi seharusnya dengan mengukur gugus dan perkiraan massa total. Massa yang jauh diperkirakan berdasarkan ukuran gugus, menentukan seberapa cepat galaksi harus bergerak supaya tidak jatuh ke pusat gugus atau terlepas dari gugus. Bisa menentukan kecepatan tiap planet di jarak tertentu, dari Matahari ketika bergerak di orbit masing sewajarnya, kecepatan tiap planet sesuai dengan kondisi gravitasi yang dirasakan masing planet. Seandainya tiba Matahari mendapat tambahan massa, Bumi dan segalanya di tata surya akan membutuhkan kecepatan lebih tinggi supaya tetap berada di orbitnya sekarang, namun dengan kecepatan yang terlampau tinggi, gravitasi Matahari tidak akan cukup untuk mempertahankan orbit semuanya. Bila kecepatan orbit Bumi melebihi akar kuadrat 2 kali kecepatannya sekarang, planet akan mencapai kecepatan lepas. Bumi bakal terlepas dari tata surya. Bimasakti yang di dalamnya bintang bergerak di orbit yang menanggapi gravitasi dari semua bintang atau gugus galaksi dimna masing galaksi di dalamnya juga merasakan gravitasi dari semua galaksi. Seluruh galaksi anggota gugus bergerak lebih cepat daripada kecepatan lepas gugus tapi hanya jika menentukan kecepatan itu dengan menjumlahkan satu per satu massa seluruh galaksi, gugus seharunya akan cepat buyar, menyisakan sedikit keberadaan setelah beberapa ratus juta tahun berlalu atau semiliar tahun. Namun umur Gugus Coma melebihi 10 miliar tahun hampir setua alam semesta. Selama berpuluh tahun setelah penemuan Zwicky, gugus galaksi lain ditemukan menunjukkan masalah yang sama. Gugus galaksi belum membutuhkan teori relativitas umum, yang baru berumur dua dasawarsa ketika Zwicky melakukan penelitian. Massa yang hilang diperlukan untuk mengikat galaksi anggota Gugus Coma ada tapi dalam bentuk tak dikenal dan tak terlihat, nama massa yang hilang berubah nama menjadi masalah cahaya yang hilang karena masanya sudah diketahui berdasarkan ekses gravitasi. Kini dengan bertambah baiknya penentuan massa gugus galaksi, ahli astronomi menyebutnya zat gelap meskipun gravitasi gelap kiranya lebih tepat

 

Masalah zat gelap kemudian menampakkan diri untuk kedua kali. Pada 1976, Vera Rubin ahli astrofisika di Carnegie Institution Washington menemukan anomali yang mirip dengan massa yang hilang di galaksi spiral. Dengan mempelajari kecepatan bintang mengitari pusat galaksi, Rubin pertama kali menemukan hal yang dia duga: piringan masing galaksi spiral, bintang yang berada lebih jauh dari pusat galaksi bergerak lebih cepat daripada yang lebih dekat ke pusat. Semakin jauh bintang, makin banyak zat (bintang dan gas) di antara bintang itu sendiri dan pusat galaksi sehingga bintang itu memerlukan kecepatan yang lebih tinggi untuk mempertahankan orbit. Namun diluar piringan galaksi yang terang masih bisa menemukan awan gas terisolasi dan beberapa bintang terang. Dengan menggunakan objek itu sebagai pelacak medan gravitasi diluar galaksi dimana zat tak kasat mata di sana tidak lagi menambah total massa, Rubin menemukan bahwa kecepatan orbit objek yang seharusnya menurun seiring dengan bertambahnya jarak ke tempat nun jauh di kampung antah berantah, malah tinggi. Ruang yang kosong itu area pinggir galaksi berisi terllau sedikit zat kasat mata untuk menjelaskan kecepatan orbit objek pelacak. Zat gelap membentuk semacam kalang (halo) di sekeliling galaksi (Bimasakti). Dari galaksi ke galaksi dan dari gugus ke gugus, perbedaan antara massa objek yang tampak dan massa total sistem merentang mulai dari hanya 2 atau 3 kali lipat hingga beberapa ratus kali lipat. Di seluruh alam semesta, rata faktor tersebut bernilai sekitar 6 kali lipat jadi zat gelap memiliki massa sekitar 6 kali massa seluruh zat yang tampak. Selama 25 tahun terakhir, penelitian telah mengungkapkan bahwa sebagian besar zat gelap tidak bisa berupa zat biasa yang tidak bercahaya. Di dasar 2 alasan, bisakah zat gelap berada di dalam lubang hitam, mendeteksi lubang hitam dari efek gravitasi di bintang dekatnya. Dan tidak dilakukan di zat gelap, alam semesta akan menghasilkan total massa planet sebanyak 6 kali massa bintang. 6 ribu Jupiter untuk setiap bintang di galaksi atau yang lebih besar lagi, 2 juta Bumi. Di tata surya, misalnya massa segala sesuatu yang bukan Matahari hanya 0,2 % massa Matahari. Zat gelap adalah sesuatu yang berbeda. Zat gelap mengerahkan gravitasi menurut aturan yang sama seperti zat biasa, tapi tak melakukan hal lain yang memungkinkan mendeteksi.  Zat gelap mensyaratkan keberadaan jenis zat yang memiliki gravitasi. Kecepatan dan lintasan gravitasi hanya menanggapi sumber gravitasi di dalam orbit. Jika zat gelap menempati pusat gugus galaksi, maka kecepatan galaksi sebagaimana yang diukur mulai dari pusat gugus hingga ke tepi hanya akan menanggapi zat biasa. Kecepatan galaksi dalam gugus menunjukkan bahwa zat gelap menyebar di seluruh ruang yang ditempati oleh galaksi yang mengorbit. Lokasi zat biasa dan zat gelap hampir bertepatan. Beberapa tahun lalu, tim yang dipimpin oleh ahli astrofisika Amerika J. Anthony Tyson bekerja di Bell Labs dan sekarang di UC Davis menghasilkan peta rinci pertama yang memetakan distribusi gravitasi zat gelap di dan sekitar satu gugus galaksi raksasa. Ketika menjumpai galaksi besar, juga menemukan konsentrasi zat gelap yang lebih tinggi di dalam gugus. Hal yang sebaiknya juga berlaku, daerah yang tidak menampakkan kehadiran galaksi juga kekurangan zat gelap

 

Ketidaksesuaian antara zat gelap dan zat biasa berbeda antara 1 lingkungan astrofisika dengan yang lain, tapi paling kentara untuk entitas besar seperti galaksi dan gugus galaksi. Untuk objek terkecil, seperti bulan dan planet, tidak ada ketidaksesusaian. Gravitasi permukaan Bumi misalnya dapat dijelaskan sepenuhnya dengan semua zat. Zat gelap tidak ada sangkut pautnya dengan pergerakan planet mengelilingi Matahari tapi digunakan untuk menjelaskan pergerakan bintang mengitari pusat galaksi. Fisika gravitasi tidak bekerja di skala galaksi. Zat gelap terdiri atas zat yang sifatnya belum diramalkan, dan kumpulannya lebih tersebar tipis daripada zat biasa. Setiap 6 bagian zat gelap, terdapat 1 bagian zat yang melekat. Pada awal 1980, ahli fisika Israel Mordehal Milgrom dari Institut Sains Weizmann di Rehovot, Israel mengusulkan perubahan hukum gravitasi Newton Dynamics, atau Dinamika Newtonian yang dimodifikasi. Dinamika Newtonian standar beroperasi di skala ukuran yang lebih kecil daripada galaksi.  Milgrom berpendapat bahwa Newton perlu dibantu dalam menjelaskan pengaruh gravitasi di jarak dengan skala galaksi dan gugus galaksi, yang didalamnya bintang dan gugus terpisah jauh sehingga gaya gravitasi kepada objek dan sebaliknya relatif kecil. Milgrom menambahkan satu suku (term) ke persamaan Newton, yang disesuaikan agar berlaku untuk jarak amat besar di skala astronomi. Milgrom menciptakan MOND sebagai alat komputasi, dia tidak menghilangkan kemungkinan teorinya menunjukkan fenomena alam yang baru. Teori MOND tidak bisa membuktikan pergerakan objek terisolasi di bagian luar galaksi spiral, tapi lebih banyak menimbulkan pertanyaan daripada menjawabnya, MOND gagal memprekdiksi dinamika konfigurasi yang lebih kompleks, misalnya pergerakan galaksi dalam sistem ganda atau jamak, peta rinci radiasi latar belakang yang di hasilkan satelit WMAP pada 2003 memungkinkan para ahli kosmologi mengisolasi dan mengukur pengaruh zat gelap di alam semesta dini. Karena hasil itu cocok dengan model kosmos yang konsisten berdasarkan teori gravitasi konvensional, MOND kehilangan banyak pengikut

 

Pada setengah juta tahun pertama setelah Ledakan Besarm hanya sekejap bila dibandingkan dengan sejarah kosmos yang merentang 14 miliar tahun, zat di alam semesta telah mulai berlekatan menjadi gumpalan yang kemudian akan menjadi gugus dan super gugus galaksi. Namun kosmos sudah mengembang dari semula, dan ukurannya menjadi dua kali lipat pada setengah juta tahun berikutnya. Jadi alam semesta menanggapi pertarungan dua pengaruh: gravitasi ingin menggumpalkan zat, tapi pengembangan ingin menyebarkan zat. Gravitasi dari zat biasa tidak bisa memenangkan pertarungan. Zat bisa membutuhkan bantuan dari zat gelap,  karena tanpanya tidak akan hidup di alam semesta tanpa struktur, tidak ada gugus, tidak ada galaksi, tidak ada bintang, tidak ada planet, tidak ada manusia.  6 kali gravitasi yang dimiliki zat biasa. Ketika alam semesta masih teramat pnas dan rapat sampai inti hidrogen (proton) dapat saling bergabung. Tungku kosmos dini itu memeprsatukan hidrogen menjadi helium, serta sedikit lithium, ditambah deuterium (inti hidrogen lebih berat) dengan jumlah yang lebih sedikit lagi dengan menambah neutron ke proton. Campuran inti itu menambah satu lagi sidik jari Ledakan Besar, suatu peninggalan yang memungkinkan merekonstruksi ketika umur kosmos baru beberapa menit. ketika sidik jari itu tercipta, penggerak utamanya adalah gaya nuklir kuat, gaya yang mengikat proton dan neutron dalam inti atom dan bukan gravitasi gaya, yang begitu lemah dan baru menjadi signifikan hanya ketika zarah sudah berkumpul sebanyak triliunan

 

Ketika suhu turun tinggal dibawah suatu nilai batas, reaksi fusi di seluruh alam semesta telah membuat satu inti helium dari setiap 10 inti hidrogen. Alam semesta telah mengubah seperseribu zat biasa menjadi inti lithium, dan dua per seratus ribu zat biasa menjadi deuterium. Seandainya zat gelap bukan terdiri atas zat yang berinteraksi dengan cahaya melainkan zat biasa yang gelap. Zat dengan kecenderungan fusi normal, maka karena zat gelap yang bisa dijejalkan ke dalam volume dan alam semesta dini yang kecil enam kali lipat lebih banyak daripada zarah biasa, keberadannya pasti meningkatkan laju fusi higroden. Kelebihan produksi helium yang tampak jelas, bila dibandingkan dengan jumlah yang di amati, dan kelahiran alam semesta yang berbeda dari alam semesta yang dihuni. Helium adalah atom yang tangguh, relatif mudah dibentuk, tapi sulit berfusi dengan inti atom lain. Karena bintang terus membentuk helium dari hidrogen di pusatnya, sambil menghancurkan hanya sedikit helium melalui fusi nuklir yang lebih lanjut, tempat yang memiliki helium paling sedikit di alam semesta seharusnya tidak mengandung helium lebih sedikit daripada yang dihasilkan alam semesta pada menit pertama. Galaksi yang bintangnya paling sedikit memproses bahan penyusun menunjukkan bahwa satu dari sepersepuluh atom yang dimiliknya berupa helium, selama zat yang ada saat itu tidak ikut dalam reaksi fusi yang menciptakan inti atom

 

Ahli astrofisika mengukur energi yang dipancarkan Matahari, jauh sebelum orang mengetahui bahwa reaksi fusi termo nuklir yang menimbulkan energi. Pada abad ke 19, mekanika kuantum di perkenalkan dan pandangan mendalam mengenai perilaku zat di skala terkecilnya ditemukan, konsep reaksi fusi bahkan belum ada. Orang yang skeptis akan membandingkan zat gelap yang dikenal ether. Berabad lalu sebagai medium tak berbobot dan transparan yang menghantarkan cahaya selama bertahun, hingga muncul percobaaan terkenal yang dilakukan oleh Albert Michelson dan Edward Morley di Cleveland pada 1887, ahli fisika mengasumsikan keberadaan ether, meskipun tak sedikit pun bukti yang mendukung asumsi itu. Karena sudah diketahui sebagai gelombang, cahaya di anggap memerlukan medium untuk menghantarkan seperti gelombang bunyi yang dihantarkan udara. Namun, cahaya dapat bergerak di ruang hampa, tanpa perlu medium, tidak seperti gelombang bunyi yang terdiri atas getaran udara, gelombang cahaya merambat sendiri. Zat gelap senyata ratusan planet yang ditemukan mengorbit bintang selain Matahari hampir semata ditemukan karena pengaruh gravitasi kepada bintang induk.  Zat gelap bukan terdiri atas zat, melainkan sesuatu yang lain, tapi mereka tidak bisa menjelaskannya

 

Setelah menghindari upaya untuk mendeteksi secara langsung oleh Bumi selama 3 per empat abad. Zat gelap telah menajdi sejenis tes Rorschach bagi peneliti. Sebagian ahli fisika zarah mengatakan bahwa zat gelap pasti terdiri atas kelas zarah yang belum ditemukan dan berinteraksi lemah dengan zat atau cahaya, atau tidak berinteraksi sama sekali. Neutrino sudah diketahui keberadaannya, meski berinteraksi lemah dengan cahaya dan zat biasa, neutrino dari Matahari, dua neutrino di bentuk di pusat Matahari untuk setiap 1 inti helium bergerak di antariksa yang menembus Bumi seolah Bumi tidak ada. Jumlahnya siang dan malam, setiap detik, 100 miliar neutrino dari Matahari memasuki setiap inci persegi tubuh dan keluar lagi. Namun neutrino tidak bisa dihentikan. Sesekali neutrino berinteraksi dengan zat melalui gaya nuklir lemah.  Jika dibuat detektor yang cukup sensitif, zarah zat gelap yang diteorikan ahli fisika zarah mungkin akan menampakkan diri melalui interaksi yang sudah dikenal. Atau zat gelap akan menunjukkan keberadaan melalui gaya selain gaya nuklir kuat, gaya nuklir lemah, dan gaya elektromagnetik. 3 gaya itu ditambah gravitasi menjadi perantara segala interaksi antara semua zarah yang diketahui. Para peganut teori MOND tidak melihat jarah eksotis dalam tes Rorschach. Mereka berpendapat bahwa yang perlu di koreksi adalah gravitasi, bukan zarah. Mereka pun mengajukan dinamika Newtonian termodifikasi, usaha yang berasal dan tampaknya telah gagal, tapi pasti menjadi pelopor upaya lain untuk mengubah pandangan terhadap gravitasi dan bukan terhadap semua zarah subatomik. Ahli fisika lain mengikuti apa yang mereka sebut TOE atau theory of everything, teori segalanya dalam sempalan dari satu versinya, alam semesta memarang berada di dekat suatu alam semesta pararel, yang berinteraksi dengan gravitasi.  Tidak akan pernah bertemu dengna zat yang berasal dari alam semesta pararel, tapi mungkin merasakan tarikannya, menyeberangi dimensi ruang alam semesta

 

Efek zat gelap itu nyata. Zat gelap tidak berinteraksi melalui gaya kuat, jadi tidak dapat membentuk inti atom. Zat gelap belum pernah ditemukan berinteraksi melalui gaya nuklir lemah, sesuatu yang bahkan di lakukan zarah sekelas neutrino. Zat gelap tidak berinteraksi dengan gaya elektromagnetik sehingga tidak membentuk molekul atau menyerap atau memancarkan atau memantulkan atau menghamburkan cahaya. Namun zat gelap mengerahkan gravitasi, yang ditanggapi oleh zat biasa. Setelah penyelidikan selama bertahun, ahli astrofisika belum mendapati zat gelap melakukan hal lain. Peta radiasi latar belakang menunjukkan bahwa zat gelap mestinya sudah ada dalam 380000 tahun pertama alam semesta. Menjelaskan  pergerakan objek di dalamnya

 

Seiring dengan mengembang dan mendinginnya alam semesta, gravitasi memisah dari gaya lain. Gaya nuklir kuat dan gaya elektronik berpisah satu sama lain, sautu peristiwa yang disertai pelepasan energi secara besar – besaran yang memicu bertambahnya ukuran alam semesta sebesar 10.15 kali. Pengembangan cepat itu, yang dikenal sebagai masa inflasi, meregangkan dan meratakan zat dan energi sehingga variasi kerapatan dari suatu bagian alam semesta ke bagian di dekatnya menjadi kurang daripada seperseratus ribu

 

Berlanjut dengan gambaran fisika yang kini sudah terkorfirmasi dengan pengujian di laboratorium, alam semesta kemudian menjadi cukup panas sehingga foton mengubah energinya menjadi pasangan. Zarah zat anti zat (matter antimatter particles) secara spontan, yang kemudian segera saling menganihilasi dan mengembalikan energi ke foton. Karena alasan yang tidak diketahui, kesimetrisan anti zat, ketidaksimetrisan itu kecil tapi penting untuk evolusi alam semesta pada masa depan untuk setiap 1 miliar zarah anti zat, satu miliar tambah satu zarah zat dilahirkan. Selagi alam semesta terus mendingin, gaya elektro lemah memisah menjadi gaya elektromagnetik dan gaya nuklir lemah dan lengkaplah 4 macam gaya yang familier di alam. Ketika energi foton terus berkuang, pasangan zarah anti zat tidak lagi bisa dibentuk secara spontan dari foton yang ada. Seluruh pasangan zarah zat anti zat yang tersisa segera teranihiliasi, menyisakan alam semesta dengan satu zarah zat biasa untuk setiap satu miliar foton dan tidak ada anti zat. Seandainya ketidaksimetrisan zat anti zat tidak muncul, alam semesta yang mengembang akan selamanya terdiri atas cahaya salja dan tidak ada hal lainnya, apalagi ahli astofisika. Selama kurun waktu kira – kira 3 menit, zat menjadi proton dan neutron yang kemudian banyak di antaranya bergabung menjadi inti atom paling sederhana. Banyak diantaranya bergabung menjadi inti atom paling sederhana. Sementara itu, elektron yang bebas berkeliaran menghamburkan foton kian kemari hingga tercipta sup zat dan energi yang tak tembus cahaya. Ketika alam semesta mendingin hingga bersuhu dibawah beberapa ribu derajat Kelvin agak lebih panas daripada tanur pengolah biji besi elektron bebas bergerak cukup pelan sehingga bisa ditangkap dari sup tak tembus cahaya oleh inti atom untuk membuat atom hidrogen, helium, lithium, , tiga unsur paling ringan. Alam semesta untuk pertama kalinya menjadi transparan, bisa ditembus cahaya tampak, dan foton yang terbang bebas sekarang diamati sebagai radiasi latar belakang. Selama semiliar tahun pertama, alam semesta terus mengembang dan mendingin seiring dengan ditariknya zat oleh gravitasi menjadi konsentrasi masif yang disebut galaksi. Dalam bentang kosmos yang dilihat, 100 miliar galaksi seperti terbentuk masing – masing berisi ratusan miliar bidang yang melangsungkan reaksi fusi termonuklir dipusatnya. Bintang bermassa lebih daripada 10 kali massa Matahari memiliki tekanan dan suhu unsur yang cukup tinggi untuk memproduksi banyak sekali usnur yang menyusun planet dan kehidupan diatasnya. Unsur itu bakal sia – sia seandainya tetap tersimpan didalam bintang. Namun kehidupan bintang masif berakhir dengan ledakan, melontarkan isi perutnya yang kaya akan usnur berat ke penjuru galaksi. Setelah 7 / 8 miliar tahun pengayaan unsur seperti, satu bintang (Matahari) terlahir di suatu wilayah biasa (lengan orion) di galaksi biasa (Bimasakti) di suatu bagian dalam semesta yang tidak istimewa (pinggiran supergugus virgo). Awan gas yang kemudian membentuk Matahari menyimpan unsur berat yang cukup untuk menghasilkan beberapa planet lainnya menyebabkan permukaan planet batuan meleleh sehingga tidak terjadi pembentukan molekul kompleks. Seiring dengan semakin berkurangnya zat yang bisa diakresi di tara surya, permukaan planet mulai mendingin. Planet yang disebut Bumi terbentuk di orbit yang membuat atmosfernya yang disebut Bumi terbentuk di orbit yang membuat atmosfer bisa mempertahankan laut berwujud cair. Seandainya Bumi terbentuk di jarak lebih dekat ke Matahari, luat akan menguap, seandainya Bumi terletak lebih jauh, laut akan membeku. Dalam 2 kondisi tersebut, kehidupan yang dikenal akan berevolusi. Di dalam lautan yang kaya unsur berat, berkat mekanisme yang tidak diketahui, bakteri anaerob muncul dan tak sengaja mengubah atmosfer Bumi yang karbondioksida menjadi atmosfer yang mengandung cukup oksigen agar organisme aeorb terbentuk, berevolusi, dan mendominasi lautan dan daratan. Atom oksigen yang sama, biasanya ditemukan dalam bentuk bentuk berpasangan (02) juga bergabung menjadi 3 dan membentuk ozon (03) di atmosfer bagian atas, yang melindungi permukaan Bumi dari foton ultraviolet Matahari yang membahayakan molekul.

Di tempat lain alam semesta, muncul dari kelimpahan karbon diu kosmos dan banyaknya molekul (baik yang sederhana maupun yang kompleks) yang bisa terbentuk dari karbon, jenis molekul lainnya. Namun kehidupan itu rapuh. Bertemunya Bumi dengan objek besar sisa pembentukan tata surya, yang dahulu sering terjadi, kadangkala mengacaubalaukan ekosistem. 65 juta tahun lalu (kurang daripada 2% sejarah Bumi) asteroid berbobot sepuluh triliun ton menabrak daerah yang sekarang disebut semenanjung Yucatan dan memusnahkan 70% lebih floran dan fauna darat bumi termasuk dinosaurus, hewan yang mendominasi daratan. Tragedi ekologi memberi kesempatan bagi mamalia kecil yang berhasil bertahan hidup untuk mengisi lingkungan yang baru saja kosong. Sekelompok mamalia berotak besar, yang disebut primata. Berangsur berevolusi sehingga satu genus dan spesies primata. Homo sapiens sampai ke tingkat kecerdasan yang memungkinkan mengembangkan metode dan piranti sains, menemukan astrofisika, dan menarik kesimpulan mengrnai asal usul dan evolusi alam semesta.  Atom di tubuh manusia bisa ditelusuri hingga ke ledakan besar dan pembakaran termonuklir dalam bintang masif

Pada mulanya terdapat fisika. Fisika menjelaskan zat, energi, ruang, dan waktu berperilaku dam saling berinteraksi, interaksi antara karakter dalam drama kosmik mendasari semua fenomena biologi dan kimia. Segala sesuatu yang fundamental dan familier dimulai di Bumi dumulai dengan dan terletak di hukum fisika. Ketika menerapkan hukum itu kepada astronomi disebut astrofisika. Di hampir semua bidang penyelidikan khususnya fisika, garda depan penemuan berada di ujung ekstrem kemampuan untuk mengukur kejadian dan situasi. Di ujung ekstrem zat, misalnya sekitar lubang hitam, gravitas melengkungkan kontinum ruang dan waktu di sekeliling. Di ujung ekstem energi, reaksi fusi termonuklir menyokong dirinya sendiri di pusat bintang yang bersuhu 15 juta derajat. Dan di setiap ekstrem yang dibyangkan, ditemukan kondisi panas dan rapat tak terkira seperti yang berkuasa selama beberapa saat pertama alam semesta. Dibutuhkan hukum fisika yang ditemukan setelah tahun 1900. Periode ini disebut oleh para pakar fisika sebagai era modern, untuk membedakannya dari era klasik yang mencakup semua ilmu fisika yang diketahui sebelumnya

 

Salah satu ciri utama fisika klasik, bahwa kejadian, hukum, dan prekdisi sesungguhnya masuk akal jika merenungkan sejenak. Semuanya ditemukan dan diuji di laboratorium biasa yang berada di bangunan biasa. Hukum gravitasi dan gerak, hukum listrik dan magnetisme, serta sifat dan perilaku energi panas masih diajarkan di kelas fisika sekolah menengah. Segala pengungkapan mengenai aalm memicu revolusi industri, mengubah kebudayaan dan masyarat dengna cara yang tak terbayangkan oleh generasi sebelumnya, dan tetap mengatur apa yang terjadi, dan mengapa terjadi dalam kehidupan sehari – hari. Tidak ada yang masuk dalam fisika modern karena segala sesuatu terjadi di rezim yang berada jauh di luar jangkauan indera manusia, terbebas dari fisika ekstrem. Intuisi yang sudah diubah mengenai perilau zat dan bagaimana hukum fisika menjelaskan perilaku itu pada suhu, kerapatan, dan tekanan ekstrem

 

E= mc2

 

Albert Einstein pertama kali mempublikasikan persamaan itu pada 1905. Tahun ketika penelitian pertama yang berjudul Zur Elektrodynamik Bewegter Korper dimuat di Annalen der Physik, jurnal fisika terkemuka Jerman. Judul makalah yang berarti Elektrodinamika benda yang bergerak tapi karya itu lebih dikenal sebagai teori relativitas khusus Einstein, yang memperkenalkan konsep yang selamanya mengubah pandangan akan ruang dan waktu. Einstein pada 1905 berumur 26 tahun dan berkerja sebagai penilai paten di Bern, Swiss. Memberikan rincian lebih lanjut, termasuk persamaan yang terkenal dalam makalah pendek (dua setengah halaman) yang dipublikasikan pada tahun dan di jurnal yang sama: Ist die Tragheit eines Korpers von seinem Energienhalt abhangig? Atau Apakah inersia benda bergantung kepada kandungan energi?  Jika suatu benda memancarkan energi E berupa radiasi, massanya hilang sebesar E/c2 massa benda adalah ukuran kandungan energi benda: jika energi berubah sebesar E, massanya berubah dengan besar yang setara. Einstein menyarankan tidak mustahil teori tersebut diuji dengan menggunakan benda kandungan energinya sangat bervariasi (garam radium)

 

Mengubah zat energi atau energi menjadi zat E=mc2 energi sama dengan masaa dikalikan kuadrat kecepatan cahaya memberi alat komputasi efisien yang meningkatkan kemampuan untuk mengenal dan memahami alam semesta.  Banyaknya energi radiasi yang dihasilkan bintang. Foton, zarah cahaya tampak yang tak bermassa dan tidak dapat diurai, atau bentuk radiasi elektromagnetik lainnya. Siraman foton: Matahari, Bulan, bintang, kompor, lampu gantung, dlampu tidur, stasiun radio, televisi, transmisi telepon seluler dan radar yang tak terhitung banyaknya. Energi foton bisa lebih kecil daripada massa zarah subatomik yang paling ringan. Foton menjalani kehidupan yang sederhana dan membosankan. Foton sinar gamma berenergi 200000 kali energi foton cahaya tampak. Pasangan elektron, satu terbuat dari zat dan sisanya dari anti zat dari berbagai duo zarah anti zarah yang dinamis di alam semesta tiba muncul di lokasi tempat foton semula. Pasangan anti zat bertabrakan, saling menganihilasi, dan menciptakan foton sinar gamma. Tingkatan energi foton 2000 kali dan aakn emndapatkan sinar gamma yang energinya cukup besar.  Pasangan foton punya cukup energi, yang seutuhnya di deskripsikan oleh E= mc2 untuk membentuk zarah seperti neutron, proton, dan pasangan anti zat, masing bermassa hampir 2000 kali massa elektron. Foton berenergi tinggi tidak ada di sembarang tempat, hanya di berbagai tempat yang panasnya bisa melebur logam. Untuk sinar gamma, tempat manapun yang bersuhu di atas beberapa miliar derajat. Suhu alam semesta yang ditemukan dengan mengukur sebaran foton gelombang mikro di ruang angkasa, hanya 2,73 derajat Kelvin (dalam skala Kelvin, semua suhu bernilai positif, zarah memiliki energi paling sedikit 0 derajat, suhu ruang sekitar 295 derajat, dan air mendidih pada suhu 373 derajat) seperti foton cahaya tampak, foton gelombang mikro terlampau dingin untuk punya ambisi realistis berubah menjadi zarah melalui persamaan E=mc2. Tiak ada zarah yang massanya sedemikian rendah sehingga bisa dibuat dari sejumlah kecil energi foton gelombang mikro. Hal sama berlaku untuk foton yang membentuk gelombang radio, inframerah, dan cahaya tampak serta ultraviolet, dan sinar X. Transmutasi zarah membutuhkan sinar gamma. Namun alam semesta kemarin agak lebih kecil dan lebih panas daripada hari ini. Kemarin lusa, masih lebih kecil dan lebih panas, pada 13,7 milair tahun mendarat di sup primordial pasca Ledakan Besar sewaktu suhu kosmos cukup tinggi sehingga sinar gamma memenuhi alam semesta. 4 gaya alam yang sudah diketahui, gravitasi elektromagnetisme, gaya nuklir, kuat dan lemah bisa berkomunikasi dan menjadi meta gaya tunggal. Dua cabang fisika yang belum saling cocok: mekanika kuantum (sains untuk kecil) dan relativitas umum (sains untuk yang besar)

 

Di dorong oleh keberhasilan. Perkawinan mekanika kuantum dan elektromagnetisme pada pertengahan abad ke 20, para ahli fisika bergerak cepat untuk mencampurkan mekanika kuantum dan relativitas umum menjadi teori tunggal dan koheren yang disebut gravitasi kuantum. Letak rintangan: era Planck. Era Planck adalah fase kosmik hingga 10-43 detik (satu persepuluh juta triliun triliun triliun triliun detik) sejak permulaan. Karena informasi tidak bisa melaju dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya 3 x 10.8 meter perdetik, pengamat di manapun di alam semesta saat era Planck tidak bisa melihat lebih jauh daripada 3 x 10.-35 meter (tiga per seratus miliar triliun triliun meter). Ahli fisika Jerman Max Planck yang namanya digunakan untuk menyebut waktu dan jarak kecil tak terbayangkan, mengemukakan gagasan mengenai energi terkuantisasi pada 1900 dan dianggap sebagai Bapak Mekanika Kuantum

 

Pada akhir era Planck, gravitasi melepaskan diri dari gaya lain yang masih menyatu, mendapatkan identitas terpisah yang secara baik di deskripikan oleh teori zaman sekarang. Kala usianya melewati 10.-35 detik, alam semsta memuai dan mendingin, dan sisa gaya terpadu memisah menjadi gaya elektrolemah dan gaya nuklir kuat. Kemudian gayae elektrolemah memisah menjadi gaya elektromagnetik dan gaya nuklir lemah, dan tampak 4 gaya berebda dan familier. Gaya lemah mengendalikan peluruhan radioaktif, gaya kuat mengikat zarah di tiap inti atom, gaya elektromagnetik mengikat atom dalam molekul, dan gravitasi mengikat zat. Sementara waktu berlanjut selama satu per setrilun detik pertama alam semesta, saling mempengaruhi antara zat dan energi berlanjut tanpa henti. Sesaat sebelum , pada saat, dan sesudah gaya kuat dan gaya elektrolemah berpisah, alam semesta berisi lautan quark, lepton, dan anti zat lainnya, seperti boson, yaitu zarah yang memungkinkan zarah saling berinteraksi. Tak satu pun zarah dapat dibagi menjadi sesuatu yang lebih kecil atau lebih sederhana. Meskipun zarah dasar, tiap keluarga zarah memiliki beberapa spesies. Foton termasuk yang membentuk cahaya tampak, tergolong ke dalam keluarga boson. Keluarga lepton (elektron) dan  neutrino. Sedangkan keluarga quark  tidak ada yang familier karena dalam kehidupan selalu menjumpai quark terikat menjadi zarah seperti proton dan neutron. Tiap spesies quark telah diberi nama abstrak yang tidak berkaitian dengan filologi, filosofi atau pedagogi kecuali untuk membedakan satu dengan yang lainnya: up and down, strange and charmed, serta top and bottom.  Boson berasal dari fisika India Satyendranath Bose. Kata lepton berasal dari bahaya Yunani leptos yang berarti ringan atau kecil. Sementara quark punya asal usul imajinatif. Ahli Amerika Murray Gell Mann yang pada 1964 menggagas keberadaan quark dan kemudian berpendapat bahwa quark hanya punya 3 anggota, mengambil nama dari kata dalam buku Finnegans Wake karya James Joyce: Three quark for Muster Mark! Satu keunggulan yang bisa diklaim quark: Semua namanya sederhana sesuatu yang tampaknya tak dapat dilakukan oleh para kimia, biologi, dan geologi dalam menamai objek studi. Quark tidak seperti proton yang punya muatan listrik +1 dan elektron yang bermuatan -1, quark punya muatan pecahan dalam satuan 1/3 kecuali dalam kondisi paling ekstrem, satu quark akan selalu melekat ke satu atau dua quark lainnya. Bahkan gaya yang mengikat 2 quark  (atau lebih) bertambah kuat ketika memisahkan keduanya seakan ada semacam gelang karet subnuklir yang mengikatnya. Pisahkan quark jauh gelang karet itu akan putus. Energi yang tersimpan di dalam gelang yang melar kemudian memanggil E = mc2 untuk membentuk quark baru di masing ujung gelang dan mulai dari awal. Selama era quark – lepton pada satu persetriliun detik pertama, kerapatan alam semesta memungkinkan pemisahan quark yang tak berikatan mengungguli pemisahan quark yang berikatan. Ikatan antara quark yang berdekatan tidak bisa terbentuk dengan kuat, sehingga quark bergerak bebas di antara mereka sendiri. Deteksi kondisi zat dalam percobaan yang disebut sup quark dilaporkan pertama kali pada 2002 oleh tim ahli fisika yang bekerja di Brookhaven National Laboratories di Long Island

 

Ketika terjadi pemisahan berbagai jenis gaya, membantu memberi sifat asimetris kepada kosmos, yakni jumlah zarah zat melebihi zarah antizat sekitar satu per semiliar perbedaan yang memungkinkan manusa ada. Perbedaan kecil dalam populasi, tidak tampak ditengah penciptaan, anihilasi, dan penciptaan ulang quark dan antiquark, elektron dan antileektron (positron). Zarah yang tunggal akibat perbedaan antara jumlah zat dan anti zat memiliki banyak peluang untuk menemukan zarah lain untuk bersama menganihilasi dan zarah lain. Namun itu tidak berlangsung lama, kala alam semesta terus memuai dan mendingin, suhunya turun dengan cepat hingga di bawah satu triliun derajat Kelvin. Sepersejuta detik telah berlalu sejak permulaan, tapi suhu dan kerapatan alam semesta yang hangat tak cukup untuk memasak quark. Seluruh quark cepat mencari pasangan, mmebentuk keluarga permanen baru yang anggotanya zarah berat hadron (berasal dari bahasa Yunani hadros yang berarti tebal). Transisi quark hadron itu dengan cepat menghasilkan proton dan neutron serta jenis zarah berat lain yang tidak begitu dikenal, semuanya tersusun dari berbagai kombinasi quark. Sifat asimetris zat anti zat dalam sup quark lepton diwariskan kepada hadron, dengan konsekuensi yang luar biasa. Seiring mendinginnya alam semesta, jumlah energi yang tersedia untuk pembentukan zarah secara spontan terus berkurang. Selama era hadron, foton tak lagi memanggil E=mc2 untuk memproduksi pasangan quark – anti quark: E foton tidak mampu mengimbangi mc2 pasangan quark – antiquark. Foton yang muncul dari seluruh sisa anihilasi yang masih ada terus – menerus kehilangan energi karena alam semesta terus memuai, sehingga energi foton akhirnya jauh di bawah batas yang dibutuhkan untuk membentuk pasangan hadron – anti hadron, setiap semiliar anihilasi menyisakan semiliar foton dan hanya 1 hadron yang bertahan, saksi bisu atas kelebihan zat terhadap anti zat di alam semesta dini. Satunya hadron akhirnya mendapatkan segala kesenangan yang bisa dinikmati zat: menyediakan sumber galaksi, bintang, planet, dan manusia

 

Tanpa ketidakseimbangan semiliar satu berbanding semiliar antara zarah dan anti zat, seluruh massa di alam semesta (kecuali zat gelap yang bentuknya masih belum diketahui) pasti telah teranihilasi sebelum detik pertama alam semesta berlalu, dan menyisakan kosmos yang di dalamnya (seandainya sudah ada) hanya bsia melihat foton dan tak ada yang lain. Skenario utama jadilah terang. Dan sedetik pun berlalu. Pada suhu miliar derajat, alam semesta masih panas masih mampu memasak elektron yang bersama dengan anti zat positron pasangannya, terus – menerus muncul dan menghilang. Namun di alam semesta yang terus memuai dan mendingin, hari, detik. Kematian elektron dan pasangan anti zat akan segera datang.  Apa yang berlaku bagi hadron juga berlaku bagi elektron dan positron: saling menganihilasi dan hanya 1 elektron dari semiliar elektron yang tersisa, satunya yang selamat dari perjanjian bunuh diri anti zat. Elektron dan positron lainnya tewas untuk membanjiri alam semesta dengan lautan foton yang lebih luas. Dengan berakhirnya era anihilasi elektron positron, kosmos telah menetapkan eksistensi satu elektron untuk setiap proton. Seiring dengan terus mendinginnya kosmos, dengan suhu di bawah 100 juta derajat, proton berfusi dengan proton lain dan neutron, yang mengandung 90% inti berupa hidrogen dan 10% berupa inti helium, serta sedikit inti deutrium, tritium, dan lithium. 2 menit berlalu telah berlalu sejak permulaan. Selama 380000 tahun berikutnya tidak banyak hal terjadi di sup zarah inti hidrogen, inti helium, elektron, dan foton. Selama ratusan milenium, suhu kosmos masih cukup panas bagi elektron untuk bisa bebas mengembara di antara foton dan melontarkannya kian kemari. Kebebasan berakhir ketika suhu alam semesta mendingin hingga di bawah 3000 derajat Kelvin (sekitar setengah suhu permukan Matahari). Pada masa itu, semua elektron mendapatkan orbit di sekeliling inti dan terbentuk atom. Perkawinan elektron dengan inti menghasilkan atom yang baru terbentuk di dalam lautan foton cahaya tampak, dan lengkap pembentukan zarah dan atom di alam semesta primordial

 

Seiring dengan terus berlanjutnya permulaan alam semesta, foton terus kehilangan energi, menenemukan jejak foton gelombang mikro di suhu 2,73 derajat, yang menunjukan penurunan energi foton sebanyak ribuan kali sejak atom perrtama kali terbentuk. Pola foton di langit jumlah energi yang tepat sama dengan yang datang dari berbagai arah, menyimpan memori distribusi zat tepat sebelum atom terbentuk. Dari pola, ahli astrofisika bisa mendapatkan pengetahuan, termasuk umur dan bentuk alam semesta. Di dalam akselerator zarah, tempat pasangan zarah anti zat secara rutin dari medan energi di pusat Matahari, tempat 4,4 juta ton zat diubah menjadi energi tiap detiknya, dan dipusat bintang lain. E = mc2 juga menerapkan di dekat lubang hitam, tepat diluar cakrawala peristiwa, tempat pasangan anti zarah bisa muncul berkat energi gravitasi lubang hitam yang amat kuat. Ahli Kosmologi Inggris Stephen Hawking mendeskripsikan pada 1975 dengan menunjukkan seluruh massa lubang hitam bisa menguap perlahan melalui mekanisme. Lubang hitam tidak hitam sepenuhnya. Fenomena itu dikenal radiasi Hawking

Para ahli fisika yang harus menghadapi alam pararel anti zarah (antiparticles), yang secara keseluruhan disebut anti zat (antimatter),  anti zarah bisa bersama dari energi dan bisa teranihilisasi selagi mengubah massa gabungan kembali menjadi energi

 

Paa 1932, ahli fisika Amerika Carl David Anderson menemukan antielektron, yaitu anti zat bermuatan positif yang menjadi imbangan elektron yang bermuatan negatif. Sejak saat itu, para ahli fisika zarah secara rutin telah membuat berbagai antizarah di dalam akselerator zarah, mereka menggabungkan antizarah menjadi atom utuh. Sejak tahun 1996, grup internasional yang dipimpin oleh Walter Oeelert dari Institut Penelitian Fisika Nuklir di Jullich, Jerman telah menciptakan atom antiproton. Untuk membuat anti atom pertama, para ahli fisika menggunakan akselerator zarah raksasa yang dijalankan oleh organisasi. Penelitian Nuklir Eropa lebih dikenal dengan nama CERN, singkatannya dalam bahasa Prancis di Jenewa, Swiss disana diperoleh banyak kontribusi bagi fisika zarah. Para ahli fisika menggunakan metode penciptaan sederhana: sekumpulan antielektron dan sekumpulan antiproton, campurkan keduanya pada suhu dan kerapatan yang sesuai, lalu tunggu menjadi atom. Dalam percobaan pertama, tim Oelert menghasilkan 9 atom antihidrogen, namun di dunia yang di dominasi zat biasa, kehidupan atom anti zat sulit. Atom antihidrogen bertahan hidup tak sampai 40 nanodetik (40 per semiliar detik) sebelum teranihilisasi bersama atom biasa. Keberadaan antielektron telah diprediksi beberapa tahun lalu oleh ahli fisika Inggris Paul A.M, Dirac. Untuk mendeskripsikan zat di skala ukuran terkecil, yaitu zarah atom dan subatom, para ahli fisika mengembangkan cabang baru ilmu fisika pada 1920 untuk menjelaskan hasil percobaan dengan zarah. Dengan menggunakan aturan yang baru ditetapkan, kini dikenal sebagai teori kuantum. Dirac membuat dalil dari sosial kedua atas persamannya bahwa elektron hantu dari sisi lain kadang akan muncul sebagai elektron biasa, meninggalkan celah atau lubang di lautan energi negatif. Meskipun Dirac menjelaskan proton dengan cara serupa, ahli fisika lain berpendapat bahwa lubang itu bakal muncul dengan sendirinya dalam percobaan antielektron bermuatan positif, yang kemudian dikenal sebagai positron karena muatan listrik positif. Pendeteksian positron mengonfirmasi gagasan mendasar Dirac dan membuktikan bahwa anti zat sama berartinya dengan zat. Ahli fisika tidak dapat menjamin semua jawaban persamaan berhubungan dengan kejadian didunua nyata. Namun jika suatu model matematika untuk suatu fenomena fisik benar, memanipulasi persamaan sama bergunanya dengan lebih mudah daripada memanipulasi seluruh alam semesta. Zarah subatomik punya ciri yang bisa diukur antara lain massa dan muatan listrik, yang tergolong ciri paling penting. Kecuali massa zaraa yang selalu sama untuk zarah dan anti zarah, sifat khusus masing jenis zarah akan selalu tepat berlawanan dengan anti zarah. Misalnya, massa positron sama dengan massa elektron, tapi positron punya 1 muatan positif sedangkan elektron punya satu satuan muatan negatif. Serupa dengan antiproton punya anti zarah yang muatannya berlawanan dengan proton. Neutron yang tak bermuatan juga memiliki anti zarah (antineutron). Antineutron punya muatan nol yang  berlawanan dengan neutron biasa. Zarah kembar tiga bermuatan pecahan (quark) yang membentuk neutron. 3 quark yang menyusun  neutron  memiliki muatan (1/3),  (1/3), dan (-2/3). Total muatan masing sel quark adalah o, tapi kompenen yang bersesuaian memiliki muatan berlawanan. Antizat bisa terbentuk begitu saja jika foton sinar gamma memiliki cukup energi, foton bisa mentransformasi diri menjadi pasangan elektron proton, sehingga mengubah seluruh energi yang teramat besar menjadi sedikit zat, dalam suatu proses yang sisi energinya memenuhi persamaan Einstein: E=mc2

 

