Bumi Dan Bulan (Rotasi Bumi, Revolusi Bumi, Arah Angin, Pergantian Musim Dan Waktu, Serta Gerhana)

1. Bumi

Bumi berbentuk ellipsoid (agak lonjong) yang disebabkan karena rotasi pada Bumi. Pada arah kutub Bumi terjadi pemampatan dan agak menggelembung di sekitar khatulistiwa. Hal yang sama juga terlihat pada planet Jupiter dan Saturnus.

Diameter khatulistiwa Bumi adalah 12.756,32 km, sedangkan diameter kutubnya 12.713,54 km. Perbedaan ini menyebabkan terjadinya percepatan gravitasi di permukaan Bumi. Massa Bumi adalah 594,9299 x 10²² kg atau ± 6 x 10²⁴ kg.

Arah rotasi bumi dan periode rotasi bumi

Bumi berotasi pada sumbunya atau porosnya. Arah rotasi Bumi adalah dari barat ke timur. Hal ini menyebabkan gerak semu benda-benda langit, seperti bulan dan matahari seolah-olah mengelilingi Bumi dari timur ke barat yang tampak sebagai peredaran semu harian.

Untuk menentukan periode rotasi Bumi, kita dapat memperhatikan peredaran semu harian sebuah bintang sejati (matahari). Waktu yang diperlukan matahari tersebut dari kedudukan kulminasi atas sampai kedudukan yang sama hari berikutnya ternyata memerlukan waktu 23 jam 56 menit. Karena pada kenyataannya, matahari tetap diam, maka dinyatakan  Bumi-lah yang berotasi di sekitar porosnya dengan memakan waktu 23 jam 56 menit.

Untuk melakukan rotasi satu putaran penuh Bumi memerlukan waktu 24 jam. Jadi, setiap jam sebuah titik di bumi bergeser 15^o. Arah rotasi Bumi dari barat ke timur yang menyebabkan terjadinya pergantian siang malam dan gerak semu harian matahari atau bintang-bintang yang kelihatannya terbit dari timur dan tenggelam di barat.

Akibat Rotasi Bumi, antara lain :

- Terjadinya perubahan waktu.

- Terjadinya perubahan arah angin.

- Terjadinya perbedaan ketebalan atmosfer.

- Terjadinya perbedaan percepatan gravitasi.

- Bentuk Bumi menjadi ellipsoid.

- Terjadinya gerak semu harian matahari dan benda-benda langit.

- Terjadinya gaya Coriolis.

Kepepatan Bumi

Kepepatan Bumi pada daerah kutub dapat dibuktikan dengan mengandaikan sebuah balon karet berisi air yang dirotasikan. Jika balon itu mula-mula bentuknya bulat, seperti bola jika diputar bentuknya akan pipih.

Perbedaan percepatan gravitasi juga disebabkan karena kepepatan Bumi. Karena bentuk Bumi pepat, maka jarak setiap titik di permukaan Bumi ke pusat massa Bumi tidak sama yang mengakibatkan percepatan gravitasinya tidak sama.

Percepatan Gravitasi

Arah rotasi Bumi memengaruhi percepatan gravitasi yang mana semakin ke kutub semakin besar. Selain itu, arah rotasi Bumi juga menyebabkan vektor percepatan gravitasi menyimpang sedikit terhadap pusat Bumi, kecuali di ekuator dan kutub-kutub Bumi.

Benda-benda di permukaan Bumi akan lebih ringan dibandingkan dengan gaya tarik Bumi sesungguhnya terhadap benda-benda tersebut, sehingga terkesan seolah-olah percepatan gravitasi Bumi berkurang.

Arah Angin

Rotasi Bumi menyebabkan pembelokan arah angin yang mula-mula sudah mempunyai arah tertentu. Pembelokan arah angin telah dinyatakan dalam hukum Buys Ballot.

Hukum Buys Ballot berbunyi :

- Udara bergerak dari daerah udara yang bertekanan maksimum ke daerah yang bertekanan minimum.

