Hukum Kepler

Seorang ilmuwan yang bernama Johannes Kepler menemukan hukum yang mengatur pergerakan Bumi mengelilingi matahari, khususnya yang menyangkut perubahan jarak Bumi ke matahari. Hukum-hukum Kepler tentang peredaran Bumi mengelilingi matahari dapat dinyatakan sebagai berikut:

Hukum 1: Planet-planet bergerak dalam orbit berupa elips, dengan matahari terletak di salah satu fokusnya

Hukum 2: Garis yang menghubungkan tiap planet dengan matahari dalam waktu yang sama menyapu luasan bidang yang sama

Hukum 3:  Kuadrat dari perioda (waktu edar) setiap planet sebanding dengan pangkat tiga dari jarak rata-rata planet dari matahari

Hukum Kepler mempertanyakan kebenaran astronomi dan fisika warisan zaman Aristoteles dan Ptolemaeus. Ungkapan Kepler bahwa Bumi beredar sekeliling, berbentuk elips dan bukannya epicycle, dan membuktikan bahwa kecepatan gerak planet bervariasi, mengubah astronomi dan fisika. Hampir seabad kemudian, Isaac Newton mendeduksi Hukum Kepler dari rumusan hukum karyanya, hukum gerak dan hukum gravitasi Newton, dengan menggunakan Euclidean geometri klasik.

Pada era modern, hukum Kepler digunakan untuk aproksimasi orbit satelit dan benda-benda yang mengorbit Matahari, yang semuanya belum ditemukan pada saat Kepler hidup (contoh: planet luar dan asteroid). Hukum ini kemudian diaplikasikan untuk semua benda kecil yang mengorbit benda lain yang jauh lebih besar, walaupun beberapa aspek seperti gesekan atmosfer (contoh: gerakan di orbit rendah), atau relativitas (contoh: prosesi preihelion merkurius), dan keberadaan benda lainnya dapat membuat hasil hitungan tidak akurat dalam berbagai keperluan.

1. Hukum Kepler Pertama

“Orbit setiap planet berbentuk elips dengan matahari berada di salah satu fokusnya”

Elips adalah bentuk bangun datar yang merupakan salah satu dari irisan kerucut (selain lingkaran, hiperbola, dan parabola). Dimana eksentrisitas elips bernilai antara 0 dan 1. Lintasan suatu planet mengelilingi matahari akan berupa sebuah elips, dan matahari akan selalu berada di salah satu dari dua focus elips tersebut.

Hukum pertama kepler jelas-jelas menentang pernyataan Nicolaus Copernicus yang menyatakan bahwa orbit planet berbentuk lingkaran dengan matahari berada di pusat lingkaran. Dan terbukti dari hasil pengamatan bahwa orbit elips Kepler dapat memberikan posisi yang lebih akurat dibandingkan orbit lingkaran.

Kesalahan Copernicus ini dapat dipahami sebab meskipun memiliki lintasan elips, namun eksentrisitas orbit planet mendekati nol, sehingga sekilas akan tampak mendekati lingkaran, bahkan untuk perhitungan-perhitungan sederhana kita boleh mengasumsikan orbit planet adalah lingkaran.

2. Hukum Kepler Kedua

“vektor radius suatu planet akan menempuh luas areal yang sama untuk selang waktu yang sama”

Vektor radius ialah garis hubung antara planet dengan pusat gravitasi (matahari). Gambaran dari hukum kepler kedua ialah :

Apabila Planet membutuhkan waktu yang sama untuk menempuh P1 – P2 dan P3 – P4, maka luas areal P1 – F – P2 akan sama dengan P3 – F – P4, begitu pula sebaliknya. Dengan kata lain kita dapat menyatakan bahwa kecepatan angulernya konstan.

Karena planet selalu mematuhi hukum kepler, maka konsekuensi dari hukum kedua kepler ini ialah kecepatan linear planet di setiap titik di orbitnya tidaklah konstan, tetapi bergantung pada jarak planet. Contohnya planet akan bergerak paling cepat saat dia ada di perihelium, dan akan bergerak paling lambat saat dia ada di aphelium.