Menurut tafsir asli Dirac, foton sinar gamma menendang elektron keluar dari ranah energi negatif sehingga tercipta elektron biasa dan lubang elektron. Proses sebaliknya juga bisa terjadi. Jika satu zarah dan satu anti zarah bertabrakan, keduanya akan teranihilisasi dengan mengisi lubang dan memancarkan sinar gamma. Sinar gamma adalah jenis radiasi yang sebaiknya dihindari. Mekanisme penyimpanan dengan mengurung anti zarah bermuatan medan magnet kuat.  Anti zarah ditolak oleh dinding magnet yang tampak tapi sangat efektif. Jika menyimpan medan magnet diruang hampa, dapat mencegah anihilisasi dengna zat biasa. Wadah magnet bisa menjadi pilihan untuk menangani bahan yang tak ramah seperti gas bersuhu 100 juta derajat yang digunakan dalam percobaan fusi nuklir (terkendali). Anti atom tidak memantul dari dinding magnet, sebaiknya menyimpan positron dan antiproton dalam wadah medan magnet terpisah sampai menggabungkan keduanya. Untuk membangkitkan anti zat membutuhkan energi sekurangnya sama dengan yang bisa diperoleh ketika anti zat teranihilisasi bersama dengan zat untuk berubah menjadi energi. Kecuali tangki bahan bakar anti zat penuh sebelum peluncuran, mesin pembangkit anti zat perlahan akan menyerap energi pesawat antar bintang. Atom hidrogen dan antihidrogen berperilaku sama, mereka belum memverifikasi prediksi dengan percobaan terutama kesulitan yang dihadapi. Supaya atom anti hidrogen tetap ada dan tidak segera menganihilisasi proton dan elektron. Mereka ingin memastikan bahwa perilaku prositon yang berkaitan dengan antiproton di satu atom anti hidrogen mengikuti semua hukum teori kuantum dan bahwa gravitasi anti atom berperilaku seperti yang diduga dari atom biasa. Di skala atom, gaya gravitasi antara dua zarah sangat kecil. Daripada gravitasi, gaya elektromagnetik dan nuklir mendominasi perilaku zarah yang kecil karena kedua gaya jauh lebih kuat daripada gravitasi. Untuk menguji antigravitasi, dibutuhkan sejumlah anti atom yang kuat untuk membuat objek berukuran biasa sehingga bisa mengukur sifat fisik dan membandingkan dengan zat biasa. Jika suatu anti galaksi menabrak Bimasakti , anti galaksi tetap tak berbeda dari galaksi biasa sebelum akhirnya terlambat untuk berbuat sesuatu,  jika suatu bintang teranihilisasi bersama satu bintang biasa, konversi zat dan anti zat menjadi energi sinar gamma akan terjadi dengan sangat cepat, dahsyat, dan total.  Seandainya 2 bintang dengan massa sebanyak Matahari (masing mengandung 10.57 zarah bertabrakan dengan galaksi. Gabungannya akan menghasilkan objek yang sedemikian terang, sehingga menghasilkan energi yang terlampau energi seluruh bintang di 100 juta galaksi dan membakar sampai habis. Alam semesta didominasi oleh zat biasa, dan sejak beberapa menit pertama setelah ledakan besar. Zarah dan anti zarah tercipta dengan jumlah yang sama, tapi kosmos didominasi zarah biasa

 Ketika alam semesta baru berusia sepersekian detik, bersuhu triliunan derajat, dan terangnya tak terbayangkan, mengembang. Seiring dengan berlalunya waktu, alam semesta semakin besar karena munculnya ruang. Selagi mengembang, alam semesta menjadi lebih dingin dan lebih redup. Selama ratusan ribu tahun, zat dan energi tinggal bersama dalam sup kental, di dalamya, elektron yang bergerak cepat terus – menerus menghamburkan foton cahaya. Foton yang memasuki mata beberapa nanodetik atau psikodetik telah dilambangkan elektron, kabut berpendar di segala arah, dan sekeliling terang, tembus cahaya, berwarna putih kemerahan nyaris seterang permukaan Matahari. Seiring dengan mengembangnya alam semesta, energi yang di bawa tiap foton berkurang. Akhirnya, ketika alam semesta mendekati silang tahun ke 380000 suhunya turun hingga di bawah 3000 derajat. Akibatnya proton dan inti belum bisa menangkap elektron, dan hadir atom di alam semesta. Pada masa sebelumnya, setiap foton punya cukup energi untuk memecah atom yang baru terbentuk, tapi kemudian foton kehilangan kemampuan akibat mengembangnya kosmos. Karena jumlah elektron bebas  yang mengacaukan semuanya kini lebih sedikit, foton akhirnya bisa mengebut dalam ruang tanpa bertabrakan dengan apapun. Itulah saat alam semesta menjadi transparan, kabut tersibak, dan latar belakang kosmik berupa cahaya tampak terjadi. Radiasi latar belakang bertahan hingga sekarang, sisa cahaya dari alam semesta dini yang menyilakukan mata dan panas. Wujudnya berupa lautan foton yang ada dimana – mana, dan berlaku sebagai gelombang dan zarah. Panjang gelombang tiap foton sama dengan jarak antara puncak gelombang dan puncak gelombang berikutnya, jarak yang bisa diukur dengan penggaris seandainya bisa memegang foton, semua foton bergerak di ruang hampa  dengan kecepatan yang sama, yaitu 300000 km per detik (kecepatan cahaya). Foton dengan panjang gelombang yang lebih pendek punya lebih banyak puncak gelombang yang melewati suatu titik tertentu dalam waktu 1 detik menghasilkan lebih banyak goyangan dalam suatu interval waktu, sehingga berfrekuensi lebih tinggi lebih banyak goyangan tiap detik. Frekuensi foton menunjukkan secara langsung besarnya energi foton, makin tinggi frekuensi, makin besar energi yang di bawa foton. Seiring dengan mendinginnya kosmos, foton kehilangan energi karena pengembangan alam semesta, foton yang dilahirkan dalam spektrum sinar gamma dan sinar X perlahan berubah menjadi foton ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah. Kala panjang gelombangnya menjadi lebih besar, foton menjadi lebih dingin dan tidak berenergi, tapi tidak pernah berhenti menjadi foton. Kini 13,7 miliar tahun sejak permulaan, spektrum foton radiasi latar belakang telah bergeser menjadi gelombang mikro.para ahli astrofika menyebutnya cosmic microwave background (latar belakang mikro kosmik) meskipun nama yang lebih abadi adalah cosmic background radiation (radiasi latar belakang kosmik) atau CBR. 100 miliar lagi ketika alam semesta semakin mengembang dan mendingin, ahli astrofisika masa depan akan menyebut CBR sebagai cosmic radio wave background (latar belakang gelombang radio). Suhu alam semesta menurun seiring dengan bertambahnya alam semesta. Ketika berbagai bagian alam semesta bergerak menjauh, panjang gelombang foton di CBR harus meningkat: Kosmos meregangkan gelombang di kain spandeks ruang dan waktu. Karena perubahan energi foton berbanding terbalik dengan panjang gelombang, semua foton yang bergerak bebas akan kehilangan setengah energi semula setiap kali kosmos menjadi 2 kali lebih besar

 

Semua objek yang bersuhu di atas nol mutlak akan meradiasikan foton di seluruh bagain spektrum. Namun radiasi selalu punya puncak. Puncak energi lampu pijar rumahan berada di spektrum infra merah, yang bisa dideteksi dengan sebagai rasa hangat di kulit. Lampu pijar juga memancarkan cahaya tampak.  Puncak sasaran radiasi latar belakang berada di panjang gelombang sekitar 1 milimeter, tepat di spektrum gelombang mikro. Bunyi statis yang di dengar di walkie talkie berasal dari gelombang mikro ambien, beberapa persennya dari CBR. Sisa derau (noise) berasal dari Matahari, ponsel, radar, dan lain. Selain berpuncak di bagian gelombang mikro. CBR juga membawa gelombang radio yang memungkinkan CBR mengkontaminasi sinyal radio yang berasal dari Bumi dan foton dengan energi lebih tinggi daripada gelombang mikro tapi dalam jumlah yang terlampau sedikit. Ahli fisika Amerika kelahiran Ukraina George Gmaow dan rekan memprekdiksi keberadaan CBR pada 1940, menggabungkan karya dalam makalah terbitan tahun 1948 yang memakai hukum fisika dalam kondisi ganjil alam semesta dini. Landasan gagasan berasal dari makalah yang dipublikasikan pada 1927 oleh George Eduoard Lemaitre,  ahli astronomi dan pendeta Yesuit Belgia yang lazim dikenal sebagai Bapak Kosmologi Ledakan Besar, 2 ahli fisika AS, Ralph Alpher dan Robert Herman yang telah berkolaborasi dengan Gamow, adalah yang pertama memperkirakan suhu radiasi latar belakang. Ruang waktu kemarin lebih kecil daripada hari ini, dan karena lebih kecil, fisik dasar menyimpulkan bahwa dahulu lebih panas. Jadi para ahli fisika memutar balik waktu untuk membayangkan massa. Ketika alam semesta sedemikian panas sehingga seluruh inti atom terungkap, karena tabrakan foton menyebabkan elektron inti atom terlepas dan bebas mengembara di ruang, Alpher dan Herman membuat hipotesis bahwa dalam keadaan tersebut foton tidak dapat melaju tanpa gangguan di alam semesta, seperti sekarang, gerak bebas foton mengisyaratkan bahwa kosmos menjadi cukup dingin bagi elektron untuk menempati orbit di sekeliling inti atom. Itu membentuk atom seutuhnya dan membiarkan cahaya bergerak tanpa rintangan, meskipun Gamow mendapat wawasan bahwa alam semesta dini lebih panas daripada sekarang. Alpher dan Herman yang pertama kali menghitung memperoleh nilai yang salah. CBR bersuhu 2,73 derajat Kelvin. J Richard Got III, ahli astrofisika di Princenton University, menilai pencapaian itu dalam Time Travel in Einstein’s Universe dengan menulis: Memprediksi radiasi ada dan mendapatkan nilai suhu yang benar hingga perbedaan hampir 2 kali lipat adalah capaian yang luar biasa seperti memprekdiksi piring terbang selebar 50 m akan mendarat di halaman Gedung Putih memyaksikan piring terbang selebar 27 m

 

Pada 1948, tahun yang sama dengna terbitnya makalah Alpher dan Herman, satu teori tandingan yaitu teori steady state (keadaan tunak), muncul dalam 2 makalah yang di publikasikan di Inggris, salah satunya ditulis bersama oleh ali matematika Hermann Bondi dan ahli astrofisika Thomas Gold, sedangkan makalh yang satu ditulis oleh ahli kosmologi Fred Hoyle. Teori keadaan tunak menyatakan bahwa alam semesta, meskipun mengembang, selalu tampak sama. Namun karena alam semesta mengembang, karena alam semesta dengna keadaan tunak kemarin tidak pernah lebih panas dan lebih rapat daripada hari ini, dalam skenario Bondi Gold Hoyle zat terus bermunculan di alam semesta dengan laju yang sesuai untuk mempertahankan kerapatan rata yang konstan di alam semesta. Sebaliknya, teori Ledakan Besar yang mendapatkan nama dari cemooh Fred Hoyle mengharuskan semua zat muncul seketika. Pengamatan pertama secara langsung terhadap CBR menandakan akhir teori keadaan tunak (meskipun Fred Hoyle tidak pernah sepenuhnya menerima CBR sebagai bukti yang menyanggah teori yang elegan, dan sampai meninggal dia terus berpendapat bahwa radiasi itu muncul dari sumber lain). Pada 1964, CBR tanpa sengaja ditemukan oleh Arno Penzias dan Robert Wilson di Bell Telephone Laboratories (Bell Labs) di Murray Hill, New Jersey. Lebih dari 1 dasawarsa kemudian, Penzias dan Wilson menerima hadiah Nobel atas keberuntungan dan kerja keras mereka. Pada awal 1960 para ahli fisika sudah memahami gelombang mikro tapi hampir tidak ada yang mampu mendeteksi sinyal lemah di spektrum gelombang mikro. Pada masa itu, kebanyakan komunikasi nirkabel (penerima, pendeteksi, dan pemancar) menggunakan gelombang radio yang panjang gelombangnya lebih panjang dari gelombang mikro. Saintis membutuhkan pendeteksi panjang gelombang pendek dan antena yang sensitif untuk menangkap gelombang mikro. Bell labs memiliki antena besar berbentuk tanduk yang bisa fokus dan mendeteksi gelombang mikro seperti peralatan lain di Bumi

 

Penzias dan Wilson membuka saluran komunikasi baru untuk Bell Labs sehingga mereka ingin mengetahui dengan rinci seberapa banyak interferensi kontaminasi latar belakang di saluran dari Matahari, dan pusat galaksi, dan dari sumber di Bumi. Memulai pengukuran standar, penting, dan naif yang bertujuan memperlihatkan seberapa mudah mendeteksi sinyal gelombang mikro. Meskipun penzias dan Wilson memiliki latar belakang astronimi, mereka bukan ahli kosmologi melainkan ahli fisika teknik yang menyelidiki gelombang mikro, dan tak mengetahui prediksi yang dibuat oleh Gamow, Alpher, dan Herman. Mereka tidak mencari radiasi latar belakang. Mereka menjalankan percobaan dan mengoreksi data dengan menghilangkan semua sumber gangguan yang dikenal. Namun, mereka menemukan derau latar belakang yang tidak hilang dan tidak menemukan cara menghilangkan. Derau tersebut tampak berasal dari segala arah di atas cakrawala dan tidak berubah seiring dengan berjalannya waktu. Akhirnya mereka melihat bagian dalam antena raksasa. Merpati bersarang disana dan meninggalkan zat di  elektrik berwarna putih (kotoran merpati) di mana – mana. Mereka membersihkan kotoran merpati dan derau itu agak berkurang, namun ada. Makalah yang mereka publikasikan pada 1965 di The Astrophysical Journal berkenaan dengan teka teki ekses suhu antena yang tidak dapat dijelaskan bukan mengenai penemuan astonomia abad ini. Tim ahli fisika di Princenton University yang dipimpin oleh Robert H Dicke tengah membangun detektor yang dirancang khusus untuk menemukan CBR yang telah diprediksi Gamow, Alpher, dan Herman. Namun para profesor tidak punya peralatan Bell Labs sehingga penelitian berjalan lebih lambat. Ketika Dicke dan rekannya mendengar hasil percobaan Penzias dan Wilson, mereka sadar bahwa mereka telah keduluan. Tim Princeton tahu ekses suhu antena. Segala sesuatu cocok dengan teori: suhu, fakta, bahwa sinyal berasal dari segala arah dengan besar yang sama, dan bahwa sinyalnya tidak seirma dengan rotasi Bumi atau posisi Bumi dalam orbit di sekeliling Matahari

 

Foton membutukan waktu dari bagian kosmos sehingga melihat masa lalu ketika melihat antariksa. Suhunya di atas 2,73 derajat Kelvin. Molekul senyawa karbon dan nitrogen bernama sianogen lebih dikenal oleh narapidana kasus pembunuhan sebagai bahan aktif gas yang digunakan untuk hukuman mati ternyata akan mengalami eksitasi (menyerap energi sehingga naik ke tingkat energi lebih tinggi) bila terkena gelombang mikro. Gelombang mikro lebih panas daripada CBR. Gelombang itu akan mengeksitasi molekul dengan lebih efektif. Senyawa sianogen bertindak sebagai termometer kosmik. ketika mengamati di galaksi jauh, yang berarti lebih muda, senyawa itu terpapar radiasi latar belakang yang lebih panas daripada sianogen di Bimasakti. Galaksi itu akan mengalami eksitasi lain lebih banyak. Spektrum sianogen di galaksi jauh menunjukkan suhu gelombang mikro tepat seperti kosmos lebih muda. Foton yang membentuk CBR mencapai dengan membawa informasi tentang kosmos lebih baik sebelum maupun sesudah alam semesta menjadi transparan. Bahwa sebelum masa itu, sekitar 380000 tahun setelah big bang, alam semesta masih tak tembus cahaya sehingga tidak bisa menyaksikan zat terbentuk atau gugus galaksi, foton harus memiliki kemampuan bergerak tanpa ringan tangan melintasi ruang, pada saat yang tepat, masing foton memulai perjalanan lintas kosmos dari titik lokasi menabrak elektron terakhir yang merintangi. Seiring dengan semakin banyaknya foton yang lolos tanpa menabrak elektron (berkat bergabungnya elektron dengna inti dan membentuk atom) foton itu membentuk selubung foton yang mengembang, selubung ini oleh ahli astrofisika disebut permukaan hamburan terakhir (surface of the last scatter) selubung yang terbentuk selama periode sekitar seratus ribu tahun menandai masa ketika hampir semua atom di kosmos dilahirkan. Kala itu, zat di sebagian besar area di alam semesta telah mulai terhimpun. Di tempat zat terakumulasi, di gravitasi menguat sehingga semakin banyak zat yang mengumpul. Area yang kaya zat itu menjadi benih pembentukan super gugus galaksi. Sementara area lain tetap relatif kosong. Foton yang terakhir di hamburkan elektron dalam daerah penghimpunan menghasilkan spektrum berbeda yang agak lebih dingin karena foton itu keluar dari medan gravitasi yang menguat dan merampas sedikit energi mereka. CBR menunjukkan tempat lebih panas atau dingin daripada rata, umumnya sekitar seperseratus ribu derajat. Tempat yang panas dan dingin menandai struktur paling awal di kosmos, gumpalan pertama zat. Menyelidiki pola CBR sama dengan frenologi kosmik : menafsirkan tonjolan di tengkorak alam semesta yang masih muda dan menyimpulkan perilaku baik ketika masih bayi maupun dewasa. Dengan pengamatan lokal dan jauh, para ahli astronomi menentukan segala macam sifat CBR. Misalnya membandingkan distribusi ukuran dan suhu area yang lebih hangat dan lebih dingin, kekuatan gravitasi alam semesta serta seberapa cepat zat berakumulasi. Disimpulkan berapa zat biasa, zat gelap, dan energi gelap di alam semesta (persentase berturut adalah 4, 23, dan 73), alam semesta akan mengambang selamanya dan pengembangan ini akan melambat atau melaju seiring dengan berlalunya waktu. Zat biasa adalah penyusun setiap orang, zat mengerahkan gravitasi serta bisa menyerap, memancarkan, dan berinteraksi dengan cahaya, zat gelap adalah zat yang tifak diketahui sifatnya, menunjukkan gravitasi tapi tidak berinteraksi dengan cahaya dengan cara apapun yang sudah diketahui. Energi gelap menyebabkan percepatan pengembangan kosmos, memaksa alam semesta memuai lebih cepat daripada tidak ada energi gelap. Peta CBR yang akurat dan rinci mengamankan posisi kosmologi di meja sains eksperimental. Peta itu pertama kali dibuat untuk petak kecil di langit dengan menggunakan instrumen yang dimuat di balon terbang dan teleskop di Kutub selatan, kemudian untuk seluruh bagian langit dengna menggunakan satelit bernama Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Mendapatkan lebih banyak informasi dari WMAP, yang hasil pertama terbit pada 2003

Kosmos punya sisi terang dan gelap. Sisi terang mengandung semua objek langit yang sudah dikenal bintang, yang berkelompok menjadi galaksi, serta planet dan serpihan lebih kecil yang tidak memancarkan cahaya tampak tapi memancarkan bentuk radiasi elektromagnetik lainnya, misalnya inframerah atau gelombang radio

 

Sebagian kecil zat gelap berupa zat biasa yang tetap tak tampak karena telah menghasilkan radiasi yang dapat di deteksi. 90 tahun lalu ketika senapan mesin yang baru disempurnakan menwaskan ribuan prajurit Perang Dunia I dalam jarak beberapa ratus kilometer ke arah barat, Albert Einstein merenungi alam semesta. Kal perang dimulai. Einstein dan rekan, mengumpulkan 2 tambahan tanda tangan selain tanda tangan keduanya. Tindakan itu mengucilkan Einstein dari rekan sesama saintis  yang sebagian besar telah menandatangani permohonan untuk membantu upaya peperangan Jerman, dan menghancurkan karier rekannya. Namun kepribadian Einstein yang menarik dan ketenarannya di bidang sains memungkin untuk mempertahankan keeprcayaan dari rekannya. Dia melanjutkan usaha untuk menemukan persamaan yang bisa mendeskripsikan kosmos dengan akurat

 

Sebelum perang berakhir, Einstein berhasil dan keberhasilan terbesar. Pada November 1915, dia mengajukan teori relativitas umum yang mendeskripsikan interaksi ruang dan zat: zat memberitahu bagaimana ruang melengkung dan ruang memberitahu bagaimana zat bergerak. Untuk menggantikan aksi jarak jauh yang misterius dari Isaac Newton. Einstein memandang gravitasi sebagai suatu lengkungan lokal di ruang, Matahari, misalnya menciptakan semacam lesung pipit, melengkungkan ruang yang terlihat paling jelas dari jarak paling dekat. Planet cenderung bergerak menuju lesung pipit, tapi kelembanan menjaga planet supaya tidak jatuh ke dalamnya. Planet itu jadi bergerak dalam orbit di sekeliling Matahari yang menjaga jarak yang hampir konstan dari lesung pipit. Dalam beberapa minggu setelah Einstein mempublikasikan teori, ahli fisika Karl Schwarzchild, yang mengasingkan diri dari kengerian kehidupan sebagai tentara Jerman menggunakan konsep Einstein untuk menunjukkan bahwa satu objek yang memiliki gravitasi cukup kuat akan menciptakan singularitas dalam ruang. Di singularitas, ruang melengkung sepenuhnya di sekeliling objek dan mencegah apapun termasuk cahaya, meninggalkan lingkungan terdekat objek (lubang hitam)

 

Teori relativitas umum Einstein mengantarkannya ke persamaan yang telah lama di cari, persamaan yang menghubungkan isi ruang dengan perilaku secara keseluruhan. Einstein menemukan alam semesta yang mengembang, 12 tahun sebelum pengamatan Edwin Hubble. Persamaaan dasar Einstein memprekdiksiakn bahwa di suatu alam semesta, yang zat di dalamnya kurang lebih terdistribusi rata, ruang tidak statis. Ruang harus mengembang atau mengerut.  Persamaan dasar Einstein memungkinkan untuk ditambahi suatu suku konstan tapi tidak di ketahui nilainya yang mewakili jumlah energi yang terkandung di dalam setiap sentimeter kubik ruang kosong. Karena tidak ada yang menunjukkan bahwa konstanta seharusnya punya satu nilai atau nilai lain. Pada mulanya Einstein menetapkan nilainya sama dengan nol. Einstein mempublikasikan makalah ilmiah untuk menunjukkan bahwa jika konstanta, yang oleh ahli kosmologi dinamai konstanta kosmologi, punya nilai tertentu maka ruang bisa statis. Pada 1922, ahli matematika Rusia bernama Alexander Friedmann membuktikan bahwa alam semesta statis Einstein mestinya tidak stabil, riak atau gangguan kecil akan menyebabkan ruang mengembang atau mengerut. Mulanya Einstein menyatakan Friedmann keliru tapi kemudian, mempublikasikan makalah dan menyatakan Friedmann benar. Pada akhir 1920, Einstein senang ketika mengetahui bahwa Hubble menemukan alam semesta mengembang. Einstein menyatakan konstanta kosmologi sebagai bluder terbesar. Terkecuali beberapa ahli kosmologi yang tetap memunculkan konstanta kosmologi yang nilainya bukan 0 (berbeda dengan nilai yang digunakan Einstein) untuk menjelaskan observasi yang menimbulkan teka teki. Pada 1998, alam semesta punya konstanta kosmologi yang nilainya bukan 0. Ruang di alam semesta memang berisi energi, yang disebut energi gelap dan memiliki karakteristik yang menentukan amsa depan seluruh energi gelap

 

Inti pemikiran para ahli kosmologi selama 70 tahun mengikuti penemuan Hubble bahwa alam semesta mengembang. Persamaan dasar Einstein mengizinkan kemungkinan bahwa ruang memiliki kurvatur (kelengkungan), yang dijelaskan secara matematis dengan positif, nol atau negatif. Kurvatur nol berarti ruang datar jenis yang diangap satunya kemungkinan, merentang tak terhingga ke segala arah,  kurvatur positif, ruang dua dimensi yang kurvaturnya bisa dilihat dengan menggunakan dimensi ke 3. Permukaan 2 dimensi mengembang atau mengerut, berada di dimensi ketiga dan tidak tampak di permukaan yang mempresentasikan di seluruh ruang. Semua ruang berkuvatur positif berisi volume yang terbatas. Kosmos berkurvatur positif jika pergi ke luar Bumi akan kembali ke titik semula. Seperti Magellan mengelilingi Bumi. Kurvatur negatif, merentang tak terbatas meskipun tidak datar. Permukaan 2 dimensi berkuvatur negatif besar : melengkung ke atas di satu arah didepan dan belakang dan ke bawah di arah lain (sisi ke sisi)

 

Seandainya konstanta kosmologi bernilai nol, dapat menggambarkan keseluruhan sifat alam semesta, dengan 2 angka. Salah satunya yang disebut konstanta Hubble, menunjukkan laju pengembangan alam semesta sekarang. Angka lainnya menunjukkan kurvatur ruang pada paro kedua abad ke 20, hampir semua ahli kosmologi menyakini bahwa konstanta kosmologi bernilai nol. Kedua angka dapat diperoleh dari pengukuran akurat laju objek yang berada di jarak yang berbeda, ketika bergerak menjauhi. Tren keseluruhan antara jarak dan kecepatan. Laju menjauhnya galaksi bertambah seiring dengan bertambahnya jarak menghasilkan konstanta Hubble, sedangkan penyimpangan sedikit dari tren umum, yang hanya tampak bila mengamati objek terjauh akan menunjukkan kurvatur ruang. Ketika ahli astronomi mengamati objek berjarak miliaran tahun cahaya dari Bimasakti, melihat jauh ke masa lampau sehingga melihat kosmos bukan sebagaimana sekarang. Pengamatan atas galaksi yang berjarak 5 miliar tahun cahaya atau lebih dari Bimasakti memungkinkan ahli kosmologi merekonstukri bagian penting sejarah permuaian alam semesta. Khususnya mereka bisa mengetahui perubahan laju pemuaian seiring dengan bertambahnya waktu, kunci untuk menentukan kurvatur alam semesta. Pendekatan ini pada prinsipnya berhasil karena besarnya kurvatur menyatukan perubahan tak kentara di laju pengembangan alam semesta selama miliaran tahun

Para ahli astorfiska tidak bisa menyelesaikan rencana karena tidak mmebuat estimasi yang dapat dipercaya untuk jarak gugus galaksi yang miliaran tahun cahaya  jauhnya dari Bumi. Jika mereka bisa mengukut kerapatan rata seluruh zat di alam semesta yaitu rata banyaknya gram zat per sentimeter kubik ruang, mereka dapat membandingkan angka itu dengan kerapatan kritis. Angka yang di prekdiksikan oleh persamaan Einstein dan menggambarkan pengembangan alam semesta. Kerapatan kritis menentukan berapa tepatnya kerapatan yang dibutuhkan alam semesta berkuvatur nol. Bila kerapatan sebenarnya lebih besar daripada kerapatan kritis, alam semesta akan berkuvatur positif. Dengan mengasumsikan konstanta kosmologi sama dengan nol, kosmos akhirnya akan berhenti mengembang dan mengerut. Namun jika kerapatan aktual sama dengan atau lebih kecil dari kerapatan kritis, alam semesta akan mengembang selamanya ketepatan antara nilai kerapatan sebenarnya dan kerapatan kritis terjadi di kosmos berkuvatur nol, sedangkan di alam semesta berkuvatur negatif kerapatan sebenarnya lebih kecil daripada kerapatan kritis

 

Keyakinan bersandar di model inflasi alam semesta, dinamai pada masa melesatnya indeks harga konsumen. Pada 1979, Alan Guth, ahli fisika yang bekerja di Stanford linear Accelerator Center di California, menghipotesiskan bahwa pada masa awalnya, kosmos mengembang dengan sangat cepat, begitu cepat hingga zat semakin cepat bergerak saling menjauhi, mencapi laju yang lebih besar daripada kecepatan cahaya, namun bukan teori relativitas khusus Einstein menjadikan kecepatan cahaya sebagai batas atas laju untuk objek yang bergerak di dalam ruang dan bukan pengembangan ruang itu sendiri. Selama masa inflasi yang berlangsung hanya sekitar 10.-37 detik hingga 10.-34 detik setelah Ledakan Besar, kosmos mengembang sampai sekitar 10.50 kali lipat

 

Guth berspekulasi bahwa seluruh ruang mestinya telah mengalami fase transisi, sesesuatu seperti apa yang terjadi ketika air cair tiba membeku menjadi es, setelah diperbaiki oleh rekan di Uni Soviet, kerajaan Inggris, dan Amerika Serikat, gagasan Guth menjadi begitu menarik hingga selama 2 dasawarsa mendominasi model teoretis alam semesta dini. Masa inflasi menjelaskan mengapa alam semesta, dengan sifat keseluruhan tampak sama di segala arah: segala sesuatu yang dilihat (dan jauh lebih banyak daripada itu) berinflasi dari area sangat kecil lalu mengubah sifat lokal menjadi universal. Model inflasi membuat prekdiksi yang gamblang dan dapat diuji: ruang alam semesta seharusnya datar, bukan berkuvatur positif atau negatif, melainkan sedatar bayangan intuisi. Menurut teori model inflasi: datarnya ruang disebabkan oleh pengembangan besar yang terjadi selama masa inflasi. Kerapatan total zat hanya sekitar seperempat dari yang dibutuhkan alam semesta untuk menjadi datar. Selama 1980 hingga 1990, banyak ahli kosmologi teoritis menyakini bahwa karena model inflasi pasti sahih, data baru akan menutup kesenjangan massa yakni perbedaan antara kerapatan total zat, yang mengarah ke alam semesta berkuvatur negatif, dan kerapatan kritis, yang tampaknya diperlukan untuk mendapatkan kosmos dengan ruang yang datar

 

Pada 1988 dua kelompok ahli astronomi yang bersaing mengumumkan hasil pengamatan baru yang menunjukkan keberadaan konstanta kosmologi yang bernilai bukan nol, bukan angka yang diajukan Einstein supaya alam semesta tetap statis, melainkan nilai yang berbeda dan menyiratkan bahwa alam semesta akan mengembang selamanya dengan laju semakin cepat. Hasil pengamatan bukan hanya menyiratkan bahwa konstanta ksomologi bukanlah nol melainkan juga memberi konstanta tersebut nilai yang membuat ruang menjadi datar. E = mc2. Banyaknya m sama dengan E dibagi s2. Kerapatan total mesti sama dengan jumlah kerapatan yang ditambah dengan kerapatan dari energi. Kerapatan total dibandingkan dengan kerapatan kritis. Jadi keduanya sama, ruang mesti datar. Model inflasi tidak peduli apakah kerapatan toal dalam ruang berasal dari kerapatan zat atau ekuivalen zat yang diberikan oleh energi dalam ruang kosong atau kombinasi keduanya. Bukti yang menunjukkan konstanta kosmologi bukan 0 dan menunjukkan energi gelap, muncul dari pengamatan ahli astronomi atas tope tertentu bintang meledak atau supernova, bintang yang riwayat berakhir dalam ledakan spektakuler, supernova tipe Ia atau SN berbeda dari tipe lain, yang terjadi ketika inti bintang masif runtuh setelah kehabisan segala kemungkinan untuk menghasilkan energi lagi dari reaksi fusi. Sebaliknya, SN IA berasal dari bintang katai putih yang merupakan anggota bintang ganda. Dua bintang yang terbentuk berdekatan akan menghabiskan hidup dalam orbit masing dan secara simultan mengitari titik pusat massanya. Bila salah satu dari dua bintang memiliki massa lebih banyak daripada bintang pasangan, bintang yang lebih masif akan lebih cepat melewati masa jaya, dan kebanyakan akan kehilangan lapisan gas bagian luar, mengguakkan pusatnya berupa katai putih, yang mengertu dan terdegenerasi, sautu objek yang lebih besar daripada Bumi tapi mengandung massa sebanyak Matahari, para ahli fisika menyebut zat di dalam katai putih terdegenerasi karena kerapatan sangat tinggi di antara 100 ribu kali kerapatan besi atau emas sehingga efek mekanika kuantum bekerja di zat secara utuh, mencegahnya untuk tidak runtuh akibat gaya gravitasi sendiri yang amat kuat. Bintang katai putih yang berada dalam orbit bersama dengan bintang pasangan yang menua akan menarik gas yang terlepas dari bintang yang pasangannya itu. Zat yang masih relatif kaya akan hidrogen terakumulasi di katai putih, yang menjadi semakin mampat dan panas, akhirnya ketika suhu mencapai 10 juta derajat, seluruh bintang mulai mengalami reaksi fusi. Akibatnya, terjadi ledakan sama dengan konsep bom hidrogen tapi triliunan kali lebih kuat menghancurkan katai putih dan menghasilkan Supernova tipe IA. SN IA terbukti bermanfaat bagi ahli astronomi karena menjadi dua hal. Pertama, supernova tipe ini menghasilkan ledakan supernova paling terang di kosmos, bila dilihat hingga jarak miliaran tahun cahaya, kedua alam menentukan batas massa maksimum yang bisa dimiliki bintang katai putih yaitu sebesar 1,4 kali massa Matahari. Zat bisa terakumulasi di permukaan bintang katai putih hanya hingga massa katai putih mencapai nilai batas. Bila batas itu tercapai, reaksi fusi meledakkan bintang katai putih dan terjadi di objek yang memiliki massa dan komposisi sama yang tersebar di penjuru alam semesta, artinya semua supernova katai putih menghasilkan keluaran energi maksimum yang hampir sama dan semuanya meredup dengan laju yang hampir sama telah mencapai kecerlangan maksimum

 

Dua hal itu memungkinkan SN IA memberi ahli astronomi objek dengan kecerlangan tinggi yang diketahui mencapai keluaran energi maksimum yang sama di mana pun muncul. Objek itu disebut sebagai lilin standar. Jarak ke supernova mempengaruhi kecerlangan saat diamati. 2 SN IA yang terlihat di 2 galaksi jauh akan tampak mencapai kecerlangan maksimum yang sama hanya jika keduanya berjarak sama. Bila salah satu berjarak 2 kali lipat dari yang lain, supernova akan mencapai seperempat kecerlangan maksimum relatif supernova yang satunya karena kecerlangan yang tampak berkurang sebanding dengan jarak. Para ahli astronomi mengetahui cara mengenali supernova tipe IA, berdasarkan penelitian rinci terhadap spektrum cahaya dari masing objek. Para astronomi dapat memperkirakan jarak supernova IA yang terletak lebih jauh hanya dengan membandingkan kecerlangan kedua objek yang relatif dekat dan jauh. Sepanjang 1990, dua tim spesialis supernova, satu di Harvard dan yang lain di Universitas California di Berkeley memperbaiki teknik dengan mencari cara mengkompensasi perbedaan kecil tapi nyata di antara SN, IA yang ditunjukkan supernova melalui rincian spektrum. Untuk mengetahui jarak ke supernova jauh, para peneliti memerlukan teleskop yang mampu mengamati galaksi jauh dengan presisi tinggi. Mereka mendapatkan di Teleskop Antariksa Hubble, yang diperbaharui pada 1993 untuk mengoreksi cermin primer yang bergeser. Para pakar supernova menggunakan teleskop landas Bumi untuk menemukan lusinan SN IA di galaksi yang terletak miliaran tahun cahaya dari Bimasakti. Mereka kemudian mengatur Teleskop Hubble untuk meyelidiki supernova yang baru ditemukan dengan lebih rinci. Mereka mendapatkan sedikit kesempatan untuk emlakukan itu dari total waktu pengamatan. Pada akhir 1990, dua tim pengamat supernova bersaing untuk memdapatkan diagram Hubble yang baru dan luas, grafik di bidang kosmologi yang menghubungkan jarak galaksi dengan kecepatan galaksi menjauhi. Para ahli astrofisika menghitung kecepatan dengan menggunakan pengetahuan mengenai efek Doppler yang mengubah warna cahaya galaksi dengan efek yang tergantung kecepatan galaksi menjauhi. Masing jarak dan kecepatan resesi (gerak menjauh) galaksi menempati satu titik di diagram Hubble. Untuk galaksi yang cukup dekat, titik itu berbaris rapat ke arah atas karena glaksi yang jauhnya dua kali lebih cepat. Perbandingan lurus antara jarak dan kecepatan resesi galaksi di ekspreksikan dalam aljabr hukum Hubble, persamaan sederhana yang menggambarkan perilaku dasar alam semesta: v = Ho X d. Dalam hal ini, V adalah kecepatan resesi d adalah jarak, dan Ho adalah konstanta universal yang disebut konstanta Hubble yang menggambarkan seluruh alam semesta pada suatu waktu. Alien yang mengamati di penjuru alam semesta, yang menyelidiki kosmos selama 14 miliar tahun setelah Ledakan Besar akan mendapati bahwa galaksi bergerak menjauh dengan kecepatan yang sesuai dengan hukum Hubble. Nilai konstanta Hubble bisa berubah seiring waktu,  diagram Hubble yang baru mencakup galaksi yang berjarak miliaran tahun cahaya akan mengungkapkan bukan hanya nilai konstanta Hubble Ho sekarang (terletak di kemiringan garis yang menghubungkan titik yang menunjukkan jarak dan kecepatan resesi galaksi) melainkan juga perbedaan laju pengembangan alam semesta sekarang dengan miliaran tahun lalu. Nilai laju pengembangan alam semesta miliaran tahun akan terlihat secara rinci di bagian atas grafik, yang titiknya menunjukkan galaksi terjauh yang pernah di amati. Diagram Hubble yang merentang hingga jarak miliaran tahun cahaya akan mengungkapkan sejarah pengembangan kosmos, yang terwujud dalam perubahan laju pengembangan

 

Hasil pengamatan supernova, yang pertama kali diumumkan pada Februari 1998, berdampak besar sehingga tak satu pun kelompok yang bisa bertahan dari skeptisme alamiah para kosmologi terhadap penggulingan model alam semesta yang diterima secara luas. SN IA terjauh paling redup, energi gelap  mengintai ruang angkasa membuat supernova mengembang. Energi yang keberadaanya sesuai dengan nilai konstanta kosmologi yang bukan nol. Kosmos berbentuk datar. Suatu alam semesta dengan nilai konstanta bukan 0 memerlukan angka satu lagi untuk menggambarkan ksomos terhadap konstanta Hubble, yang dituliskan sebagai Ho untuk menunjukkan nilai pada masa sekarang dan terhadap kerapatan rata zat yang dengan sendirinya menentukan kurvatur ruang bila konstanta kosmologi bernilai 0, menambahkan kerapatan ekuivalen yang diakibatkan energi gelap yang dengan formula Einsttein E= mc2 harus memiliki massa ekuivalen (m) karena massa punya  energi (E). Para ahli kosmolog mengekspreksikan kerapatan zat dan energi gelap dengan simbol m dan ΩA dengan Ω (huruf kapital Yunani Omega) melambangkan rasio kerapatan kosmos terhadap kerapatan kritis Ωm menunjukkan rasio kerapatan rata seluruh zat di alam semesta terhadap kerapatan kritis, sedangkan ΩA melambangkan rasio kerapatan ekuivalen dari energi gelap terhadap kerapatan kritis. Ʌ (huruf kapital Yunani Lambda) menunjukkan konstanta kosmologi. Dalam alam semesta datar, yang ruangnya berkuvatur 0, jumlah ΩM dan ΩA selalu sama dengan 1 karena kerapatan total (zat sebenarnya ditambah dengan zat ekuivalen dari energi gelap) tepat sama dengan kerapatan kritis

 

Pengamatan supernova tipe IA mengukur perbedaan antara ΩM dan ΩA.  Zat cenderung melambangkan pengembangan alam semesta, karena gravitasi menarik segala sesuatu menuju segala segala sesuatu lainnya. Semakin besar kerapatan zat, semakin kuat tarikan melambatkan pengembangan kosmos, energi gelap melakukan hal berbeda. Tidak seperti zat yang tarik menarik melambatkan pengembangan kosmos, eneri gelap memiliki sifat cenderung menyebakan ruang mengembang dan mempercepat pengembangan alam semesta. Ruang  mengembang lebih banyak energi gelap yang muncul. Nilai ΩA adalah ukuran besarnya konstanta kosmologi dan menunjukkan besar pengembangan akibat energi gelap. Ketika para ahli astronomi, mengukur hubungan antara jarak dan kecepatan resesi galaksi.  Mereka menemukan hasil pertandingan antara tarikan gravitasi dan dorongan energi gelap. Pengukuran mereka menunjukkan bahwa ΩA - ΩM = 0,46 plus minus sekitar 0,03. Sejak para astronomi menentukan ΩM sekitar 0,71 dengan demikian ΩA dan ΩM menjadi 0,96 hampir sam dengan nilai total yang diprekdiksi model inflasi. Hasil terkioni telah mempertajam nilai dan menghasilkan total penjumlahan yang semakin dekat dengan nilai 1

 

Satelit itu melakukan  pengamatan pada 2002, dan 2003 telah mengumpulkan cukup data bagi para ahli kosmolog untuk menyusun peta seluruh langit dalam gelombang mikro yang membawa sebagian besar radiasi latar belakang yang dinamai WMAP. Meskipun pengamatan awal telah mengungkapkan hasil dasar yang bisa diturunkan dari peta, petanya baru meliputi sebagian kecil langit atau hasilnya kurang detail. Peta seluruh langit dari WMAP menjadi penanda capaian upaya pemetaan dan telah memastikan untuk pertama kali dan seterusnya, ciri terpenting radiasi latar belakang. Satelit COBE, Cosmic Background Explorer terletak di hampir tidak adanya ciri khas. Perbedaan signifikan di intensitas radiasi latar belakang yang datang dari segala arah tidak akan muncul kalau belum mencapai presisi sekitar seperseribu dalam pengukuran. Satunya perbedaan yang dapat dilihat tampak sebagai intensitas yang sedikit lebih tinggi dan berpusat di satu arah tertentu, yang bersesuaian dengan intensitas yang sedikit lebih lemah dan berpusat di arah yang berlawanan. Perbedaan ini disebabkan pergerakan galaksi Bimasakti di antara galaksi lain. Efek Doppler menyebabkan menerima radiasi yang lebih sedikit lebih kuat dari arah gerak, bukan karena radiasi yang sedikit lebih kuat dari arah geeak, bukan karena radiasi memang lebih kuat, melainkan karena gerak manusia meuju radiasi latar belakang agak meningkatkan energi foton yang dideteksi. Ketika mengompensasi efek Doppler, radiasi latar belakang akan mencapai presisi yang lebih tinggi yaitu sekitar sperseratus ribu. Di level itu penyimpangan kecil di penampakan seragam akan muncul. Penyimpangan itu menunjukkann lokasi asal CBR yang tiba dengan intensitas agak lebih kuat atau lebih lemah. Perbedaan intensitas menandai arah lokasi zat yang sedikit lebih panas dan rapat atau sedikit lebih dingin dan renggang daripada nilai rata pada masa 380000 tahun setelah Ledakan Besar. Satelit COBE yang pertama melihat perbedan, instrumen yang dipasang di balon terbang dan observasi di kutub Selatan meningkatkan pengukuran kemudian satelit WMAP memberikan presisi yang lebih baik untuk menyurvei seluruh langit sehingga memungkinkan para ahli kosmologi menyusun perta rinci yang menggambarkan intensitas radiasi latar belakang. Dengan menggunakan WMAP, radiasi latar belakang dapat diamati dengan resolusi singular sekitar 1 derajat, yang belum pernah dicapai.  Penyimpangan kecil dari penampakan seragam ditunjukkan oleh satelit COBE dan WMAP. Pertama, penyimpangan itu menunjukkan benih struktur di alam semesta pada masa ketika radiasi latar belakang berhenti berinteraksi dengan zat. Daerah yang menampakkan kerapatan lebih tinggi daripada nilai rata pada masa memulai kontraksi lebih dulu dan telah mendapatkan zat terbanyak dengan memanfaatkan gravitasi. Hasil utama peta baru intensitas CBR di berbagai arah adalah verifikasi teori ahli kosmologi mengenai seberapa besar perbedaan kerapatan antar tempat di seluruh kosmos, yang diakibatkan perbedaan kerapatan yang amat kecil pada beberapa ratus ribu tahun setelah Ledakan Besar

 