- Di belahan Bumi utara, angin membelok ke kanan dan di belahan Bumi selatan, angin membelok ke kiri.

Gaya Coriolis

Gaya Coriolis adalah gaya semu atau gaya lembam pada sistem putar. Gaya semu adalah gaya yang dianggap ada untuk memenuhi hukum Newton jika yang menganggap berada di dalam satu sistem, sedang di luar sistem tersebut gaya itu tidak ada.

Contoh : kita sedang naik bus, tiba-tiba bus membelok ke kiri dengan cepat ternyata kita yang duduk di dalam bus (kita berada dalam sistem) seolah-olah kita dihempaskan suatu gaya ke arah tikungan, jadi seolah-olah ada gaya sentrifugal (gaya yang berarah keluar dari pusat gerak) yang memengaruhi tubuh kita. Gaya sentrifugal termasuk gaya semu pada sistem putar.

Gerak Revolusi Bumi

Revolusi Bumi adalah pergerakan Bumi mengelilingi matahari pada bidang orbitnya, yaitu ekliptika. Periode revolusi Bumi adalah 365 ¼ hari atau 365 hari 8 jam 9 menit dan 10 detik. Selang waktu inilah yang disebut satu tahun siderik. Siderik berasal dari kata sidrus yang berarti bintang.

Tahun siderik adalah waktu yang dibutuhkan Bumi untuk mengelilingi matahari dalam sekali putaran bersama bintang tetap. Satu siderik sama dengan satu kali putaran Bumi berevolusi. Tahun siderik lebih lama 20 menit 24,5128 detik daripada tahun tropik.

Tahun tropik adalah tahun yang berdasarkan revolusi bumi terhadap titik musim semi. Lama tahun tropik adalah 365.2421 siang hari atau 365 hari 10 jam 48 menit dan 46 detik.

Arah revolusi Bumi adalah negatif, artinya jika kita berada di ruang angkasa di atas kutub utara Bumi, kita akan melihat Bumi beredar mengelilingi matahari dengan arah putaran berlawanan arah putaran jarum jam.

Selama beredar mengelilingi matahari sumbu selalu tetap sejajar dengan arah semula, yaitu selalu membentuk sudut tetap sebesar 66,6^o terhadap bidang ekliptika. Gejala inilah yang menyebabkan pergantian musim di bumi.

Paralaks

Peredaran Bumi dalam mengelilingi matahari akan menimbulkan gejala yang disebut paralaks. Gejala tersebut menyebabkan bintang-bintang yang letaknya tidak terlalu jauh dari Bumi dalam pengamatan selama satu tahun seolah-olah kedudukannya membentuk lingkaran di langit.

Paralaks bintang adalah sudut yang diapit oleh kedua garis yang ditarik dari bintang kedua ujung-ujung jari lingkaran lintasan Bumi. Semakin jauh kedudukan bintang-bintang tersebut, semakin kecil sudut ini.

Bintang yang terdekat dengan Bumi adalah Centaurus yang memiliki paralaks bintang sebesar 0,76”, sehingga jarak bintang Centaurus terhadap Bumi dapat kita cari sebagai berikut :

p = 0,76” = 0,76” (2,4) (10^-4) derajat

           60

r = 1 s a (satuan astronomi) = 150 juta km = 150 x 10⁶ x 10³ = 15 x 10¹⁰ m

Rotasi dan revolusi Bumi menimbulkan dua gerak semu matahari, yaitu :

- Gerak Semu Harian, seolah-olah matahari terbit dari timur ke barat karena pengaruh gerak rotasi Bumi.

- Gerak Semu Harian Tahunan, menurut lingkaran besar di langit yang disebut ekliptika mengapit sudut 23,5^o terhadap khatulistiwa karena pengaruh revolusi Bumi.

Pembagian Waktu Dan Musim Di Bumi

* 23 September – 22 Desember

- Di belahan Bumi utara mengalami musim gugur, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami musim semi.