3. Hukum Kepler Ketiga

“pangkat tiga sumbu semi major orbit suatu planet sebanding dengan kuadrat dari periode revolusi planet tersebut”

Kepler menemukan hubungan diatas, atau apabila sumbu semi mayor kita nyatakan dengan a dan periode revolusi planet kita nyatakan dengan T, maka secara matematis hukum ketiga kepler dapat ditulis :

Ternyata untuk benda-benda yang mengelilingi pusat gravitasi yang sama, besarnya kontanta akan sama, misalnya bagi planet Venus dan planet Bumi, atau bagi Io dan Europa. Untuk benda-benda yang memenuhi syarat tersebut berlaku :

Apabila benda yang kita tinjau adalah planet yang mengitari matahari, dan kita nyatakan a dalam Satuan Astronomi dan T dalam tahun, maka kita akan mendapati

Persamaan di atas adalah bentuk sederhana dari hukum kepler 3, namun hanya bisa digunakan apabila a dinyatakan dalam Satuan Astronomi, T dalam tahun dan pusat gravitasi adalah benda bermassa sama dengan matahari. Perlu diingat bahwa hukum kepler tidak hanya berlaku pada planet di tata surya saja, namun juga berlaku pada satelit planet-planet, asteroid, komet, pada sistem bintang ganda, dan lain-lain.

Pergerakan dan Fase Bulan

Bulan adalah benda langit yang paling dekat dengan bumi sekaligus satelit bumi, memiliki diameter 3.840 km. Sebagaimana bumi, bulan juga mempunyai dua gerakan yang penting, yaitu gerak Rotasi dan Revolusi bulan.

Rotasi Bulan

Rotasi adalah perputaran bulan pada porosnya dari barat ke timur. Dalam satu kali berotasi bulan memerlukan waktu sama dengan satu kali revolusinya mengelilingi bumi. Artinya, dalam satu kali putar mengelilingi bumi bulan hanya melakukan satu kali rotasi, ini yang menyebabkan permukaan bulan yang dilihat di bumi hanya satu permukaan itu saja. Pergerakan bulan dari barat ke timur dapat kita lihat pada kedudukan bulan pada saat matahari terbenam pada suatu hari dan dibandingkan dengan hari berikutnya maka kedudukan bulan akan semakin tinggi, artinya bulan itu bergerak ke arah timur.

Revolusi Bulan

Revolusi adalah peredaran bulan mengelilingi bumi dari arah barat ke timur, satu kali putaran penuh revolusi bulan memerlukan waktu rata-rata 27 hari 7 jam 43,2 menit, periode waktu ini disebut waktu bulan Sideris (sideris month) atau disebut juga Syahr Nujumi. Gerakan revolusi bulan ini digunakan sebagai dasar dan pedoman dan perhitungan bulan dan tahun Qamariyah (tahun Hijriyah), akan tetapi waktu yang digunakan bukan waktu Sideris, melainkan waktu bulan Sinodis, (Synodik Month) yang disebut juga Syahr Iqtirani, yaitu waktu yang ditempuh bulan dari posisi sejajar (iqtiran) antara matahari, bulan dan bumi keposisi sejajar berikutnya. Waktu iqtiran ditempuh rata-rata 29 hari 12 jam 44 menit 2,8 detik sama dengan 29, 53058796 hari atau dibulatkan menjadi 29,531 hari.

Bidang yang dipakai bulan dalam mengelilingi bumi disebut Falakul Qamar yang memotong bidang ekliptika sebesar 05˚08′52′′. Dengan demikian, bidang edar bulan tidak berimpit dengan bidang edar bumi. Jika kedua bidang itu berhimpit maka setiap bulan akan terjadi 2 kali gerhana, yaitu gerhana matahari pada awal bulan dan gerhana bulan pada pertengahan bulan. Walau demikian, gerhana matahri atau bulan setiap tahun masih sering terjadi 3 atau 4 kali. Hal ini disebabkan kecilnya sudut potong antara dua bidang edar tersebut. Teerjadinya gerhana tersebut tidak dapat dilihat dari semua tempat di belahan bumi.

Akibat gerakan itu, maka bentuk semu bulan kadang-kadang nampak dan kadang-kadang tidak nampak. Perubahan bentuk bulan itu adalah sebagai berikut:

Bulan mati(muhaq) → bulan Baru(hilal)→ Kwartir I→ bulan purnama(badr)→ Kwartir II→bulan mati lagi. Bentuk-bentuk ini disebut juga fase-fase bulan, untuk fase-fase bulan ini yang dijelaskan selanjutnya lebih dalam lagi.

Selain berrevolusi mengelilingi bumi, bulan bersama bumi mengelilingi matahari dalam satu tahun dari arah barat ke timur dengan periode 365 hari 6 jam 9 menit 10,02 detik (365,256366 hari).

Bulan merupakan salah satu benda langit yang tidak mempunyai sinar sendiri. Bulan tampak bercahaya karena memantulkan sinar yang diterima dari matahari. Dari hari ke hari bentuk dan ukuran cahaya bulan itu berubah-rubah sesuai dengan posisi bulan terhadap matahari dan bumi.