Para ahli kosmologi bisa menggunakan observasi radiasi latar belakang yang baru untuk melihat fakta mendasar lainnya mengenai kosmos. Rincian peta intensitas CBR dari tempat mengungkapkan kurvatur ruang itu sendiri. Hasil itu terletak di fakta bahwa kurvatur ruang mempengaruhi bagaimana radiasi bergerak di dalamnya. Jika ruang memiliki kurvatur positif, ketika mengamati radiasi latar belakang. Garis bujur bertemu dikutub, sumber radiasi merentang dengan sudut yang lebih kecil daripada seandainya ruang datar. Ketika radiasi berhenti berinteraksi dengan zat. Pada saat itu, penyimpangan terbesar dari penampakan seragam yang telah ada di alam semesta memiliki ukuran yang dapat dihutung oleh para ahli kosmologi: umur alam semesta pada saat itu, dikalikan kecepatan cahaya lebarnya sekitar 380000 tahun cahaya. Jarak maksimum antar zarah untuk bisa saling mempengaruhi dan menghasilkan ketidakteraturan. Zarah tidak menyebabkan penyimpangan dari penampakan seragam. Seberapa besar sudut penyimpangan maksimum merentang di langit tergantung kruvatur ruang, dengan menghitung jumlah ΩM dan ΩA. Bila jumlah makin mendekati 1, kurvatur ruang makin mendekati 0, dan semakin besar sudut yang diamati penyimpangan maksimum dari penampakan seragam CBR. Kurvatur ruang hanya bergantung kepada jumlah dua Ω karena kedua jenis kerapatan menyebabkan ruang melengkung dengan cara yang sama. Pengamatan radiasi latar belakang memberi pengukuran langsung ΩM  + ΩA berbeda dengan observasi supernova yang mengukur perbedaan antara ΩM  dan ΩA

 

Data WMAP menunjukkan bahwa penyimpangan terbesar penampakan seragam CBR merentang sekitar 1 derajat. Menunjukkan bahwa ΩM + ΩA bernilai 1,02 plus minus 0,02. Jadi dengan mengingat batas akurasi eksperimen, bisa menyimpulkan bahwa ΩM + ΩA = 1 dan ruang itu datar. Hasil pengamatan SN IA yang terletak jauh bisa dinyatakan sebagai ΩM - ΩA = -,46. Jika menggabungkan hasil itu dengna kesimpulan bahwa ΩM + ΩA = 1, diperoleh ΩM = 0,27 dan ΩA = 0,73 dengan ketidakpastian beberapa persen di setiap nilai. Zat biasa atau zat gelap menyumbang 27% dari total kerapatan energi di alam semesta, dan energi gelap menyumbang 73% (massa Ekuivalen E/c2 maka energi gelap menyediakan 73% dari seluruh massa

 

Di alam semesta datar, jumlah ΩM dan ΩA selalu sama dengan 1 sehingga apabila salah satunya berubah sebagai kompensasi yang lain juga harus berubah. Selama masa kosmos tak lama setelah Ledakan Besar, energi gelap hampir tidak mempengaruhi alam semesta, ruang amat kecil, bila dibandingkan dengan era selanjutnya, sehingga nilai ΩA sedikit di atas nol sedangkan ΩM hanya sedikit di bawah 1, pada masa silam, alam semesta berperilaku kurang lebih sama seperti kosmos tanpa konstanta kosmologi. Seiring dengan berjalannya waktu ΩM terus berkurang sedangkan ΩA terus bertambah, mempertahankan jumlah konstan di nilai 1, akhirnya ratusan miliar tahun ΩM akan berkurang hingga mendekati 0 dan ΩA akan meningkat hingga mendekati 1. Jadi seluruh alam semesta datar dengan konstanta kosmologi yang nilainya bukan 0 melibatkan transisi sejak tahun pertama, ketika energi grlap tidak penting hingga periode sekarang ketika nilai ΩM dan ΩA kurang lebih sama, dan terus berlanjut hingga masa depan yang tak terbatas, ketika zat akan tersebar di seluruh ruang angkasa sehingga ΩM harus terun turun tak terhingga jauhnya menuju 0, bahkan sewaktu jumlah 2 Ω tetap sama  dengan 1

 

Massa di gugus galaksi memberi ΩM , nilai sekitar 0,25 sedangkan pengamatan CBR dan supernova jauh secara tidak langsung menunjukkan nilai yang dekat dengan 0,27. Kedua nilai bisa dikatakan sama. Jika alam semesta memiliki konstanta kosmologi yang bukan 0 dan jika konstanta bertanggung jawab bersama dengan zat atas kedataran alam semesta seperti yang diprekdiksi model inflasi, konstanta kosmologi mesti memiliki nilai yang membuat ΩA sedikit di atas 0,7 yaitu 2 setengah kali nilai ΩM, dengan kata lain ΩA kini menjadi paling sibuk menjadikan (ΩM + ΩA sama dengan1) artinya melewati era kosmos ketika zat dan konstanta kosmologi menyumbang dengan jumlah sama besar masing 0,5 dalam mempertahankan kedataran ruang. Dalam waktu tak sampai 1 dasawarsa, ledakan ganda dari supernova tipe IA dan radiasi latar belakang telah mengubah status energi gelap dari gagasan yang pernah dipertimbangkan Einstein menjadi fakta kehidupan kosmik. Bimasakti akan bergabung dengan tetangga terdekat dan membentuk satu galaksi raksasa langit malam akan berisi bintang yang mengorbit ( mati dan hidup) dan tidak ada lainnya

 Besarnya percepatan sebanding dengan jumlah energi gelap per sentimeter kubik: makin banyak energi gelap berarti makin percepatan pengembangan alam semesta. Energi gelap muncul dari peristiwa yang pasti terjadi di ruang hampa, satu bagian penting teori kuantum menyiratkan bahwa apa yang disebut ruang kosong dipenuhi zarah maya (virtual particles) yang muncul dan lenyap begitu cepat sehingga tidak pernah bisa mengindentifikasi secara langsung tapi hanya bisa mengamati efek.  Kemunculan dan menghilangnya zarah maya secara terus menerus yang disebut fluktuasi kuantum ruang hampa. Memberi energi ke ruang hampa dan menghitung banyaknya energi yang ada di setiap sentimeter kubik ruang hampa. Penerapan langsung teori kuantum kepada ruang hampa memprekdiksi bahwa fluktuasi kuantum mestinya membentuk energi gelap. Perhitungan banyaknya energi gelap yang bersembunyi  di setiap sentimeter kubik menghasilkan nilai sekitar 10.120 kali lebih besar daripada yang telah ditemukan oleh para ahli kosmologi dari pengamatan supernova dan radiasi latar belakang. Dalam situasi astronomis yang tak biasa, perhitungan yang membuktikan kesesuaian dalam batas kelipatan 10 kerap dianggap  masih bisa diterima. Seandainya ruang kosong berisi energi gelap dengan jumlah kurang  lebih sama, alam semesta telah lama memuai menjadi volume yang amat besar karena sepersekian detik sudah cukup untuk menyebarkan zat hingga mencapai kerenggangan yang tak terbayangkan. Teori dan hasil pengamatan sepakat bahwa ruang kosong berisi energi gelap, tapi tidak sepakat dalam hal jumlah energi dengan perbedaan 10.120 kali. Jarak ke galaksi terjauh melampui ukuran proton sampai 10.40 kali lipat. Angka yang sangat besar hanya akar pangkat 3 angka yang menyebabkan teori dan hasil pengamatan sekarang masih tak sepakat dalam hal nilai konstanta kosmologi

 

ΩM dan A  tak jauh berbeda besarnya, bukan salah satunya jauh lebih besar daripa yang lain. Selama semiliar tahun pertama setelah ledakan besar ΩM hampir tepat sama dengan 1 sedangkan ΩɅ pada dasarnya hampir 0. Pada masa itu ΩM jutaan lalu ribuan dan kemudian ratusan kali lipat lebih besar daripada ΩɅ, kini ΩM = 0,27 dan ΩɅ = 0,73, keduanya kurang lebih sama, meskipun ΩɅ lebih besar daripada ΩM. Jauh di masa depan lebih dari 50 miliar tahun lagi, ΩɅ ratusan, lalu ribuan, jutaan, dan kemudian miliaran kali lipat lebih besar daripada ΩM . hanya selama era kosmos sekitar 3 miliar hingga 50 miliar tahun setelah ledakan besar 2 kuantitas berdekatan besarnya satu sama lain

 

Para ahli astronomi menggunakan pendekatan logaritmik untuk waktu, membaginya ke dalam interval yang bertambah dengan faktor 10. Mula kosmos punya umur tertentu, lalu bertambah tua 10 kali lipat, lalu bertambah tua 10 kali lipat dan seterusnya hingga ke waktu yang tak terbatas, yang membutuhkan kenaikan 10 kali lipat yang tak hingga banyaknya. Misal pada masa terawal setelah ledakan besar yang penting dalam teori kuantum, yaitu 10.-43 detik setelah ledakan besar. Karena satu tahun meliputi 30 juta (3 x 10.7 detik), memerlukan sekitar 60 faktor 10 untuk bisa melewati 10.-43 detik hingga 3 miliar tahun setelah ledakan besar. Sementara , hanya membutuhkan sedikit di atas 10 kali lipat untuk berjalan dari 3 miliar ke 50 miliar tahun, satunya periode ketika ΩM hampir sama besar dengan ΩɅ. Michael Turner, ahli kosmologi Amerika, telah menyebut teka – teki itu masalah Nancy Kerringan untuk menghormati atlit seluncur indah olimpiade

 

Jumlah energi gelap akan lebih besar dan menyebabkan ΩɅ menjadi lebih tinggi daripada ΩM, bukan setelah 50 miliar tahun melainkan hanya sudah beberapa juta tahun. Pada saat itu, dalam kosmos yang didominasi oleh efek energi gelap yang menyebabkan percepatan pengembangan, zat akan cepat menyebar sehingga tidak ada galaksi, bintang atau planet yang terbentuk. Jika beramsumsi bahwa rentang waktu sejak pembentukan gumpalan zat untuk pertama kali hingga awal pembentukan kehidupan meliputi sekurangnya satu miliar tahun, membatasi konstanta kosmologi di natara 0 dan beberapa kali lipat nilai sebenarnya, dan meniadakan kemungkinan kisaran nilai yang lebih besar sampai tak terhingga. Alam semesta adalah bagain multisemesta (multiverse) yang berisi alam semesta tak terhingga banyaknya tapi tidak berinteaksi satu sama lain: dalam konsep  multisemesta, seluruh keadaan melekat ke dimensi yang lebih tinggi sehingga ruang di alam semesta lain, dan begitu pun sebaliknya.  Tergolong hipotesis yang tidak dapat diuji dan tidak dapat di verifikasi. Tidak ada interaksi menyebabkan teori multisemesta.  Dalam multisemesta, alam semesta baru terbentuk pada waktu yang benar acak, mampu mengembang menjadi volume besar karena inflasi, dan ketika itu terjadi, tidak menganggu alam semesta lain yang tak berhingga banyaknya. Dalam multisemesta, masing alam semesta lahir dengan hukum fisika dan parameter kosmos, termasuk aturan yang menentukan nilai konstanta kosmologi. Banyak alam semesta lain memiliki konstata ksomolog yang jauh lebih besar daripada konstanta kosmologi alam semesta, dan mempercepat diri menuju kondisi dengan kerapatan mendekati 0, yang tidak bagus untuk kehidupan. Hanya sebagian kecil alam semesta di multi semesta yang memiliki kondisi yang punya parameter yang mengizinkan zat untuk mengorganisasi diri menjadi galaksi, bintang, dan planet yang bertahan hingga miliaran tahun, para ahli kosmologi menyebut pendekatan untuk menjelaskan nilai konstanta kosmologi sebagai prinsip astropik lebih tepat. Pendekatan astropik mendukung keyakinan karena pendekatan itu menyiratkan peran sentral manusia: tanpa adanya manusia yang mengamati kosmos setidaknya kosmos yang diketahui tidak akan, tidak bisa, jadi kekuasaan yang lebih tinggi mestinya telah membuat segala sesuatu tepat sesuai kebutuhan. Stephen Weinberg yang dianugerahi penghargaan Nobel karena wawasan mengenai fisika zarah, tisak menyukai pendekatan tapi menyetujui, setidaknya untuk sekarang karena belum ada solusi lain yang masuk akal. Weinberg menyukai analogi dengan upaya Johannes Kepler untuk menjelaskan mengapa Matahari punya 6 planet  (seperti diyakini para astronomi pada masa itu) dan mengapa planet bergerak di orbit seperti adanya. 400 tahun setelah Kepler, para ahli astronomi masih belum mengetahui asal usul planet untuk menjelaskan jumlah persis dan orbit keluarga Matahari,  hipotesis Kepler, yang mengusulkan bahwa jarak antara orbit di sekeliling Matahari memungkinkan 1 diantara 5 bangun ruang sempurna persis muat di antara tiap pasang orbit yang berdekatan, bangun ruang tidak pas dan lebih penting lagi karena tidak punya alasan yang tepat untuk menjelaskan mengapa orbit planet harus mengikuti aturan, ahli kosmologi mencela pendekatan antropik sebagai tindakan mengalah, berlawanan dengan sejarah (karena bertentangan dengan keberhasilan fisika dalam memperjelaskan sejumlah fenomena yang misterius), dan berbahaya karena mengandung argumen teori desain cerdas. Tinggal di multi semesta yang berisi alam semesta, tapi tidak berinteraksi dengannya tidak dapat diterima, sekalipun dalam teori, sebagai dasar teori tentang alam semesta

 

Paul Steinhardt dari Princenton University membuat ekyprotik bersama dengan Neil Turok dari Cambridge University termotivasi oleh bagian fisika zarah yang disebut teori dawai (string theory), Steinhardt membayangkan alam semesta dengan 11 dimensi yang sebagian besar dimensinya terpadatkan sehingga hanya menempati ruang yang amat kecil. Namun beberapa dimensi tambahan memiliki ukuran dan arti sebenarnya. Meskipun demikian tidak dapat mendeteksi dimensi karena tetap terkunci dalam 4 dimensi.  Jika alam semesta mengisi lembaran tipis  model ini mengurangi ruang 3 dimensi menjadi 2 dimensi. Tabrakan itu menjadi ledakan besar dan terlahir galaksi dan bintang dengan selang waktu ratusan miliar tahun. Ekyprosis artinya lautan api (Yunani) mitologi Yunani yang menceritakan api besar yang melahirkan kosmos

 

2 setengah abad lalu, tak lama setelah ahli astronomi Inggris Sir William Herschel membangun teleskop besar pertama di dunia, alam semesta diketahui bukan hanya terdiri atas bintang, Matahari dan Bulan, planet, beberapa bulan Jupiter dan Saturnus,objek kabur, dan galaksi yang membentuk pita kabut putih susu di langit malam, Galaksi berasal dari Yunani galaktos, atau susu langit juga berisi objek samar, oleh sains dinamai nebula berdasarkan kata dalam bahasa Latin untuk awan. Objek itu memiliki bentuk yang tidak menentu, seperti nebula kepiting di rasi Taurus, dan nebula Andromeda, yang tampak berada di antara bintang anggota rasi Andromeda. Teleskop Herschel memiliki cermin berdiameter 48 inci, ukuran yang belum pernah ada sebelum tahun 1789, tahun ketika teleksop dibangun. Sederetan tiang penopang yang rumit untuk mendukung dan mengarahkan teleskop menjadikan alat yang kaku, tapi ketika Herschel mengarahkannya ke langit, teleskop itu melihat banyak sekali bintang penyusun Bimasakti. Dengan menggunakan teleskop 48 inci serta teleskop lain yang lebih kecil dan luwes. Herschel dan Caroline (adik) menyusun katalog deeo sky (bagian alam semesta yang jauh) yang ekstensif dan memuat nebula di belahan langit utara. Sir Jhon, putra Sir William Herschel melanjutkan tradisi keluarga ini dan menambah daftar objek belahan langit utara yang di amati ayah dan bibinya, ketika tinggal di Tanjung Harapan di ujung selatan Afrika, Sir John mencatat sekitar 1700 objek samar yang belahan langit selatan. Pada 1864, Sir John menerbitkan daftar objek di alam semesta jauh yang diketahui: A General Catologue of Nebulae and Clusters Of Stars. Katalog Nebula dan Gugus Bintang umum yang memuat 5 ribu lebih objek. Walaupun volume data katalog itu besar, orang pada zaman itu tidak mengetahui identitas nebula yang sebenarnya, jaraknya dari Bumi atau perbedaan di antara nebula. Meskipun demikian, katalog terbitan tahun 1864 memungkinkan untuk mengklasifikasikan nebula berdasarkan morfologi, yaitu menurut bentuknya. Para ahli astronomi menyebut nebula yang berbentuk spiral dengan nama nebula spiral yang berbentuk agak lonjong disebut nebula elips, dan yang berbentuk tidak beraturan disebut nebula ireguler. Mereka menyebut nebula yang tampak kecil dan bulat seperti gambaran planet di teleskop, dengan nama nebula planet. Astronomi tetap suka berterus terang, menggunakan metode deskriptif seperti yang di gunakan di bidang botani. Dengan memanfaatkan daftar bintang dan objek samar, para ahli astronomi mencari pola dan menyortir objek berdasarkan daftar. Keluarga Herschel yang berasumsi bahwa semua nebula berjarak kurang lebih sama dari Bumi karena banyak objek samar yang membentang di langit malam dengan ukuran yang mirip, jadi memperlakukan nebula dengan aturan penyortiran yang sama sudah merupakan sains yang tepat dan tidak berat sebelah. Sebagian nebula yang diklasifikasikan Herschel ternyata tidak lebih jauh daripada bintang, sehingga berukuran relatif kecil (jika triliunan kilometer bisa dianggap relatif kecil) sebagian lainnya ternyata lebih jauh sehingga berukuran lebih besar daripada objek kabur yang dekat dilangit malam keduanya tampak berukuran sama.  Instrumen sains baru, spektroskop, bergabung dalam pencarian nebula. Satunya tugas adalah memecah cahaya menjadi warna komponen pelangi. Warna dan ciri khas lain yang menyertai, bukan hanya mengungkapkan rincian komposisi kimia sumber cahaya, melainkan juga pergerakan sumber cahaya menuju atau menjauhi Bumi, berkat fenomena yang disebut efek Doppler. Spektroskopi mengungkapkan hal yang luar biasa: hampir semua nebula spiral, yang mendominasi di luar area Bimasakti, bergerak sangat cepat menjauhi Bumi. Semua nebula planet dan sebagian besar nebula irreguler bergerak relatif lambat sebagian mendekati dan sebagain menjauhi. Eksodus nebula tetap berlangsung. Kemajuan paling pesat di astronomi, sebagaimana di sains, di dorong oleh ahdirnya teknologi yang lebih maju

 

Pada awal 1920, satu instrumen penting lain muncul: Teleskop Hooker berdiameter 100 inci di observatorium Mount Wilson di dekat Pasadena, California. Pada 1923, ahli astronomi Amerika Edwin P, Hubble menggunakan teleskop terbesar sedunia pada zamannya untuk mencari bintang jenis khusus, yaitu bintang variabel Cepheid, di nebula Andromeda. Bintang variabel tipe manapun berubah kecerlangannya mengikuti pola tertentu, bintang variabel Cepheid, yang dinamai berdasarkan protipe kelas bintang yaitu 1 bintang di rasi Cepheus, sangat terang sehinnga dapat dilihat dari jarak jauh. Karena kecerlangan berubah dalam siklus yang mudah dikenali, kesabaran dan ketekunan akan membuahkan hasil pengamat yang cermat. Bimasakti memperkirakan jarak bintang. Cepheid di Andromeda jauh lebih redup daripada yang sudah ditemukan di Bimasakti. Bintang variabel Chepeid dan nebula Andromeda tempat si bintang ditemukan, terletak lebih jauh daripada bintang Cepheid di Bimasakti. Hubble menyadari bahwa nebula Andromkeda berada di jarak yang amat jauh sehingga tidak mungkin berada di antara bintang anggota rasi Andromeda, atau di dalam galaksi Bimasakti dan tidak terlempar keluar bersama dengan nebula spiral lain saat terjadi ledakan. Penemuan Hubble menunjukkan bahwa nebula spiral adalah sistem bintang tersendiri, berisi bintang seperti Bimasakti. Jika dinyatakan dalam ungkapan filsuf Immanuel Kant. Hubble telah menunjukkan bahwa lusinan pulau kosmik mesti berada di luar sistem bintang, dan objek di Andromeda hanya yang pertam di daftar nebula spiral yang sudah diketahui. Nebula andromeda sebenarnya adalah galaksi Andromeda

 

Pada 1936, pulau kosmik telah banyak di indentifikasi dan dipotret dengan Teleskop Hooker dan teleskop besar lain sehingga Hubble memutukan untuk mencoba menyortit menurut morfologi, analisisnya mengenai tipe galaksi bersandar kepada asumsi yang belum diuji bahwa variasi bentuk galaksi menunjukkan jalur evolusi sejak kelahiran hingga akhir riwayat galaksi. Dalam buku Realm of the Nebulae, yang diterbitkan pada 1936, Hubbl mengklasifikasikan galaksi dengan menempatkan tipe yang berbeda sepanjang diagram yang berbentuk menyerupai garpu tala: gagangnya mewakili galaksi elips, dengan galaksi elips yang pipih di dekat titik semua dua gigi garpu. Di sepanjang 1 gigi terletak galaksi spiral biasa: galaksi di dekat gagang memiliki lengan spiral yang melilit rapat dan makin mendekati ujung gigi garpu tala galski memiliki lengan galaksi spiral yang makin renggang. Di sepanjang gigi yang satu lagi terletak galaksi spiral bagian pusatnya memperlihatkan batan tapi hal lainnya serupa dengan galaksi spiral biasa. Hubble membayangkan galaksi memulai kehidupan sebagai galaksi elips yang bundar lalu menjadi pipih dan semakin pipih seiring dengan perubahan bentuk dan akhirnya menampakkan struktur spiral yang perlahan membentang seiring dengan berlalunya waktu. Bukan hanya seluruh kelas galaksi irreguler tidak masuk dalam skema. Bintang tertua di setiap galaksi berumur hampir sama. Semua galaksi terbentuk pada era yang sama dan sejarah alam semesta. Selama 3 dasawarsa (dans ebagian kesempatan penelitian telah hilang akibat Perang Dunia II), para ahli astronomi mengamati dan mengatalogkan galaksi sebagai galaksi elips, spiral dan spiral berbatang sesuai dengan diagram garpu tala Hubble, sedangkan galaksi irreguler menjadi sub kelompok minor, berada di luar diagram karena bentuknya aneh. Terkait galaksi elips, mungkin seperti yang dikatakan Ronald Reagan emngenai hutan pohon redwood California, bahwa ketika sudah melihat 1 sama lain dalam hal tidak memiliki pola lengan spiral yang mencirikan galaksi spiral dan galajsi spiral berbatang, dan tidak memiliki awan gas dan debu raksasa antar bintang yang melahirkan bintang baru. Di galaksi itu, pembentukan bintang telah berhenti miliaran tahun lalu, menyisakan kumpulan bintang yang membentuk bola atau elipsoid. Masing galaksi elips terbesar, seperti halnya galaksi spiral terbesar, berisi ratusan miliar bintang bahkan mungkin 1 triliun atau lebih dan berdiameter sekitar 100 ribu tahun cahaya, selain ahli astronomi profesional, belum pernah ada yang mengeluhkan pola fantastis dan sejarah pembentukan bintang yang kompleks di galaksi elips spiral, bahwa galaksi elips punya bentuk sederhana dan pembentukan bintang yang tidak rumit: galaksi itu mengubah gas dan debu menjadi bintang hingga tidak bisa lagi melakukannya. Galaksi spiral dan galaksi berbatang menyediakan keceriaan visual yang tidak ada di galaksi elips. Wahana bisa bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya akan membutuhkan waktu lama, jauh lebih lama dari rentang catatan sejarah zaman sekarang untuk memperoleh hasil yang diinginkan. Para ahli astronomi melanjutkan pemetaan Bimaksakti dari dalam, membuat sketsa galaksi dengna melukiskan bintang dan nebula, upaya ini mengungkapkan bahwa galaksi sangat mirip dengan tetangga besar terdekat yaitu galaksi Spiral raksasa di rasi Andromeda. Berjarak 2,4 tahun cahaya, galaksi Andromeda telah menyediakan banyak sekali informasi mengenai pola struktur dasar galaksi sporal serta berbagai tipe bintang dan evolusi. Karena semua bintang di galaksi Andromeda berjarak sama dengan manusia (plus minus beberapa persen), ahli astronomi mengetahui bahwa kecerlangan bintang sebanding dengan luminositas yaitu banyaknya energi yang dipancarkan tiap detik

 

2 satelit berbentuk elips yang mengorbit galaksi Andromeda, masing mengandung beberapa persen dari jumlah bintang di galaksi utama, juga telah menyediakan informasi penting tentang kehidupan bintang dan struktur keseluruhan galaksi elips. Garis bentuk galaksi Andromeda bisa dilihat dengan mata telanjang. Galaksi Andromeda menemapati pertengahan salah satu cabang di diagram garpu tala Hubble karena lengan spiral tidak rapat atau renggang. Mempelajari citra salah satu galaski yang diambil dengan Teleksop Hubble, biasanya untuk galaksi dekat dilihat dari jarak 10 atau 20 juta tahun cahaya, berarti memasuki dunia yang pemandangannya begitu kaya akan kemungkinan, begitu jauh terpisah dari kehidupan di Bumi, akan kemungkinan begitu jauh terpisah dari kehidupan di Bumi, begitu rumit dalam struktur. Galaksi irreguler merupakan 10% dari keseluruhan galaksi., sisanya terbagi ke dalam galaksi spiral dan elips dengan lebih banyak  yang tergolong galaksi spiral. Galaksi irreguler memiliki perbandingan gas dan debu yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan galaksi spiral, dan menyediakan lokasi paling giat membentuk bintang. Bimasakti memiliki 2 galaksi satelit, keduanya terbentuk tidak beraturan, dinamai awan Magellan karena orang kulit putih pertama yang memperhatikan yaitu para pelaut yang berlayar mengelilingi Bumi bernama Magellan (Fernao Magellan) pada 1520, mula menyangka melihat seberkas awan di langit. Awan Magelan berada dekat dengan Kutub selatan langit tidak yang tepat berada di atas kutub selatan Bumi sehingga tidak pernah terlihat berada di atas cakrawala oleh pengamat di belahan Bumi utara yang paling padat penduduk, termasuk Eropa dan sebagian besar Amerika serikat. Masing Awan Magellan mengandung miliaran bintang, meski tidak sampai ratusan miliar bintang seperti Bimasakti dan galaksi besar lain. Memperlihatkan daerah pembentukan bintang yang amat luas, di antaranya yang paling jelas adalah nebula Tarantula. Galaksi ini mendapatkan kehormatan untuk mengungkapkan Supernova terdekat dan paling terang selama 3 abad terakhir, yaitu Supernova 1987A, yang mestinya sudah meledak sekitar tahun 160000 SM karena cahaya sampai di Bumi pada 1987. Hingga 1960 para ahli astronomi mengelompokkan hampir semua galaksi menjadi galaksi spiral, spiral berbatang, elips atau irreguler. 99% lebih galaksi masuk ke salah satu kelas (salah satu kelas disebut irreguler) namun pada dasawarsa, ahli astronomi Amerika, Halton Arp menjadi pendukung galaksi yang tidak cocok dengna skema klasifikasi sederhana diagram garpu tala Hubble plus galaksi ireguler. Arp menggunakan teleskop terbesar sedunia, yaitu Teleskop Hale 200 inci di Observatorium Palomar di dekat San Diego, California untuk memotret 338 sistem yang tampak ganjil. Atlas of Peculiar Galaxies karya Arp yang diterbitkan pada 1966 benar menjadi peta harta karun penuh peluang penelitian mengenai  apa yang tak beres di alam semesta. Walaupun galaksi ganjil, yang didefinisikan sebagai galaksi berbentuk aneh sampai galaksi irreguler tidak cocok digunakan untuk menyebutnya, hanyalah kelompok minor di antara seluruh galaksi, galaksi tersebut membawa informasi mengenai apa yang bisa menjadi tak beres di galaksi. Banyak galaksi ganjil di atlas Arp rupanya adalah gabungan 2 galaksi terpisah yang kemudian bertabrakan. Artinya galaksi ganjil bukan jenis galaksi yang berbeda

 

Simulasi komputer pertama kali dilakukan pada awal 1960 dan meski ahli astronomi Swedia Erik Holmberg membuat percobaan cerdas pada 1940 dengan reka ulang tabrakan galaksi di atas meja menggunakan cahaya yang mewakili gravitasi, pada 1972 Alar dan Juri Toomre yang mengajar di MIT, menghasilkan gambar pertama tabrakan sederhana antara 2 galaksi spiral. Model Toomre menunjukkan bahwa gaya pasang surut, perbedaan gravitasi antara 1 tempat dengan tempat lainnya merobek kedua galaksi. Seiring dengan semakin dekat galaksi dengna galaksi, gaya gravitasi dengan cepat menjadi semakin kuat sebelum terjadi tabrakan, meregangkan dan melengkungkan kedua galaksi kala saling menembus. Peregangan dan pelengkungan menghasilkan bentuk aneh di atlas galaksi ganjil Arp. Diagram garpu tala Hubble membedakan galaksi spiral normal dengan galaksi spiral yang menunjukkan batang sarat bintang di bagian pusat. Simulasi menunjukkan bahwa batang itu bisa jadi hanya sementara, bukan pembeda jenis galaksi. Pengamat galaksi spiral zaman sekarang mungkin hanya memotret galaksi dalam suatu tahap yang akan menghilang dalam waktu sekitar 100 jtua tahun. Jangka waktu semiliar tahun bisa disingkat menjadi beberapa menit

 

Galaksi ganjil Arp mulai dikenali pada 1960 dan bukan benar galaksi. Galaksi spiral berjarak sekitar 30000 tahun cahaya dari pusat dan 20000 tahun cahaya dari tepi luarnya. Berkat aturan umum di galaksi spiral, yang pertama berlaku kepada awan gas yang melahirkan bintang. Matahari bergerak di orbit yang berbentuk nyaris lingkaran dan mengitari pusat Bimasakti, dengan sekali keliling memakan waktu 240 juta tahun (tahun kosmik). setiap 20 kali mengelilingi pusat Bimasakti semenjak kelahiran. Matahari tetap beredar selama sekitar 20 keliling lagi sebelum berhenti

Di seluruh alam semesta, zat terus menerus mengatur diri menjadi struktur dari distribusi yang nyaris seragam sesaat setelah ledakan besar, zat berkumpul menajdi berbagai skala ukuran dan menghasilkan gugus galaksi raksasa dan supergugus galaksi serta galaksi tersendiri di dalam gugus, kumpulan miliaran bintang di setiap galaksi dan objek yang jauh lebih kecil, planet, satelit, planet, asteroid dan komet yang mengorbit banyak, kalau bukan sebagian besar, bintang di dalam galaksi. Mekanisme yang mengubah zat semula tersebar di alam semesta menjadi komponen berstruktur tinggi. Kosmos membutuhkan 2 aspek realitas kombinasi. Mekanika kuantum, menggambarkan perilaku, molekul, atom, dan zarah penyusun, cocok dengan teori relativitas umum, yang menggambarkan bagaimana zat berjumlah amat besar dan ruang saling mempengaruhi. Upaya untuk menciptakan teori tunggal yang akan menyatukan pengetahuan mengenai hal kecil ska subatom dan hal besar skala astronomis dimulai oleh Albert Einstein. Upaya itu dilanjutkan. Para ahli kosmologi modern merasa kekurangan teori yang bisa menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas umum. 2 cabang fisika yang tampaknya tidak mungkin berpadu mengenai hal yang kecil dan hal yang besar. Suatu galaksi berisi 100 miliar bintang tampaknya tidak peduli fisika atom dan molekul yang menyusun sistem bintang dan awas gas. Kumpulan zat yang bahkan lebih besar disebut gugus dan super gugus galaksi, yang berisi ratusan galaksi dan kadang ribuan galaksi. Namun struktur terbesar di alam semesta ada berkat fluktuasi kuantum yang kecil di kosmos purba

 

Para ahli astrofisika berasumsi bahwa distribusi zat di alam semesta adalah homogen dan isotropik. Dalam alam semesta yang homogen, setiap lokasi tampak sama dengan lokasi lain. Alam semesta yang isotropik adalah alam semesta yang tampak sama di segala arah bila dilihat dari titik mana pun dalam ruang dan waktu. Garis bujur di Bumi tidak homogen karena garis itu saling  menjauh di sebagian daerah dan saling mendekat di daerah lain: garis itu isotropik hanya di dua lokasi: yaitu Kutub Utara dan Selatan tempat bertemunya semua garis bujur. Analisis matematika menunjukkan bahwa ruang hanya akan homogen bila isotropik dimana – mana. Teorama matematika formal yang lain menyatakan bahwa jika ruang itu isotropik di 3 lokasi, maka ruang tersebut pasti isotropik di mana – mana. Bumi planet padat yang kerapatan zat mendekati 5,5 gram per sentimeter kubik. Matahari memiliki 1,4 gram persentimeter kubik. Namun ruang di antara Bumi dan Matahari memiliki kerapatan rata yang lebih kecil, lebih kecil sekitar 1 miliar triliun kali lipat. Ruang antar galaksi, yang menyumbang sebagian besar volume alam semesta, mengandung kurang daripada 1 atom di setiap 10 meter kubik. Kerapatan jauh di bawah kerapatan ruang antarplanet sampai 1 miliar kali lipat

 

Galaksi bimasakti tersusun dari bintang terapung di ruang antar bintang yang nyaris kosong. Galaksi juga berkelompok membentuk gugus yang melanggar asumsi homogen dan isotropik, namun harapan masih ada ketika para ahli astrofisika memetakan zat tampak dalam skala terbesar, mereka akan menemukan bahwa gugus galaksi memiliki distribusi homogen dan isotropik. Supaya homogenitas dan isotropi ada di dalam suatu area di ruang jagat raya, area itu harus cukup besar sehingga tidak ada/sedikit struktur di dalamnya. Planet bumi berdiameter 0,04 detik cahaya. Orbit Neptunus membentang 8 jam cahaya. Bintang di galaksi Bimasakti membentuk piringan pipih dan luas berdiameter sekitar 100000 tahun cahaya. Supergugus galaksi virgo, tempat galaksi Bimasakti berada, membentang sekitar60 juta tahun cahaya. Volume yang diperlukan untuk mendapatkan homogenitas dan isotropi harus lebih besar daripada supergugus Virgo. Ketika ahli astrofisika menyurvei distribusi galaksi di ruang jagat raya, mereka menemukan bahwa sekalipun sudah dalam skala sebesar, 100 juta tahun cahaya, kosmos memperlihatkan ruang luas yang relatif kosong, dibatasi oleh galaksi yang mengatur diri menjadi lembar dan filamen yang berpotongan

 

Para astrofika terus membuat peta di skala besar dan akhirnya menemukan homogenitasi dan isotropi yang dicari. Isi sampel alam semesta berdiameter 300 juta tahun cahaya memang seragam dengan sampel lain yang berukuran sama, memenuhi kriteria estetika untuk kosmos telah lama dicari. Namun, di skala yang lebih kecil, segala sesautu tentu telah mengelompokkan diri sehingga distribusi zat menjadi tidak homogen dan tidak isotropik. 3 abad lalu Isaac Newton memikirkan pertanyaan bagaimana zat mendapatkan struktur. Akal kreatif mudah memahami konsep alam semesta homogen dan isotropik. Alam semesta mestinya tidak terbatas. Pada 1962 Newton menulis surat kepada Richard Bentley, kepada Trinity College Cambridge University dan mengusulkan bahwa: seluruh zat di alam semesta tersebar rata di penjuru langit, dan setiap zarah memiliki gravitasi bawaan yang dikerahkan kepada zarah lainnya, dan ruang tempat zat tersebut tersebar adalah terbatas, maka zat di luar ruang akan di dorong gravitasi menuju seluruh zat di dalam ruang dan sebagai konsekuensi jatuh ke tengah ruang dan disana terbentuk satu massa besar berbentuk bola. Namun jika tersebar merata di ruang yang tak terbatas, seluruh zat tidak akan pernah berkumpul menjadi 1 massa, sebagiamana sebagiannya akan berkumpul menjadi 1 massa dan sebagian lain menjadi massa lain, sehingga terbentuk banyak sekali massa besar, tersebar dengan jarak yang jauh di seluruh ruang tak terbatas

 

Newton beranggapan bahwa alam semesta tak terbatas mestinya statis, tidak mengembang/mengerut. Di alam semesta, objek berkumpul akibat gaya gravitasi tarikan yang dikerahkan setiap objek bermassa kepada seluruh objek lain. Pada permulaan alam semesta, kosmos mengembang cepat hingga alam semesta homogen dan isotropik dalam skala, gravitasi tidak akan pernah punya kesempatan untuk menang. Tidak akan ada galaksi, bintang, planet, atau manusia, hanya atom yang tersebar dimana di ruang antariksa kosmos yang menjemukkan, tidak ada pengagum dan objek yang dikagumi. Namun alam semesta menarik karena inhomogenitas dan anisotropi muncul pada momen terawal kosmos, yang menjadi pembuka untuk seluruh zat dan energi, karena tanpanya alam semesta akan mencegah gravitasi mengumpulkan zat untuk membentuk struktur di alam semesta. Perbedaan inhomogenitas dan anisotropi karena mekanika kuantum. Mekanika kuantum menunjukkan skala ukuran terkecil, tidak ada distribusi zat akan muncul, menghilang, dan muncul kembali dalam jumlah yang berbeda, ketika zat menjadi zarah yang menghilang dan muncul kembali. Pada waktu tertentu, sebagian area di ruang kosmos akan memiliki lebih banyak zarah, dan dengan demikian berarti lebih rapat, daripada area lain. Dengan gravitasi, daerah yang agak lebih padat berpeluang menarik lebih banyak zarah, dan seiring berjalannya waktu kosmos berangsur mengubah daerah menjadi struktur

 

Era inflasi ketika alam semesta mengembang dengan laju yang mengejutkan dan masa pemisahan sekitar 380000 tahun setelah ledakan besar, ketika radiasi latar belakang berhenti berinteraski dengan zat. Era inflasi berlangsung sekitar 10.-37 detik hingga 10.-33 detik setelah ledakan besar, selama rentang waktu yang relatif singkat, rung dan waktu mengembang lebih cepat daripada kecepatan cahaya dalam waktu sepermiliar triliun triliun detik mengembang dari ukuran 100 miliar kali lipat lebih kecil daripada ukuran proton menjadi sekitar 10 sentimeter. Penyebab inflasi kosmik karena transisi fase yang meninggalkan ciri spesifik dan bisa di amati di radiasi latar belakang. Transisi sering terjadi rumah ketika membekukan air untuk membuat es batu dan mendidihkan air untuk menghasilkan uap. Air gula membentuk untaian kristal gula di dalam air. Adonan yang basah dan lengket berubah menjadi kue setelah dipanggang. Telihat pola. Tampak jauh berbeda di kedua sisi transisi fase. Model inflasi alam semesta menegaskan bahwa ketika alam semesta masih muda, medan energi yang kuat mengalami 1 transisi fase, salah satu di antara beberapa yang akan terjadi sepanjang massa awal. Memberi kosmos pola daerah dengan kerapatan tingi dan rendah yang berfluktuasi. Fluktuasi berhenti dan menjadi tatanan ruang kosmos yang mengembang, menciptakan semacam cetak biru yang pada akhirnya membentuk galaksi. Fluktuasi awal terjadi selama era, akibat mekanika kuantum yang tak terelakkan, yang menunjukkan bahwa variasi kecil antara tempat satu dengan yang lain akan selalu muncul dalam fluida homogen dan isotropik mestinya telah berpeluang menjadi daerah dengan konsentrasi zat dan energi yang tinggi dan rendah. Radiasi latar belakang membedakan dan menghubungkan zaman sekarang dengan momen pertama alam semesta. Radiasi latar belakang terdiri atas foton yang dibangkitkan selama menit pertama setelah ledakan besar. Pada awal sejarah alam semesta, foton berinteraksi dengan zat, menghantam dengan hebat atom mana yang kebetulan terbentuk sehingga tidak ada atom yang bisa bertahan lama. Namun pengembangan alam semesta yang terus berlanjut mengakibatkan berkurangnya energi foton yang memiliki cukup energi untuk mencegah elektron mengorbit proton dan inti helium. Sejak saat itu, 380000 tahun semenjak ledakan besar, atom bertahan kecuali jika mendapat gangguan lokal, misal radiasi dari bintang dekat, sedangkan foton yang energinya terus berkurang tetap mengembnara di alam semesta, bersama membentuk radiasi latar belakang atau CBR. CBR membawa jejak sejarah, potret wujud alam semesta pada masa pemisahan. Para ahli astrofisika telah mempelajari cara menyelidiki potret dengan akurasi yang terus meningkat. Pertama, fakta bahwa CBR itu ada menunjukkan bahwa pemahaman dasar mereka mengenai sejarah alam semesta sudah benar. Kemudian setelah bertahun meningkatkan kemampuan mengukur radiasi latar belakang, instrumen rumit yang dibawa balon terbang dan satelit memberi peta penyimpangan kecil dari homogenitasi CBR. Peta itu menampilkan catatan fluktuasi yang semula amat kecil kemudian meningkat seiring dengan pengembangan alam semesta beberapa ratus ribu tahun setelah era inflasi, dan kemudian selama miliaran tahun berikutnya berubah menjadi distribusi zat skala besar di Kosmos. Mengetahui lokasi area berjarak 14 miliar tahun cahaya ke semua arah dengan kerapatan agak lebih tinggiyang menjadi gugus dan super gugus galaksi. Area dengan kerapatan lebih tinggi daripada rata menyisakan foton agak lebih banyak daripada area berkerapatan rendah. Ketika kosmos menjadi transparan, berkat hilangnya energi yang membuat foton tidak mampu berinteraksi dengan atom yang baru terbentuk, masing foton memulai perjalanan yang akan membawa jauh dari titik asal. Foton dari area sekitar telah menempuh jarak 14 miliar tahun cahaya di segala penjuru, membentuk sebagian  CBR yang sedang diteliti oleh peradaban jauh di ujung alam semesta, dan foton setelah mencapai instrumen, menunjukkan penampakan segala sesuatu pada masa lampau, pada amsa ketika struktur baru mulai terbentuk

 