Pada saat bulan persis di antara bumi dan matahari bertemu maka seluruh bagian bumi tidak menerima sinar matahari sedang persis menghadap ke bumi. Akibatnya pada saat itu bulan tidak tampak dari bumi yang diistilahkan dengan Muhak atau bulan mati. Ketika bulan bergerak, maka ada bagian bulan yang menerima sinar matahari terlihat dari bumi. Bagian bulan ini yang terlihat dari bumi sangat kecil dan membentuk bulan sabit.

Dengan demikian secara singkat fase-fase bulan dalam konteks perjalanan satu bulan penuh meliputi:

1. Bulan mati, yaitu ketika terjadi peristiwa pertemuan antara bulan dan matahari.

2. Bulan Sabit Awal Bulan, yaitu ketika bulan meninggalkan matahari pada hari tanggal 1,2 sampai 3

3. Prapurnama awal, yaitu setelah bulan meninggalkan matahari pada perempatan pertama dalam ukuran sudut/busur, fase ini terjadi pada hari tanggal 6,7 sampai 8

4. Bulan purnama, yaitu ketika terjadi peristiwa istiqbal , semua permukaan bulan menghadap matahari,fase ini terjadi pada hari tanggal 13,14, sampai 15

5. Prapurnama akhir, yaitu bulan meninggalkan matahari setelah terjadi peristiwa istiqbal. Fase ini terjadi pada hari tanggal 21,23 sampai 24

6. Bulan sabit akhir, yaitu fase di mana sinar bulan berbentuk sabit (hilal) pada akhir bulan. Fase ini terjadi pada hari tanggal 27, 28 sampai 29. Akhirnya sampailah pada saat ijtima’ kembali menjelang bulan berikutnya dimana sama sekali tidak tampak dari bumi(bulan Mati).

Perubahan bulan secara periodek itu digunakan untuk melakukan perhitungan kalender hijriyah yang dasar perhitungannya menggunakan peredaran bulan sehingga kalender ini dikenal pula dengan nama Lunar Calender atau tarikh qamariyah.

anggota tata Surya (2)

3. Asteroid

Asteroid merupakan materi batuan yang kedudukanya terletak diantara Mars dan Yupiter. Materi dari asteroid tersebut sebagian gagal menjadi planet karena adanya gaya gravitasi Yupiter yang sangat kuat dan berlangsung secara terus menerus menghancurkan sebagian lain materinya. Akibatnya hamparan materi itu menjadi sabuk asteroid, yang sekarang menjadi bongkahan cincin raksasa dan serpihan batuan.

Asteroid menempati sabuk utama yang berada diantara orbit Mars dan Yupiter. Asteroid pertama kali ditemukan 1 januari 1801. Di antara pecahannya, batuan terbesar dinamakan Ceres yang bergaris tengah 480 mil, mengelilingi matahari dalam waktu 4,5 tahun.

Asteroid juga merupakan benda angkasa yang ukurannya kecil, namun jumlahnya milyaran. Asteroid sendiri berupa batu-batuan yang juga bergerak mengelilingi Matahari, ukurannya sangat kecil, atau istilah lainnya disebut bintang kerdil dengan diameter lebih dari 240 Km.

4. Komet

Komet merupakan kumpulan bongkahan batuan yang diselubungi kabut gas, ketika mendekati matahari, komet mengeluarkan gas yang bercahaya pada bagan kepala, dan semburan cahaya pada ekornya. Diameter komet termasuk selubung gas kurang lebih sejauh 100.000 Km. Semakin dekat komet dengn matahari semakin besar pula tekanan cahaya matahari yang diterimanya dan akan semakin panjang ekornya. Ekor komet teridiri dari CO, CH, dan gas labil CH2 juga H2O

Ada dua jenis komet, yaitu

a. Komet Berekor

Komet berekor yaitu komet yang lintasannya berbentuk elips, komet ini bila lintasanya dekat dengan matahari akan melepaskan gas yang diabsorsi diaerah dingin untuk membentuk ekor.

b.Komet Tak Berekor

Komet tak berekor yaitu komet yang lintasannya sangat pendek sehingga tidak memiliki kesempatan mengabsorsi gas di daerah dingin.

Anggota Tata Surya (1)

1. Matahari

Matahari, pusat dari tata surya sekaligus bintang induk tata surya dan merupakan komponen utama sistem tata surya ini. Bintang ini berukuran 332.830 massa bumi. Massa yang besar ini menyebabkan kepadatan inti yang cukup besar untuk bisa mendukung kesinambungan fusi nuklir dan menyemburkan sejumlah energi yang dahsyat. Kebanyakan energi ini dipancarkan ke luar angkasa dalam bentuk radiasi elektromagnetik, termasuk spektrum optik.