Selama ¼ abad lebih setelah pendekatan CBR pertama pada 1965, para ahli astrofisika mencari anistropi CBR dari sudut pandang teori, mereka perlu mendapatkan karena tanpa keberadaan anisotropi di level beberapa bagian per 100 ribu, model dasar kemunculan struktur akan kehilangan kesahihan. Mereka menemukan satelit COBE pada 1992, dengan instrumen yang lebih teliti dan dipasang di balot satelit WMAP. Fluktuasi kecil di banyak foton gelombang mikro dari satu tempat ke tempat lain yang membentuk CBR digambarkan oleh WMAP dengan presisi mengesankan, menambah rekaman fluktuasi kosmik pada masa 380000 tahun setelah ledakan besar. Fluktuasi itu umumnya antara beberapa perseratus ribu derajat lebih atau dibawah suhu rata radiasi latar belakang. Anisotropi bisa mendorong terjadinya segala hal. Di peta radiasi latar belakang WMAP, titik panas yang lebih besar menunjukkan  lokasi gravitasi mengalahkan kecenderungan memencar di alam semesta yang tengah mengembang dan mengumpulkan zat yang cukup banyak untuk membangun supergugus. Daerah itu sekarang telah berkembang dan berisi sekitar 1000 galaksi, masing berisi 100 miliar bintang. Jika tambahan zat gelap ke dalam supergugus, massa total akan setara dengan 10.16 Matahari, sebaliknya titik dingin yang lebih besar, yang tidak melawan pengembangan alam semesta, berubah menjadi nyaris tanpa struktur masif. Para ahli astrofisika menyebut daerah itu void, istilah yang mendapatkan makna karena dikelilingi sesuatu yang bukan void. Jad lembaran dan filamen galaksi yang ditelusuri di langit bukan hanya membentuk gugus di tempat pertemuan, melainkan juga menunjukkan dinding dan bentuk geometri lain yang membatasi daerah kosong di kosmos. Mulai 380000 tahun setelah ledakan besar hingga sekitar 200 jtua tahun kemudian, zat terus berkumpul, tapi tidak ada yang bersinar di alam semesta. Bintang pertama masih belum dilahirkan.  Selama abad kegelapan kosmik itu, alam semesta hanya berisi apa yang dibuatnya selama beberapa menit pertama. Hidrogen dan helium serta sedikit lithium. Dengan tiadanya unsur yang lebih berat belum ada karbon, nitrogen, oksigen, natrium, kalsium, atau unsur yang lebih berat. Kosmos tidak mengandung atom atau molekul yang kini lazim ditemui dan bisa menyerap cahaya kala bintang mulai bersinar. Keberadaan atom dan molekul, cahaya dari bintang yang baru terbentuk akan mengerahkan tekanan yang mendorong keluar sejumlah besar gas, yang kalau tidak didorong akan jatuh ke bintang. Dorongan itu membatasi massa maksimum bintang yang baru lahir menjadi dibawah 100 kali massa Matahari. Namun, ketika bintang pertama terbentuk, dalam ketidakhadiran atom dan molekul yang akan menyerap cahaya bintang, gas yang rutuh hampir keseluruhannya terdiri atas hidrogen dan helium, dan menambah keluaran bintang. Itu memungkinkan beberapa ratus atau mungkin malah beberapa ribu kali massa Matahari. Bintang bermassa besar menjalani hidup di jalur cepat, dan bintang yang paling masif paling cepat. Bintang itu mengubah zat menjadi energi dengan laju yang amat mengesankan, saat mereka memproduksi unsur berat dan mati muda dalam ledakan. Usia harapan hidup tak melebihi beberapa juta tahun, tak sampai seperseribu usia harapan hidup Matahari. Pada masa sekarang, tidak akan menemukan bintang masif dari era tersebut karena sudah habis membakar seluruh zat dahulu sekali dan kini dengan unsur yang lebih berat banyak dijumpai di seluruh alam semesta, bintang bermassa paling besar seperti dahulu tidak bisa terbentuk sama sekali. Bahkan tak satu pun bintang raksasa bermassa besar pernah di amati. Namun menetapkan mereka untuk bertanggung jawab sebagai yang mula memberi alam semesta hampir semua unsur familier yang kini dinikmati dengna Cuma termasuk karbon, oksigen, nitrogen, silikon, dan besi, namun benih kehidupan dimulai dengan bintang masif generasi pertama yang telah lama mati

 

Selama beberapa miliar tahun pertama setelah massa pemisahan, keruntuhan yang diakibatkan gravitasi berlanjut dengan bebas karena gravitasi menarik zat hampir di seluruh skala. Salah satu hasil gravitasi adalah pembentukan lubang hitam supermasif, masing bermassa jutaan tahun miliaran kali massa Matahari. Lubang hitam semasif itu berukuran sekitar ukuran orbit Neptunus dan mengacaukan lingkungan baru. Awan gas yang tertarik ke arah lubang hitam ingin melaju kencang tapi tidak bisa karena banyak penghalang, sebaliknya awan itu menghantam dan bergesekan dengan apapun di hadapannya seraya turun berputar menuju lubang hitam dalam pusaran, tepat sebelum awan itu lenyap sebelumnya, tumbukan dalam zat yang telah menjadi teramat panas memancarkan energi yang amat besar, miliaran kali kecerlangan Matahari, seluruhnya dalam lingkup volume sebesar tata surya, semburan zat dan radiasi yang dahsyat dimuntahkan, terlontar hingga ratusan ribu tahun cahaya di atas dan di bawah pusaran gas, ketika energi menembus dan lolos dari corong pusaran dengan segala cara. Ketika 1 awan telah terisap, sementara awan lain masih menunggu sambil mengorbit, kecerlangan sistem itu naik turun, menjadi lebih terang dan lebih redup dalam hitungan jam, hari atau minggu. Jika semburan itu mengarah tepat, sistem itu akan tampak lebih terang lagi, dan energinya lebih berubah, daripada bila semburannya mengarah ke tepi. Jika diamati dari jarak lumayan jauh, semua lubang hitam itu plus kombinasi zat yang sedang jatuh ke dalamnya akan tampak sangat kecil dan terang bila dibandingkan dengan galaksi yang di lihat sekarang, yang telah diciptakan alam semesta, objek yang kelahirannya baru saja dijabarkan dalam kata adalah kuasar

 

Kuasar ditemukan sepanjang awal tahun 1960, ketika para ahli astronomi mulai menggunakan teleskop yang dilengkapi dengan detektor yang peka terhadap radiasi tak tampak, seperti gelombang radio dan sinar X. Potret galaksi dari teleskop mengandung informasi mengenai penampakan galaksi dalam pita spektrum elektromagnetik lain. Bila informasi itu dikombinasikan dengan perkembangan lebih lanjut di bidang emulsi fotografi, muncul kumpulan jenis galaksi baru dari kedalaman antariksa. Objek yang di fotonya tampak seperti bintang biasa tapi sungguh berbeda dengan bintang menghasilkan gelombang radio yang amat kuat. Istilah yang digunakan untuk objek itu adalah quasi stellar radio source atau sumber radio kuasi bintang istilah yang disingkat menjadi kuasar. Yang lebih mengagumkan daripada emisi radio dari objek itu adalah jaraknya, sebagai kelompok, kuasar rupanya adalah objek terjauh di alam semesta. Karena sedemikian kecil tapi masih bisa dilihat dari jarak sangat jauh, berarti kuasar mestinya adalah objek jenis baru. Ukurannya tak lebih besar daripada tata surya. Redup sekalipun masih lebih terang daripada rata galaksi di alam semesta. Pada awal 1970,  para ahli astofisika telah menyepakati bahwa lubang hitam supermasif adalah mesin kuasar, melahap segala yang ada di dekatnya dengan gravitasi. Model lubang hitam bisa menunjukkan ukuran dan terangnya kuasar tapi tidak menjelaskan apa perihal sumber makannya, baru setelah 1980 para ahli astrofisika mulai memahami lingkungan kuasar karena luminositas bagian pusat kuasar sangat tinggi sehingga menghalangi pemandangan sekelilingnya lebih redup. Namun dengan teknologi baru yang bisa menutupi cahaya dari pusat kuasar, para ahli astrofisika bisa mendeteksi serabut di sekeliling sebagian kuasar redup. Seiring dengan perkembangan taktik dan teknologi deteksi, setiap kuasar menampakkan serabut, sebagian kuasar bahkan merupakan struktur spiral. Rupanya kuasar bukan objek jenis baru, tapi inti galaksi

 

Pada April 1990, Badan Antariksa dan Aeronautika Amerika (NASA) meluncurkan salah satu instrumen astronomi termahal Teleskop Hubble berukuran besar diarahkan dengan perintah yang dikirim dari Bumi, Teleskop Hubble punya keunggulan yaitu mengorbit di luar atmosfer. Begitu astronot selesai memasang lensa untuk mengoreksi kesalahan di cermin primer, teleskop tersebut bisa mengintai area galaksi biasa yang belum dipetakan, termasuk bagian pusat. Ketika melihat pusat galaksi, Teleskop Hubble mendapati bintang bergerak cepat sekali untuk tingkat kekuatan gravitasi yang disimpulkan dari cahaya tampak bintang lain di dekatnya, gravitasi kuat area kecil (lubang hitam). Demi galaksi lusinan  jumlahnya memiliki bintang yang melaju kencang di bagian pusat. Teleksop Hubble melihat pusat galaksi dengna jelas, ada bintang yang seperti itu. Setiap galaksi dihuni lubang hitam supermasif, yang barangkali telah berlaku sebagai benih gravitasi yang mengumpulkan zat lain di sekeliling atau mungkin telah dibentuk kemudian oleh zat yang mengalir masuk dari bagian luar galaksi. Namun tidak semua galaksi adalah kuasar pada masa muda

 

Sebagian galaksi memulai hidupnya sebagai kuasar. Supaya menjadi kuasar, yang sesungguhnya hanya inti yang tampak terang di galaksi biasa, sistem itu seharusnya bukan hanya punya lubang hitam masif, melainkan juga pasokan gas yang memadai. Begitu lubang hitam supermasif  menelan semua makanan yang tersedia, dan menyisakan bintang dan gas di orbit aman yang jauh, kuasar itu berhenti. Mendapatkan galaksi jinak dengan lubang hitam tidur di bagian pusat. Para ahli astronomi telah menemukan tipe objek baru, diklasifikasikan sebagai pertengahan antara kuasar dan galaksi normal, yang sifatnya juga tergantung kepada perilaku lubang hitam supermasif. Kadang aliran zat yang jatuh ke dalam lubang hitam di pusat galaksi mengalir perlahan dan teratur. Pada waktu lain tidak teratur. Sistem semacam itu termasuk kelompok galaksi yang intinya aktif tapi tidak buas. Setelah bertahun muncul nama berbagai jenis: LINER (low ionization nuclear emission line regions atau inti galaksi yang garis emisi berasal dari ionisasi lemah), galaksi Seyfert, galaksi N, dan blazat. Semua objek itu umumnya disebut AGN, singkatan yang diciptakan ahli astrofisika untuk galaksi berinti aktif atau device galactic nucleus. Tak seperti kuasar, yang hanya muncul di jarak yang sangat jauh, AGN muncul baik di jarak jauh maupun dekat, AGN berada di galaksi yang berperilaku aneh. Dahulu kuasar menghabiskan semua makanan sehingga hanya melihat ketika melihat terlihat jauh ke masa lampau dengan mengamati jauh di kedalaman antariksa. Sebaliknya, nafsu makan AGN sedang sehingga masih memiliki makanan untuk dilahap bahkan setelah miliaran tahun. Menggolongkan AGN berdasarkan penampakan visual semata akan menghasilkan kisah yang tidak utuh, sehingga para ahli astrofisika menggolongkan AGN menurut spektrum dan rentang emisi elektromagnetik. Selama pertengahan hingga akhir 1990, para peneliti memperbaiki model lubang hitam dan menemukan  bahwa mereka bisa mencirikan hampir semua AGN hanya dengan mengukur beberapa parameter: masa lubang hitam pada AGN, laju makannya, dan sudut pandang terhadap piringan akresi dan semburannya, tepat searah dengan arah semburan yang muncul dari dekat lubang hitam supermasif, melihat objek yang jauh lebih terang daripa bila melihatnya dari pinggir dengan sudut yang berbeda. Variasi ketiga parameter menjelaskan hampir semua ragam AGN  yang diamati para ahli astrofisika, sehingga mereka tidak perlu menambah tipe galaksi serta bisa lebih memahami pembentukan dan evolusi galaksi. Perbedaan bentuk, ukuran, kecerlangan, dan warna dengan beberapa variabel merupakan keberhasilan astrofisika akhir abad ke 20. Karena melibatkan banyak peneliti dan berlangsung selama bertahun serta waktu pengamatan yang panjang

 

Meski bermassa jutaan atau miliaran kali massa Matahari, lubang hitam hampir tidak menyumbang apa – apa bila dibandingkan dengan massa galaksi tempatnya berada, umumnya lebih kecil daripada 1% massa total galaksi besar. Jika ingin memperhitungkan keberadaan zat gelap, atau sumber gravitasi lain yang tak terlihat di alam semesta, lubang hitam tidak signifikan dan bisa diabaikan. Jika menghitung energi yang dihasilkan yaitu menghitung energi yang dilepaskan sebagai pembentukan lubang hitam bahwa lubang hitam mendominasi energetika pembentukan galaksi. Seluruh energi dari semua orbit semua bintang dan awan gas yang akhirnya menyusun galaksi tak berarti bila dibandingkan dengan energi yang membentuk lubang hitam. Tanpa lubang hitam supermasif tersembunyi, galaksi yang dikenal tidak akan pernah terbentuk. Lubang hitam yang dahulu terang tapi tak terlihat yang berada di pusat galaksi raksasa memberikan kaitan tersembunyi, penjelasan fisis mengenai aglomerasi zat menjadi sistem kompleks berisi miliaran bintang yang mengitari pusat bersama.  Yang membuat miliaran satu galaksi yaitu gravitasi dengan menghasilkan ratusan ribu bintang dari satu awan zat. Sebagian besar bintang di satu galaksi di lahirkan dalam asosiasi yang relatif renggang. Daerah kelahiran bintang yang lebih rapat masih bisa dikenali sebagai gugus bintang, bintang anggotanya mengelilingi pusat gugus, menyusuri lintasan menembus antariksa dalam koreografi balet kosmik yang digubah oleh gaya gravitasi dari seluruh bintang lain dalam gugus, bahkan kala gugus itu sendiri bergerak dalam lintasan sangat besar mengelilingi pusat galaksi, aman dari ancaman, kekuatan destruktif lubang hitam di pusat galaksi

 

Di dalam gugus, bintang bergerak dengan laju yang berbeda, sebagian kencang hingga berisiko terlepas dari sistem, terjadi ketika bintang yang melaju kencang lepas dari cengkaraman gravitasi gugus lalu mengembara bebas di galaksi. Bintang gravitasi gugus itu bersama dengan gugus bola yang beranggotakan ratusan ribu bintang, menambah bintang yang membentuk kalang galaksi, kalang galaksi yang semula terang tapi kini tanpa bintang paling terang berumur singkat adalah objek kasatmata tertua di galaksi dengan hari kelahiran yang bisa dirunut hingga ke masa pembentukan galaksi itu sendiri. Yang terakhir runtuh dan dengan demikian terakhir berubah menjadi bintang adalah gas dan debu yang ditarik dan ditekan ke bidang galaksi. Di galaksi elips, bidang galaksi tidak ada, dan seluruh gas telah berubah menjadi bintang. Sementara galaksi spiral memiliki distribusi zat yang gepeng, dicirikan dengan bidang pusat yang di dalamnya bintang paling terang dan muda membentuk pola spiral, bukti gelombang gas rapat yang berselang – seling dengan gas renggang yang mengorbit pusat galaksi, seluruh gas di galaksi spiral yang tidak ikut serta dalam pembentukan gugus bintang telah jatuh menuju bidang galaksi, tertahan disana, dan menciptakan piringan zat yang perlahan memproduksi bintang, selama miliaran tahun lalu, dan miliaran tahun lagi, bintang akan terus terbentuk di galaksi spiral, tiap generasi lebih kaya akan unsur berat daripada generasi sebelumnya, unsur berat (ahli astrofisika menyebut demikian untuk semua unsur yang lebih berat dari helium) telah dilontarkan ke dalam ruang antar bitnang oleh aliran dari bintang tua atau berupa sisa ledakan bintang bermassa besar, yakni suatu jenis supernova. Keberadaan unsur menyebabkan galaksi dengan demikian alam semesta lebih ramah terhadap kimia kehidupan yang dikenal

 

Kelahira galaksi spiral klasik, dalam urutan evolusi yang dilakukan puluhan miliar kali, menghasilkan galaksi dalam kelompok dengan berbagai susunan: dalam gugus galaksi. Dalam dawai dan filamen galaksi yang panjang dan di lembaran galaksi. Galaksi yang berada miliar tahun cahaya terlihat sebagai objekj yang amat kecil dan redup sehingga teleskop tidak bisa melihat bentuk jelas. Para ahli astrofisika telah membuat banyak kemajuan di bidang ini selama beberapa tahun, terobosan muncul pada 1995, ketika Robert Williams yang menjabat sebagai direktur Space Telescope Science (STSCL) di Jhons Hopkins University, membidikan Telescope Hubble ke satu arah di dekat rasi Biduk Besar dan mengamati selama setara dengan 10 hari pengamatan. Willaims pantas dihargai karena Komite Alokasi Waktu Pengamatan, yang menyeleksi proposal observasi yang paling layak mendapatkan alokasi waktu menggunakan teleskop menilai proposal tidak layak di dukung. Selain itu, area yang akan diteliti sengaja dipilih yang tidak memiliki sesuatu yang menarik untuk di amati, mewakili petak langit yang sepi dan menjemukan. Tidak ada proyek berjalan bisa mendapatkan manfaat langsung dari komitmen penggunaan teleskop yang melebihi waktu yang tersedia. William berhak mendaptkan beberapa persen dari seluruh pengamatan. Waktu yang bisa digunakan sesukanya dan menggunakan pengaruh untuk mendapatkan apa yang dikenal sebagai Hubble Deep Field saalh satu foto astronomi paling terkenal yang pernah dipotret.  Dengan eksposur selama 10 hari, bertepatan dengan penonaktifan pemerintahan tahun 1995, dihasilkan foto yang sejauh ini paling banyak di teliti sepanjang sejarah astronomi. Dipenuhi galaksi dan objek mirip galaksi, foto itu memberikan palimpsest kosmik, obijek di dalamnya berada di jarak yang berbeda dari Bimasakti dan telah menuliskan sekilas catatan cahaya pada waktu yang berbeda. Objek foto Deep Field keadaannya 1,3 miliar, 3,6 miliar,5,7 miliar, atau 8,2 miliar tahun lalu. Umur objek ditentukan berdasarkan jarak. Ratusan ahli astronomi telah memanfaatkan kekayaan data yang terkandung dalam 1 foto itu untuk menghasilkan informasi baru mengenai bagaimana galaksi terlihat sesaat setelah dibentuk. Pada 1988, Teleskop Hubble berhasil mendapatkan foto lain, yakni Hubble Deep Field  South, dengan menyediakan waktu 10 hari observasi untuk mengamati petak lain di langit pada arah yang berlawanan dengan foto Deep Field pertama, yang di belahan langit selatan,  dengan membandingkan kedua foto, para ahli astronomi percaya bahwa hasil dan foto. Deep Field pertama tidak menunjukkan anomali (misal jika 2 foto identik di setiap rinciannya, atau secara statistik sangat tidak sama, bisa disimpulkan bahwa ada yang keliru) dan mereka bisa memperbaiki kesimpulan mereka terkait pembentukan berbagai tipe galaksi. Setelah misinya berhasil, dengan melengkapi Teleskop Hubble dengan detektor yang lebih baik (sensitif). Space Telescope Science Institute tidak bisa menahan diri dan pada 2004 menghasilkan Hubble Ultra Deep Field, yang menguak kosmos di jarak yang lebih jauh. Tahap paling awal pembentukan galaksi, yang kiranya diungkapkan oleh objek terjauh, belum terjangkau bahkan oleh upaya terbaik Teleskop Hubble antara lain karena pengembangan kosmos telah menggeser sebagian besar radiasi objek ke arah spektrum inframerah yang tidak bisa dijangkau oleh instrumen Teleskop Hubble. Demi galaksi terjauh, para ahli astronomi menunggu rancangan, konstruksi, peluncuran, dan keberhasilan operasi penerus Hubble, yaitu James Webb Space Telescop, yang dinamai menurut nama kepala NASA selama era Apollo. JWST akan memiliki cermin yang lebih besar daripada cermin Teleskop Hubble, yang dirancang bisa membuka sendiri seperti bunga mekanis yang rumit, membentang di angkasa untuk menyediakan permukaan reflektif yang lebih besar dari cermin manampun yang muat dalam salah satu roket. Teleskop antariksa baru ini juga akan memiliki seperangkat instrumen yang jauh lebih tinggi unggul daripada yang dimiliki Teleskop Hubble, yang semula dirancang pada 1960, dibangun pada 1970, diluncurkan pada 1991 dan waalu telah ditingkatkan kemampuan selama 1990 masih kekurangan kemampuan dasar seperti mendeteksi radiasi inframerah. Sebagian kemampuan ini kini dimiliki Spitzer InfraRed Telescope Facility, yang diluncurkan pada 2003  dan mengorbit Matahari dengan jarak ke Bumi lebih jauh daripada orbit Teleskop Hubble, sehingga bisa menghindari gangguan radiasi orbit Teleskop Hubble, sehingga bisa menghindari gangguan radiasi inframerah yang dihasilkan planet. Untuk mencapai tujuan, JSWT akan memiliki orbit dengan jarak ke Bumi lebih jauh daripada jarak orbit Teleskop Hubble dan selamanya tidak bisa di akses misi perbaikan. NASA membuatnya dengan benar sejak pertama kali. Bila mulai beroperasi tahun 2001, sebagaimana yang direncanakan, teleskop tersebut dalam memberikan pemandangan baru yang spektakuler, termasuk gambar galaksi yang berjarak 10 miliar tahun cahaya, dilihat pada waktu yang lebih mendekati waktu asli daripada yang diungkapkan foto Hubble Deep Field. Beekrja sama dengan teleskop baru, seperti yang telah di lakukan Teleskop Hubble, Teleskop besar landas bumi akan meneliti rinci kekayaan objek. Fluktuasi kuantum di distribusi zat dan energi di skala yang lebih kecil daripada ukuran proton, yang menghasilkan supergugus galaksi dengan bentangan 30 juta tahun cahaya. Dari kekacaubalauan menjadi kosmos, hubungan sebab akibat berlipat lebih daripada 10.38 kali dalam ukuran dan 10.42 kali dalam waktu. Seperti untaian benang mikroskopik DNA yang menetapkan identitas spesies mikroskopik dan sifat khas anggotam raut, dan sifat kosmos tertulis dalam momen awal kosmos, dan terus dibawa melintasi ruang dan waktu

Kabut putih yang  sudah lama dikenal sebagai jalur susu (milky way) di langit itu menggabungkan cahaya dari banyak sekali bintang awan gas. Orang yang melihat area yang gelap dan menjemukan itu menampakan diri menjadi area yang gelap dan menjemukan tapi area terang akan berubah dari pendaran kabur menjadi bintang dan nebula yang tak terhitung banyaknya. Dalam buku Sindereus Nuncius (Pembawa Pesan Bintang), yang diterbitkan di Venesia 1610, Galileo Galilei memberikan gambaran pertama di langit sebagaimana terlihat melalui teleskop, termasuk penjelasan atas petak cahaya di jalur susu. Galileo menyebut peralatan teropong (spyglass) karena istilah teleskop (melihat dari jarak jauh dalam bahasa Yunani) belum diciptakan pada zaman itu, Galileo tidak menahan diri:

 

Jalur susu, yang dengan bantuan teropong bisa diamati dengan begitu baik sehingga seluruh perselisihan yang selama bergenerasi telah membingungkan para filsuf sekarang dihancurkan oleh kepastian yang nyata, dan kita terbebaskan dari perdebatan yang terlalu panjang lebar, karena Galaksi tak lain hanyalah kumpulan bintang yang tak terhitung banyaknya dan tersebar di dalam gugus ke mana pun mengarahkan teropong, banyak sekali bintang yang akan segera menampakkan diri, yang banyak di antaranya tampak agak besar dan sangat mencolok tapi yang kecil benar tak dapat diduga

 

Area gelap mungkin adalah lubang kosmos, bukaan menuju ruang tak terhingga dan kosong. 3 abad berlalu sebelum akhirnya ada yang memahami bahwa petak gelap di jalur susu bukanlah lubang melainkan awan gas dan debu yang rapat sehingga menghalangi area bintang yang terletak lebih jauh dan menyembunyikan tempat kelahiran bintang jauh di dalam awan. Menurut saran sebelumnya dari ahli astronomi Amerika George Cary Camstock yang ingin tahu mengapa bintang jarak jauh lebih redup daripada yang seharusnya jika hanya jarak yang diperhitungkan, ahli astronomi Belanda Jacobus Cornelius Kapteyn pada 1909 menemukan penyebab, dalam 2 makalah ilmiah keduanya berjudul “On The Absorption Of Light In Space”, Kapteyn menyajikan bukti bahwa awan gelap, zat antarbintang yang baru ditemukannya bukan hanya menghalangi cahaya dari bintang, melainkan juga menghalangi sebagian warna pelangi spektrum bintang: zat itu lebih efektif menyerap dan menghamburkan, lalu melemahkan, cahaya di ujung warna ungu di spektrum cahaya tampak, ketimbang ujung merah. Absorpsi selektif lebih banyak membuang cahaya ungu daripada merah, menyebabkan bintang jarak jauh tampak lebih merah daripada bintang dekat. Besarnya pemerahan bintang meningkat sebanding dengan banyaknya zat yang dilewati cahaya dalam perjalanan menuju manusia

 

Hidroge dan helium biasa, penyusun utama awan gas kosmik, tidak memerahkan cahaya, namun molekul dari berbagai atom memerahkan terutama yang mengandung unsur karbon dan silikon. Ketika zarah antar bintang terlalu besar untuk disebut molekul, dengan ratusan ribu tahun atas jutaan atom di dalamnya, debu. Dalam rumah tertutup sebagian besar debu terdiri atas sel kulit mati manusia (plus serpihan kulit di bawah rambut binatang peliharaan), debu kosmik tidak mengandung epidermis manusia. Namun debu antar bintang mengandung berbagai molekul kompleks, memancarkan foton terutama di bagian inframerah dan gelombang mikro dalam spektrum cahaya, ahli astrofisika tidak memiliki teleskop gelombang mikro sebelum 1960, dan teleskop inframerah sebelum 1970, menciptakan instrumen obervasi, mereka  bisa menyelidiki kekayaan kimiawi sejati di zat yang berada di antara bintang. Selama berpuluh tahun setelah kemajuan teknologi, muncul gambnar kelahiran bintang yang rumit dan mempesona

 

Tidak semua awan gas akan membentuk bintang sepanjang waktu. Awan antar bintang runtuh akibat gravitasi untuk membentuk bintang baru.  Namun rotasi awan serta pengaruh pergerakan gas yang bergolak di dalam awan, menentang hasil yang diinginkan.  Medan magnet menembus awan dan membatasi pergerakan zarah bermuatan yang bebas bergerak di dalam awan, menahan, tekanan dan menghambat cara yang bisa digunakan awan untuk menanggapi gravitasi. Seperti beberapa ratus miliar bintang di galaksi Bimasakti, yang dinamai berdasarkan pita cahaya di langit yang dituliskan area paling padat di galaksi, awan gas raksasa mengelilingi pusat galaksi. Bintang menjadi bintik kecil, hanya sebesar beberapa detik cahaya, yang terapung di keluasan lautan ruang yang nyaris kosong, kadang berpapasan dengan yang lain. Disisi lain awas gas sangat besar. Membentang ratusan tahun cahaya, awan gas mengandung massa sebanyak massa sejuta Matahari. Ketika bergerak perlahan mengarungi galaksi, awan gas kerap bertumbukan, sehingga bagian dalamnya yang kaya akan debu dan gas saling membelit. Kadang, tergantung kecepatan relatif dan sudut tumbukannyam awan itu berlekatan, lain waktu awan itu saling merobek dan bertambah kerusakaan akibat tabrakan

 

Jika awan mendingin hingga suhunya cukup rendah (kurang daripada 100 derajat di atas suhu 0 mutlak), atom di dalamnya akan berlekatan ketika bertumbukan, ketimbang bergerak tak terkendali seperti ketika berada pada suhu tinggi, transisi kimia berakibat kepada semuanya. Zarah yang semakin besar masing mengandung puluhan atom mulai menghamburkan cahaya tampak kesana kemari, sangat melemahkan cahaya bintang yang berada di belakang awan. Kala zarah menjadi bulir debu, masing sudah mengandung miliaran atom. Bintang tua memproduksi bulir debu yang serupa dan melontarkannya ke ruang antar bintang selama fase raksasa merah, tak seperti zarah yang lebih kecil, bulir debu yang terdiri atas miliaran atom tidak lagi menghamburkan foton cahaya tampak dari bintang di belakangnya. Sebaliknya bulir debu itu menyerap foton dan meradiasikan energinya kembali daalm bentuk inframerah, yang gampang lolos dari awan. Kalau itu terjadi, tekanan dari foton yang ditransmisikan ke molekul yang menyerapnya, mendorong awan ke arah yang berlawanan dengan arah sumber cahaya. Awan berubah menjadi cahaya bintang

 

Bintang lahir ketika gaya yang menyebabkan awan menjadi lebih padat akhirnya menimbulkan keruntuhan akibat gravitasi, yaitu ketika tiap bagian awan menarik bagian lain. Karena gas panas lebih tahan tekanan dan lebih mudah runtuh daripada gas dingin, mendinginkan gas sebelum gas itu bisa memanasi dirinya sendiri dengan menghasilkan bintang. Penciptaan bintang dengan inti bersuhu 10 juta derajat, yang memadai untuk memulai reaksi fusi termonuklir, mensyaratkan awan mencapai kondisi internal paling dingin terlebih dahulu. Hanya pada suhu yang sangat dingin, yaitu beberapa puluh derajat di atas suhu 0 mutlak, awan bisa runtuh dan memungkinkan pembentukan bintang secara besar – besaran.  Para ahli astrofisika tidak tahu kenapa di dalam awan keruntuhannya bisa melahirkan bintang. Menelusuri dinamika internal awan antar bintang yang besar dan masif, model komputer yang memasukkan hukum fisika, seluruh pengaruh internal dan eksternal awan, dan semua reaksi kimia yang berkaitan dan bisa terjadi di dalam awan masih berada di luar kemampuan. Awan semula berukuran miliaran kali lebih besar daripada bintang yang akan dibuat yang kemudian memiliki kerapatan 100 X 100.21 kali kerapatan rata di dalam awan. Satu skala ukuran bukan hal yang perlu dipikirkan skala lain, bagian dalam, gelap, dan rapat di dalam awan antar bintang yang bersuhu 10 derajat di atas 0 mutlak, gravitasi menyebabkan kantung gas runtuh dan berhasil mengatasi perlawanan yang dikerahkan medan magnet dan rintangan lain, pengerutan mengubah energi gravitasi kantung awan menjadi panas. Suhu di tiap daerah yang akan menjadi pusat bintang baru meningkat pesat selama keruntuhan berlangsung dan menghancurkan seluruh bulir debu di sekitar kala tumbukan terjadi. Suhu di bagian pusat kantung gas yang runtuh akhirnya mencapai nilai kritis yaitu 10 derajat di atas 0 mutlak. Sebagian proton (atom hidrogen telanjang, elektron yang mengitari telah dilucuti) bergerak cukup cepat untuk mengtasi gaya tolak menolak. Lajunya yang cepat memungkinkan proton saling mendekat hingga jaraknya memungkinkan gaya nuklir kuat mengikatnya. Gaya nuklir kuat yang bekerja hanya di jarak yang amat dekat, mengikat proton dan neutron di semua inti atom. Fusi termonuklir foton disebut termo karena terjadi pada suhu tinggi dan fusi nuklir karena memfusikan atau menggabungkan zarah menjadi inti atom membentuk inti helium yang masih memiliki massa agak lebih kecil daripada jumlah massa zarah pembentuknya. Massa yang hilang di reaksi fusi berubah menjadi energi, dalam suatu keseimbangan yang digambarkan oleh persamaan Einstein yang ternama. Energi yang dikandung massa (selalu dalam jumlah yang sama dengan massa kali kuadrat kecepatan cahaya) bisa diubah menjadi bentuk energi lain, misal energi kinetik tambahan (energi gerak) zarah bergerak cepat yang muncul dari reaksi fusi nuklir

 

Ketika energi baru yang dihasilkan fusi nuklir menyebar keluar, gas memanas dan berpijar. Kemudian, di permukaan bintang, energi yang sebelumnya terkunci di dalam inti atom lolos ke antariksa dalam bentuk foton, dibangkitkan oleh gas sebagai energi yang dilepaskan melalui fusi dan memanasi gas hingga ribuan derajat, meski daerah gas panas masih berada di dalam awan raksasa antar bintang. Para ahli astronomi mengetahui bahwa massa bintang berkisar mulai dari hanya sepersepuluh massa Matahari hampir 100 kali massa bintang, awan gas raksasa membentuk banyak kantung dingin yang semuanya cenderung akan runtuh pada waktu yang hampir bersamaan untuk melahirkan bintang sebagian berukuran kecil dan sebagian lain berukuran raksasa. Namun kemungkin besar yang dilahirkan adalah bintang kecil untuk setiap bintang bermassa besar, seribu bintang bermassa kecil dilahirkan. Fakta bahwa yang turut serta dalam kelahiran bintang tak lebih dari beberapa persen gas dari seluruh awan gas semula. Penyebab pembentukan bintang kemudian menjadi lebih mendominasi daripada awan gas antar bintang karena berada di radiasi yang dihasilkan bintang baru, yang cenderung menghambat pembentukan bintang lebih lanjut

 

Kantung gas yang runtuh dengan massa kurang daripada sepersepuluh massa Matahari memiliki energi gravitasi yang terlampau kecil untuk meningkatkan suhu pusatnya menjadi 10 juta derajat yang diperlukan untuk terjadinya reaksi fusi hidrogen. Tak satu pun bintang bereaksi fusi yang akan dilahirkan, mendapatkan calon bintang gagal, objek yang disebut katai coklat oleh ahli astronomi. Tanpa sumber energi, katai coklat terus melemah, meski masih bersinar berkat sedikit panas yang dibangkitkan selama keruntuhan semula. Lapisan gas bagian luar katai coklat sedemikian dingin hingga banyak molekul besar, yang normalnya dihancurkan di atmosfer bintang, tetap bertahan di dalamnya. Lemahnya kecerlangan katai coklat menyebabkan sulit dideteksi sehingga menemukan ahli astrofisika harus menggunakan metode kompleks seperti yang kadang digunakan untuk mendeteksi planet: mencari pancaran redup inframerah dari objek. Baru pada tahun belakangan ahli astronomi menemukan katai coklat dalam jumlah yang memadai untuk menggolongkannya ke dalam lebih daripada 1 kategori

 

Bintang bermasa lebih besar daripada 100 kali massa Matahari akan memiliki kecerlangan sedemikian besar. Banyak energi yang dipancarkan dalam bentuk cahaya tampak, inframerah, dan ultraviolet  hingga tambahan gas dan debu yang tertarik menuju bintang akan di dorong keluar oleh tekanan cahaya bintang. Foton bintang mendorong bulir debu di dalam awan, yang pada gilirannya akan membawa serta gas. Cahaya bintang bergabung dengan debu dan tidak terpisah. Tekanan radiasi bekerja dengna efektif sehingga hanya beberapa bintang bermassa besar di dalam awan gelap yang memiliki cukup luminositas untuk membuyarkan hampir seluruh zat antar bintang dan menampakkan alam semesta lusinan, ratusan bintang baru bersaudara untuk dilihat anggota keluarga galaksi selebihnya

 

Ketika memandang nebula Orion, yang terletak tepat dibawah 3 bintang terang di Sabuk Orion, kelahiran bintang, ribuan bintang telah dilahirkan di nebula itu, sedangkan ribuan lagi masih menunggu dilahirkan, yang akan membentuk gugus bintang raksasa dan tampak semakin jelas di kosmos seiring dengan menghilangnya nebula. Bintang baru paling masif yang membentuk kelompok bernama Orion Trapezium tengah membuat lubang raksasa ditengah awan tempat asal mereka. Di zona itu gambar yang ditangkap Teleskop Hubble menunjukkan ratusan bintang baru, yang mulai timbul dan terbuat dari debu dan molekul lain yang diambil dari awan semula. Dan di dalam tiap piringan, sistem keplanetan mulai dibentuk. Sepersepuluh miliar tahun setelah Bimasakti terbentuk, pembentukan bintang berlanjut hingga sekarang di banyak tempat di galaksi. Walaupun sebagian besar pembentukan bintang yang akan terjadi di galaksi raksasa seperti galaksi manusia yang telah belangsung, bintang baru terus terbentuk dan akan terus demikian selama bermiliar tahun yang akan datang. Tak satu pun bintang yang memperlihatkan usia tapi sebagian menunjukkan lewat spektrum. Di antara berbagai cara yang digunakan ahli astrofisika untuk menilai umur bintang, spektrum menyediakan petunjuk penting untuk menganalisis aneka warna bintang dengan rinci. Setiap warna, setiap panjang gelombang dan frekuensi gelombang cahaya yang diamati menceritakan bagaimana zat membentuk warna bintang, atau mempengaruhi cahaya saat meninggalkan bintang, atau berada di sepanjang garis pandang dan bintang. Melalui perbandingan antara spektrum bintang dengan spektrum di laboratorium, ahli fisika telah menentukan berbagai cara aneka macam atom dan molekul mempengaruhi berbagai cara aneka macam atom dan molekul mempengaruhi  pelangi warna cahaya tampak. Spektrum bintang, jumlah atom dan molekul yang telah memengaruhi cahaya dari suatu bintang, berikut suhu, tekanan, dan kerapatan zarah

 

Dari hasil membandingkan spektrum laboratorium dengan spektrum bintang selama bertahun, bersama dengan penelitian spektrum berbagai atom dan molekul, ahli astrofisika telah mengetahui cara membaca spektrum suatu objek seperti membaca sidik jari kosmik, petunjuk yang mengungkap kondisi fisik di dalam lapisan bagian luar bintang, daerah permulaan cahaya mengalir keluar menuju ruang angkasa. Ahli astrofisika bisa mengetahui bagaimana atom dan molekul yang terapung di ruang antar bintang yang lebih dingin mempengaruhi spektrum cahaya bintang yang diamati. Dengan cara yang sama, mereka menyimpulkan komposisi kimia, suhu, kerapatan, dan tekanan zat antar bintang. Berdasarkan analisis spektrum, tiap jenis atom atau molekul diketahui memiliki kisah, misal keberadan molekul yang diungkap dari efek khas di warna spektrum, menunjukkan bahwa suhu di lapisan luar bintang mesti di bawah 3000 derajat celcius. Pada suhu yang lebih tinggi, molekul bergerak cepat hingga tabrakan di antara molekul akan menghancurkannuya menjadi atom. Dengan memperluas analisis untuk zat lain, ahli astrofisika bisa menghasilkan gambaran lengkap kondisi rinci atmosfer bintang. Dari semua unsur alam diantara semua jenis atom yang bisa membentuk pola di spektrum bintang, ahli astrofisika mengenali dari menggunakan satu jenis khusus untuk mengetahui umur bintang muda. Unsur tersebut adalah lithium, unsur paling sederhana dan paling ringan dalam tabel periodik, dan dikenal sebagian orang sebagai bahan aktif obat antidepresi. Dalam tabel periodik lithium menempati posisi tepat sesudah hidrogen dan helium yang lebih terkenal karena tersedia dalam jumlah banyak di seluruh kosmos. Selama beberapa menit pertama,  alam semesta melakukan fusi hidrogen menjadi inti helium dalam jumlah banyak, tapi hanya sedikit membuat inti usnru yang lebih berat. Akibatnya, lithium tetap menjadi unsur yang agak langka, dikenali ahli astrofisika karena fakta bahwa bintang hampir tidak memproduksi lithium, tapi hanya menghancurkan. Lithium menyusuri jalan satu arah karena setiap bintang memiliki reaksi fusi yang lebih efektif untuk menghancurkan lithium daripada membentuknya. Akibatnya, pasokan lithium di kosmos terus menurun. Bagi ahli astrofisika, fakta sederhana mengenai lithium menjadikannya alat yang sangat berguna untuk mengetahui umur bintang. Semua bintang memulai hidupnya dengan jumlah dan proporsi lithium yang selayaknya, dihasilkan dari reaksi fusi nuklir yang terjadi selama setengah jam pertama alam semesta dan selama ledakan besar. Proporsi yang wajar sekitar satu per 100 miliar inti, setelah bintang kecil memulai hidupnya dengan kekayaan lithium, segala sesuatunya menubruk, menurut lithium karena reaksi inti di pusat bintang perlahan menghabiskan inti lithium. Percampuran zat di pusat bintang dengan zat di luar bintang, yang terjadi dengan stabil dan kadang episodik, membawa zat ke arah luar sehingga setelah ribuan tahun lapisan luar bintang menunjukkan apa yang terjadi sebelumnya di bagian pusat. Ketika ahli astrofisika mencari bintang termuda, mereka mengikuti aturan sederhana: cari bintang dengan kelimpahan lithium terbesar, jumlah inti lithium tiap bintang relatif terhadap hidrogen, misal ditentukan dan penyelidikan spektrum bintang dengan seksama, akan menempatkan bintang di suatu titik sepanjang diagram yang menunjukkan korelasi umur bintang dengan kandungan lithium di lapisan luar bintang. Dengan menggunakan metode, ahli astrofisika bisa mengindentifikasi dengan pasti bintang termuda di dalam gugus dan menentukan umur masing bintang berdasarkan lithium. Karena bintang adalah penghancur lithium. Jika ada, jadi metode ini hanya cocok untuk bintang yang berusia kurang daripada beberapa ratus juta tahun. Namun untuk bintang yang lebih muda, pendekatan lithium sangat ampuh. Penelitian baru ini terhadap 2 lusin bintang muda di nebulka Orion, yang semuanya bermassa sekitar massa Matahari, menunjukkan rentang umur setara 1 dan 10 juta tahun. Suatu saat ahli astrofisika mungkin akan mengidentifikasi bintang yang lebih muda, tapi untuk saat ini 1 juta tahun sudah hasil terbaik yang mereka bisa dapatkan

 

Seandainya tidak membuyarkan kepompong gas yang menjadi asal muasal, kelompok bintang kecil tidak menghiraukan dalam waktu lama selagi diam melakukan fusi hidrogen menjadi helium di pusatnya dan menghancurkan inti lithium sebagai bagian reaksi fusi. Namun tak ada yang abadi. Selama berjuta tahun, ketika menanggapi gangguan gravitasi yang berlangsung terus menerus dari awan raksasa yang melintas, sebagian besar calon gugus bintang buyar karena anggota berhamburan  ke dalam kolam aneka bintang di galaksi. Hampir 5 miliar tahun sesudah bintang terbentuk, identitas saudara Matahari telah lenyap, dan tidak diketahui bintang itu masih hidup. Dari semua bintang di Bimasakti dan galaksi lain, bintang bermassa rendah menghabiskan bahan bakar lambat hingga bisa dikatakan mereka hidup selamanya. Bintang bermassa sedang seperti Matahari akhirnya berubah menjadi raksasa merah, lapisan luar mengembang ratusan kali lipat selagi bintang renggang dari bintangnya sehingga terlepas ke antariksa 10 miliar tahun telah menyediakan tenaga bagi bintang. Gas yang kembali ke antariksa akan tersapu oleh awan antar bintang yang lewat untuk kemudian turut serta daalm pembentukan bintang babak berikutnya. Meskipun langka, bintang bermasa besar memegang hampir seluruh kartu evolusi, besarnya masa menyebabkan bintang memiliki kecerlangan paling tinggi. Sebagian bintang bisa mencapai sejuta kali massa Matahari dan karena menghabiskan bahan bakar jauh lebih cepat daripada bintang bermassa kecil, bintang bermasa besar hidup paling singkat, hanya beberapa juta tahun atau lebih singkat. Reaksi fusi termonuklir di dalam bintang menghasilkan lusinan unsur dipusatnya, mulai dari hidrogen, magnesium, silikon, kalsium, dan seterusnya, hingga besi. Bintang masih menempa unsur lain pada akhir pembakarannya, yang untuk sesaat terangnya melebihi terang seluruh bintang di galaksi

 

Ahli astrofisika menyebut ledakan bintang sebagai supernova, tampilannya mirip (meski asal usul berbeda) dengan supernova tipe Ia. Energi eksplosif supernova menyebarkan unsur yang telah dibuat sebelumnya maupun yang baru saja dibentuk ke penjuru galaksi, menghancurkan distribusi gas dan memperkaya awan di dekatnya dengan bahan mentah untuk membuat bulir debu baru. Ledakan itu bergerak menembus awan antar bintang dengan kecepatan supersonik, memampatkan gas dan debu, dan membentuk sebagian kantung berkerapatan tinggi yang diperlukan untuk membentuk bintang. Unsur yang membentuk planet, organisme, bersel tunggal dan manusia. Bumi hidup dari produk bintang yang tak terhitung banyaknya dan meledak miliaran tahun lalu, pada masa sejarah Bimasakti lama sebelum Matahari dan planetnya terkondensasi di daerah awan antar bintang yang gelap dan berdebu yang mendapatkan pengayaan kimia dari bintang bermassa besar generasi sebelumnya. Penghargaan dari penulis atas penemuan ilmiah yang kurang dihargai pada abad ke 20 diberikan pada pengakuan bahwa supernova pergolakan kematian eksplosif bintang bermasa besar menjadi sumber primer asal usul dan kelimpahan unsur berat di alam semesta. Muncul di artikel ilmiah panjang yang dipublikasikan pada 1957 di jurnal AS Reviews Of Modern Physics dengna judul The Synthesis of the Elements in Stars, dan ditulis oleh E. Margaret Burbidge, Geoffrey R Burbidge, William Fowler dan Fred Hoyle, dalam makalah, 4 saintis menciptakan kerangka kerja teoretis dan komputasi yang menafsirkan dengan cara baru serta memadukan buah pikiran selama 40 tahun oleh saintis lain mengenai dua topik utama: sumber energi bintang dan transmutasi unsur kimia. Kimia nuklir kosmos, pencarian lama untuk memahami reaksi fusi inti membuat dan menghancurkan berbagai jenis atom

 

Tabel periodik memuat setiap unsur yang sudah dikenal di alam semesta dan disusun menurut jumlah proton di tiap inti unsur mulai dari yang paling sedikit. Dua unsur paling ringan adalah hidrogen, dengan satu proton di inti atom, dan helium dengan 2 proton. Sebagaimana yang diamati oleh 4 penulis makalah tahun 1957, pada suhu, kerapatan, dan tekanan yang tepat, bintang bisa menggunakan hidrogen dan helium untuk menciptakan semua unsur lain dalam tabel periodik. Rincian proses penciptaan, serta interaksi lain yang menghancurkan inti atom alih membentuknya, menjadi pokok persoalan kimia nuklir, yang melibatkan perhitungan dan penampang lintang tumbukan (collision cross sections) untuk mengetahui seberapa dekat suatu zarah harus berdekatan dengan zarah lain sebelum berinteraksi secara signifikan. Pemahaman rinci mengenai penampang lintang tumbukan memungkinkan ahli fisika memprakirakan laju dan jalur reaksi inti

 

Walaupun tidak mengetahui penampung lintang tumbukan yang akurat, para saintis sepanjang paro pertama abad ke 20 trelah lama menduga proses reaksi inti yang eksotis ada dimanapun di alam semesta, dan pusat bintang tampaknya adalah tempatnya. Pada 1920, ahli astofisika teoretis Inggris Sir Arthur Eddington mempublikasikan makalah berjudul The Internal Constitution of The Stars) yang di dalamnya berpendapat bahwa Laboratorium Cavendish di Inggris, pusat riset fisika atom dan nuklir terkemuka, bukan satunya tempat di jagat raya yang berhasil mengubah sebagian unsur menjadi unsur lain:

 

Namun mungkinkah mengakui transmutasi itu terjadi? Rasanya sulit untuk mempercayai, tapi barangkali lebih sulit untuk mengingkari, bahwa itu terjadi dan yang mungkin di lakukan di Laboratorium Cavendish mungkin tidak sukar di Matahari. Menurut saya, kecurigaan yang ada selama ini bahwa bintang adalah wadah peleburan atom ringan, yang berlimpah di nebula, menjadi unsur yang lebih berat

 

Makalah Eddington, yang mendahului penelitian rinci yang dilakukan Burbidge, Fowler, dan Hoyle, muncul beberapa tahun sebelum penemuan mekanika kuantum yang tanpanya pemahaman akan fisika dan inti atom pasti lemah. Eddington mulai merumuskan skenario bagaimana energi dibangkitkan bintang melalui reaksi fusi termonuklir yang menggabungkan hidrogen menjadi helium dan unsur yang lebih berat:

 

Kita tidak perlu menyetujui pendapat bahwa pembentukan helium dari hidrogen sebagai satunya reaksi yang memasok energi (bintang) meski tampaknya tahapan selanjutnya dalam pembentukan unsur sedikit melepaskan, dan kadang masih menyerap, energi. Keadaannya bisa diringankan sebagai berikut: atom semua unsur tersusun dari atom hidrogen yang berikatan, dan agaknya pada suatu waktu pernah dibentuk dari hidrogen: bagian dalam bintang mungkin adalah tempat evolusi tersebut terjadi

 

Model transmisi unsur mana pun seharunsya bisa menjelaskan campuran unsur yang ditemukan di Bumi dan tempat lain di alam semesta, untuk para ahli fisika perlu mengetahui proses mendasar yang digunakan bintang untuk membangkitkan energi dengan mengubah unsur satu menjadi unsur lain. Pada 1931, dengan teori mekanika kuantum yang telah banyak berkembang (meski neutron masih belum ditemukan), ahli astrofisika Inggris Robert d’Escourt Atkinson mempublikasikan makalah, yang diringkas menjadi teori sintesis energi bintang dan asal muasal unsur yang di dalamnya berbabgai unsur kimia dibentuk setahap demi setahap dari unsur ringan  di bagian dalam bintang, dengan penggabungan proton dan elektron satu per satu secara berurutan. Pada tahun yang sama, ahli kimia nuklir Amerika William D Harkins mempublikasikan makalah yang mengemukakan bahwa unsur dengan bobot atom kecil jumlah proton dan neutron dalam inti atom lebih melimpah daripada unsur dengan bobot atom besar dan bahwa rata unsur dengan nomor atom genap (jumlah proton dalam inti atom) adalah sekitar 10 kali lebih melimpah daripada unsur dengan nomor atom ganjil yang nilainya berdekatan. Harkins menduga kelimpahan relatif unsur bergantung kepada reaksi fusi, bukan proses kimia seperti pembakaran, dan unsur berat mesti disintesis dari unsur ringan. Mekanisme rinci reaksi fusi nuklir di dalam bintang pada akhirnya bisa menjelaskan keberadaan banyak unsur di kosmos, khususnya unsur yang akan diperoleh tiap menggabungkan helium yang memiliki dua proton dan dua neutron dengan unsur yang sebelumnya sudah ditempa. Penyebab kelimpahan unsur dengan nomor atom genap dijelaskan Harkins, namun keberadaan dan jumlah relatif unsur lain tetap tak terjelaskan. Mesti ada cara lain di kosmos untuk membentuk unsur. Neutron yang ditemukan pada 1932 oleh ahli fisika Inggris James Chadwick ketika bekerja di Laboratorium Cavendish, berperan penting dalam reaksi fusi, yang tidak terbayangkan oleh Eddington untuk menggabungkan proton di perlukan upaya keras karena proton secara alami akan tolak menolak seperti halnya zarah lain yang bermuatan listrik sama. Supaya fusi beberapa proton bisa terjadi, harus mendekatkan proton (melalui suhu, tekanan, dan kerapatan tinggi) untuk mengatasi gaya tolak menolak supaya gaya nuklir kuat bisa mengikatnya. Namun, neutron yang tak bermuatan tidak menolak zarah mana pun sehingga bisa begitu saja masuk ke inti atom lain dan bergabung dengan zarah lain yang sudah berkumpul menjadi 1, tertahan disana oleh gaya yang sama dengan mengikat proton. Langkah itu tidak menciptakan unsur baru, yang ditentukan oleh perbedaan jumlah proton di tiap inti atom, dengan menambah neutron membuat isotop di inti unsur semula, yang hanya berbeda dari inti semula di rinciannya karena muatan listrik totalnya tetap tidak berubah. Untuk sebagian unsur, neutron yang baru saja ditangkap rupanya menajdi tidak stabil begitu bergabung dengan inti atom. Neutron secara spontan mengubah dirinya menjadi proton (yang tetap tinggal di dalam inti atom) dan elektron (yang langsung terlepas). Dengna cara seperti itu, pasukan Yunnai yang menembus tembok kota Troya dengan bersembunyi di dalam kuda kayu, proton bisa menyelinap masuk ke dalam inti atom dengan menyamar sebagai neutron. Jika aliran neutron yang masuk tetap tinggi, inti atom bisa menyerap banyak neutron sebelum yang pertama meluruh. Neutron yang terserap cepat itu membantu menciptakan serangkaian unsur yang asal usul dikenali dari proses penangkapan neutron secara cepat, dan berbeda dengan bermacam unsur yang dihasilkan ketika neutron ditangkap dengan lambat, yaitu ketika tiap neutron meluruh menjadi proton sebelum inti atom menangkap neutron berikutnya. Baik proses penangkapan neutron secara cepat maupun lambat berperan dalam menciptakan unsur yang tidak terbentuk melalui reaksi fusi termonuklir tradisional. Unsur selebihnya di alam dapat dibuat dengan beberapa proses lain, termasuk menumbukkan foton berenergi tinggi (sinar gamma) ke inti atom berat, yang kemudian membelah menjadi atom yang lebih ringan. Dengan risiko terlampau menyederhanakan siklus hidup bintang bermassa besar, masing bintang hidup dengan membangkitkan dan melepaskan energi di interiornya, yang memungkinkan bintang bisa mendukung dirinya untuk melawan gravitasi

 

Tanpa produksi energi melalui reaksi fusi termonuklir, bola gas itu akan runtuh karena bobot sendiri. Nasib itu menimpa bintang yang sudah menghabiskan pasokan inti hidrogen (proton) di pusat. Setelah mengubah hidrogen menjadi helium, pusat bintang masif selanjutnya akan melakukan fusi helium menjadi karbon, lalu karbon menjadi oksigen, oksigen menjadi neon, dan seterusnya hingga menjadi besi. Supaya rangkaian reaksi fusi unsur yang lebih berat dan semakin berat berlangsung, di perlukan suhu yang semakin tinggi supaya inti atom bisa mengatasi gaya tolak menolak alaminya. Semua itu berlangsung dengan sendirinya karean pada akhir tiap tahap, ketika sumber energi bintang padam sejenak, bagian dalam bintang mengerut, suhu meningkat, dan tahapan reaksi fusi berikutnya dimulai. Karena tak ada yang abadi, bintang itu akhirnya menghadapi masalah besar: reaksi fusi besi tidak melepaskan energi  tapi justru menyerap energi. Bintang mendadak runtuh memaksa suhu bagian dalamnya meningkat cepat hingga terjadi ledakan dahsyat kala bintang menyemburkan isi perut hingga bercerai berai. Di setiap ledakan, adanya neutron dan energi memungkinkan supernova menciptakan unsur dengan bermacam cara, di makalah yang dipublikasikan pada 1957 Burbidge, Burbidge, Fowler, dan Hoyle menggabungkan: prinsip mekanika kuantum yang sudah terujui dengan baik, fisika ledakan, penampung lintang tumbukan terkini, aneka proses yang mengubah unsur menjadi unsur lain, dasar teori evolusi bintang yang secara menyakinkan ledakan supernova sebagai sumber utama semua unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium di alam semesta. Dengan bintang bermassa besar sebagai sumber unsur berat, dan supernova sebagai bukti utama distribusi unsur, ke 4 sainstis terkenal mendapatkan solusi untuk satu makalah lain, jika menempa unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium di pusat bintang

 

Burbidge, Fowler, dan Hoyle menyatukan pemahaman mengenai reaksi fusi di bintang dengan produksi unsur yang tampak di seluruh alam semesta. Mereka tetap mengungguli analisis skeptis selama puluhan tahun sehingga makalah merupakan titik belok pengetahuan mengenai cara kerja alam semesta. Bumi dan seluruh kehidupan berasal dari debu bintang. Misteri kontemporer yang melibatkan unsur teknetium, yang pada 1937 merupakan unsur pertama yang dibuat di Laboratorium Bumi (kata teknetium dan kata lain yang menggunakan awalan tek berasal dari bahasa Yunani tekhnetos yang berarti buatan), teknetium alami di Bumi belum ditemukan. Tapi ahli astronomi telah menemukan di atmosfer sebagian kecil bintang raksasa merah di galaksi. Teknetium meluruh menjadi unsur lain dengan waktu paro hanya 2 juta tahun, jauh lebih singkat daripada umur dan harapan hidup bintang yang di dapati mengandung teknetium. Bintang raksasa merah yang memiliki ciri khas itu langka, tapi cukup meresahkan sekelompok ahli astrofisika (kebanyakan adalah ahli spektroskopi) yang berspesialisasi di bidang tersebut untuk menerbitkan dan menyebarkan Newsletter of Chemically Peculiar Red Giant Stars (nawala bintang raksasa merah dengan susunan kimia yang aneh)

Tabel periodik disusun oleh para ahli kimia dan ahli fisika selama 2 abad terakhir, memuat prinsip – prinsip yang menjelaskan perilaku kimia semua unsur yang dikenal di alam semesta atau yang ditemukan kemudian hari. Jika gabungkan natrium dan klorin, hasilnya natrium klorida, senyawa tak berbahaya dan penting bagi kehidupan yang lebih kenal sebagai garam meja. Hidrogen dan oksigen adalah gas yang mudah meledak dan mendukung terjadinya pembaakran, tapi penggabungan keduanya menghasilkan air dan memadamkan api. Di tengah segala kemungkinan interaksi kimia unsur di dalam tabel periodik, menemukan unsur yang paling penting bagi kosmos. Unsur itu memberikan kesempatan untuk melihat tabel periodik dari lensa ahli astrofisika. Tabel periodik menekankan bahwa tiap unsur alam dibedakan dengan unsur lain berdasarkan nomor atom yaitu jumlah proton (muatan listrik negatif positif) di tiap inti unsur. Atom yang lengkap selalu memiliki jumlah elektron (muatan listrik negatif) yang mengorbit inti atom sama dengan nomor atom unsur yang bersangkutan sehingga total muatan atom sama dengan 0. Aneka isotop dari suatu unsur memiliki jumlah proton dan elektron yang sama tapi jumlah neutron yang berbeda

 

Hidrogen, dengan 1 proton di intinya adalah unsur paling ringan dan sederhana yang dibuat selama beberapa menit pertama setelah ledakan besar. Dari total 94 unsur yang ada di alam, hidrogen menyusun 2/3 lebih dari seluruh atom didalam tubuh manusia dan di atas 90% dari seluruh atom di jagat raya, termasuk Matahari dan planet raksasanya, hidrogen di dalam pusat planet paling masif yang mengorbit Matahari, yaitu Jupiter, merasakan tekanan yang sedemikian tinggi dari lapisan di atasnya sehingga secara elektromagnet berlaku seperti logam konduktif ketimbang gas, dan membantu menciptakan medan magnet terkuat di antara planet yang mengelilingi Matahari, ahli kimia Inggris Henry Cavendish menemukan hidrogen pada 1776 ketika bereksperimen dengan H20 (hidrogen adalah kata Yunani untuk membentuk air), kata gen sama dengna yang membentuk istilah genetik) meski di antara para ahli astronomi, Cavendish lebih dikenal sebagai orang pertama yang akurat menghitung massa Bumi dengan mengukur konstanta gravitasi G dalam persamaan gravitasi Newton. Tiap detik 4,5 miliar ton inti hidrogen (proton) yang bergerak cepat bertumbuhan dan membentuk inti helium di dalam pusat Matahari yang bersuhu 1,5 juta derajat Celcius, sekitar 1 persen massa yang terlibat dalam reaksi fusi berubah menjadi energi, sedangkan 99% sisanya menjadi helium

 

Helium, unsur paling melimpah kedua di alam semesta, bisa ditemukan di Bumi hanya di beberapa kantung bawah tanah yang memerangkap gas. Sebagian besar hanya mengenal sisi helium. Jika menghirup helium, kerapatannya yang rendah bila dibandingkan dengan gas atmosfer meningkatkan frekuensi getaran pita suara dan menyebabkan suara terdengar cempreng.  Jagat raya mengandung helium 4 kali lebih banyak daripada gabungan seluruh unsur (tidak termasuk hidrogen). Salah satu pilar kosmologi ledakan besar adalah prediksi bahwa di seluruh kosmos, tak kurang daripada 8% atom berupa helium, yang dihasilkan oleh bola api primordial segera setelah lahir. Karena reaksi fusi hidrogen di dalam bintang menghasilkan tambahan helium, sebagian daerah di kosmos bisa mengandung lebih daripada 8% helium yang mula dimiliki, taoi seperti yang diprekdiksi model ledakan besar tak pernah ditemukan di galaksi atau di galaksi lain yang memiliki kandungna helium kurang daripada 8%. Sekitar 30 tahun sebelum menemukan dan mengisolasi helium di Bumi, para ahli astrofisika telah mendeteksi helium di Matahari dengan mengungkap ciri khusus yang dilihat di spektrum cahaya Matahari dalam gerhana total tahun 1868. Dinamai helios, dewa Matahari bangsa Yunani, dengan 92% bobot hidrogen, tapi tanpa sifat hidrogen yang mudah meledak dan menghancurkan gas pilihan untuk mengisi balon terbang berukuran besar dan menjadikan toserba di konsumen helium terbesar kedua setelah militer AS

 

Lithium, unsur paling sederhana ke 3 di alam semesta, memiliki 3 proton di inti. Seperti hidrogen dan helium, lithium dibuat sesaat setelah ledakan besar, tapi tak seperti helium yang kerap di buat di dalam reaksi inti selanjutnya, lithium akan dihancurkan oleh setiap reaksi inti yang berlangsung di dalam bintang. Tidak akan menemukan objek atau daerah yang mengandung lithium kecuali dengan kelimpahan yang relatif kecil.  Tak lebih daripada 0,0001% dari seluruh yang dihasilkan di dalam semesta dini. Seperti yang telah diprekdiksi model pembentukan unsur selama setengah jam pertama, tak seorang yang menemukan galaksi dengan kandungan lithium melebihi batas. Kombinasi batas atas helium dan batas bawah lithium melebihi batas atas. Kombinasi batas atas helium dan batas bawah lithium memberi 2 batasan kuat untuk diterapksan saat menguji teori kosmologi ledakan besar. Test serupa untuk model ledakan besar, yang dilalui dengan sangat baik adalah membandingkan kelimpahan inti deuterium, yang mengandung 1 proton dan satu neutron dengan jumlah hidrogen biasa, reaksi fusi yang berlangsung selama beberapa menit pertama menghasilkan kedua jenis inti tapi lebih banuak membuat hidrogen (hanya 1 proton)

 

Berilium dan boron (berturut dengan 4 dan 5 proton di masing inti atom berasal dari reaksi fusi termonuklir di  alam semesta dini, dan hanya ada sedikit di seluruh kosmos. Langkanya 3 unsur paling ringan setelah hidrogen dan helium di Bumi menjadikan unsur tersebut buruk bagi yang tak sengaja menelan unsur. Dosis lithium yang terkendali bisa meredakan gangguan mental jenis tertentu

 

Dengan adanya karbon, yaitu unsur nomor 6, tabel periodik mekar dengan mengagumkan, atom karbon dengan 6 proton di tiap inti, terdapat dalam molekul yang macamnya lebih banyak daripada jumlah molekul yang macamnya lebih banyak daripada jumlah seluruh molekul non karbon, melimpahnya inti karbon di kosmos yang dibentuk di dalam pusat bintang, di angkut ke permukaan bintang dan di lepaskan ke galaksi Bimasakti dalam jumlah yang berlimpah ditambah dengan mudahnya karbon berkombinasi menjadikan karbon unsur terbaik untuk basis kimia dan keaneakaragaman hayati, hampir mengalahkan karbon dalam hal kelimpahan

 

Oksigen, 8 proton per inti atom juga merupakan unsur yang sangat reaktif dan melimpah, yang sama dibentuk di dalam dan dilepaskan dari bintang tua dan bintang yang meledak sebagai supernova, baik dengan maupun karbon merupakan baham utama kehidupan yang dikenal, proses yang sama membuat dan mendistribukan nitrogen, unsur nomor 7 yang terdapat jumlah besar di seluruh alam semesta

Di tabel periodik silikon unsur nomor 14, terletak tepat di bawah karbon, yang berarti silikon bisa membuat senyawa kimia yang serupa dengan yang dibuat karbon, bila silikon  menggantikan posisi karbon. Karbon lebih unggul dari silikon, bukan hanya karena kelimpahan karbon 10 kali lebih banyak daripada kelimpahan silikon di kosmos, melainkan karena silikon membentuk ikatan kimia yang jauh lebih kuat atau jauh lebih lemah daripada yang dibentuk karbon. Kuatnya ikatan silikon dan oksigen membuat batu keras, sedangkan molekul kompleks berbasis silikon kurang tangguh menghadapi tekanan lingkungan bila dibandingkan dengan molekul berbasis karbon dan membentuk spekulasi eksobiologi dan bagaimana kehidupan asing

 

Selain membentuk bahan aktif pada garam meja, natrium (11 proton per inti atom) menerangi daratan luas dalam wujud gas natrium panas di sebagian besar lampu jalan. Lampu membara lebih terang, lebih lama, dan menggunakan lebih sedikit energi daripada lampu pijar konvensional. Ada 2 macam lampu natrium: lampu bertekanan tinggi, yang lazim digunakan dan tampak putih kekuningan, dan lampu bertekanan rendah, yang lebih jarang dan tampak oranye. Meski polusi cahaya menggangu astronomi, lampu natrium bertekan rendah tidak mengganggu, kontaminasi mudah ditemukan dan dibuang dari data teleskop karena rentang warnanya sempit. Dalam model kerja sama kota dan teleskop, seluruh kota Tucson, Arizona, kota besar terdekat dengan Observatorium National Kitt Peak, melalui kesepakatan dengan  ahli astronomi setempat, telah mengganti semua lampu jalan dengan lampu natrium bertekanan rendah yang lebih efisien sehingga menghemat energi

 

Aluminium (13 proton per inti atom) menyusun hampir 10% kerak Bumi, tapi dikenal orang zaman dahulu karena unsur ini bergabung dengan unsur lain secara efektif. Isolasi dan identifikasinya terjadi pada 1827, dan aluminium dipakai dalam peralatan rumah tangga menjelang akhir 1960 ketika kaleng timah dan kertas timah digantikan kaleng aluminium dan kertas aluminium karena aluminium dipoles menjadi pemantul cahaya tampak yang mendekati sempurna, para ahli astronomi melapisi hampir semua cermin teleskop dengan lapisan tipis atom aluminium

 

Titanium (22 proton per inti atom) memiliki kerapatan 70% lebih tinggi daripada kerapatan aluminium, kekuatannya lebih daripada 2 kali lipat aluminium, berkat kekuasaan dan keringan, titanium unsur paling melimpah ke 9 di kerak Bumi, kerap digunakan untuk berbagai peralatan modern seperti komponen pesawat tempur, yang membutuhkan logam ringan tapi kuat

 

Jumlah atom oksigen melebihi jumlah karbon. Di dalam bintang, tiap kali atom karbon berikatan dengan salah satu atom oksigen yang ada dan membentuk molekul karbon monoksida atau karbon dioksida, atom oksigen lainnya akan berikatan dengan unsur lain, misal titanium, spektrum cahaya dari bintang raksasa merah menunjukkan karakteristik yang diciptakan titanium dioksida (molekul Ti02) yang tak asing lagi di Bumi: efek asterisme batu safir dan batu mirah muncul berkat ketidakmurnian titanium oksida di dalam kisi kristal dan ketidakmurnian titanium oksida memperkaya warna. Selain itu, cat putih yang digunakan untuk kubah teleskop memgandung titanium oksida, yang memancarkan inframerah dengan efisiensi tinggi, fakta yang sangat mengurangi panas yang terkumpul di dalam kubah pada siang hari, pada malam hari ketika dibuka, suhu udara di dekat teleskop turun lebih cepat daripada suhu udara malam, sehingga mengurangi pembiasan atmosfer dan memungkinkan cahaya dari bintang dan objek langit lainnya dapat ditangkap teleskop dengan tajam dan jelas. Meski tidak langsung digunakan untuk menamai objek kosmik, nama titanium berasal dari para Titan dalam mitologi Yunani, seperti Titan, bulan terbesar Saturnus

 

Besi unsur nomor 26,adalah unsur yang paling penting di alam semesta, bintang masif menghasilkan unsur di pusat, berbaris panjang tabel periodik dengan urutan menurut bertambahnya jumlah proton per inti atom, mulai dari helium, karbon, oksigen, hingga neon dan seterusnya hingga besi. Dengan proton sebanyak 26 dan neutron dalam jumlah yang sekurangnya sama banyaknya di inti atom, besi memiliki kualitas yang berasl dari aturan mekanika kuantum yang mengatur interaksi proton dan neutron: inti atom besi memiliki energi ikatan per zarah inti (proton dan neutron) terbesar. Artinya, jika membelah inti atom besi dengan cara yang oleh ahli fisika disebut reaksi fusi, harus menyediakan energi tambahan. Jika menggabungkan atom besi (fusi) atom menyerap energi. Dibutuhkan energi untuk menggabungkan inti atom besi dan dibutuhkan energi untuk memisahkan. Untuk unsur lain, hanya salah satu yang berlaku dari 2 bagian reaksi

 

Ketika bintang menggabungkan inti atom di pusat, alam memerlukan, dan mendapatkan reaksi fusi inti yang melepas energi. Sesudah sebagian besar inti atom di pusat bintang masif berfusi menjadi besi, bintang itu kehabisan pilihan untuk menggunakan reaksi fusi termonuklir untuk membangkitkan energi ketimbang melepaskan energi. Karena kekurangan sumber energi dari reaksi fusi termonuklir, pusat bintang akan runtuh karena bobotnya, lalu melambung dalam ledakan supernova, yang terangnya mengalahkan miliaran Matahari selama seminggu lebih. Supernova terjadi karena ciri khusus inti besi keengganya untuk bergabung atau memisah tanpa masukan energi

 

Logam lembut galium (31 proton per inti atom). Galium memiliki titik leleh yang sangat rendah sehingga panas dari tangan akan meleleh, galium memberi ahli astrofisika bahan aktif berupa galium klorida, varian garam meja (natrium klorida). Untuk menangkap neutrino ahli astrofisika membuat tangki galium klorida cair seberat 100 ton dan meletakkannya jauh di bawah tanah untuk menghindari zarah yang tidak bisa menembus hingga ke kedalaman bawah tanah) lalu memperhatikan hasil tumbukan neutrino dan inti galium yang mengubah inti galium menjadi inti germanium yang masing memiliki 32 proton. Setiap galium berubah menjadi germanium, dihasilkan foton sinar X yang bisa dideteksi dan diukur setiap satu inti ditabrak. Dengan menggunakan teleskop neutrino galium klorida, ahli astrofisika memecahkan persoalan yang mereka sebut masalah neutrino matahari yaitu fakta bahwa detektor neutrino tipe lama menemukan neutrino dalam jumlah lebih sedikit daripada yang telah diprekdiksi teori reaksi fusi termonuklir di pusat Matahari

 

Setiap inti unsur teknetium (nomor atom 43) bersifat radioaktif, yaitu meluruh sesudah beberapa saat atau beberapa juta tahun menjadi inti lain, kecuali ditemukan di akselerator zarah yang dibuat khusus. Teknetium ditemukan di atmosfer bintang raksasa merah

 

Bersama osmium dan platinum, iridium merupakan salah satu dari 3 unsur terberat di tabel periodik, 2 kaki kubik iridium (nomor atom 77) berbobot sama dengan mobil Buick, yang menjadikkannya salah satu pemberat kertas terbaik didunia karena mampu menahan hembusan angin dari kipas dan jendela di kantor, di seluruh dunia, lapisan tipis material yang kaya iridium ditemukan di lapisan geologi yang menandai batas K-T (zaman kapur – zaman Trias) di lapisan berumur 65 juta tahun. Batas itu menandai waktu kepunahan setiap spesies penghuni darat. Iridium jarang ditemukan di permukaan Bumi, tapi 10 klai lebih ditemukan di asteroid logam.

 

Einsteinium ditemukan di puing bekas uji coba hidrogen pertama di Pasifik (November 1952) untuk menghormati Albert Einstein, Armagedium

 

Helium memperoleh nama dari Matahari, 10 unsur lain di tabel periodik mendapatkan nama dari objek yang mengorbit Matahari

 

Fosfor, yang berarti pembawa cahaya dalam bahasa Yunani adalah nama kuno yang diberikan kepada planet Venus ketika muncul sebelum Matahari terbit di langit fajar

 

Selenium berasal dari Selene, bahasa Yunani untuk Bulan, dinamai karena unsur ditemukan bersama dengan unsur telerium yang telah dinamai bahasa Latin untuk Bumi yaitu tellus

 

Pada 1 Januari 1801, hari pertama abad ke 19, ahli astronomi Italia Giuseppe Piazzi menemukan planet baru yang mengorbit Matahari dalam celah lebar antara orbit Mars dan Jupiter, sesuai tradisi penamaan planet berdasarkan nma dewa dewi Romawi, Piazzi menyebut objek tersebut Ceres berdasarkan dewi panen, yang menjadi akar kata sereal dan dinamai cerecium. 2 trahun kemduian satu planet ditemukan mengorbit Matahari di celah yang sama dengan Ceres

 

Objek ini mendapat nama Pallas dari nama dewi kebijaksanaan bangsa Romawi, unsur yang dinamai Paladium, objek itu jauh lebih kecil daripada planet terkecil. Deretan objek baru telah muncul di tata surya, yang terdiri atas bongkahan batuan dan logam yang kecil dan kasar. Ceres dan Pallas asteroid, yaitu objek yang garis tengah hanya beberapa ratus kilometer. Objek terletak di Sabuk asteroid, yang diketahui mengandung jutaan objek, sebanyak 15 ribu di antaranya lebih daripada jumlah unsur di dalam tabel periodik telah di katalogkan dan dinamai

 

Logam merkuri (raksa) berwujud cair pada suhu ruang, mendapatkan nama dari dewa kurir Romawi yang bergerak cepat, demikian dengna planet Merkurius, planet yang bergerak paling cepat di tata surya

 

Thorium berasal dari Thor, dewa bangsa Skandinavia yang memegang dan menggunakan palu dan petir, mirip dengan Jupiter yang memegang dan menggunakan petir dalam mitologi Romawi. Citra teleskop Hubble memperlihatkan daerah kutub Jupiter yang menunjukkan pelepasan zarah bermuatan secara besar di kedalaman lapisan awan Jupiter yang bergolak. Saturnus tidak dipakai untuk unsur tapi Uranus, Neptunus, dan Pluti dipakai

 

Unsur Uranium ditemukan pada 1789 mendapatkan nama berdasarkan planet yang ditemukan William Herschel tepat 80 tahun sebelumnya, semua isotop Uranium tidak stabil, secara spontan tapi perlahan meluruh menjadi unsur yang lebih ringan, suatu proses yang diiringi pelepasan energi. Jika bisa mengatur laju peluruhan dengan reaksi rantai di inti uranium. Mendapatkan pelepasan energi eksplosif yang diperlukan bom. Pada 1945, Amerika serikat meledakkan bom uranium pertama yang dikenal bom atom dalam perang dan membakar kota Hiroshima, Jepang. 92 proton di inti atom, uranium unsur terbesar dan terberat yang tersedia di alam, meski sejumlah kecil unsur lebih besar dan lebih berat terdapat di lokasi tambang bijih uranium. Jika uranus digunakan untuk menamai unsur, juga Neptunus

 

Neptunium ditemukan pada 1940 dalam akselerator zarah bernama Siklotron Berkeley, 97 tahun setelah astronomi Jerman John Galle menemukan Neptunus di lokasi yang sama dengan yang diprekdiksikan ahli matematika Prancis Joseph Le Verrier yang meneliti perilaku orbit Uranus yang tak bisa dijelaskan dan menyimpulkan keberadaan planet yang lebih jauh. Neptunium muncul di tabel periodik setelah titanium

 

Ahli fisika zarah bekerja di Siklotron Berkeley menemukan setengah lusin lebih unsur yang tidak ditemukan di alam, termasuk plutonium, memakai nama Pluto yang ditemukan oleh ahli astronomi muda Clyde Tombaugh pada 1930 di foto yang diambil menggunakan teleskop Observatorium Lowell, Arizona seperti ketika Ceres ditemukan 129 tahun sebelumnya, Pluto adalah planet pertama yang ditemukan orang Amerika dan karena belum ada data observasi, diyakini sebagai planet yang seukuran dan setara massanya dengan Uranus dan Neptunus. Ukuran Pluto semakin kecil. Pengetahuan masih berubah sampai akhir 1970, ketika ada misi Voyager ke tata surya bagian luar,  Pluto adalah planet keil yang mengorbit Matahari, lebih kecil daripada 6 bulan terbesar di tata surya. Terkait asteroid, ahli astronomi menemukan ratusan objek lainnya di lokasi yang sama, tata surya bagian luar di orbit yang serupa dengan orbit Pluto. Objek itu menandakan keberadaan kumpulan benda kecil dan beku yang sebelumnya tidak tercatat, kini disebut komet Sabuk Kuiper. Pluto tidak berhak masuk ke tabel periodik

 

Seperti inti uranium, inti plutonium bersifat radioaktif. Inti merupakan bahan aktif bom atom yang dijatuhkan di kota Nagasaki, Jepang, tepat 3 hari sesudah bom atom dijatuhkan di Hiroshima, yang mengakhiri Perang Dunia II. Saintis bisa memanfaatkan sedikit plutonium, yang menghasilkan energi dengan laju sedang dan tetap, untuk memberi tenaga generator termoelektrik radioisotop di wahana antariksa yang mengarungi tata surya bagian luar, intensitas cahaya Matahari disana jauh lebih kecil ketimbang yang bisa digunakan oleh panel surya. 1 pon plutonium akan membangkitkan energi panas sebesar 10 juta kilowatt jam cukup untuk menyalakan lampu pijar selama 11 ribu tahun, atau memberi tenaga kepada manusia selama kurun waktu yang kurang lebih sama. Masih menggunakan teknik plutonium untuk mengirimkan pesan ke Bumi, 2 wahana antariksa Voyager yang diluncurkan pada 1977 telah berada jauh di luar orbit Pluto. Salah satu diantaranya di jarak hampir 100 kali jarak Bumi ke Matahari telah memasuki raung antar bintang sejati dengan meninggalkan selubung yang diciptakan oleh aliran zarah bermuatan dari Matahari

Zaman kegelapan kosmos yakni ketika zat baru saja mulai mengorganisasi diri menjadi satuan yang dapat berdiri sendiri seperti bintang dan galaksi, sebagian besar zat membangkitkan sedikit radiasi atau tidak sama sekali. Penemuan eksoplanet, yang banyak di antaranya bergerak di orbit yang jauh berbeda dengan orbit planet di tata surya. Membawa debu dan gas membuat objek besar dari objek yang lebih kecil dalam waktu yang agak singkat

 

Scott Tremaine dari Princenton University menguraikan hukum pembentukan planet Tremaine. Hukum pertama menyatakan bahwa semua prediksi teoretis mengenai karakterisik eksoplanet adalah salah, dan hukum kedua berbunyi bahwa prediksi pembentukan planet yang paling aman adalah bahwa tidak bisa terjadi. Lebih daripada dua abad lalu, dalam upaya menjelaskan pembentukan Matahari dan planet, Immanuel Kant mengusulkan hipotesis nebula, yang menyatakan bahwa massa gas dan debu yang berpusar di sekeliling bintang yang sedang dalam proses pembentukan terkondensasi menjadi gumpalan yang menjadi planet. Hipotesis Kant masih melandasi pendekatan astronomi modern untuk pembentukan planet, setelah mengungguli konsep lain yang populer akibat lewatnya bintang lain di dekat Matahari, gaya gravitasi antar kedua bintang menarik massa gas dari masing bintang dan sebagian gas mendingin dan terkondensasi menjadi planet. Hipotesis yang diajukan oleh ahli astrofisika ternama dari Inggris, James Jeans, memiliki kelemahan atau daya tarik dalam hal terbentuk sistem keplanetan akan menjadi sangat langka karena papasan yang cukup dekat antara bintang hanya terjadi beberapa kali dalam kala hidup seluruh galaksi. Para ahli astronomi menghitung hampir semua gas yang tertarik dari bintang menguap, dan kembali ke hipotesis Kant, yang menyiratkan bahwa banyak bintang, jika bukan sebagian bessarnya mesti dikelilingi planet. Para ahli astrofisika memiliki bukti kuat bahwa bintang terbentuk, bukan 1 per 1 melainkan dalam jumlah ribuan dan puluhan ribu, di dalam awan gas dan debu raksasa yang akhirnya melahirkan sekitar sejuta bintang.  Salah satunya nebula Orion, daerah pembentukan bintang yang besar dan paling dekat dengan tata surya. Dalam waktu beberapa ratus juta tahun, daerah itu akan melahirkan ratusan ribu bintang baru yang mengembuskan sebagian besar gas dan debu yang masih tersisa di nebula akan mengamati bintang muda tanpa dihalangi sisa kepompong kelahiran

 

Ahli astrofisika menggunakan teleskop radio untuk memetakan distribusi gas dan debu dingin di dekat bintang muda. Peta mereka secara khusus memperlihatkan bintang muda tidak mengarungi antariksa tanpa zat di sekelilingnya, sebaliknya, bintang biasanya memiliki piringan zat yang mengitari, dengan ukuran yang hampir sama dengan tata surya, tapi tersusun dari gas hidrogen (dan gas lain dengan kelimpahan yang lebih sedikit) dan taburan zarah debu. Istilah debu berarti zarah yang mengandung beberapa juta atom dan lebih kecil daripada tanda titik. Banyak bulir debu terdiri atas atom karbon, yang terikat bersama membentuk grafit (bahan utama isi pensil). Debu lainnya merupakan campuran atom silikon dan oksigen pada prinsipnya adalah batuan yang amat kecil dengan selubung es melingkupi inti batuan. Untuk membuat debu, atom harus terkumpul sebanyak jutaan, kerapatan antara bintang rendah, tempat paling mungkin di perluasan atmosfer luar bintang dingin, yang lembut mengembuskan zat ke antariksa

 

Pembentukan zarah antar bintang menjadi langkah pertama menuju terbentuknya planet, untuk planet padat dan planet gas raksasa (Jupiter dan Saturnus). Meski planet gas terdiri atas hidrogen dan helium, ahli astrofisika telah menyimpulkan berdasarkan perhitungan struktur internal, dan pengukuran massa planet, planet gas raksasa memiliki inti padat. Dari massa total Jupiter, yakni 318 kali massa Bumi, beberapa lusin massa Bumi dikandung inti padat, Saturnus bermassa 95 kali massa Bumi, juga punya inti padat dengan massa satu atau 2 lusin massa Bumi, 2 planet gas lebih kecil, Uranus dan Neptunus punya inti padat yang lebih besar. Bermassa 15 dan 17 kali massa Bumi pusatnya mengandung lebih daripada ½ masssa planet

 

Inti planet berperan penting dalam proses pembentukan: mula terbentuk inti yang padat, pembentukan planet mensyaratkan terbentuknya gumpalan besar zat padat terlebih dahulu. Dari planet di sekeliling Matahari, Jupiter memiliki inti terbesar, Saturnus, Neptunus, Uranus, dan Bumi tepat seperti ukuran total. Begitu terbentuk objek dengan garis tengah mendekati 1 km, yang oleh ahli astronomi disebut planetesimal, masing objek akan memiliki gravitasi yang cukup kuat untuk menarik objek lain. Gaya gravitasi bersama antara planetesimal, mula akan membentuk inti planet dan planet di lokasi yang dingin, sehingga dalam kurun waktu beberapa juta tahun, kumpuluan gumpalan, yang masing berukuran sebesar kota kecil, menjadi dunia yang sama sekali baru, siap mendapatkan lapisangas atmosfer (Benus, Bumi, Mars) atau lapisan gas hidrogen dan helium yang tebal (planet gas raksasa yang mengorbit Matahari di jarak yang cukup jauh supaya bisa banyak mengumpulkan 2 gas paling ringan). Bagi ahli astrofisika, transisi dari planetesimal menjadi planet bisa digambarkan dalam rangkaian model komputer dan menghasilkan rincian aneka macam planet, tapi hampir semuanya menghasilkan planet dalam yang kecil dan berupa batuan padat, dan planet luar yang besar dan kecuali bagian inti berupa gas yang renggang, selama proses banyak planetesimal dan beberapa objek besar yang dihasilkan terlontar dari tata surya akibat interaksi gravitasi dengan objek yang lebih besar. Terbentuknya planetesimal terlebih dahulu belum dapat dijangkau oleh kemampuan para ahli astrofisika untuk menggabungkan pengetahuan fisika dengan pemrograman komputer. Gravitasi tidak dapat membuat planetesimal karena gaya gravitasi yang sedang saja antara objek kecil tidak efektif mengikat. Terdapat 2 kemungkinan teoretis untuk membuat planetesimal dari debu. Satu model mengusulkan pembentukan planetesimal melalui akresi, yang terjadi ketika zarah debu bertabrakan dan melekat satu sama lain. Pada prinsip akresi berhasil karena kebanyakan zarah debu berlekatan ketika bertabrakan. Pertumbuhan debu menjadi planetesimal terlalu lama. Pengukuran umur radioaktif inti tak stabil dideteksi di meteorit tertua menyiratkan bahwa pembentukan tata surya membutuhkan waktu tak lebih daripada beberapa puluh juta tahun, dan kemungkinan besar kurang, bila dibandingkan dengan umur planet 4,55 miliar tahun, hanya 1% dari seluruh rentang waktu adanya tata surya. Proses akresi memerlukan waktu lebih lama daripada beberapa puluh juta tahun untuk membuat planetesimal dari debu. Mekanime lain terdiri atas pusaran raksasa yang menyapu triliunan zarah debu, berputar cepat menuju aglomerasi menjadi objek yang lebih besar, karena awan gas dan debu yang mengerut menjadi Matahari dan planet memerlukan rotasi, awan itu berubah bentuk, menyisakan Matahari yang sedang dalam proses pembentukan menjadi bola yang relatif rapat di bagian tengah dan dikelilingi oleh piringan zat mengorbit di sekeliling bola. Hingga sekarang, orbit planet berarah sama dan berada di bidang yang hampir sama, membuktikan bahwa distibusi zat yang menyerupai priingan membentuk planetesimal dan planet. Dalam priingan yang berotasi, ahli astrofisika membayangkan kemunculan ketidakstabilan yang beriak yaitu daerah yang berselang seling antara bagian berkerapatan tinggi dan rendah. Bagian yang lebih rapat mengumpulkan zat berwujud gas dan debu yang melayang di dalam gas, dalam waktu beberapa ribu tahun, ketidakstabilan menjadi pusaran yang bisa menyapu sejumlah besar debu ke dalam volume yang relatif kecil

 

Gas dan debu yang melingkupi Matahari telah membentuk beberapa triliun planetesimal, bertabrakan, membentuk objek lebih besar, dan tercipta 4 planet dalam dan inti 4 planet gas di sekeliling Matahari, bulan planet, objek lebih kecil dan mengeliling planet selain planet paling dalam, Merkurius dan Venus. Bulan terbesar di antara bulan, dengan diameter beberapa ratus hingga ribu kilometer terbentuk dari tumbukan planetesimal. Pembentukan Bulan berhenti ketika tumbukan telah membentuk dunia satelit hingga ukurannya seperti sekarang, gravitasi kuat telah menguasai sebagian besar planetesimal di dekatnya. Ratusan ribu asteroid yang mengorbit antara Mars dan Jupiter. Asteroid terbesar dengan diameter beberapa ratus kilometer telah tumbuh melalui tumbukan planetesimal tidak bisa tumbuh besar karena gangguan gravitasi dari planet raksasa Jupiter di dekatnya, asteroid terkecil dengan diameter di bawah 1 km adalah planetesimal, objek yang tumbuh dari debu tapi tidak pernah bertumbukan dengan yang lain, berkat pengaruh Jupiter setelah mencapai ukuran yang siap untuk interaksi gravitasi

 

Ke 4 planet memiliki keluarga satelit yang ukurannya merentang dari besar atau teramat besar hingga sebesar Merkurius hingga kecil atau teramat kecil. Bulan terkecil yang diameternya di bawah 1 km, planetesimal yang terhenti pertumbuhannya akibat keberadaan objek dekat yang telah tumbuh menjadi lebih besar, semua bulan besar mengitari planet dengan arah dan bidang yang hampir sama, di sekeliling tiap planet, awan gas dan debu yang berotasi menghasilkan gumpalan zat yang tumbuh menjadi planetesimal dan menjadi sebesar Bulan

 

Di tata surya dalam, Bumi yang memiliki bulan cukup besar. Merkurius dan Venus tidak punya Bulan, sedangkan 2 Bulan berbentuk kentang milk Mars, yaitu Fobos dan Deimos berukuran selebar beberapa kilometer, tahap paling awal pembentukan objek yang lebih besar daripada planetesimal. Sebagian teori mengarahkan asal usul bulan ke sabuk asteroid, yaitu bahwa orbit bulan di sekeliling Mars adalah hasil keberhasilan gravitasi Mars dalam menangkap 2 objek yang sebelumnya asteroid. Bulan Bumi berdiameter hampir 4 ribu km dan ukurannya kalah oleh Titan. Ganymedes, Triton dan Kallisto (hampir sam abesar dengan Io dan Europa)

 