2. Planet-Planet

a.Merkurius

Merkurius adalah planet dalam yang terkecil dan termasuk paling dekat dengan Matahari, jarak rata-rata ke matahari 58 juta Km, dan memiliki garis tengah 4.880 Km. Merkurius tidak mengandung atmosfer, suhu disekitar planet berkisar antara 200 C-400 C. Gravitasi merkurius kurang lebih hanya sepertiga kali gravitasi bumi.

b.Venus

Planet ini merupakan planet terdekat dengan bumi dan memiliki garis tengah sepanjang 12.104 Km. Jarak rata-rata ke Matahari 106 Km, periode revolusinya 224 hari, gravitasi venus 2300 dan tekanan udaranya 20 atmosfer (20 kali tekanan udara di bumi), permukaan Venus ditutupi awan tebal sehingga mencapai 48 Km. Yang menarik hasil pengamatan beberapa pesawat ruang angkasa terdapat formasi batuan muda dan pegunungan tua, atmosfernya berwujud debu kering yang meliputi CO2, N, dan O2.

c. Bumi

Bumi merupakan planet ukuran ketiga, dan satu-satunya planet yang dihuni oleh makhluk hhidup dan terdiri komposisi sebagai berikut :

Lapisan biosfer, terdiri dari unsur nikel dan ferum, dan tebalnya kurang lebih 3.470 Km.

Lapisan antara memiliki tebal kurang lebih 1.700 Km dan terdiri dari batuan meteorit.

Lapisan litosfer yang terdiri dari lapisan Sial karena terdiri dari SiO2 dan Al2 dan O3 dan bagian SiMa yang terdiri dari SiO2 dan MgO serta Al2O3, tebal antara Sial dan sima tidak teratur, dipegunungan letaknya sangat dalam sedangkan di laut bagian Sial langsung berhubungan dengan Sima.

Planet bumi merupakan planet yang istimewa, karena bumi bukan hanya tempat hidup manusia semata, tapi juga makhluk hidup lainnya berkembang biak dengan baik, Planet bumi memiliki satelit, yaitu bulan.

d.Mars

Mars dilihat dari lintasnnya antara Bumi dan Matahari juga termasuk planet yang terdekat dengan Bumi, jarak rata-rata planet Mars dengan Matahari 228 Km, beredar mengelilingi Matahari dalam waktu 687 hari, waktu rotasinya 24 jam 37 menit 21 detik. Mars memiliki dua satelit, yaitu Phobos dan Deimos.

e. Yupiter

Yupiter merupakan planet terbesar, memiliki diameter 130.000 Km. Jarak rata-rata ke matahari kurang lebih sekitar 778 juta Km, dan struktur yupiter hampir sama dengan struktur matahari, yang kebanyakan terdiri dari hidrogen serta campurannya, yaitu NH3, Amoniak, Helium, dan Metan.

f. Saturnus

Planet saturnus planet kedua terbesar setelah Yupiter, jarak rata-rata ke matahari kurang lebih 1.426 Km, jangka revolusi planet ini adalah 29,5 tahun dan waktu yang diperlukan untuk berputar pada sumbunya adalah 10 jam. Saturnus memiliki 17 satelit, dan beberapa yang paling menonjol adalah Titan, Tethys, Rea, Dione, dan tiga cincin indah, ketiga cincin tersebut dapat diurai sebagai berikut:

g. Uranus

Uranus memiliki jarak rata-rata dengan matahari sekitar 2.869 juta Km, beredar mengelilingi Matahari dalam waktu 84 tahun dengan kecepatan rotasi 11 jam. Planet ini berdiameter 49.700 Km, pada planet ini ditemukan unsur helium, hidrogen dan metan. Planet ini mempunyai lima satelit, yaitu Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, dan Oberon. Keistimewaan planet ini adalah letak sumbu rotasinya sebidang dengan bidang revolusinya, pada uranus, matahari bergeser dari utara ke selatan dalam periode revolusinya.

h. Neptunus

Planet Neptunus adalah planet yang terjauh dengan matahari, jaraknya sekitar 4.495 juta Km dengan matahari, dan beredar mengelilingi matahari dalam waktu 165 Tahun. Waktu rotasinya 15 jam. Satelit yang dimiliki Neptunus ada dua, yaitu Triton yang berdiameter 4.000 Km, mempunyai atmosfer, dan bentuknya mirip pluto, sedangkan Nereid diameternya 2000 Km, letaknya lebih jauh dari bumi bila dibandingkan dengan triton.