Lebih dari 3 dasawarsa, komposisi kimia sampel batuan yang dibawa misi Apollo menghasilkan 2 kesimpulan, satu di tiap kemungkinan asal usul Bulan. Di satu sisi, komposisi batuan Bulan menyerupai batuan Bumi sehingga teori bahwa satelit terbentuk sepenuhnya dari planet Bumi tak lagi dapat dipertahankan. Di sisi lain, komposisi batuan Bulan sehingga memadai untuk membuktikan bahwa Bulan tidak seluruhnya terbentuk dari zat Bumi. Bulan terbentuk akibat tumbukan pada awal tata surya yang mengeruk material dari cekungan pasifik dan melontarkannya ke antariksa, lalu di sana zat menggumpal dan membentuk satelit. Bulan terbentuk dari objek raksasa yang menabrak Bumi, tapi objek itu besar sebesar Mars sehingga menambahkan sebagian massa ke zat yang di lontarkan dari Bumi. Zat yang dilontarkan ke antariksa akibat tumbukan telah hilang dari lingkungan, menjadi Bulan, dari Bumi plus zat asing, semua itu terjadi 4,5 miliar tahun lalu, dan selama 1000 juta tahun pertama setelah pembentukan planet itu dimulai

 

Tumbukan yang menghancurkan objek itu berkeping keping. Teleskop bisa menemukan objek di tata surya bagian dalam hingga sekecil planetesimal yang membentuk planet. Planetesimal bisa membentuk objek sebesar Mars, tidak menjakin objek akan bertahan lama. Kepingan akibat tabrakan juga akan terus bertabrakan dengan Bumi dan planet dalam lainnya dengan sesama kepingan dan Bulan (setelah terbentuk) selama beberapa ratus juta tahun pertama dan kepingan objek raksasa yang menabrak planet masih dalam proses pembentukan menjadi bagian planet. Tumbukan objek sebesar Mars dengan Bumi tergolong yang paling besar dalam suatu bombardemen, massa penghancuran yang menyebabkan planetesimal dan objek lebih besar jatuh ke Bumi dan sekitar. Bombardemen menandai tahap akhir tata surya. Proses itu berpuncak di tata surya, yang tak berubah selama 4 milair tahun lebih, satu bintang biasa, yang dikelilingi 8 planet (termasuk Pluto beku dan lebih menyerupai komet raksasa), ratusan ribu asteroid, triliunan  meteorid (pecahan lebih kecil yang ribuannya menabrak Bumi setiap hari) dan triliunan komet, bola es kotor yang terbentuk di daerah yang jaraknya lusinan kali jarak Bumi – Matahari, satelit planet yang stabil bergerak mengorbit dalam jangka waktu laam setelah kelahiran 4,6 miliar tahun, kecuali beberapa di antaranya

 

Jika bisa mendekati zarah berenergi tinggi, akan mengenali zat radioaktif dari jauh. Pencacah Geiger tidak diperlukan dan bisa mengamati gas radon menembus lantao ruang bawah tanah rumah 

 

 Dari kejauhan, tata surya tampak kosong.  Ruang antarplanet mengandung bongkahan batu, kerikil, bola, es, debu, aliran zarah bermuatan , dan wahana pengintai mansuai. Ruang antarplanet juga dipenuhi medan gravitasi dan medan magnetik kuat, yang tampak tapi cukup mempengaruhi objek di lingkungan. Objek kecil dan medan gaya kosmik memberikan ancaman untuk pergi ke tata surya. Objek mengancam kehidupan Bumi, bertabrakan dengan planet dengan kecepatan berkilo meter per detik

 

Setiap hari dalam perjalanan mengitari Matahari dengan kecepatan 30 km per detik, Bumi menyapu ratusan ton puing di ruang antar planet, tak lebih besar daripada sebutir pasir. Hampir semua zat terbakar di atmosfer Bumi bagian atas, menumbuk udara dengan energi yang besar sehingga zarah menguap. Spesies ringkih berevolusi di bawah selimut pelindung. Memanas tidak merata dan pecah menjadi bagian lebih kecil sebelum menguap. Potongan yang lebih besar lagi hangus di bagian permukaan tapi setidaknya sebagian berhasil mencapai tanah. Setelah 4,6 miliar kali mengelilingi Matahari, Bumi sudah membersihkan seluruh puing di jalur orbi. Setelah setengah miliar tahun pertama pembentukan Matahari dan planet, begitu banyak sampah yang menghujani Bumi sampai energi tumbukan memanaskan astomosfer dan mensterilkan permukaan

 

Satu bongkah besar sampah antariksa besar sehingga menimbulkan pembentukan Bulan. Langkanya besi dan unsur bermassa besar lainnya di Bulan yang tak diduga. Sampel batuan bulan yang dibawa astronot Apollo ke Bumi, menunjukkan kemungkinan besar Bulan tersusun dari zat yang dilontarkan kerak dan mantel Bumi yang relatif miskin besi ketika bersenggolan dengan protonplanet sebesar Mars yang liar. Sebagian puing tabrakan menggumpal dan membentuk satelit yang  berkerapatan rendah. Periode bombardemen hebat yang menimpa Bumi kecil serupa dengan yang di alami oleh semua planet dan objek besar lainnya di tata surya, masing mengalami kerusakan yang mirip. Bulan dan Merkurius tak beratmosfer dan tidak mengalami erosi melestarikan sebagian besar kawah yang terbentuk selama periode bombardemen

 

Setelah puing sisa masa pembentukan, ruang antar planet juga berisi batuan segala ukuran yang dilontarkan Mars, Bulanm dan Bumi kala permukaan terkoyak akibat tumbukan berenergi tinggi. Simulasi tabrakan meteor di komputer menunjukkan bahwa sebagian batuan permukaan yang berada tepat di lokasi terjadinya tabrakan akan di lontarkan ke atas dengan laju yang memadai untuk terlepas dari ikatan gravitasi objek yang bersangkutan. Meteorit dari Mars di Bumi, bahwa sekitar 1000 ton batuan dari Mars menghujani Bumi setiap tahun. Jumlah yang sama berasal dari Bulan mencapai Bumi

 

Pada miliaran tahun lalu ketika air cair mengalir di permukaan Mars, bakteri bersembunyi di sudut dan celah batuan yang terlontar dari Mars ke Bumi. Beberapa jenis bakteri bisa bertahan hidup dalam lamanya hibernasi dan tingginya kadar radiasi pengion dari Matahari yang akan menerpa selama perjalanan menuju Bumi. Keberadaan bakteri dari luar Bumi disebut panspermia. Sebagian besar asteroid di tata surya menempati sabuk utama area pipih di sekeliling Matahari di antara orbit Mars dan Jupiter, secara tradisi, penemu asteroid akan menamai objek tersebut sesuai keinginan. Kerap dilukiskan oleh seniman sebagai daerah yang dipenuhi batuan yang berantakan dan melayang di bidang tata surya meski menyebar hingga lebih daripada jutaan km pada jarak yang berbeda dari Matahari, objek di sabuk asteroid memiliki massa total kurang daripada 5% massa Bulan, yang bermassa sekitar 1% massa Bumi. Akumulasi gangguan di orbit asteroid terus – menerus menciptakan kumpulan asteroid yang berbahaya, jumlahnya beberapa ribu. Lintasan orbit yang lonjong membawa begitu dekat dengan Matahari sehingga berpotongan dengan orbit Bumi dan menciptakan tabrakan. Sebagian besar asteroid melintasi orbit Bumi akan menabrak Bumi dalam waktu beberapa ratus juta tahun, objek berdiameter lebih besar daripada 1 km mengandung energi yang memadai untuk mengacaukan ekosistem Bumi dan menyebabkan sebagian besar spesies di Bumi berisiko punah

 

Asteroid bukan satu benda angkasa yang mengancam kehidupan Bumi. Ahli astronomi Belanda Jan Oort pertama kali menyadari bahwa jauh di kedalaman ruang antar bintang yang dingin, lebih jauh daripada jarak antar planet ke Matahari, kumpulan sisa tahap awal pembentukan tata surya masih mengelilingi bintang, Awan Oort terdiri atas triliunan komet membentang hingga setengah jalan menuju bintang terdekat, ribuan kali lebih besar daripada ukuran sistem keplanetan Matahari. Gerard Kuiper keturunan Belanda Amerika dan hidup pada zaman yang sama dengan Oort mengusulkan bahwa sebagian objek beku dahulu merupakan bagian piringan zat yang membentuk planet dan mengitari Matahari di jarak yang lebih jauh daripada jarak Neptunus ke Matahari tapi lebih dekat daripada jarak di komet di awan Oort. Secara keseluruhan, objek menyusun yang disebut Sabuk Kuiper oleh para ahli astronomi, petak lingkaran yang dipenuhi komet dan berawal tepat di luar orbit Neptunus, termasuk Pluto, dan membentang keluar beberapa kali jarak Neptunus – Matahari. Objek tarjauh di Sabuk Kuiper, yang dinamai Sedna berdasarkan nama dewi suku Inut, berdiameter sebesar 2/3 diameter Pluto. Tanpa planet masif di dekatnya yang menganggu, sebagian besar komet di Sabuk Kuiper akan tetap berada di orbitnya selama miliaran tahun. Sekelompok objek Sabuk Kuiper mengarungi antariksa dengan orbit eksentrik yang memotong lintasan planet lain. Orbit Pluto komet yang sangat besar, serta orbit Plutino, memotong lintasan Neptunus di sekeliling Matahari, objek Sabuk Kuiper lainnya, yang diganggu dari orbit besarnyam meluncur ke tata surya dalam dan melewati orbit planet, Komet Halley

 

Awan Oort bertanggung jawab atas komet jangka panjang, yang periode orbit jauh melampui hidup manusia. Komet awan Oort dapat menghujani tata surya dari sudut dan arah manapun. Komet paling terang dalam 3 dasawarsa terakhir, yakni komet Hyakutake (1996) berasal dari awan Oort jauh di atas bidang tata surya dan tidak akan kembali ke lingkungan dalam waktu dekat. Jupiter terlihat 10 kali lebih besar dari Bulan purnama, wahana antariksa yang mengunjungi Jupiter harus dirancang supaya tidak terpengaruh medan magnet.  Ahli kimia dan fisika Inggris Michael Faraday pada 1831 menggerakan kawat di medan magnet, akan membangkitkan perbedaan voltase di sepanjang kawat. Wahana antariksa terbuat dari logam dan bergerak cepat menimbulkan arus listrik di dalamnya. Arus berinteraksi dengan medan magnet lokal sehingga menghambat pergerakan wahana. Efek menjelaskan perlambatan misterius wahana Pioner 11, yang diluncurkan pada 1970 belum menempuh jarak sejauh yang diprekdiksikan model dinamika pergerakan keduanya, setelah memasukkan pengaruh debu antariksa yang dijumpai sepanjang lintasan, berikut gerakan mundur akibat bocornya bahan bakar, konsep interaksi magnetik, medan magnet Matahari, memberi penjelasan mengenai perlambatan wahana Pioner

 

Metode pendeteksian yang lebih baik dan wahana pengintai yang mampu melintas dekat telah menambah jumlah bulan dengan cepat sehingga menghitung bulan menjadi tidak ada artinya. 2 bulan Mars, Fobos dan Deimos muncul bukan dengan nama dalam kisah klasik Gulliver’s Travels (1726) karya Jonathan Swift, masalahnya adalah 2 bulan kecil belum ditemukan hingga lebih daripada diduga menginterpolasi antara bulan tunggal Bumi dan 4 bulan Jupiter (yang sudah diketahui masa). Bulan Bumi berdiameter sekitar 1/400 diameter Matahari tapi jaraknya sekitar 1/400 jarak ke Matahari, sehingga Matahari dan Bulan di langit sama besar, tidak dimiliki oleh pasangan planet bulan di tata surya dan menganugerahi makhluk Bumi gerhana Matahari total. Bumi terkunci pada periode revolusi mengelilingi Bumi akibat gravitasi Bumi, yang mengerahkan banyak gaya ke bagian dalam Bulan yang lebih rapat dan menyebabkan sisi permukaan selalu menghadap Bumi, seperti terhadap 4 bulan besar Jupiter, bulan yang terkunci hanya menampakan sisi yang sama kepada planet induk.  Io bulan besar terdekat ke Jupiter terkunci gravitasi Jupiter dan struktur mengalami tegangan akibat interaksi gravitasi dengan Jupiter dan bulan besar lain, interaksi memompa energi ke dalam Io (sebesar Bulan) yang memadai untuk melelehkan sebagian interior yang berupa batuan dan menjadikan Io objek dengan aktivitas vulkanis paling besar di tata surya. Bulan terbesar kedua Jupiter, Europa, memiliki cukup H20 sehingga panas internal, diakibatkan oleh interaksi yang sama dengan yang mempengaruhi Io, telah melelehkan es di bawah permukaan dan tercipta lautan di bawah tutupan es. Foto jarak dekat permukaan Miranda, salah satu bulan Uranus, mengungkapkan pola yang sangat tidak beraturan, seakan bulan telah dihancurkan lalu potongan buru direkatkan ulang karena kenaikan lapisan es yang tidak merata

 

Bulan Pluto, Kharon besar dan dekat dengan Pluto sehingga Pluto dan Kharon terkunci satu sama lain secara gravitasi, kedua objek memiliki periode rotasi yang sama dengan periode revolusi mengitari pusat massa bersama, menurut konvensi ahli astronomi menamai bulan suatu planet menurut sifat dewa dewi Romawi yang setara untuk menamai antara planet sendiri (misal Jupiter dan bukan Zeus) karena dewa dewi memiliki kehidupan sosial yang rumit, tidak ada kekurangan karakter untuk dipakai namanya

 

Sir william Herschel adalah orang pertama yang menemukan planet selain dengan mata telanjangm dan menamai planet baru berdasarkan nama raja yang akan mendukung penelitiannya. Seandainya Sir William berhasil, daftar planet akan menjadi: Merkurius, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturnus, dan George. Beberapa tahun kemudian planet baru mendapatkan nama Uranus. Herschel menamai berdasarkan karakter drama William Shakespeare dan puisi Alexander Pope The Rape of the Lock masih menjadi tradisi hingga sekarang. Di antara 17 bulan Uranus, Ariel, Cordelia, Desdemona, Juliet, Ophelia, Portia, Puck, dan Umbriel dengan 2 bulan baru Caliban dan Sycorax ditemukan 1997

 

Matahari kehilangan zat dari permukaan dengan laju 200 juta ton per detik (hampir sama dengan laju aliran air di sungai Amazon) Matahari kehilangan massa dalam wujud angin surya, yang terdiri atas zarah bermuatan dan berenergi tinggi. Bergeak dengan kecepatan hingga 1000 km per detik. Zarah mengalir melintasi ruang antar planet, dan dibelokkan oleh medan magnet planet, akibatnya zarah turun berputar menuju kutub magnetik utara dan selatan planet bertabrakan dengan molekul gas atmosfer dan menghasilkan pendaran cahaya aurora berwarna – warni. Teleskop Hubble mengamati aurora di dekat kutub Satunus dan Jupiter. Di Bumi, aurora borealis dan australis (cahaya utara dan selatan) menjadi pengingat memiliki atmosfer pelindung

 

Atmosfer Bumi membentang di atas permukaan Bumi, satelit orbit rendah bergerak di ketinggian 160 hingga 640 km dan menyelesaikan 1 putaran orbit dalam waktu 90 menit, masih ada sedikit atmosfer cukup untuk perlahan menguras energi orbit satelit. Untuk melawan gesekan, satelir di orbit rendah membutuhkan dorongan pada waktu tertentu supaya tidak jatuh ke Bumi dan terbakar di atmosfer.  Cara menentukan batas atmosfer dengan kerapatan molekul gas atmosfer menjadi sama dengan kerapatan gas di ruang antar planet. Atmosfer Bumi membentang ribuan kilometer ke antariksa, mengorbit di ketinggian, yaitu 37000 km di atas permukaan Bumi (1/10 jarak ke Bulan) adalah satelit komunikasi yang membawa siaran berita di seluruh Bumi. Di ketinggian khusus, satelit mendapati atmosfer Bumi dan kecepatan mengorbit  tak lagi relevan, berkat lenyap tarikan Bumi di jarak yang jauh dari planet, hingga satelit mencapai kondisi memerlukan 24 jam untuk menyelesaikan 1 putaran mengelilingi planet. Bergerak di orbit yang tepat sama dengan laju rotasi Bumi, satelit melayang di atas satu titik di Ekuator, menjadikan satelit ideal untuk meneruskan sinyal dari 1 bagian permukaan Bumi ke bagian lain

 

Hukum gravitasi menyatakan bahwa meski gravitasi dari suatu planet semakin lemah seiring dengan semakin jauh dari planet, tidak ada jarak yang akan mengurangi gaya gravitasi hingga 0, dan bahwa suatu objek bermassa besar dapat mengerahkan gaya gravitasi yang kuat sekalipun dalam jarak yang amat jauh. Planet Jupiter, dengan medan gravitasi yang amat kuat, melemparkan komet yang tidak ditangkis akan membuat huru hara di tata surya dalam. Jupiter sebagai tameng gravitasi bagi Bumi dan Bumi bisa lama (50 hingga 100 juta tahun) merasakan masa relatif damai dan tenang. Tanpa perlindungan Jupiter, kehidupan akan sulit berkembang dan berada dlam risiko kepunahan

 

Wahana Cassini dikirim untuk mendekati Saturnus pada akhir 2004, diluncurkan dari Bumi pada 15 oktober 1997 dan 2 kali dibantu oleh gravitasi Benus, sekali oleh Bumi (saat terbang dekat kembali) dan sekali oleh Jupiter. Lintasan dari satu planet ke planet lain dengan memanfaatkan gravitasi, atau tidak akan memiliki cukup kecepatan dan energi untuk mencapai tujuan

 

Pada November 2000, asteroid sabuk utama 194KA, yang ditemukan David Levy dan Caroline Shoemaker, dinamai 13123 Tyson, banyak asteroid yang memiliki nama umum seperti Jody, Harriet, dan Thomas, Merlin, James Bond, dan Santa. Jumlah asteroid yang orbitnya ditentukan dengan kriteria yang digunakan untuk memberi nama dan angka sudah menembus 20000, asteroid 13123 Tyson tidak menuju Bumi

Hampir 5 abad lalu, Nikolaus Kopernikus menghidupkan kembali hipotesis pertama kali diusulkan oleh ahli astronomi Yunani kuno bernama Aristakhus, Bumi tidak berada di planet kosmos, kata Copernicus, termasuk keluarga planet yang mengitari Matahari. Selama berabad, para ahli astronomi menggunakan teleskop untuk mengamati ratusan ribu bintang tidak memiliki kemampuan untuk membedakan bintang memiliki planet. Matahari tergolong bintang biasa, yang kembarannya banyak sekali di seluruh galaksi Bimasakti, jika Matahari memiliki keluarga planet, bintang lain dengan planet yang sama mampu memebrikan kehidupan sebanyak mungkin makhluk, itu yang membuat Giordano Bruno dibunuh pada 1600

 

Sebelum tahun 1995, spekulasi mengenai planet di sekeliling bintang bisa berlanjut tanpa dibatasi fakta. Bumi mengorbit di sekeliling sisa bintang meledak, ledakan supernova, planet eksoplanet belum pernah ditemukan. Tapi sekarang sudah ditemukan dan berjumlah lebih dari 100, para astrofisika menyimpulkan massa, jarak dari bintang induk, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu putaran orbit, dan bahkan bentuk orbit. Dengan memilah cahaya ke dalam spektrum warna dan membandingkan spektrum dengan ribuan bintang lain, mereka mengkhususkan diri mengamati cahaya bintang mengenali jenis bintang dari rasio intensitas warna yang muncul di spektrum bintang. Ahli astrofisika dahu memotret spektrum bintang, tapi  kini mereka menggunakan piranti sensitif yang merekam secara digital banyaknya cahaya bintang dalam warna tertentu yang mencapai Bumi, dan menentukan bintang yang mirip dengan Matahari, agak lebih panas dan terang, bintang dingin dan redup, warna itu menggeser menuju ujung spektrum merah atau ungu sehingga semua penanda yang sudah dikenal menjadi merah atau lebih ungu dari biasanya. Saintis menggolongkan warna berdasarkan panjang gelombang yang menunjukkan jarak antara puncak gelombang yang berturutan di gelombang cahaya yang bergetar, karena panjang gelombang berkaitan dengan warna yang ditangkap mata dan otak, menentukan panjang gelombang berarti mendefinisikan warna dengna lebih tepat ketika ahli astrofisika mengetahui pola yang khas di intensitas cahaya yang diukur dalam ribuan warna yang berbeda tapi mendapati bahwa seluruh panjang gelombang di pola misal 1% lebih panjang daripada biasanya, warna bintang berubah akibat efek Doppler, yang menjelaskan apa yang terjadi ketika mengamati objek yang mendekati atau menjauhi. Jika suatu objek bergerak menuju manusia, atau bergerak ke arahnya, akan mendapati bahwa seluruh panjang gelombang cahaya yang dideteksi lebih pendek daripada panjang gelombang yang diukur dari objek yang sama dalam relatif. Jika objek menjauhi, mendapati semua panjang gelombang lebih panjang daripada panjang gelombang objek yang sama. Penyimpangan dari kondisi tergantung kecepatan relatif antara sumber cahaya dan pengamat. Untuk kecepatan kurang daripada kecepatan cahaya (300000 km per detik), fraksi perubahan di seluruh panjang gelombang yang disebut efek Doppler, sama dengan rasio kecepatan mendekati atau menjauhi terhadap kecepatan cahaya. Pada 1990, 2 tim ahli astronomi, di Amerika Serikat dan Swiss, meningkatkan presisi dalam mengukur pergeseran Doppler cahaya bintang, mendeteksi keberadaan planet dengan menyelidiki cahaya bintang. Metode pendekatan tak langsung cara untuk menemukan eksoplanet.  Jarak planet mengitari bintang sangat kecil dibandingkan jarak antar bintang, jarak bintang terdekat dengan Matahari sekitar setengah juta kali lebih jauh dari jarak matahari ke planet terdekat, Merkurius. Jarak Pluto dan Matahari kurang dari seperlimaribu jarak ke Alpha Centauri, sistem bintang terdekat. Jarak teramat antara bintang dengan planet, ditambah redup cahaya yang dipantulkan planet dari bintang, menyebabkan hampir tidak mungkin melihat planet di tata surya. Jarak Matahari ke Jupiter hanya 1 per 50 ribu jarak Alpha Centauri ke Matahari, dan intensitas cahaya dari Jupiter hanya 1 per semiliar intensitas cahaya Matahari, ahli astrofisika membandingkannya dengan melihat kunang di dekat lampu mercusuar

 

Efek Dopller memberikan pendekatan lain. Jika mengamati bintang, bisa mengukur perubahan yang muncul di pergeseran Dopper cahaya bintang. Perubahan itu diakibatkan perubahan kecepatan bintang mendekati atau menjauhi. Bila perubahan berulang yaitu bila intensitas cahaya naik menuju maksimum, turun menjadi minimum, naik menuju maksimum yang sama, dan siklus berulang dalam selang waktu yang sama. Bintang bergerak di orbit yang membuatnya berputar mengelilingi suatu titik di antariksa, bintang bergerak karena gaya gravitasi dari objek lain. Planet memiliki massa jauh lebih kecil daripada massa bintang sehingga hanya mengerahkan gaya gravitasi yang kecil. Ketika planet menarik bintang di dekatnya bermassa jauh lebih besar daripada massanya sendiri, planet hanya mengakibatkan perubahan kecil kepada kerapatan bintang, Jupiter mengubah kecepatan Matahari sekitar 12 meter per detik. Jupiter menjalani satu putaran mengelilingi Matahari selama 12 tahun Bumi, pengamat yang berada sepanjang bidang orbit akan mengukur pergeseran Doppler cahaya Matahari, pergeseran Doppler akan menunjukkan bahwa pada waktu tertentu, kecepatan Matahari relatif terhadap pengamat akan meningkat 12 meter per detik di atas kecepatan rata. 6 tahun kemudian, pengamat akan mendekati Matahari 12 meter per detik lebih kecil dari kecepatan rata, di antara kedua waktu, kecepatan relatif akan bergeser perlahan di antara kedua nilai ekstrem. Setelah beberapa dasawarsa mengamati siklus yang berulang, pengamat akan menyimpulkan bahwa Matahari memiliki planet yang bergerak di orbit dengan periode ke 12 tahun yang menyebabkan Matahari menampakkan orbit akan menghasilkan perubahan kecepatan yang diakibatkan pergerakan planet. Ukuran orbit Matahari, dibandingkan dengan ukuran orbit Jupiter, tepat sama dengan kebalikan rasio massa kedua objek, karena massa Matahari seribu kali massa Jupiter, orbit Jupiter mengitari pusat gravitasi bersama adalah seribu kali lebih besar daripada orbit Matahari, Matahari 1000 kali lebih sulit di pindahkan daripada Jupiter

 

Matahari punya banyak planet, masing menarik Matahari simultan dengan gaya gravitasi. Gerak netto Matahari menjadi superposisi tarian orbital, yang masing memiliki periode perulangan yang berbeda. Karena Jupiter, planet terbesar dan masif, mengerahkan gaya gravitasi kepada Matahari paling kuat, tarian yang di lakukan Jupiter mendominasi pola rumit, ketika ahli astrofisika mendeteksi eksoplanet dengan mengamati tarian bintang, mereka menyadari bahwa supaya bisa menentukan planet yang kurang lebih serupa Jupiter dan mengeliling bintang di jarak yang sebanding dengan jarak Jupiter ke Matahari, mereka harus mengukur pergeseran Doppler dengan akurasi yang memadai untuk mengungkap perubahan kecepatan sebesar kira 12 meter per detik, di Bumi kecepatan tampak besar (sekitar 43 km per jam) tapi di dunia astronomi, kecepatan yang kurang dari sepersejuta kecepatan cahaya, dan sekitar seperseribu kecepatan bintang yang kebetulan bergerak menuju atau menjauhi. Jadi untuk mendeteksi pergeseran Doppler yang dihasilkan perubahan kecepatan yang setara dengan sepersejuta kecepatan cahaya, ahli astrofisika mengukur perubahan dalam jangka panjang gelombang artinya pada warna bintang sebesar satu bagian per sejuta

 

Pengukuran yang presisi tak hanya menghasilkan pendeteksian planet. Pertama karena inti skema pendekatan adalah menemukan perulangan siklus perubahan kecepatan bintang, panjang masing siklus secara langsung menunjukkan periode orbit planet penyebabnya. Jika bintang bergerak dengan siklus perulangan, planet bergerak dengan periode yang sama tapi di orbit yang lebih besar. Periode orbit kemudian menunjukkan jarak planet dari bintang. Isaac Newton telah lama membuktikan bahwa 1 objek yang mengelilingi satu bintang akan menyelesaikan orbit lebih cepat ketika berada lebih dekat ke bintang dan lebih lambat bila lebih jauh tiap periode orbit berkaitan dengan nilai jarak rata antara bintang dan objek yang mengitari. Di tata surya, periode orbit satu tahun menunjukkan jarak yang sama dengan jarak Bumi – Matahari sedangkan periode 12 tahun menunjukkan jarak 5,2 kali lebih jauh yaitu orbit Jupiter. Kala bergerak di jarak tertentu dari bintang, gravitasi planet akan menarik bintang dengan gaya yang besarnya tergantung kepada massa planet. Semakin masif planet semakin besar gaya yang dikerahkan, dan gaya menyebabkan bintang bergerak lebih cepat.  Tim memasukkan massa planet di daftar ciri planet yang telah ditentukan melalui observasi

 

Kesimpulan mengenai massa planet melalui pengamatan gerak bintang disertai penafian. Ahli astronomi tidak bisa mengetahui mereka menyelidiki bintang dari arah yang tepat sama dengan bidang orbit planet, atau dari arah tepat di atas bidang orbit (mengukur kecepatan 0 bagi bintang), atau hampir sama dari arah yang tidak tepat sama dengan bintang orbit atau tidak tegak lurus terhadap bidang. Bidang orbit planet mengelilingi bintang bertepatan dengan bidang gerak bintang yang di akibatkan gravitasi planet. Ketika mengamati kecepatan orbit jika garis padang ke bintang sama dengan bidang orbit planet mengitari bintang, tidak bisa mengetahui seberapa dekat garis pandang ke bintang terhadap bidang orbit bintang. Massa eksoplanet adalah massa minimum, massa ini akan menjadi massa planet hanya dalam ketika mengamati bintang sepanjang bidang orbit. Rata massa sebanrnya eksoplanet 2 kali massa minimum dari pengamatan gerak bintang, tapi tidak diketahui massa planet yang lebih besar dari rasio rata dan mana yang lebih kecil

 

Para ahli astrofisika menyelidiki gerakan bintang dengan menggunakan efek Doppler mendapat satu hal, menentukan orbit Venus dan Neptunus mengelilingi Matahari, hampir berbentuk lingkaran sempurna tapi orbit eksoplanet lain seperti orbit Merkurius, Mars, dan Pluto, sangat lonjong sehingga planet akan bergerak lebih dekat dengan bintang di titik tertentu di sepanjang orbit daripada di titik lain. Karena planet bergerak lebih cepat ketika berada di dekat bintang. Perubahan kecepatan bintang akan lebih besar pada saat itu. Jika ahli astronomi mengamati bintang yang perubahan kecepatannya tetap sepanjang periode siklus, perubahan itu disebabkan oleh planet yang bergerak di orbit lingkaran. Di sisi lain, perubahan kadang terjadi lebih cepat dan lebih lambat, bahwa planet tersebut memiliki orbit non lingkaran dan bisa menentukan kelonjongan orbit, seberapa besar penyimpangan orbit dari bentuk lingkaran dengan mengukur laju perubahan kecepatan bintang sepanjang siklus orbit, jadi dalam keberhasilan pengukuran yang akurat ditambah dengna kemampuan menyimpulkan ahli astrofisika menyelidiki eksoplanet memberikan 4 ciri utama planet yang ditemukan: periode orbit planet: jarak rata ke bintang massa minimum dan kelonjongan orbit. Ahli astrofisika mendapatkan semua itu dengan menangkap warna cahaya bintang yang terletak ratusan ribuan triliun kilometer dari tata surya, dan dengan mengukur perubahan dengan presisi yang lebih teliti daripada 1 per 1 juta bagian

 

Banyak eksoplanet yang ditemukan selama 1 dasawarsa terakhir mengorbit bintangnya di jarak yang lebih dekat daripada Matahari dengan planet. Semua eksoplanet memiliki massa sebanding dengan massa Jupiter, planet raksasa yang mengorbit Matahari di jarak lebih daripada 5 kali jarak Bumi – Matahari . ketika menggunakan metode tarian untuk mencari planet harus planet yang berada ekat dengan bintang akan membutuhkan waktu lebih sedikit untuk mengelilingi bintang daripada planet yang lebih jauh, karena ahli astrofisika hanya memiliki waktu yang terbatas untuk mengamati alam semesta, mereka akan lebih cepat menemukan planet yang bergerak dalam periode 6 bulan, misal mendeteksi planet yang membutuhkan waktu tahunan untuk sekali mengorbit, mengharsuakan ahli astrofisika menunggu sekurangnya beberapa kali orbit supaya yakin bahwa mereka telah mendeteksi pola perubahan yang berulang pada kecepatan bintang, planet akan mengerahkan lebih banyak gaya gravitasi kepada bintang induk ketika berdekatan daripada ketika berjauhan. Gaya yang lebih besar menyebabkan bintang bergerak lebih cepat dan menghasilkan pergeseran Doppler yang lebih besar di spektrum, karena lebih mudah mendeteksi pergeseran besar daripada kecil. Planet yang lebih dekat ke bintang lebih menarik perhatian, dan melakukannya lebih cepat dibanding planet yang lebih jauh, di jarak mana pun eksoplanet memiliki massa kurang lebih sebesar massa Jupiter (318 kali massa Bumi) supaya bisa dideteksi dengan metode pergeseran Doppler. Planet bermassa kecil tidak menyebabkan bintang bergerak dengan kecepatan yang meningkat melebihi batas yang bisa dideteksi teknologi

 

Planet itu dekat dengan bintang sehingga  tidak perlu berbulan atau bertahun menyelesaikan 1 keliling orbit, sebagaimana planet di tata surya mengorbit Matahari, tapi hanya perlu beberapa hari, selusin planet telah ditemukan yang menyelesaikan 1 keliling orbit dalam waktu kurang dari seminggu, dengan planet pemegang rekor tercepat menyapu 1 keliling orbit hanya dalam waktu 2 setengah hari. Planet itu yang mengorbit bintang sekelas Matahari bernama HD 73256, bermassa kurang 1,9 kali massa Jupiter, dan bergerak di orbit yang agak lonjong dengan jarak rata ke bintang hanya 3,7% jarak Bumi – Matahari. Planet raksasa memiliki massa lebih daripada 600 kali massa Bumi dengan jarak ke bintang daripada 1/10 jarak Merkurius ke Matahari

 

Merkurius terdiri atas batuan dan logam serta terpanggang dengan suhu ratusan derajat di sisi yang menghadap Matahari. Jupiter dan planet raksasa lain (Saturnus, Uranus, dan Neptunus) adalah bola gas amat besar yang melingkungi inti yang padat: massa inti hanya beberapa persen dari massa masing planet. Semua teori pembentukan planet menyinsyaratkan bahwa planet dengan massa setara dengan massa Jupiter tidak berupa planet batuan seperti Merkurius, Venus, Bumi, karena awan primordial yang membentuk planet mengandung terlalu sedikit bahan yang memadat untuk membuat planet dengan massa lebih daripada beberapa lusin kali massa Bumi, semua eksoplanet sudah ditemukan karena massa setara massa Jupiter, berupa bola gas yang amat besar

 

Massa planet yang besar bisa mempertahankan gas ringan yang dipanasi suhu setinggi ratusan derajat, hanya karena gaya gravitasi planet bisa mengatasi kecenderungan atom dan molekul gas untuk melepaskan diri ke ruang angkasa. Gravitasi tipis dan planet berada di luar jarak dimana panas bintang akan benar menguapkan gas planet. Planet di tata surya mengakumulasi massa, yaitu tumbuh dari gumpalan kecil menjadi gumpalan lebih besar dalam awan gas dan debu yang berbentuk seperti panekuk. Di dalam massa zat yang pipih, berputar, dan melingkungi Matahari, konsentrasi zat terbentuk, secara acak, karena kerapatan lebih tinggi daripada rata, dengan tarik menarik di antara zarah. Pada tahap akhir, Bumi dan planet batuan lain bertahan dari bombardemen bongkahan material raksasa, Matahari mulai bersinar, menguapkan unsur paling ringan seperti hidrogen dan helum dari sekeliling, dan meyisakan 4 planet dalam (Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars) yang tersusun hampir seluruhnya dari unsur berat seperti karbon, oksigen, silikon, aluminium, dan besi, masing gumpalan zat yang terbentuk di jarak 5 hingga 30 kali jarak Bumi ke Matahari cukup dingin untuk menyimpan banyak hidrogen dan helium di sekitar. Karena 2 unsur paling ringan juga merupakan unsur yang paling melimpah, kemampuan menahan unsur paling ringan menghasilkan 4 planet raksasa, masing bermassa jauh lebih besar daripada massa Bumi

 

Pluto tidak tergolong kelompok planet batuan dalam atau kelompok planet gak raksasa. Namun Pluto, yuang masih belum diselidiki wahana antariksa dari Bumi, menyerupai komet raksasa yang terbuat dari campuran batuan dan es. Komet, yang berdiameter 8 – 80 km, bukan 3000 km seperti Pluto, termasuk gumpalan besar pertama yang terbentuk di tata surya dini: komet bersaing dalam hal umur dengan meteorit tertua, fragmen buatan, logam, atau campuran batuan dan logam yang menabrak permukaan Bumi dan dikenali oleh mereka yang bisa membedakan meteorit dari batuan kebun. Planet membentuk dirinya sendiri dari zat yang sangat mirip dengan komet dan meteorit, planet raksasa menggunakan inti padat untuk menarik dan menyimpan lebih banyak gas, pengukuran umur radioaktif mineral yang terkandung dalam meteorit menunjukkan bahwa meteorit tertua berumur 4,55 miliar tahun, lebih tua daripada batuan tertua yang ditemukan di Bulan (4,2 miliar tahun) atau Bumi (kurang daripada 4 miliar tahun). Kelahiran tata surya, terjadi sekitar 4,55 miliar tahun, menggiring ke pemisahan dunia planet menjadi 2 kelompok planet dalam yang padat dan relatif kecil dan planet gas yang lebih besar dan masif. Ke 4 planet dalam mengorbit Matahari di jarak 0,37 hingga 1,52 kali jarak Bumi – Matahari, ke 4 planet raksasa tetap berada di jarak jauh, mulai dari 5,2 hingga 30 kali jarak Bumi – Matahari, yang memungkinkan planet itu menjadi raksasa

 

Semassaa Jupiter yang bergerak mengelilingi bintang di jarak yang lebih dekat daripada jarak Merkurius – Matahari karena eksoplanet pertama yang ditemukan semuanya sangat dekat dengan bintang, untuk sesaat tampak seolah tata surya menunjukkan perkecualian, dan model sistem keplanetan,  secara tidak langsung telah di asumsikan para pembuat teori ketika tidak memiliki contoh lain untuk mendasarkan kesimpulan. Planet yang membutuhkan waktu 2,5 hari untuk mengelilingi orbit, lalu diisi dengan lebih dari 100 entri, hingga bintang 55 Cancri, tempat planet bermassa sekurangnya 4 kali massa Jupiter membutuhkan waktu 13,7 tahun untuk sekali mengelilingi orbit. Ahli astrofisika menghitung dari periode orbit bahwa planet dari bintangya berjarak 5,9 kali jarak Matahari – Bumi, atau 1,14 kali jarak Matahari ke Jupiter, planet tergolong planet pertama yang ditemukan di jarak dari bintang yang lebih jauh daripada jarak Matahari – Jupiter, dan menunjukkan sistem ke planetan yang agak mirip dengan tata surya, planet yang mengorbit bintang 55 Caneri di jarak 5,9 kali jarak Bumi – Matahari bukan planet pertama, melainkan planet ketiga yang ditemukan mengorbit bintang, bintang 55 Cancri, bintang biasa yang tampak di rasi Cancer, menemukan 2 planet yang amat dekat dengan bintang dengan periode orbit 42 hari dan 89 hari serta massa minimum berturut 0,84 dan 0,21 kali massa Jupiter. Planet dengan massa minimum hanya 0,21 kali massa Jupiter (67 kali massa Bumi) termasuk planet paling tidak masif yang pernah di deteksi, rekor massa terendah eksoplanet adalah 35 kali massa Bumi. Tak satu pun planet semassa Jupiter yang bisa terbentuk di jarak ke bintang sekelas Matahari yang lebih dekat daripada 3 hingga 4 kali jarak Bumi – Matahari

 

Migrasi planet terjadi karena banyak zat sisa proses pembentukan terus mengorbit bintang di dalam orbit planet raksasa yang baru terbentuk. Zat itu secara sistematis dilontarkan oleh gravitasi planet besar ke orbit yang lebih luar, yang memaksa planet bergerak ke dalam. Ketika planet lebih dekat ke bintang daripada titik asal, gaya pasang surut dari bintang mengunci planet di posisi. Gaya ini seperti gaya pasang surut dari Matahari dan Bulan yang meninggikan pasang di lautan Bumi, mengakibatkan periode rotasi menjadi sama  dengan periode orbit. Seperti terjadi pada Bulan akibat gaya pasang surut Bumi. Gaya itu juga mencegah planet bergerak mencegah planet bergerak dekat lagi ke bintang, dengan alasan yang membutuhkan keterlibatan mekanika benda langit yang dilewatkan untuk saat ini, tata surya memiliki relatif sedikit puing, sehingga planet tetap berada di jarak yang sama dengan tempat semula terbentuk. Planet di sekeliling 55 Cancri, ke 3 planet telah bermigrasi ke dalam, dengan planet terluar terbentuk di jarak beberapa kali jaraknya sekarang atau banyak puing yang ada di dalam orbit planet atau diluar menyebabkan migrasi 2 planet dalamnya sedangkan planet ke 3 tetap berada di jalur semula

 

Satu percobaan yaitu misi Kepler milik NASA, bertujuan mengamati ratusan ribu bintang dekat, mencari peredupan cahaya bintang (sekitar seperseratus dari 1%) yang disebabkan oleh pergerakan planet sebesar Bumi yang melintasi garis pandang ke suatu bintang, pendekatan hanya berhasil ketika pandangan hampir tepat segaris dengan bidang orbit planet , selang transit planet sama dengan periode orbit planet yang menunjukkan jarak bintang sedangkan besarnya peredupan cahaya bintang mengungkapkan ukuran planet. NASA dan ESA (Badan Antariksa Eropa) memiliki program yang berlangsung untuk mencapai tujuan ke dalam waktu  2 dasawarsa. Planet lain serupa Bumi, bahkan sebagai titik biru pucat di dekat bintang yang jauh lebih terang, bisa menginspirasi generasi penyair, ahli fisika dan politikus berikutnya. Untuk menganalisis cahaya yang di pantulkan planet, dan menentukan apakah atmosfer planet mengandung oksigen (indikasi kemungkinan adanya kehidupan) atau oksigen plus metana (hampir pasti menandakan adanya kehidupan)

Antropomorfis yaitu kecenderungan untuk membayangkan bentuk kehidupan ekstraterestrial mirip dengan manusia. Planet yang bergerak mengelilingi Matahari, kehidupan relatif banyak di Bimasakti. Frank Drake, ahli astronomi Amerika yang menciptakan pada awal 1960, persamaan Drake memberikan konsep dan bukan bukan pernyataan saklek tentang bagaima dunia fisik bekerja. Persamaan itu memisahkan angka yang diperkirakan , banyaknya lokasi tempa kehidupan cerdas di galaksi menjasi faktor yang menggambarkan kondisi: jumlah bintang di Bimasakti yang bisa bertahan cukup lama supaya kehidupan cerdas bisa berevolusi di planet sekeliling, rata jumlah planet yang mengelilingi masing bintang, proporsi planet kondisinya cocok untuk kehidupan, peluang kehidupan muncul di planet yang cocok untuk kehidupan, peluang kehidupan di planet berevolusi dan menjadi peradaban cerdas, diartikan sebagai bentuk kehidupan yang mampu berkomunikasi. Jika mengalikan ke 5 faktor, memperoleh jumlah planet di Bimasakti yang punya peradaban cerdas pada suatu waktu dalam sejarah. Persamaan Drake menghasilkan angka yang dicari, faktor ke 6 yaitu rasio rata masa hidup peradaban cerdas terhadap masa hidup di galaksi Bimasakti (sekitar 10 miliar tahun). Tiap faktor memerlukan pengetahuan astronomi, biologi, sosiologi. Upaya menentukan rata masa hidup peradaban Bimasakti memerlukan beberapa miliar tahun pengamatan, mendapatkan banyak peradaban sampai sampel yang representatif

 

Ke 6 faktor dalam persamaan Drake secara matematis mirip satu sama lain dalam mempengaruhi hasil akhir: tiap faktor memberikan efek pengali langsung kepada jawaban persamaan, jika berasumsi bahwa satu di antara 3 planet cocok untuk kehidupan ternyata menghasilkan kehidupan, tapi mengungkap rasio sama dengan 1 per 30, jumlah peradaban yang diperkirakan lebih banyak 10 kali, 3 faktor pertama dalam persamaan Drake menyiratkan adanya miliaran tempat yang berpotensi memiliki kehidupan di Bimasakti, kesulitan yang dihadapi memperkirakan 3 faktor dalam persamaan Drake yaitu membuat generalisasi dari satu contoh atau dari ketiadaan contoh: memperkirakan rata kala hidup peradaban Bimasakti bahkan tidak mengetahui berapa lama peradaban akan berlangsung. Jika dalam ketiadaan data atau dogma, berspekulasi secara konservatif. Ahli astrofisika menyebut istilah prinsip kopernikus diambil dari nama Nikolaus Kopernikus yang pada pertengahn 1500 menempatkan Matahari di tengah tata surya, meski ada usulan mengenai alam semesta yang berpusat di Matahari yang di gagas filsuf Yunani Aristakhos pada abad ke 3 SM, alam semesta yang berpusat di Bumi mendominasi opini populer sepanjang sebagian besar 2 milenium terakhir. Di kodifikasi dalam ajaran Aristoteles dan Ptolemeus, dan dalam khotbah Gereja Katolik Roma, dogma menggiring sebagian besar Eropa menyakini bahwa Bumi pusat seluruh penciptaan. Prinsip ini memiliki rekam jejak yang membuat merasa tak berarti: Bumi tidak menempati tata surya, tata surya tidak menempati pusat galaksi Bimasakti, galaksi Bimasakti tidak menempati pusat alam semesta, Bumi mengikuti prinsip Kopernilus. Di Bumi terdapat alga, kumbang, karang, ubur, ular, rajawali, dan pohon sequoia yang tinggal bersama di antara bentuk kehidupan yang tak terhitung banyaknya. Astrobiologi ilmu tentang kemungkinan kehidupan diluar Bumi tergolong sains yang paling spekulatif, tapi para ahli astrobiologi menyakinkan bahwa kehidupan di tempat lain di alam semesta

Kriteria cocok untuk kehidupan: kehidupan terdiri atas seperangkat objek bisa memperbanyak diri dan berevolusi, kelompok objek berevolusi menjadi bentuk baru seiring dengan berjalannya waktu. Zat di dalam setiap makhluk hidup di Bumi tersusun dari 4 unsur kimia: hidrogen, oksigen, karbon, dan nitrogen. Gabungan semua unsur lainnya menyumbang kurang daripada 1% massa organisme hidup, unsur selain 4 unsur utama termasuk sedikit fosfor, yang tergolong penting dan mendasar bagi sebagian besar bentuk kehidupan, beserta belerang, natrium, magnesium, klorin, kalium, kalsium, dan besi dalam jumlah yang lebih sedikit lagi. Ke 4 unsur yang menyusun bahan kehidupan di Bumi muncul dalam daftar 6 unsur yang paling melimpah di alam semesta. Karena kedua unsur lain dalam daftar, yaitu helium dan neon, hampir tidak pernah bereaksi dengan unsur apa pun, kehidupan di Bumi tersusun dari unsur yang melimpah dan aktif di alam semesta. Kehidupan di planet lain akan tersusun dari unsur yang hampir sama dengan yang digunakan kehidupan di Bumi, seandainya kehidupan Bumi terdiri atas 4 unsur paling langka di alam semesta, seperti niobium, bismut, galium, dan plutonium

 

Komposisi kehidupan di Bumi cocok dengan prinsip Kopernikus. Jika tinggal di planet yang terbuat utama dari hidrogen, oksigen, karbon, nitrogen maak kehidupan terdiri atas ke 4 unsur. Bumi terbuat dari oksigen, besi, silikon, magnesium, dan lapisan terluar kebanyaj terdiri atas oksigen, silikon, aluminium, dan besi, hanya satu antara unsur yakni oksigen, muncul dalam daftar unsur paling melimpah dalam kehidupan. Lautan di Bumi, yang berupa hidrogen dan oksigen, bahwa karbon dan nitrogen termasuk dalam daftar unsur paling melimpah, bukan klorin, natrium, belerang, kalsium, potasium yang merupakan unsur paling banuak djumpai terlarut di dalam air laut. Distribusi unsur kehidupan Bumi lebih menyerupai komposisi di bintang daripada di Bumi. Akibatnya unsur kehidupan melimpah di antariksa daripada di Bumi

 

Zat tak hidup terjadi miliaran tahun lalu dan tidak meninggalkan jejak yang pasti. Untuk masa melebihi 4 miliar tahun pada masa lampau, tidak ada fosil dan bukti geologis sejarah Bumi, selang waktu tata surya antara 4,6 dan 4 miliar tahun lalu, 600 juta tahun pertama setelah Matahari dan planet terbentuk merupakan era yang diyakini sebagian besar ahli paleobiologi, yakni pakar dalam merekonstruksi kehidupan yang pernah ada sepanjang zaman yang sudah lama lenyap, sebagai era ketika kehidupan muncul pertama kali di planet

 

Ketiadaan bukti geologis sejak masa lebih daripada 4 miliar tahun lalu diakibatkan pergerakan kerak Bumi, yang disebut pergeseran benua (continental drift) tapi secara ilmiah dikenal sebagai tektonika lempeng (plate tectonics). Pergerakan yang dipicu oleh panas yang naik dari dalam Bumi, terus – menerus memaksa potongan kerak planet untuk bergeser, bertumbukan, dan ditimpa atau menimpa potongan lain. Pergerakan lempeng tektonik perlahan telah mengubur segala sesuatu yang pernah ada di permukaan Bumi. Akibatnya memiliki sedikit batuan yang lebih tua daripada 2 miliar tahun dan tidak ada yang lebih tua daripada 3,8 miliar tahun. Bentuk kehidupan primitif memiliki peluang kecil untuk meninggalkan buktif fosil yang menyebabkan planet tidak memiliki catatan kehidupan yang di percaya dari massa 1 atau 2 miliar tahun pertama Bumi. Bukti tertua kehidupan di Bumi yang dimiliki membawa kembali ke massa hingga 2,7 miliar tahun lalu dengan kehidupan lebih daripada 1 miliar tahun sebelumnya. Sebagian besar ahli paleobiologi yakin bahwa kehidupan telah muncul di Bumi sekurangnya 3 miliar tahun lalu, dan lebih daripada 4 miliar tahun lalu, dalam 600 juta tahun pertama setelah Bumi terbentuk, mereka mengandalkan keyakinan terkait organisme primitif. Pada masa sedikit kurang daripada 3 miliar tahun lalu, sejumlah oksigen mulai muncul di atmosfer Bumi. Bukti Bumi selain dari fosil yang tersisa: oksigen menyebabkan perkaratan perlahan di batu yang kaya akan besi, menghasilkan warna kemerahan seperti batuan di Grand Canyon Arizona. Batuan dari era pra oksigen tidak menunjukkan warna atau tanda lain yang menunjukkan adanya unsur

 

Munculnya oksigen di atmosfer adalah polusi terhebat yang pernah terjadi di Bumi. Oksigen di atmosfeer tak sekadar bereaksi dengan besi: oksigen juga mengambil makanan secara metaforis dari mulut organisme primitif dengna cara bereaksi dengan semua molekul sederhana yang memberikan nutrisi bagi bentuk kehidupan awal, akibatnya kemunculan oksigen di atmosfer Bumi berarti bahwa seluruh bentuk kehidupan harus beradaptasi atau mati dan kehidupan belum muncul pada saat itu, kehidupan tidak akan pernah muncul kemudian karena organisme tidak akan punya apa – apa untuk dimakan sebab makanan potensial mesti telah berkarat. Atapsi evolusioner terhadap polusi berhasil di banyak kasus, seprti yang di tunjukkan oleh semua hewan yang menghirup oksigen, menghindari oksigen juga berhasil. Hingga sekarang, perut setiao hewan termasuk manusia dihuni miliaran organisme yang tumbuh subur di lingkungan tanpa oksigen yang disediakan tapi akan mati bila terkena udara yang mengandung oksigen. Bumi relatif kaya oksigen karena sebagian besar berasal dari organisme kecil yang mengapung di lautan dan melepaskan oksigen sebagai bagian fotosintesis. Oksigen akan muncul tidak ada kehidupan karena sinar ultraviolet dari Matahari akan menghancurkan sebagian molekul H20 di permukaan lautan dan melepaskan atom hidrogen dan oksigen ke udara. Di planet yang membiarkan air terkena cahaya bintang, atmosfer juga mendapatkan oksigen, perlahan namaun pasti, ratusan juta atau miliaran tahun. Oksigen di atmosfer mencegah munculnya kehidupan dengan bereaksi dengan sebanyaknya nutrisi yang bisa mempertahankan kehidupan. Kehidupan di awal sejarah planet dan kemunculan oksigen di atmosfer akan mengakhiri kehidupan

 

Beberapa ratus juta tahun setelah Bumi terbentuk, bagian permukaan Bumi dihujani benda angkasa terus – menerus. Selama beberapa ratus ribu milenium, benda sebesar yang menimbulkan kawah Meteor di Arizona pasti telah jatuh ke planet beberapa kali setiap abad dan benda lebih besar, berdiameter beberapa kilometer, menabrak Bumi setiap beberapa ribu tahun. Tiap tabrakan benda besar mesti telah menyebabkan perubahan lokal di permukaan, sehingga ratusan ribu tabrakan akan mengakibatkan perubahan global di topografi planet.  Para ahli biologi mengatakan bahwa tabrakan telah mendorong kemunculan maupun kepunahan kehidupan Bumi, bukan hanya melainkan berkali, banyak material yang berjatuhan selama era bombardemen berupa komet, yang pada intinya adalah bola salju besar yang dipenuhi batuan kecil dan kotoran. Salju komet tersusun dari air beku dan karbon dioksida beku, yang disebut es kering. Selain salju, kerikil halus, dan batuan yang kaya akan mineral dan logam, komet yang membombardir Bumi selama beberapa ratus juta tahun pertama mengandung berbagai jenis molekul kecil, seperti metana, amonia, metil alkohol, hidrogen sianida, dan formaldehida. Molekul bersama dengan air, karbon monoksida, dan karbondioksida merupakan bahan mentah kehidupan, semuanya tersusun dari hidrogen, karbon, nitrogen dan oksigen, semuanya mewakili langkah pertama pembentukan molekul. Bombardemen koemt telah memberi Bumi air untuk lautannya dan bahan yang memunculkan kehidupan. Kehidupan telah ada di dalam komet, walau suhunya rendah, ratusan derajat di bawah nol fahrenheit, tidak memungkinkan terjadinya pembentukan molekul yang betul kompleks. Namun entah kehidupan datang bersam komet atau tidak, objek terbesar yang menabrak selama era bombardemen mungkin telah menghancurkan kehidupan yang telah muncul di Bumi. Kehidupan mungkin telah muncul paling tidak dalam bentuk paling primitif, berkali dengan tidak teratur, dan tiap kelompok organisme bertahan hidup selama ratusan ribu atau jutaan tahun sebelum akhirnya tabrakan dengan objek besar menimbulkan malapetaka di Bumi dan selurun kehidupan punah, tapi muncul lagi lalu dihancurkan setelah melewati jangka waktu yang kurang lebih sama

 

Asal mula kehidupan dan muncul lagi berulang karena 2 fakta: kehidupan muncul di Bumi sesegera mungkin sepanjang sepertiga pertama kali hidup Bumi. Jika kehidupan bisa dan benar muncul dalam waktu semiliar tahun, barangkali kehidupan bisa juga muncul dalam waktu yang lebih singkat. Asal mula kehidupan memerlukan waktu tak sampai beberapa juta tau beberapa puluh juta tahun, tabrakan antara objek besar dan Bumi, dalam selang waktu puluhan juta tahun telah memusnahkan sebagian besar spesies yang hidup di Bumi.  Yang paling terkenal adalah kepunahan zaman Kapur Tersier yang terjadi 65 juta tahun lalu dan membunuh seluruh dinosaurus non burung berikut sejumlah besar spesies lain. Kepunahan massal masih kalah bila dibandingkan dengan kepunahan massal Perm – Trias yang memusnahkan hampir 90 daratan 252 juta tahun lalu dan mengakibatkan jamur menjadi bentuk kehidupan dominan di daratan. Kepunahan massal Kapur Tersier dan Perm Trias disebabkan oleh tabrakan antara Bumi dan obkek yang berdiameter 20 – 40 km. Para ahli geologi telah menemukan kawah bekas tabrakan amat besar yang berumur 65 juta tahun, bertepatan waktu dengan kepunahan Kapur Tersier yang merentang sepanjang Semenanjung Yucatan utara dan dasar laut di dekatnya. Kawah besar seumur dengan kepunahan Perm Trias juga ada dan ditemukan di barat laut pantai Australia tapi kepunahan Perm Trias disebabkan hal lain selain tabrakan benda angkasa, letusan gunung berapi terus – menerus. Satu contoh kepunahan dinosaurus Kapur Tersier sudah memperlihatkan kerusakan yang bisa ditimbulkan oleh tabrakan komet atau asteroid kepada kehidupan. Selama era bombardemen, Bumi telah terguncang bukan hanya karena tabrakan, melainkan juga karena efek yang lebih serius dari tabrakan dengan objek berdiameter 100, 200, atau 400 kilometer. Tiap tabrakan mesti telah memusnahkan kehidupan, habis sama sekali atau sebagian besar sehingga hanya sebagian kecil organisme hidup yang berhasil bertahan, dan mesti lebih kerap terjadi daripada tabrakan dengan objek berdiameter 16 km yang terjadi pada zaman sekarang, bintang dan planet baru terbentuk, bombardemen oleh puing dari proses pembentukan tengah melenyapkan semua bentuk kehidupan planet. Lebih daripada 4 miliar tahun, sebagian besar puing pembentukan tata surya bertabrakan dengan planet atau pindah orbit ke lokasi yang tidak mengalami tumbukan. Akibatnya lingkungan kosmik perlahan berubah dari daerah bombardemen tanpa henti menajdi daerah yang tenang seperti yang diamati sekarang. Yang ketenangannya terusik dalam selang waktu berjuta tahun akibat tabrakan dengan objek yang cukup besar untuk mengancam kehidupan di Bumi. Dataran lava raksasa menciptakan betuk manusia di Bulan adalah hasil tabrakan dahsyat 4 miliar tahun lalu, ketika era bombardemen berakhir sedangkan kawah yang dinamai Tycho dan berdiameter 88 km diakibatkan oleh tabrakan yang lebih kecil tapi tetap kuat, yang terjadi tak lama setelah dinosaurus lenyap dari Bumi. 2 alternatif mengandung kemungkinan bahwa objek yang jatuh memberi kehidupan kepada planet, selama era bombardemen atau segera sesudahnya. Jika kehidupan berulang muncul dan musnah selagi kekacauan menghujani dari langit, proses yang menjadi asal mula kehidupan bisa terjadi berulang kali di planet lain yang serupa dengan Bumi. Di sisi lain, jika kehidupan muncul di Bumi hanya sekali, asli dari Bumi atau dari luar

 

Para saintis meneliti lebih dalam dengan percobaan di laboratorium dan penyelidikan fosil yang menentukan batas antara zat tak hidup dengan yang hidup, dan mencari tahu bagaimana alam menerobos batas. Diskusi sains mengenai asal mula kehidupan pada awalnya menggambarkan interaksi molekul sederhana yang terkonsentrasi di dalam kolam atau genangan pasang surut, untuk membentuk molekul yang lebih kompleks. Pada 1871, 12 tahun setelah penerbitan buku The Origin Species Charles Darwin, di dalamnya dia berspekulasi bahwa semua makhluk organik yang pernah hidup di Bumi keturunan satu bentuk primordial, Darwin menulis saurat untuk Joseph Hooker sebagai:

 

Kerap dikatakan bahwa kondisi untuk pembentukan organisme pertama kini ada, dan sebelumnya tak pernah ada, namun seandainya (dan oh! Benar seandainya!) kita bisa membayangkan di dalam suatu kolam hangat, dengan segala macam amonia dan garam fosfor, cahaya, panas, listrik, dll. Yang ada senyawa protein (sic) secara kimia terbentuk dan siap melanjutkan perubahan yang lebih kompleks, sekarang zat semacam itu akan seketika di lahap, yang tidak akan terjadi sebelum makhluk hidup ada

 

Dahulu Bumi siap membentuk kehidupan, senyawa dasar yang diperlukan untuk metabolisme melimpah ruah, tapi tidak ada yang memakan (tidak ada oksigen yang bereaksi dengan senyawa merusak kesempatan menjadi makanan). Dari sudut pandang sains, tidak ada yang lebih berhasil daripada percobaan yang bisa dibandingkan dengan realitas. Pada 1953, karena ingin menguji konsep Darwin mengenai kehidupan di kolam ataui genangan pasang surut, Stanley Miller adalah mahasiswa pascasarjana Amerika serikat dan bekerja di Universitas Chicago bersama penerima hadiah Nobel Harold Urey, melakukan percobaan terkenal yang meniru kondisi di dalam kolam hipotetikal di Bumi purba yang disederhanakan sekali. Miler dan urey mengisi sebagian tabung laboratorium dengan air dan diatasnya diisi dengan campuran gas beruapa uap air, hidrogen, amonia, dan metana. Mereka memanasi tabung dari bawah sehingga menguapkan sebagian isinya dan mengalirkannya melalui pipa kaca ke dalam tabung lain, tempat lecutan listrik menjadi simulasi efek petir. Campuran gas kembali ke tabung semula, dan selesai satu siklus yang akan terus berulang selama beberapa hari, dan beberapa ribu tahun. Setelah selang waktu, Miller dan Urey menemukan air di bagian bawah tabung menjadi kaya akan zat organik berisi berbagai molekul kompleks, termasuk beberapa jenis gula serta dua asam amino sederhana, yaitu alanin dan guanin. Karena molekul protein terdiri atas 20 jenis asam amino yang tersusun menjadi berbagai bentuk struktur, eksperimen Miller dan Urrey dalam waktu singkat membawa ke bagian penting perubahan  dari molekul paling sederhana menjadi molekul asam amino yang membentuk bahan penyusun organisme hidup. Eksperimen Miller Urrey juga mmebentuk molekul agak kompleks bernama nukleotida, yang merupakan unsur utama DNa, molekul raksasa yang membawa perintah untuk membuat salinan baru organisme. Pembentukan asam amino dengan penciptaan kehidupan, jika menghasilkan ke 20 jenis asam amino tapi molekul asam amino ditemukan di meteorit paling tua dan awet, yang diyakini tetap tidak berubah selama hampir 4,6 miliar tahun sejarah tata surya. Proses alam bisa menciptakan asam amino dalam kondisi yang berbeda. Molekul sederhana ditemukan di dalam organisme terbentuk dengan cepat di berbagai kondisi, tapi kehidupan tidak demikian. Karena Bumi purba tidak memiliki waktu mingguan tapi berjuta tahun untuk memunculkan kehidupan, hasil percobaan Miller Urey tampak mendukung model genangan pasang surut untuk permulaan kehidupan

 

Teori evolusi biologis bergantung pada penyelidikan terhadap kesamaan dan perbedaan antara makhluk hodup di molekul DNA dan RNA, yang membawa informasi menunjukkan organisme cara berfungsi dan bereproduksi. Perbandingna terhadap molekul kompleks yang berjumlah amat banyak memungkinkan para ahli biologi, di antaranya adalah pelopor Carl Woose, menciptakan pohon evolusi yang mencatata jarak evolusi antara berbagai bentuk kehidupan, yang ditentukan oleh perbedaan DNA dan RNA di antara bentuk kehidupan. Pohon kehidupan terdiri atas 3 cabang utama, Archaea, Bacteria, dan Eukarya menggantikan istilah kingdom (kerajaan) yang sebelumnya diyakini merupakan kelompok fundamental. Eukarya meliputi setiap organisme yang sel punya pusat atau inti yang jelas dan berisi bahan genetis yang mengatur reproduksi sel, ciri itu menjadikan Eukarya lebih kompleks daripada 2 tipe lainnya dan memang setiap bentuk kehidupan yang dikenal oleh yang bukan ahli termasuk dalam cabang. Eukarya muncul belakangan daripada Archaea atau Bacteria. Dan karena jarak Bacteria dari titik awal pohon kehidupan lebih jauh daripada Archaea hanya karena DNA dan RNA lebih banyak berubah, Archaea ditunjukkan namanya, hampir menunjukkan bentuk kehidupan tertua. Archea berupa ekstermofil yaitu organisme yang menyukai hidup di dalam apa yang disebut kondisi ekstrem: suhu emndekati atau di atas titik didih air, sangat asam, atau kondisi lain yang akan membunuh bentuk kehidupan lainnya (jika ekstremofil memiliki ahli biologi, mereka akan menggolongkan diri mereka normal dan kehidupan lain yang tumbuh subur dalam suhur aung sebagai ekstemofil). Penelitian modern mengenai pohon kehidupan cenderung menunjukkan bahwa kehidupan di awali dengan ekstremorfil dan kemudian berevolusi menjadi bentuk kehidupan yang memanfaatkan kondisi yang disebut normal

 

Kolam kecil dan hangat Darwin, dan genangan pasang surut yang ditiru dalam percobaan Miller Urey akan menguap menjadi kabut hipotesis yang ditolak, daur kering dan basah akan lenyap. Sebaliknya, mereka yang ingin mencari tempat berawal kehidupan akan melihat ke tempat di mana air yang panas, dan kemungkinan mengandung asam, memancar dari Bumi. Beberapa dasawarsa terakhir, ahli oseanografi menemukan tempat, berikut bentuk kehidupan aneh yang didukung, pada 1977, 2 ahli oseanografi dengan menggunakan kapal selam pertama kali menemukan celah bawah laut, 2 setengah kilometer di bawah permukaan Samudra Pasifik yang tenang di dekat Kepulauan Galapagos. Di celah kerak Bumi membangkitkan tekanan tinggi di dalam behana tertutup dan memanaskan air melampui titik didih tanpa mendidih. Karena tertutupnya terbuka sebagian, air yang panas sekali dan bertekana tinggi keluar dari bawah kerak Bumi menuju laut yang dingin. Air laut bersuhu amat tinggi yang keluar dari celah membawa larutan mineral yang mengumpul dan memadat melingkupi celah dengan cerobong raksasa berongga, paling panas di pusat dan paling dingin di bagian pinggir yang langsung bersentuha dengan air laut. Sepanjang gradien suhu tinggal bentuk kehidupan yang tak terhitung banyaknya dan belum pernah melihat Matahari dan tidak peduli dengan pemanasan menggunakan tenaga surya meski mereka membutuhkan oskigen yang terlarut di dalam air laut, yang berasal dari kehidupan yang bergantung kepada tenaga surya di dekat permukaan. Organime tangguh itu hidup dari enerti geotermal, yang menggabungkan panas sisa pembentukan Bumi dengan panas sisa pembentukan Bumi dengan panas yang terus – menerus dihasilkan oleh peluruhan radioaktif isotop tak stabil seperti aluminium 26 yang berlangsung selama jutaan tahun, dan kalium 40 yang berlangung selama miliaran tahun. Didekat celah, jauh di bawah kedalaman laut yan tidak terjangkau cahaya Matahari, para ahli oseanografi menemukan cacing tabung sepanjang manusia tumbuh subur di antara koloni besar bakteri dan makhluk kecil lainnya. Bukan mengambil energi dari cahaya Matahari, seperti yang dilakukan dalam mengandalkan kemosinteis yaitu memproduksi energi melalui reaksi kimia yang gilirannya nanti bergantung kepada pemanasan global. Konsintesis terjadi karena air panas yang mengalir dari celah laut mengandung senyawa hidrogen belerang dan hidrogen besi. Bakteri di dekat celah mereaksikan molekul dengan atom hidrogen dan oksigen dari molekul air, dan dengan atom karbon dan oksigen dari molekul karbon dioksida yang terlarut di dalam air laut. Reaksi itu membentuk molekul yang lebih besar, yaitu karbohidrat, dari atom karbon, oksigen, dan hidrogen. Bakteri di dekat celah laut meniru kegiatan sepupu yang jauh di karbohidrat, dari atom karbon, oksigen dan hidrogen. Satu kelompok mikroorganisme mengambil energi untuk membuat karbohidrat dari cahaya Matahari, sedangkan kelompok lain dari reaksi kimia di dasar laut. Di dekat celah laut, organisme lain memangsa bakteri penghasil karbohidrat, memanfaatkan energi dengan cara yang sama seperti hewan memakan tumbuhan, atau memangsa hewan pemakan tumbuhan, namun dalam reaksi kimia di dekat celah laut, ada hal selain produksi molekul karbohidrat, atom besi dan belerang yang tidak termasuk dalam molekul karbohdirat, bereaksi membentuk senyawanya, khususnya kristal pirit, yang disebut emas palsu dan dikenal oleh bangsa Yunani kuno sebagai batu api karena bila dipukulkan ke batu lain akan membuat percikan api. Pirit, yang paling melimpah di antara mineral Bumi yang mengandung belerang, mungkmin telah berperan penting dalam munculnya kehidupan dengan mendorong pembentukan molekul karbohidrat. Hipotesis muncul dari pemikiran seorang pengacara paten Jerman dan ahli biologi amatir, Gunter Wachtershauser yang pekerjaanya hampir tidak terpisahkan dari spekulasi biologi, seperti pekerjaan Einstein sebagai pengacara paten yang tidak menghalangi dari memikirkan fisika (Einstein memegang gelar doktor fisika, sedangkan Wachtershausher belajar biologi dan kimia secara mandiri)

 

Pada 1994, Wachtershauser mengajukan gagasan bahwa permukaan kristal pirit, yang terbentuk secara lami dengan reaksi besi dan belerang yang muncul dari celah di kedalaman laut pada awal sejarah Bumi, akan menunjukkan lokasi di alam tempat molekul yang kaya akan karbon berakumulasi mendapatkan atom karbon baru dari zat yang dilontarkan celah di dekatnya. Seperti orang yang mengajukan hipotesis bahwa kehidupan bermula di kolam atau genanhan pasang surut, Wachtershauser tidak bisa menjelaskan bagaimana bahan penyusun kehidupan bisa menjadi makhluk hidup. Meski demikian, dengan menekankan bahwa kehidupan bermula di tempat bersuhu tinggi, mungkin sudah di arah yang benar, seperti yang dia yakini. Dengan merujuk kepada struktur kristal pirit yang sangat teratur di permukaan molekul kompleks pertama untuk kehidupan dulu terbentuk, Wachtershauser membatah para kritikus di pertemuan sains dengan pernyataan: sebagian orang mengatakan bahwa asal mula kehidupan memunculkan keteraturan dari kekacauan tapi keteraturan dari keteraturan dari keteraturan. Disampaikan dalam gaya Jerman, klaim itu memperoleh pengaruh khusus, meski hanya waktu yang bisa menguji keakuratan. Jadi model dasar asal mula kehidupan mana lebih besar kemungkinan terbukti benar, kolam pasang surut di tepi laut atau celah sangat panas di dasar laut untuk sekarang posisinya seimbang. Para ahli di bidang asal mula kehidupan telah meragukan keyakinan bahwa bentuk tertua kehidupan berada di suhu tinggi, karena metode sekarang untuk menempatkan organisme di titik sepanjang cabang pohon kehidupan masih diperdebatkan. Selain itu, program komputer yang menggambarkan banyak ragam senyawa yang ada di molekul RNA purba, mendahului DNA dalam sejarah kehidupan menunjukkan bahwa senyawa yang disukai pada suhu tinggi baru muncul hanya bila kehidupan telah melalui sejarah suhu rendah

 

Para ahli paleobiologi telah menamai leluhur seluruh kehidupan di Bumi LUCA, kependekan Last Universal Common Ancestor atau leluhur bersama paling awal, mereka menyebut LECA (Last Earthly Common Ancestor) sekelompok organimsme primitif dengan gen yang sama malah menegaskan jarak yang masih harus ditempuh sebelum bisa mengoyak tabir memisahkan asal mula kehidupan dari pemahaman. Dasar laut Bumi merupakan ekosistem paling stabil di planet. Jika asteroid jumbo menabrak Bumi dan menyebabkan seluruh kehidupan di permukaan punah, esktremofil di laut hampir punah pasti tidak akan terganggu, berevolusi untuk mengisi permukaan Bumi setelah kepunahan, Matahari terlepas dari pusat tata surya, Bumi terapung di luar angkasa. Dalam 5 miliar tahun Mathari akan menjadi raksasa merah ketika mengembang dan melahap tata surya bagian dalam, lautan Bumi akan mendidih dan Bumi akan menguap. Zona layak hidup di sekeliling bintang yang dalamnya air atau zat lain bsia tetap berwujud cair memungkinkan molekul yang lebih kompleks, bukan terbatas di daerah sekeliling bintang yang menerima cahaya matahari dalam jumlah yang pas, zona layak huni bisa berada di manapun, di atur bukan oleh pemanasan cahaya bintang melainkan oleh sumber panas terlokalisasi, yang kerap dibangkitkan oleh batuan radioaktif

Ahli astrobiologi dan bioastronomi menghadapi permasalahan terkait kehidupan diluar Bumi.  Ahli astrobiologi hanya berspekulasi mengenai kehidupan ekstraterentrial atau melakukan simulasi kondisi ekstraterentrial terhadap bentuk Bumi untuk menguji kehidupan bertahan hidup dalam kondisi yang tak ramah dan asing atau mencampur molekul tak hidup dan menciptakan jenis baru percobaan Miley Urey atau memperjelas penelitian Wachtershausher. Para astrobiologi menyakini bahwa keberadaan kehidupan di seluruh alam semesta memerlukan: sumber energi, jenis atom yang memungkinkan adanya struktur kompleks, cairan pelarut tempat molekul bisa melayang dan berinteraksi, dan waktu yang memadai supaya kehidupan bisa muncul dan berevolusi

 

Setiap bintang di alam semesta adalah sumber energi, dan semuanya kecuali bintang paling masif yang jumlahnya hanya 1%, hidup selama ratusan juta atau miliaran tahun. Matahari, telah memberi Bumi panas dan cahaya selama 5 miliar tahun dan meneruskannya hingga 5 miliar tahun lagi. Selain itu, mengetahui bahwa kehidupan bisa muncul tanpa cahaya Matahari dengan mengandalakan panas geotermal dan reaksi kimia sebagai sumber energi. Energi geotermal muncul sebagai radioaktivitas isotop unsur seperti kalium, thorium, dan uranium, yang meluruh dalam skala waktu miliaran tahun, skala waktu yang setara dengan kala hidup bintang sekelas Matahari

 

Kehidupan di Bumi memenuhi syarat: atom yang bisa membentuk struktur dengan adanya unsur karbon. Tiap atom karbon bisa mengikat satu, dua, tiga atau 4 atom lain. Menjadikannya unsur penting dalam struktur semua kehidupan yang dikenal, tiap atom hidrogen hanya bisa mengikat satu atom lain, dan oksigen hanya bisa mengikat satu atau dua atom karena atom karbon bisa mengikat hingga 4 atom lain, atom menjadi tulang punggung untuk seluruh molekul kecuali yang sederhana di organisme, seperti protein dan gula. Kemampuan karbon untuk membentuk molekul kompleks telah menjadikannya salah satu di antara 4 unsur paling melimpah di dalam semua bentuk kehidupan di Bumi, bersama dengan hidrogen, oksigen, dan nitrogen.  Meski dari 4 unsur paling melimpah di kerak Bumi hanya 1 yang cocok dengna 4 unsur, 6 unsur paling melimpah di alam semesta mencakup ke 4 unsur yang melimpah di kehidupan Bumi ditambah gas helium dan neon yang tak mudah bereaksi. Kehidupan Bumi berasal dari bintang atau objek yang komposisinya menyerupai salah satu bintang. Karbon membentuk sebagian kecil permukaan Bumi tapi menyusun sebagian besar fisik makhluk hidup membuktikan pentingnya peran karbon dalam memberikan struktur bagi kehidupan

 

Atom silikon bisa mengikat hingga 4 atom lain, tapi sifat ikatan menyebabkan silikon, bila dibandingkan dengan karbon,kurang cocok sebagai basis struktur molekul kompleks. Ikatan karbon dengan atom lain agak lemah, sehingga ikatan karbon dengan atom lain agak lemah, sehingga ikatan karbon oksigen karbon hidrogen dan karbon – karbin misalnya akan mudah putus. Memungkinkan molekul berbasis karbon membentuk jenis baru kala bertabrakan dan berinteraksi, yang merupakan bagian penting aktivitas metabolisme bentuk kehidupan. Ikatan silikon dengan atom lain kuat, khususnya ikatan dengan oksigen. Kerak Bumi sebagian besar terdiri atas batuan silikat yang terbuat utama dari atom silikon dan oksigen, yang terikat kuat selama jutaan tahun, sehingga tak berpatisipasi dalam pembentukan molekul jenis baru.  Perbedaan antara cara atom silikon dan atom karbon berikatan dengan atom lain memberi alasan kuat bahwa akan menemukan sebagian besar, jika tidak semua kehidupan ekstraterestrial dibangun dengan bahan utama berupa molekul karbon dan bukan silikon. Selain karbon dan silikon yang bisa mengikat hingga 4 atom hanya beberapa jenis atom lain yang jumlahnya jauh lebih sedikit daripada karbon dan silikon. Kehidupan menggunakan atom germanium sebagaimana kehidupan Bumi menggunakan karbin sangat kecil

 

Menetapkan bahwa semua bentuk kehidupan membutuhkan cairan pelarut tempat molekul bisa melayang dan berinteraksi. Cairan memungkinkan kondisi untuk mengapung dan berinteraksi, yang oleh ahli kimia disebut larutan. Cairan memungkinkan konsentrasi molekul yang tinggi tapi tidak ketat membatasi gerak. Batuan mengunci atom dan molekul diam di tempatnya. Atom dan molekul berinteraksi, tapi jauh lebih lambat daripada cairan. Dalam gas, molekul bahkan lebih bebas daripada di cairan, dan bisa bertumbukan dengan lebih sedikit halangan, tapi tumbukan dan interaksi molekul tidak sesering di cairan karena kerapatan di dalam gas. Seperti yang ditulis Andrew Marvell akan menemukan kehidupan yang berasal dari gas daripada cairan, di alam nyata, yang baru berumur 14 miliar tahun, para ahli astrobiologi tidak berharap akan menemukan kehidupan yang berawal di dalam gas, mereka menduga semua kehidupan ekstraterestrial, semua kehidupan di Bumi, terdiri atas kantung cairan yang di dalamnya berlangsung proses reaksi kimia yang kompleks selagi berbagai jenis molekul bertumbukan dan membentuk molekul jenis baru. Air Bumi hampir ¾ permukaannya tertutup laut, air terdiri atas molekul yang tersusun dari 2 unsur paling melimpah di alam semesta, terdapat di komet, meteorit, dan di sebagian besar planet di tata surya bulannya meski dalam jumlah sedikit. Di sisi lain air cair di tata surya hanya ada di Bumi dan di bawah permukaan beku bulan Jupiter Europa dengan lautan di sekujur bulan masih merupakan kemungkinan, bukan kenyataan yang sudah di verifikasi. 3 senyawa paling melimpah yang bisa tetap berwujud cair pada rentang suhu yang lebar adalah amonia, etana, dan metil alkohol. Molekul amonia terdiri ats 3 atom hidrogen dan satu atom nitrogen, etana terdiri atas 2 atom hidrogen dan 6 atom karbon, sedangkan metil alkohol terdiri atas 4 atom hidrogen, 1 atom karbon, dan 1 atom oksigen. 4 planet raksasa di tata surya memiliki banyak amonia berserta sedikit metil alkohol dan etana, sedangkan bulan Saturnus, yaitu Titan, memiliki danau etana cair di permukaannya yang dingin membeku. Pilihan molekul jenis tertentu dijadikan cairan mendasar bagi kehidupan langsung menunjukkan persyaratan lain: zat harus tetap berwujud cair. Kehidupan bermula di Antartika atau awan yang kaya akan uap air, karena membutuhkan cairan supaya terjadi banyak interaksi molekuler. Di bawah tekanan udara seperti di permukaan Bumi, air tetap berwujud cair pada suhu antara 0 dan 100 derajat Celcius. Ketiga jenis pelarut alternatif tetap berwujud cair pada rentang suhu yang jauh di bawah rentang suhu untuk air. Amonia misalnya membeku pada suhu -78 derajat Celcius dan menguap pada suhu -33 derajat Celcius mencegah amonia menjadi pelarut bagi kehidupan di Bumi, tapi didunia dengan suhu 75 derajat lebih rendah daripada Bumi, dimana air tidak bisa menjadi pelarut bagi kehidupan, amonia akan berguna stabil

 

Sementara sebagian besar benda termasuk air mengerut dan menjadi lebih rapat ketika mendingin, air yang membeku di bawah suhu 4 derajat Celcius mengembang dan berkurang kerapatannya seiring dengan penurunan suhu menuju 0 derajat. Ketika membeku pada suhu 0 derajat Celcius, air berubah menjadi zat yang kurang rapat bila dibandingkan air cair. Es mengapung bagi ikan. Selama musim dingin, ketika suhu di luar turun hingga di bawah titik beku, air bersuhu 4 derajat turun ke dasar dan tetap berada disana karena lebih rapat daripada air yang lebih dingin di atasnya, sedangkan lapisan es yang mengapung terbentuk perlahan di permukaan dan mengisolasi air yang lebih hangat di bawahnya. Tanpa pembalikan kerapatan di bawah suhu 4 derajat, kolam dan danau akan membeku dari dasar ke permukaan, bukan dari permukaan ke dasar. Ketika suhu di luar turun hingga di bawah titik beku, permukaan kolam akan mendingin dan turun ke dasar saat air yang lebih hangat naik dari dasar, konveksi paksa itu akan cepat menurunkan suhu air hingga 0 derajat kala permukaan mulai mendingin, kemudian es yang padat dan lebih rapat akan tenggelam ke dasar. Jika seluruh badan air tidak membeku dari bawah ke atas dalam satu musim, akumulasi es di dasar akan menyebabkan pembekuan terjadi selama bertahun. , sebagian besar lautan di Bumi tidak terancam membeku, baik dari permukaan ke dasar maupun dari dasar ke permukaan. Jika es tenggelam, Samudra Artika mungkin menjadi padat dan akan terjadi kepada Laut Baltik dan danau besar di Amerika utara. Efek itu bisa mendorong Brazil dari india menjadi negara adidaya, dengan mengorbankan Eropa dan Amerika serikat tapi kehidupan di Bumi bisa terus hidup dan tumbuh dengan subur

 

Air memiliki banyak kelebihan bila dibandingkan amonia dan metil alkohol, bahwa sebagian besar bentuk kehidupan ekstraterestrial harus bergantung kepada pelarut yang sama seperti yang digunakan makhluk Bumi. Kelimpahan bahan mentah kehidupan, atom akrbon dan lamanya rentang waktu bagi kehidupan untuk muncul dan berevolusi

 

Air tergolong komoditas langka ditempat lain di galaksi. Dia ntara semua molekul yang bisa dibentuk dengan 3 atom, air paling melimpah karena 2 penyusun air, hidrogen dan oksigen, menempati posisi pertama dan ektiga di daftar kelimpahan atom.  Objek penabraak telah menabrak Bulan sepan jang sejarah. Bumi juga mengalami. Ukuran Bumi lebih besar dari gravitasi yang lebih kuat secara tidak langsung menunjukkan bahwa lebih sering ditabrak oleh objek lebih besar, daripada Bulan. Bumi tidak berasal dari kekosongan ruang antar bintang, planet tumbuh dalam awan gas terkondensasi yang membentuk Matahari dan planet lain. Bumi tumbuh dengan mengakresi banyak sekali zarah kecil dan padat, akhirnya melalui tabrakan bertubi dengan asteroid yang kaya mineral dan komet yang kaya akan air. Tabrakan dengan komet pada awal sejarah Bumi cukup sering terjadi hingga memberikan air untuk lautan. Air di komet Halley memiliki jauh lebih banyak deuterium, isotop hidrogen yang memiliki tambahan neutron di dalam inti daripada Bumi. Jika lautan berasal dari komet, komet menabrak Bumi tak lama setelah tata surya terbentuk memiliki komposisi kimia yang berbeda dengan komet sekarang, atau berbeda dengan komet sekelas Halley. Jika menambahkan kontribusi objek kepada uap air yang dilontarkan erupsi gunung berapi ke atmosfer, tidak kekurangan jalur yang ditempuh Bumi untuk mendapat pasokan air permukaan

 

Tekanan di Bulan hampir 0, ditambah dengan siang hari yang lamanya 2 minggu Bumi dengan suhu mencapai 90  derajat Celcius, menyebabkan air dalam bentuk apapun akan cepat menguap. Sepanjang malam di Bulan yang lamanya juga 2 minggu Bumi, suhu bisa turun hingga 150 derajat Celcius dibawah 0. Air lebih cepat menguap dari permukaan Bulan dibanding dari permukaan Bumi karena gravitasi Bulan lebih lemah. Pengamatan wahana Clementine yang membawa instrumen untuk mendeteksi neutron yang dihasilkan ketika zarah antar bintang bergerak cepat menabrak atom hidrogen, es tersembunyi dbawah kawah di dekat kutub utara dan selatan Bulan, jika setiap tahun Bulan ditabrak sejumlah reruntuhan antar planet di antara penabrak kadang terdapat komet besar yang kaya akan air, seperti yang menabrak Bumi. Tata surya memiliki banyak komet yang bisa mencair menjadi kubangan sebesar Danau Erie. Komet yang menabrak dasar kawah di dekat salah satu kutub Bulan (atau membuat kawah sendiri) akan tetap di selimuti kegelapan karena bagian dalam kawah di dekat kutub adalah satunya tempat di Bulan yang tidak merasakan cahaya Matahari. Matahari tidak pernah terlihat tinggi di langit dengan kawah yang mencuat lebih tinggi akan membuatnya gelap. Es perlahan menguap. Jika es tercampur rata dengan zarah padat es akan bertahan selama ribuan dan jutaan tahun di dasar kawah kutub Bulan

 

Venus memiliki atmosfer sangat reflektif, tebal, raapt, dan kaya karbon dioksida yang menghasilkan tekanan permukaan 100 kali lebih kuat daripada tekanan udara di Bumi, kecuali bagi makhluk laut yang tinggal daalm tekanan serupa, semua bentuk kehidupan di Bumi akan mati tergencet tekanan atmosfer di Venus. Ciri paling aneh ada di kawahnya yaqng muda dan tersebar merata di permukaannya. Malapetaka Venus memutar ulang jam pembentukan kawah dan kemampuan menentukan umur permukaan planet dengan penambahan kawah dengan menghapus bukti terjadinya tabrakan terdahulu. Fenomena erosi besar seperi banjir juga menghapus bukti. Venusologi seperti aliran lava telah mengubah seluruh permukaan Venus , planet dengan seluruh permukaan mulus dan rata. Venus kehilangan airnya karena menjadi terlalu panas dengan atmosfer. Meski meloloskan cahaya, molekul karbon dioksida memerangkap radiasi inframerah dengan efisien. Cahaya Matahari bisa menembus atmosfer Venus, meski pemantulan oleh atmosfer mengurangi banyaknya cahaya mencapai permukaan. Cahaya itu memanasi permukaan planet, yang memancarkan radiasi inframerah yang tidak bisa lolos. Molekul karbon dioksida menahan radiasi infra merah yang memanasi atmosfer bawah dan ppermukaan di bawahnyaa. Para saintis menyebut penangkapan radiasi inferah itu efek rumah kaca menganalogikan dengan kaca jendela yan membiarkan cahaya inframerah seperti Venus dan atmosfernya, Bumi juga menghasilkan efek rumah kaca untuk banyak kehidupan dan mmeningkatkan suhu planet 25 derajat Fahrenheit di atas suhu planet tanpa atmosfer, sebagian besar efek rumah kaca berasal dari kombinasi efek molekul air dan karbon dioksida. Karena kandungan molekul karbon dioksida atmosfer Bumi hanya 1/10 ribu dari yang di pandang atmosfer Venus, efek rumah kaca tak seberapa. Tapi terus menambah karbon dioksida sebagai bahan bakar fosil sehingga meningkatkan efek rumah kaca, tanpa melakukan percobaan global untuk melihat efek merusak yang diakibatkan tambahan panas. Di Venus, efek rumah kaca yang disebabkan oleh molekul karbon dioksida meningkatkan suhu sebesar 100 derajat dan menyebabkan permukaan Venus seperti tungku perapian dengan suhu mendekati 500 derajat Celcius, suhu terpanas di tata surya

 

Radiasi terperangkap inframerah yang terperangkap oleh astmosfer Venus meningkatkan suhu dan mendorong terjadinya penguapan air, tambahan air di atmosfer semakin efektif menahan radiasi inframerah dan meningkatkan efek rumah kaca kemudian menyebabkan semakin banyak air yang memasuki atmosfer dan memperparah efek rumah kaca. Di dekat puncak atmosfer Venus, radiasi ultraviolet Matahari memecah molekul air menjadi atom hidrogen dan oksigen. Karena tingginya suhu, atom hidrogen terlepas sedangkan atom oksigen yang lebih berat bergabung dengan atom lain dan tidak akan membentuk air. Seiring berjalannya waktu, semua air yang pernah ada di permukaan atau di dekat permukaan Venus telah terpanggang habis dari atmosfer dan hilang selamanya dari planet

 

Proses yang sama terjadi di Bumi, tapi dengan laju yang lebih lambat karena suhu atmosfer lebih rendah. Lautan yang kedalamannya yang tak seberapa menyebabkan massa hanya sekitar 1 per 5 ribu massa total Bumi. Massa yang kecil sudah memungkinkan lautan berbobot 1,5 kuintillion ton, yang 2% membeku. Bumi mengalami efek rumah kaca berkelanjutan seperti Venus, atmosfer akan memerangkap lebih banyak energi matahari sehingga meningkatkan suhu udara dan menyebabkan lautan cepat menguap ke atsmofer di didihkan tanpa henti. Flora dan fauna akan mati, penyebab kematian diakibatkan oleh atmosfer Bumi yang menjadi 300 kali lebih masif karena mengandung lebih banyak air. Manusia akan hancur terpanggang akibat udara yang dihirup

 

Dengan badan sungai yang berkelok panjang dan sudah mengering, daratan banjir, delta sungai, jejaring anak sungai dan ngarai yang dikikis sungai, Mars pernah menjadi surga air mengalir. Sekarang permukaan Mars kering. Pada awal abad ke 20, pengamatan imajinatif oleh ahli astronomi Amerika Percival Lowell membuat Lowell beranggapan bahwa koloni Mars telah memnbangun jaringna kanal yang rumit untuk mendistribusikan air dari tudung es di kutub Mars ke daerah lintang menengah yang lebih padat penduduk. Lowell membayangkan peradaban yang hampir punah dan kehabisan persediaan air, seperti warga jota Phoenix yang menyadari bahwa Sungai Colorado terbatas. Di dalam tulisan, Mars as the Abode of Life yang diterbitkan 1909, menyesalkan berakhurnya peraban Mars, Mars mungkin akan mati. Mars memiliki es air di tudung es di kutub yang terdiri atas karbon dioksida beku (es kering) dan satelit uap air di atmosfer, meski tudung es mengandung banyak air, jumlah keseluruhan jauh di bawah jumlah yang di perlukan untuk menjelaskan bukti adanya air mengalir di permukaan Mars,  jika sebagian besar air di Mars tidak menguap ke ruang angkasa, tempat paling mungkin untuk menemukannya adalah di bawah permukaan, terperangkap dalam es abadi di bawah tanah Mars. Kawah besar di permukaan Mars lebih mungkin menunjukkan adanya cipratan lumpur yang mengering di pinggiran kawah daripada di pinggiran kawah kecil, jika es abadi berada jauh di bawah tanah, di perlukan tabrakan agar bisa menjangkau. Energi dan tabrakan akan melelehkan es di bawah permukaan ketika terjadi kontak dan menyebabkannya memuncrat. Kawah berciri cipratan lumpur lazim ditemukan di lintang dingin tepat lapisan es abadi lebih dekat ke permukaan Mars. Kandungan es abadi Mars yang optimis, pelelehan lapisan di bawah permukaan Mars bisa melepaskan air yang cukup untuk menciptakan lautan sedalam 10 meter di Mars. Pencarian fosil harus mengikutsertakan rencana pencarian di banyak lokasi, dibawah permukaan Mars. Tidak ada air cair di permukaan Mars karena tekanan udara yang tak sampai 1% tekanan di permukaan Bumi tidak memungkinkan itu terjadi. Air menguap pada suhu yang semakin rendah seiring berkurangnya tekanan udara. Di puncak Gunung Whitney yang tekanannya hanya setengah tekanan udara di permukaan laut, air mendidih bukan pada suhu 100 derajat Celcius melainkan 75 derajat Celcius. Di puncak Gunung Everst dengan tekanan udara hanya ¼ tekanan udara di permukaan laut, air mendidih pada suhu sekitar 50 derajat

 

Submilasi menggambarkan perubahan zat dari padat menjadi gas tanpa wujud cair diantaranya. Tidak ada peluang bagi cairan untuk ada di Mars meski suhu pada hari musim panas di Mars diatas 0 derajat Celcius, air cair ada di bawah permukaan. Pada 1977 Nathan Zohner, siswa 14 tahun di Rock Juniro High School di idaho melakukan percobaan dalam festival sains sekolah untuk emnguji sentimen anti teknologi dan fobia kimia yang berkaitan. Zohner melarang dihidrogen monoksida, dia menyebutkan sifat buruk zat tak berwarna dan tak berbau: merupakan komponen hujan asam, pada akhirnya akan melarutkan apapun yang berkontak dengannya, bisa mematikan jika tak sengaja di hirup, bisa menyebabkan luka bakar serius bila berwujud gas, telah di temukan di dalam tumor yang diderita pasien kanker ganas. Mungkin yang terjadi pada air Mars

 

Dahulu kala lebih daripada 4 miliar tahun lalu pembentukan tata surya hampir selesai. Venus telah terbentuk cukup dekat dengan Matahari sehingga energi Mathari yang kuat membuat persediaan air yang ada disana menguap. Mars terbentuk jauh sehingga persediaan air membeku selamanya. Hanya 1 planet, Bumi yang jaraknya pas bagi air untuk tetap berwujud cair, dan permukaanya menjadi tempat yang aman bagi kehidupan. Daerah di sekeliling Matahari tempat air tetap berwujud cair kemudian dikenal sebagai zona layak huni. 4 miliar tahun lalu, komet yang kaya air dan asteroid yang kaya mineral masih berjatuhan di permukaan planet walau tidak sesering sebelumnya. Selama permainan biliar kosmik, beberapa planet telah bermigrasi ke dalam dari tempat terbentuknya semula sedangkan planet lain ditendang ke orbit yang lebih laur. Di antara lusinan planet yang telah terbentuk, sebagian bergerak di orbit tak stabil dan menabrak Matahari atau Jupiter. Sebagian lain dilontarkan dari tata surya akhirnya beberapa planet yang tersisa memiliki orbit yang pas untuk bertahan selama miliaran tahun. Bumi mendiami orbit yang berjarak rata 150 juta km dari Matahari, di jarak itu Bumi menerima satu per dua miliar dari total energi yang di pancarkan Matahari, jika berasumsi Bumi menyerap seluruh energi yang diterimanya dari Matahari, suhu rata planet tempat tinggal mesti sekitar 280 derajat Kelvin (6,9 derajat Celcius) antara suhu musim dingin dan panas. Pada suhu udara normal, air membeku pada suhu 273 derajat Kelvin dan mendidih pada suhu 373 derajat, semua air di Bumi tetap berwujud cair

 

Bumi menyerap 2/3 energi Matahari yang mencapai Bumi. Sisanya di pantulkan ke antariksa oleh permukaan Bumi (terutama lautan) dan awan. Rata Bumi menjadi 255 derajat Kelvin di bawah titik beku air, sesuatu mempengaruhi peningkatan suhu rata. 4 miliar tahun. Matahari 1/3 kali lebih redup daripada sekarang, sehingga suhu rata Bumi semakin jauh di bawah titik beku. Bumi pada lalu lebih dekat ke Matahari, namun periode awal bombardemen telah berakhir, tidak ada mekanisme yang menggeser yang sudah stabil di tata surya. Mungkin efek rumah kaca dari atmosfer Bumi lebih kuat pada masa lalu. Air atau pelarut tidak bergantung kepada panas dari bintang supaya tetap berwujud cair. Tata surya memiliki 2 contoh yang baik mengenai keterbatasan pendekatan zona layak huni untuk mencari kehidupan. Berada di luar zona tempat Matahari bisa mempertahankan air tetap berwujud cair,  tapi masih memiliki lautan air. Contoh lainnya terlampau dingin bagi air cair, menawarkan pelarut lain yang beracun bagi manusia tapi berpotensi penting bagi kehidupan lain

 

Bulan Jupiter Europa yang hampir sama  dengan Bulan memperlihatkan rekahan yang siloang menyilang di permukaan dan berubah dalam jangka waktu mingguan atau bulanan. Bagi ahli geologi dan keplanetan, menunjukkan bahwa permukaan Europa terbuat dari es air, seperti es raksasa Antariksa yang melingkungi seluruh planet. Penampakan rekahan dan jalur yang berubah di permukaan beku, es mengapung di atas lautan yang menutupi seluruh permukaan es. Cairan tersebut adalah air, dan tetap cair karena efek pasang surut di Europa yang ditimbulkan planet Jupiter. Molekul air lebih melimpah dari metana,etana, metil alkohol menjadikan zat yang ada di bawah es Europa, dan keberadaan air beku yang menunjukkan bahwa terdapat lebih banyak air di lingkungan dekat tempat tinggal manusia. Air tetap cair ketika suhu yang disebabkan energi Matahari di sekitar Jupiter hany 120 derajat Kelvin (-150 derajat Celcius) bagian dalam Europa relatif tetap hangat karena gaya pasang surut dari Jupiter dan dua bulan besar di dekatnya yaitu ketika Io dan Ganymedes terus – menerus merenggangkan batuan di Europa saat bulan berubah posisi relatif terhadap objek sekitar. Sisi Io dan Europa paling dekat dengan Jupiter terus – menerus merasakan gaya gravitasi yang lebih kuat dari planet raksasa Jupiter dibanding sisi yang paling jauh. Perbedaan gaya agak melonjongkan bulan ke arah yang menghadap Jupiter. Selama mengorbit jarak bulan dari Jupiter berubah, efek pasang surut Jupiter. Perbedaan gaya di sisi dekat dan jauh juga berubah sehingga menimbulkan denyut kecil di bentuk yang sudah terdistorsi. Distorsi yang berubah memanaskan bagian dalam bulan. Suhu internal sistem mana pun terus – menerus mengalami tegangan struktur akan meningkat

 

Meski jarak dari Bumi menjamin dunia es selamanya membeku, tingkat tegangan Io menjadikannya tempat paling aktif secara geologis di seluruh tata surya, dengan gunung berapi yang  memuntahkan isi. Rekahan di permukaan, dan lempeng tektonik. Didalam Io suhu tinggi sampai gunung api terus menerus melontarkan senyawa belerang dan natrium yang berbau busuk hingga berkilometer di atas permukaan, suhu Io terlampau tinggi untuk air bisa tetap cair, tapi Europa yang tidak mengalami pemanasan pasang surut sebesar Io karena jarak dari Jupiter lebih jauh masih cukup panas. Tudung es yang melingkupi Europa menutup cairan di bawahnya dan mencegah penguapan air dan air cair tetap ada selama miliaran tahun tanpa membeku. Europa terlahir dengan 5 lautan air dan es di atas, dan telah mempertahankan lautan pada suhu mendekati tapi masih di atas titik beku selama 4 setengah miliar tahun sejarah kosmos. Para astrobiologi memandang lautan Europa sebagai target utama penelitian. Tak seorangpun mengetahui ketebalan tudung es yang mungkin merentang mulai beberapa lusin meter hingga 1 km atau lebih. Para insinyur dan saintis Jet Prepulsion Laboratory di California telah membayangkan wahana pengintai yang akan mendarat mencari atau membuat lubang di es, dan menurunkan kamera selam untuk mengintip kehidupan primitif yang mungkin berenang atau merayap di bawahnya. Ditemukan banyak organisme di kedalaman 1 km atau lebih di bawah batuan basalt di Washington yang hidup terutama dari planet geotermal menunjukkan suatu saat akan menemukan lautan Europa dihuni organisme yang berbeda yang ada di Bumi

 

Saturnus memiliki satu bulan Titan, yang berimbang dalam pertandingna menjadi bulan terbesar di tata surya dengan bulan Jupiter (Ganymedes). Titan yang berukuran satu setengah kali Bulan memiliki atmosfer tebal, planet Merkurius tidak lebih besar daripada Titan tapi jauh lebih dekat ke Matahari dan panas menguapkan gas yang ada di sana. Atmsofer Titan, lusinan kali lebih tebal daripada atmosfer Mars, terutama terdiri atas molekul nitrogen seperti atmosfer Bumi, melayang di dalam gas nitrogen transparan adalah sejumlah besar zarah aerosol yakni kabut asap persamaan Titan yang selamanya menutupi permukaan Bulan. Akibatnya spekulasi tentang adanya kehidupan di Titan menjadi marak. Mengukur suhu Titan dengan gelombang radio (yang bisa menembus gas dan aerosol di atmosfer) dari permukaannya. Suhu permukaan Titan sekitar 95 derajat Kelvin (-179 derajat Celcius) jauh di bawah suhu yang memungkinkan adanya air cair tapi cocok untuk etana cair yaitu senyawa hidrokarbon. Selama berpuluh tahun ahli astrobiologi telah membayangkan danau etana di Titan dipenuhi organisme yang mengapung, berproduksi

 

Misi Cassini Huygens ke Saturnus, kolaborasi antara NASA dan Badan Antariksa Eropa (ESA) meninggalkan Bumi pada oktober 1997 hampir 7 tahun setelah menerima bantuan gravitasi dari Venus (2 kali), Bumi (sekali) dan Jupiter (sekali) wahana itu tiba di sistem Saturnus lalu menyalakan roket untuk mencapai orbit di sekeliling planet bercincin. Para saintis yang memegang misi mengatur robot pengintai Huygens bisa melepaskan diri dari wahana Cassini pada akhir abad 2004 llau turun melewati awan tebal Titan dan mendarat di permukaan bulan menggunakan pelindung panas untuk menghindari gesekan yang membakar selama menembus atmosfer serta rangkaian parasut untuk mengerem laju di atmosfer bawah, 6 instrumen yang di bawa pengintai Huygens dibuat untuk mengukur suhu, kerapatan dan komposisi kimia atmosfer Titan, lalu mengirimkan informasi ke Bumi melalui wahana Cassini, dengan mengetahui adanya kolam dan genangan berisi cairan didalamnya mungkin menghasilkan kehidupan yang berkembang biak, molekul yang ada di permukaan Titan

 

Molekul air juga beberapa zat kimia rumah tangga lain seperti amonia, metana, dan etil alkohol kerap ditemukan di awan gas antar bintang dingin. Dalam suhu rendah dan tekanan tinggi, sekelompok molekul air dapat berubah dan menyalurkan energi dari bintang dekat menjadi pancaran gelombang mikro berintensitasi tinggi dan diperkuat. Fisika atom terkait fenomena menyerupai hal yang dilakukan laser pada cahaya tampak. Singkatan yang sesuai microwave amplification by the simulated emission of radiation. Air bukan hanya ada di mana di galaksi, melainkan kadang juga menyoroti. Masalah besar yang di hadapi kehidupan awan antar bintang bukan dari kurangnya bahan mentah melainkan dari sangat rendahnya kerapatan zat yang mengurangi tingkat tabrakan dan interaksi zarah. Jika kehidupan memerlukan waktu jutaan tahun untuk muncul di planet seperti Bumi, kehidupan butuh triliunan tahun untuk muncul di daerah berkerapatan rendah jauh lebih lama daripada yang telah di berikan alam semesta

Kehidupan di planet lain akan berevolusi menjadi peradaban cerdas, dan rasio rata lamanya waktu peradaban bertahan sepanjang kala hidup galaksi Bimasakti. Transmisi radio kuat mengirimkan pesan ke seberang lautan Bumi. Sistem keplanetan mengandung sekurangnya 1 objek yang cocok untuk kehidupan dan jika kehidupan muncul di sebagian (1/10) objek yang cocok, dan jika peradaban cerdas juga muncul di 1/10 objek yang memiliki kehidupan, maka pada suatu massa di sejarah Bimasakti yang berisi 100 miliar bintang, 1 miliar lokasi menghasilkan peradaban cerdas. Galaksi mengandung banyak bintang yang mirip Matahari. Bagi pandangan pesimitis cukup mengubah tiap angka yang ditentukanm dari 1/10 menjadi 1/1000. Miliran lokasi menjadi 1000 lebih sedikit sejuta kali lipat, sembarang waktu terjadi 0,001 peradaban menjadikan seperti titik tunggal yang untuk saat ini naik di atas nilai rata. Jarak ke bintang lain di Bimasakti jutaan kali lebih jauh daripada jarak ke planet lain di tata surya. Rasio menggambarkan jarak Matahari ke tetangga dekat, yang sedemikian jauh cahaya memerlukan waktu bertahun . roket bisa mencapai seperseribu kecepatan cahaya, bepergian ke bintang terdekat memerlukan waktu bertahun dan melintasi Bimasakti memerlukan waktu hampir seribu abad

 

Pada 1950 ahli astrofisika J, Allen Hynek menjadi konsultan Angkatan Udara AS untuk urusan UFO, tapi pembuatan foto dan rekaman video palsu sulit dibedakan dari yang asli pada saat itu. Penerapan Occam’s floor memerlukan penjelasan yang paling sederhana sesuai dengan fakta. Kondisi hipnagonik yaitu batas antara tertidur dan tersadar menyebabkan halusinasi visual dan audio dan kadang mimpi sadar yaitu ketika sadar tapi tidak bisa bergerak. Cara termurah dan tercepat mengirim pesan kem bintang adalah menggunakan radiasi elektromagnet, media yang membawa hampir semua komunikasi jarak jauh di Bumi. Gelombang radio memungkinkan mengirim kata dan gambar ke seluruh dunia dengan kecepatan 300000 km per detik. Pesan itu bergerak cepat sehingga memancarkan ke staletit stasioner yan mengorbit di ketinggian 37000 km yang meneruskan ke belahan Bumi lain  permukaan Bumi, pesan mengalami penundaan waktu kurang dari 1 detik di setiap bagian perjalanan. Di jarak antar bintang, jeda waktu semakin lama meski tetap jeda waktu paling singkat. Jika mengirim pesan radio ke Alpha Centauri, sistem bintang terdekat dengan Matahari, harus merencanakan waktu tempuh 4,4 tahun di masing arah. Pesan yang menempuh waktu 20 tahun dapat mencapai beberapa ratus bintang, atau planet yang mengelilingi, setara 40 tahun

 

Pada 1970 ketika para ahli astronomi merayakan peningkatan kemampuan teleskop radio di dekat Arecibo, Puerto Rico dengan memanfaatkannya untuk memancarkan pesan pertama selama beberapa menit ke arah gugus bintang M13. Karena gugus itu berada pada jarak 25000 tahun cahaya, pesan balasan akan sangat lama sampai, lebih mengggambarkan latihan peragaan di banding panggilan serius, siaran radio dan televisi pada era pasca Perang Dunia II serta pancaran kuat radar telah mengirim bola gelombang radio ke antariksa. Mengembang dengan kecepatan cahaya. Jika peradaban lain bisa mengurai berbagai macam acara dari hiruk pikuk emisi radio Bumi kini sama kuat atau lebih kuat daripada emisi objek apa pun di tata surya, termasuk Matahari

 

Biaya mengirim siaran televisi selama 50 tahun lebih rendah daripada biaya untuk satu mesin pesawat antariksa, cara juga sangat cepat bila bisa menerima dan memancarkan emisi peradaban lain. Dalam pencarian kecerdasan ekstraterestrial (search of extraterrestrial inteliggence) yang disingkat SETI oleh para saintis yang terlibat di dalamnya, perhatian tetap dilakukan ke pencarian sinyal radio meski alternatif mencari sinyal yang dikirim dengna gelombang cahaya sebaliknya tidak ditampik.  Walaupun gelombang cahaya dari peradaban lain harus bersaing dengan banyak sekali sumber cahaya alam, sinar laser menawarkan peluang untuk memusatkan cahaya di satu warna atau frekuensi pendekatan yang memungkinkan gelombang radio membawa pesan dari berbagai stasiun radio atau televisi. Keberhasilan SETI terletak di antena yang mampu menahan langit, penerima yang merekam apa yang dideteksi antena, dan komputer berkemampuan tinggi yang menganalisis sinyal penerima untuk mencari hal yang tak biasa. Ada 2 kemungkinan mendasar: menemukan peradaban lain dengan menguping komunikasinya yang sebagian bocor ke antariksa seperti halnya siaran radio dan televisi atau menemukan pancaran sinyal yang dimaksudkan untuk menarik perhatian peradaban yang belum ditemukan, seperti peradaban sendiri

 

Simyal yang disorotkan memusatkan tenaga ke arah tertentu sehingga mendeteksi sinyal menjadi lebih mudah sengaja di kirim sedangkan sinyal bocor ke antariksa menyebabkan tenanganya hampir merata ke segala arah sehingga lebih lemah di arah tertentu dari sumbernya daripada sinyal yang disorotkan. Selain itu, sinyal yang di sorotkan diyakini berisi semacam latihan pemanasan sederhana untuk memberitahu penerimanya cara menafsirkan sinyal sedangkan radiasi yang bocor ke antariksa dianggap tidak membawa petunjuk bagi pengguna. Peradaban sendiri membocorkan sinyal selama berpuluh tahun dan telah menyorotkan sinyal ke satu arah tertentu selama beberapa menit. seandainya peradaban langka, upaya untuk menemukan seharusnya mengutamakan menguping dan menghindari bujukan untuk mengharapkan sinyal yang sengaja di sorotkan. Dengan sistem antena dan penerima yang semakin baik, para pendukung SETI mulai menguping kosmos, berharap menemukan bukti adanya peradaban lain, karena tidak memiliki jaminan bahwa akan mendengar sesuatu dengan menguping, mereka yang  terlihat dalam aktivitas telah kesulitan mendapatkan dana. Pada awal 1990, Kongres AS mendukung program SETI selama setahun hingga akhirnya orang tidak mendukung gagasan menghentikannya. Saintis SETI mendapatkan dukungan sebagain dari jutaan orang yang mengunduh screen saver (situs web setiahome.sl.berkeley.edu) yang mengikutsertakan komputer rumah ntuk menganalisis data dari sinyal asing pada komputer rumah untuk menganalisis data dari sinyal asing pada waktu luang. Pendanaan lain berasal dari orang berada, khususnya almarhum Bernand Oliver, insinyur terkenal di Hewlett Packard yang telah lama tertarik dengan SETI, dan Paul Allen salah seorang pendiri Microsoft, Oliver menghabiskan waktu bertahun memikirkan permasalahan SETI yang mendasar, yakni kesulitan mencari di antara miliaran frekuensi yang disiarkan peradaban lain. Membagi spektrum radio menjadi  rentang yang relatif lebar sehingga terdapat beberapa ratus frekuensi untuk siaran radio dan televisi, namun pada prinsip sinyal alien terbatas di frekuensi sempit sehingga kisaran SETI berisi miliaran entri. Sistem komputer berkemampuan tinggi yang menjadi inti upaya SETI bisa menjawab tantangan dengan menganalisis ratusan juta frekuensi secara simultan. Disisi lain menemukan tanda adanya komunikasi radio dari peradaban lain

 

Lebih dari 50 tahun lalu, Enrico Femi  ahli fisika hebat terakhir yang merupakan pakar percobaaan sekaligus teori mendiskusikan kehidupan ekstraterestrial dengan kolega, setelah menyepakati bahwa tidak ada hal istimewa yang membedakan Bumi sebagai tempat kehidupan, para saintis mencapai kesimpulan bahwa kehidupan melimpah di Bimasakti, bila banyak tempat di galaksi telah melihat hadirnya peradaban teknologi maju, mesti sudah mendengar dari salah satu di antaranya, melalui pesan radio atau laser bila bukan dengan kunjungan betulan. Bahkan sebagian besar peradaban cepat punah, seperti dialami peradaban, adanya banyak peradaban menyiratkan bahwa sebagian diantaranya telah hidup cukup lama untuk melakukan pencarian peradaban lain dalam jangka panjang. Bila sebagain peradaban tidak ingin mencari peradaban lain akan melakukan. Jika terdapat beberapa ribu peradaban di galaksi pada sembarang waktu, jarak rata antara peradaban yang berdekatan adalah beberapa ribu tahun cahaya, 1000 kali jarak ke bintang terdekat. Jika 1 atau beberapa peradaban telah hidup selama jutaan tahun, mungkin mereka sudah mengirim sinyal atau lewat menguping

Gambar Deskripsi:

 

Peta berbintik radiasi latar belakang di hasilkan oleh satelit Wilkonson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) milik NASA. Daerah langit yang agak lebih panas di warnai merah, sedangkan yang agak lebih dingin diwarnai biru. Penyimpangan suhu dimana menunjukkan variasi kerapatan zat selama tahun awal alam semesta, adanya supergugus galaksi di sebabkan oleh adanya daerah yang sedikit lebih rapat di bayi kecil kosmos

 

Ultra Deep Hubble Field Teleskop Hubble yang diperoleh pada 2004 memperlihatkan objek paling redup yang pernah di rekam. Hampir semua objek di foto sekecil apapun, merupakan galaksi yang masing berjarak antara 3 – 10 miliar tahun cahaya. Karena cahaya galaksi telah menempuh miliaran tahun sebelum mencapai teleskop, penampakan galaksi bukan penampakan sekarang melainkan penampakan dulu sejak kelahiran hingga tahap evolusi sesudahnya

 

Gugus galaksi raksasa, yang disebut A2218 oleh para ahli astronomi, terletak sekitar 3 miliar tahun cahaya dari Bimasakti di balik galaksi gugus terdapat galaksi yang lebih jauh. Yang cahaya dibelokkan dan terdistorsi terutama oleh gravitasi zat gelap dan galaksi paling masif yang tersembunyi di dalam A2218. Pembelokan itu menghasilkan busur cahaya tipis dan panjang yang tampak di foto dari Teleskop Hubble

 

Satu gugus galaksi lainnya, yaitu A 1689 sekitar 2 miliar tahun cahaya jauhnya juga membelokan cahaya dari galaksi yang lebih jauh dan kebetulan terletak di belakang sehingga di hasilkan busur cahaya terang dan pendek. Dengan mengukur rincian busur itu, yang tampak di foto Teleskop Hubble, para ahli astronomi telah menyimpulkan bahwa sebagain besar massa gugus bukan berada di galaksi sendiri, melainkan berupa zat gelap

 

Kuasar yang dikatalogkan sebagai PKS 1127-144 berada sekitar 10 miliar tahun cahaya dari Bimasakti. Teleskop Hubble di kisaran cahaya tampak, kuasar menampakkan diri sebagai objek terang di bagian kanan bawah, kuasar yang hanya menempati bagian dalam objek, memancarkan energi yang luar biasa besar berkat memanasnya zat yang berjatuhan ke dalam lubang hitam raksasa, daerah yang sama dalam foto sinar X yang diperoleh Observatorium Chandra, semburan zat yang memancarkan sinar X hingga lebih daripada sejuta tahun cahaya memancar dari kuasar

 

 Hampir setiap objek redup di foto gugus galaksi Coma merupakan galaksi yang beranggotakan 100 miliar lebih bintang. Terletak sekitar 325 juta tahun cahaya dari Bimasakti, gugus ini membentang dengan diameter beberapa juta tahun cahaya dan berisi beribu galaksi yang saling mengorbit seperti tarian balet yang diciptakan oleh gaya gravitasi

 

Bagian pusat gugus galaksi Virgo, hanya 60 juta tahun cahaya jauhnya dari Bimasakti, memperlihatkan lusinan galaksi berbagai tipe, termasuk galaksi elips raksasa di bagian kiri atas dan kanan atas. Galaksi spiral tampak di seluruh foto, yang dipotret dengan Teleskop Kanada – Prancis – Hawaii di Observatorium Mauna Kea. Amat kuat gaya gravitasi gugus virgo dan jaraknya yang dekat dengan Bimasakti mempengaruhi gerak Bimasakti di antariksa, Bimasakti dan gugus virgo memang membentuk bagian sistem lebih besar yang disebut supergugus Virgo

 

Pasangan galaksi yang berinteraksi dinamai Arp 295 dalam entri Catalog Of Peculiar Galaxies yang disusun oleh Halthon Arp, telah menimbulkan flamen panjang berisi  bintang dan gas galaksi sendiri, membentang hingga seperempat juta tahun cahaya. Kedua galaksi terletak sekitar 270000 tahun cahaya dari Bimasakti

 

Galaksi spiral raksasa yang serupa dengan galaksi mendominasi foto yang diambil oleh rangkaian Very Large Telescope di Chile. Pemandangan tampak atas galaksi, yang berjarak sekitar 100 juta tahun cahaya dari Bimsakti dan dinamai NGC 1232 memungkinkan mengamati cahaya kekuningan dari bintang yang relatif tua di dekat pusat galksi, begitu juga bintang panas, muda, dan kebiruan yang mendominasi lengan spiral di sekelilingnya. Ahli astrofisika juga mendeteksi banyak sekali bulir debu antar bintang di lengan. Pasangan NGC 1232 yang lebih kecil, dan dikenal sebagai galaksi spiral berbatang karena bagian pusatnya berbentuk seperti batang, tampak di sebelah kiri galaksi spiral raksasa

 

Galaksi spiral disebut NGC 3370 dan berjarak sekitar 100 juta tahun cahaya sangat menyerupai galaksi Bimasakti dalam hal ukuran, bentuk, dan massa. Teleskop Hubble tidak memperlihatkan bentuk spiral rumit yang dibentuk oleh bintang muda, panas, dan terang. NGC 3370 membentang sekitar 100000 tahun cahaya dari tepi ke tepi

 

Pada Maret 1994, ahli astronomi menemukan Supernova 1994D di galaksi spiral NGC 4256 salah satu di antara ribuan galaksi di gugus Virgo yang jauhnya sekitar 60 juta tahun cahaya dari Bimasakti. Dalam foto Teleskop Hubble, Supernova terlihat sebagai objek terang di bagian kiri bawah, di bawah sabuk debu penyerap cahaya di tengah bidang galaksi. Selain memperkaya lingkungan dengan bahan penyusun kehidupan, Supernova 1994D adalah contoh Supernova Tipe Ia yang digunakan untuk menemukan percepatan pengembangan Kosmos

 

Galaksi spiral NGC 4631 sekitar 25 juta tahun cahaya, garis pandang jatuh pada sisi piringan galaksi tersebut sehingga tidak dapat melihat struktur lengan spiral galaksi. Debu yang berada di piringan galaksi menghalangi sebagian cahaya dari bintang anggota galaksi. Petak merah di sebelah kiri pusat galaksi merupakan tempat kelahiran bintang. Di atas NGC 4631 terdapat galaksi elips yang lebih kecil, pasangan yang mengitari galaksi spiral raksasa

 

Di galaksi ireguler kecil disebut NGC 1569 dan berjarak hanya 7 juta tahun cahaya, pembentukan bintang secara besaran dimulai sekitar 25 jtua tahun lalu dan bisa dilihat, menyumbang sebagian besar cahaya galaksi, dua gugus bintang tampak di bagian kiri tengah citra Teleskop Hubble

 

Galaksi Andromeda, galaksi besar yang paling dekat Bimasakti, terletak 2,4 juta tahun cahaya jauhnya dan membentang di langit beberapa kali lebih besar daripada bulan purnama. Di foto yang di potret ahli astronomi amatir Robert Gender, salah satu di antara gua galaksi satelit elips terlihat di sebelah kiri, bawah pusat galaksi Andromeda, sedangkan yang lebih redup tampak di sebelah kanan atas pusat galaksi. Objek kecil dan terang lainnya di citra adalah bintang di galaksi Bimasakti, yang berada di depan mata dengan jarak kurang daripada 1/100 jarak ke galaksi Andromeda

 

Di jarak yang relatif dekat dengan Bimasakti, hampir sama dengan jarak galaksi Andromeda (2,4 juta tahun cahaya) terletak galaksi spiral M33 yang lebih kecil dan daerah terbesar tempat pembentukan bintangya tampak di foto Teleskop Hubble.  Bintang paling masif yang dibentuk di daerah telah meledak sebagai supernova,  memperkaya lingkungna sekitar dengan unsur berat sedangkan bintang masif lainnya menghasilkan radiasi ultraviolet yang kuat dan menendang elektron dari atom yang melingkupi

 

Bimasakti memiliki dua galaksi satelit ireguler yang besar, di sebut Awan Magellan Besar dan Kecil. Awan Magellan Bessar, memperlihatkan pita bintang di sebelah kiri dengan banyak bintang lain dan daerah pembentukan bintang di sebelah kanan. Nebula Tarantula, dinamai karena bentuknya dan tampak terang di bagian tengah atas foto, adalah daerah terbesar tempat pembentukan bintang di galaksi

 

Daerah pembentukan bintang yang disebut Papillon karena kemiripan dengan kupu, berada di Awan Magellah Besar, yakni galaksi satelit Bimasakti yang paling besar, bintang muda menerangi nebula itu dari dalam dan mengeksitasi atom hidrogen sehingga menghasilkan ciri khas warna merah seperti yang ditangkap dalam foto Teleskop Hubble

 

Radiasi inframerah mengungkapkan tinggal di piringan pipih galaksi spiral, yang merentang ke kiri dan kanan dari bagian pusat Bimasakti. Zarah debu menyerap sebagian cahaya dari daerah, seperti yang terjadi kepada galaksi spiral jauh. Di bawah bidang galaksi Bimasakti melihat 2 satelit, Awan Magellah Besar dan Kecil

 

Ketika mengamati pusat galaksi Bimasakti sekitar 30000 tahun cahaya jauhnya dari tata surya, awan luas yang kaya akan debu menghalangi pandangan dalam cahaya tampak. Cahaya inframerah bisa menembus debu sehingga foto inframerah yang diperoleh dari proyek Two Micron All Sky Survey mengungkap radiasi yang muncul dari dekat pusat galaksi, yaitu daerah yang terang, tempat lubang hitam supermasif sedang terus – menerus melahap zat

 

Nebula kepiting berada 7000 tahun cahaya dari tata surya dan dihasilkan oleh ledakan bintang yang cahayanya mencapai Bumi pada 4 Juli 1054. Foto yang di ambil oleh Teleskop Kanada – Prancis – Hawaii di Observatorium Mauna Kea, serabut kemerahan terdiri dari gas hidrogen, yang menjauhi area ledakan di bagian tengah. Pendar putih diakibatkan oleh elektron yang bergerak mendekati kecepatan cahaya melewati medan magnetik yang kuat sekali, sisa supernova seperti menambah zat yang telah berubah ke awan gas dan debu antar bintang. Awan melahirkan bintang baru yang mengandung lebih banyak unsur berat seperti karbon, nitrogen, oksigen, dan besi daripada bintang yang lebih tua

 

Daerah gas yang mengembang dan oleh ahli astronomi dinamai IC 443 merupakan sisa supernova yang berjarak sekitar 5000 tahun cahaya dari tata surya. Bintang meledak sekitar 30000 tahun sebelum sisa supernova menghasilkan cahaya seperti yang direkam di foto yang diperoleh Teleskop Kanada – Prancis – Hawaii di Observatorium Mauna Kea

 

Gumpalan gas di nebula Trifid, sekitar 5000 tahun cahaya jauhnya, dipotret dengan optika beresolusi tinggi di Teleskop Hubble. Gas dalam lilar pasti lebih rapat daripada sekelilingnya, yang sudah merenggang akibat radiasi dari bintang muda dan panas di dekatnya

 

Nebula yang disebut NGC 2440 melingkungi inti bekas bintang yang sudah kehabisan bahan bakar tapi masih panas. Katai putih tersebut terlihat dalam foto Teleskop Hubble sebagai titik cahaya terang di dekat tengah nebula. Gas yang menyelubungi objek sekitar 3500 tahun cahaya jauhnya dari tata surya, akan segera menguap ke angkasa, menyisakan katai putih yang terisolasi selagi perlahan mendingin dan meredup

 

Objek spektakuler yang di temukan oleh ahli astronomi ternama William Herscchel pada 1787 ini menyandang mana Nebula Eskimo karena kemiripannua dengan wajah yang dikelilingi tudung berbulu, nebula  yang jauhnya 3000 tahun cahaya terdiri atas gas yang dilontarkan bintang tua dan diterangi radiasi ultraviolet dari bintang, yang permukaannya menjadi panas sehingga memancarkan lebih banyak cahaya ultraviolet daripada cahaya tampak. Seperti Herschel, para ahli astronomi menyebut objek seperti nebula planet karena teleskop kecil hanya menampakkan piringan rata mirip gambar planet. Foto Teleskop Hubble mengenyahkan kebingungan dengan mengungkapkan dan meninggalkan bintang di tengahnya

 

Di tengah daerah pembentukan bintang di galaksi. Awan gas dan debu yang relatif dingin dan rapat menyerap cahaya bintang dan tercipta nama yang cocok sekali, yaitu Nebula kepala kuda, yang dipotret dengan Teleskop Kanada – Prancis – Hawaii di Observatorium Mauna Kae, awan debu sekitar 1500 tahun cahaya jauhnya dari tata surya menjadi bagian awan antar bintang lebih besar, gelap, dingin yang sebagaiannya membentuk daerah gelap di bawah kepala kuda

 

Foto medan pandang luas yang dipotret ahli astronomi amatir Rick Scott pada 2003 memperlihatkan garis terang yang dihasilkan oleh salah satu meteor yang diamati selama hujan meteor Perseid tahunan pada pertengahan Agustus, bulan ketika Bumi menjumpai lebih banyak puing antariksa daripada biasanya. Bergerak dengan kecepatan beberapa kilometer per detik, tiap puing menembus atmosfer Bumi hingga menguap, sebagian atau seluruhnya. Dalam foto, galaksi Andromeda di tengah agak ke kiri dapat dilihat di kejauhan sekitar 1 juta tahun kali lebih jauh daripada ketinggian meteor yaitu sekitar 64 km di atas permukaan Bumi

 

Saturnus, planet kedua di Tata Surya memiliki sitem cincin, dipotret dalam segala keindahan oleh Teleskop Hubble. Seperti sistem cincin yang lebih sederhana di sekeliling Jupiter, Uranus, Neptunus. Cincin Saturnus terdiri atas jutaan zarah kecil yang mengorbit planet

 

Titan, bulan terbesar Saturnus, memiliki atmosfer tebal yang utamanya tersusun dari molekul nitrogen, tapi juga kaya akan zarah seperti kabut asap yang terus – menerus menutupi permukaannya dari pengamatan dalam cahaya tampak. Wahana Voyager 2 pada 1981. Namun jika diamati dalam radiasi inframerah oleh Teleskop Kanada – Prancis – Hawaii di Oberservatorium Mauna Kea. Titan menampakkan bentuk permukaan yang sangat mungkin adalah kolam cair, area batuan, dan gletser hidrokarbon beku

 

Pada Desember 2000, kala wahana Cassini melintasi Jupiter dalam perjalanannya menuju pertemuan dengan Saturnus pada 2004. Wahana itu memotret lapisan luar planet terbesar di tata surya. Jupiter terdiri atas inti padat yang diselubungi lapisan gas dengan ketebalan puluhan ribu kilometer. Gas itu yang utamanya adalah senyawa hidrogen dengan karbon, nitrogen, dan oksigen, berputar dalam pola warna – warni akibat cepatnya rotasi Jupiter, bentuk terkecil yang tampak dalam foto selebar sekitar 60 km

 

Europa, salah satu di antara 4 bulan besar Jupiter, berdiameter hampir sama dengan Bulan tapi permukaannya memperlihatkan garis lurus dan panjang yang mungkin menunjukkan rekahan di permukaan es, setelah mendapatkan potret penuh Europa, wahana Galileo mendekat untuk penyelidikan lebih cermat dari jarak 560 km saja. Permukaan Europa dilihat dari jarak dekat menunjukkan bukti es dan sungai lurus, dengan kemungkinan adanya kawah tumbukan yang berwarna lebih gelap di antara bukit dan sungai. Spekulasi menguat bahwa lapisan es di permukaan Europa setebal 800 meter, menutupi lautan seluas Europa dan mampu mendukung bentuk kehidupan primitif

 

Sepanjang awal 1990, gelombang radio dari wahana Magellan yang mengorbit Venus, yang bisa menembus atmosfer Venus yang tak tembus cahaya, memungkinkan para ahli astronomi untuk membuat foto radar permukaan Venus, banyak kawah besar sedangkan area terbang dan luas adalah dataran tinggi terbesar di Venus

 

Pada 1971, astronot Apollo 15 menggunakan kendaraan pertama di luar Bumi untuk menjelajahi dataran tinggi di Bulan, mencari petunjuk asal mula Bulan

 

Pada oktober 2003, dua kelompok besar bintik Matahari masing beberapa kali lebih besar daripada Bumi, tampak di permukaan Matahari, di potret oleh ahli astronomi amatir Juan Carlos Cassado, berotasi bersama dengan bintang, bintik Matahari membutuhkan waktu hampir sebulan untuk melintasi permukaan Matahari dan muncul lagi di tempat semula, biaasanya perlahan menghilang dalam rentang waktu, bintik Matahari  tampak gelap karena suhunya lebih dingin (sekitar 4000 derajat Celcius) suhu yang lebih dingin disebabkan oleh pengaruh medan magnet, yang berkaitan dengan ledakan dahsyat yang mampu memancarkan aliran zarah bermuatan yang mempengaruhi komunikasi radio di Bumi dan kesehatan astronot

 

Foto Mars yang di potret dengan Teleskop Hubble selama Mars berada di dekat Bumi pada 2003 menampakkan tudung es kutub selatan (sebagian besar berupa karbon dioksida beku) di bagian bawah. Di bagian kanan bawah terdapat lingkaran besar yang disebut kawah tumbukan Hellas. Kawah kecil tersebar di dataran tinggi Mars yang berwarna lebih terang, sedangkan daerah yang lebih gelap merupakan dataran rendah Mars

 

Foto permukaan Mars yang diambil oleh robot penjelajah Rover pada Januari 2004 memperlihatkan bukit di horizon yang jauhnya beberapa mil. NASA kini telah menamai tujuh di antara bukit untuk menghormati astronot yang tewas dalam kecelakaan pesawat ulang alik Columbia pada 1 Januari 2003, seperti 2 lokasi pendaratan wahana Viking pada 1976, lokasi pendaratan penjelajah Spirit dan Oppurtunity pada 2004 menunjukkan dataran dengan batuan yang berserakan dan tidak menampakkan tanda kehidupan

 

Pemandangan jarak dekat lingkungan di sekitar penjelajah Spirit memperlihatkan batuan dasar kuno serta batuan dasar kuno serta batuan muda yang kaya akan senyawa yang di Bumi umumnya membentuk batuan sedimen. Warna kemerahan disebabkan oleh besi oksida (karat) di permukaan batuan dan tanah

 

Profesor biologi UCLA Ken Naelson dengan salah seorang penulis (NDT) berada di lokasi di Death Valley saat syuting PBS NOVA Origins sebagai pakar di bidang mikroorganisme yang tertekan secara geologis, Nealson memahami bahwa lingkungan panas, gersang, dan tak ramah menjadi ekosistem subur bagi bakteri di dalam rekahan batuan atau di dasar, terhalang sinar matahari yang mengancam. Warna kemerahan bebatuan Death Valley sangat mirip dengan batuan di permukaan Mars

 

Hari buruk Bumi diilustari oleh seniman Don Davis mengenai tabrakan antara asteroid dan Bumi 65 juta tahun lalu yang menyebabkan kepunahan dinosaurus non burung serta 70% spesies daratan, termasuk segala bintang yang lebih besar.  Relung ekologis yang lowong akibat kepunahan dinosaurus membuat mamalia bisa berevolusi dari bentuk mirip tikus yang Cuma jadi cemilan dinosaurus menjadi berbagai bentuk mamalia yang dilihat sekarang

 

Formati batuan cerobong asap hitam diperlihatkan di dalam penampang melintangnya, diangkat dari pegunungan Juan de Fuga di Samudra Pasifik, dan di pajang di ruang planet Bumi di American Museum of Natural History New York. Di sepanjang pematang tengah Samudra, air bisa merembes ke dalam kerak Bumi dan menjadi sangat panas, melarutkan mineral sepanjang rembesan. Ketika air dimuntahkan kembali ke dasar Samudra, mendapati struktur mirip cerobong asap, yang dibentuk oleh endapan mineral dari air yang mendingin. Berkat struktur yang berongga serta gradien kimia dan suhu di lokasi tersebut. Seluruh ekosistem tumbuh subur dengan mengandalkan sumber energi geotermal dan geokimia tanpa Matahari sebagai sumber energi kehidupan. Ketangguhan yang baru ditemukan di beberapa jenis bakteri dan bentuk lain kehidupan Bumi telah menambah daftar lingkungan yang diharapkan dapat menopang kehidupan di alam semesta

 

Dr Seth Shostak dari SETI (Search for Extraterestrial Intelligence) dan salah seorang penulis (NDT) mengambil kesempatan sejenak untuk berpose di sela syuting Origins di lokasi di Teleskop Radio Arecibo di Puerto Rico, Shostak menggunakan teleskop terbesar di dunia untuk mendengarkan sinyal kecerdasan yang mungkin berasal dari peradaban jauh. Teleskop Arecibo berada di kawah batu kapur alam. Shostak dan Tyson difilmkan selagi berjalan dan berbincang di bawah piringan kawat anyam yang dengan sendirinya seperti lingkungan di dunia khayal