- Di belahan Bumi utara mengalami malam lebih panjang daripada siang, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami siang lebih panjang daripada malam.

* 22 Desember – 21 Maret

- Di belahan Bumi utara mengalami musim dingin, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami musim panas.

- Di belahan Bumi utara mengalami siang lebih panjang daripada malam, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami

* 21 Maret – 21 Juni

- Di belahan Bumi utara mengalami musim semi, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami musim gugur.

- Di belahan Bumi utara mengalami siang lebih panjang daripada malam, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami malam lebih panjang daripada siang.

* 21 Juni – 23 September

- Di belahan Bumi utara mengalami musim panas, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami musim dingin.

- Di belahan Bumi utara mengalami siang lebih panjang daripada malam, sedangkan di belahan Bumi selatan mengalami malam lebih panjang daripada siang.

Empat kedudukan penting di atas dapat kita gambarkan sebagai berikut :

Titik Balik Musim Panas dan Titik Balik Musim Dingin

Pada bulan Juni, kutub utara Bumi berada dalam kemiringan yang dekat dengan matahari, sehingga sejumlah wilayah di belahan Bumi utara akan mengalami siang hari lebih panjang dan musim panas.

Sementara, kutub selatan Bumi berada dalam kemiringan yang menjauh dari matahari, sehingga sejumlah wilayah di belahan Bumi selatan mengalami siang hari lebih pendek dan mengalami musim dingin.

Pada tanggal 20 Juni atau 21 Juni terjadi titik balik musim panas (summer solstice) sebagai pertanda awal musim panas di belahan Bumi utara dan sejumlah wilayah di belahan Bumi utara akan mengalami siang lebih lama.

Pada bulan Desember, kutub utara Bumi berada dalam kemiringan yang menjauh dari matahari, sehingga sejumlah wilayah di belahan Bumi utara akan mengalami siang hari lebih pendek dan mengalami musim dingin.

Sementara, kutub selatan Bumi berada dalam kemiringan yang dekat dengan matahari, sehingga sejumlah wilayah di belahan Bumi selatan mengalami siang hari lebih panjang dan mengalami musim panas.

Pada tanggal 21 Desember atau 22 Desember terjadi titik balik musim dingin (winter solstice) sebagai pertanda awal musim dingin di belahan Bumi utara dan sejumlah wilayah di belahan Bumi utara akan mengalami siang lebih pendek.

Gerak Persesi Bumi

Gerak persesi Bumi adalah gerakan Bumi mengelilingi sumbu ekliptika dengan arah positif dalam periode 26.000 tahun. Hal ini menyebabkan pergeseran kutub langit. Sekitar 3000 tahun yang lalu, kutub utara langit terletak pada bintang Alpha Draconis menjadi terletak pada bintang Polaris.

Tiga belas ribu tahun yang akan datang, kutub utara langit akan terletak pada bintang Vega dan 26.000 yang akan datang, kutub utara langit akan kembali ke bintang Polaris. Karena perpindahan ini memerlukan waktu 26.000 tahun, maka tiap tahun adalah 360^o/26.000 ke arah positif.

Karena persesi ini, tiap satu tahun hanya 0,0138^o, maka periode persesi Bumi adalah 360^o       x 1 tahun = 26.000 tahun.

          0,0138

Rotasi dan revolusi Bumi tidak dapat dirasakan karena persesi Bumi yang sangat lambat.

Akibat Persesi Bumi, antara lain :

- Pergeseran kutub langit.

- Pergeseran titik musim semi pada ekliptika.

- Pergeseran antara tahun tropik (tahun matahari) dan siderik.

2. Bulan

Bulan merupakan satelit Bumi. Cahaya bulan berasal dari pantulan sinar matahari seperti yang terlihat dari Bumi. Bulan tidak memiliki atmosfer, sehingga langit bulan berwarna hitam. Suhu permukaan bulan berkisar -173 ^oC sampai 110 ^oC.

Keadaan permukaan bulan adalah sebagai berikut :

- Terdapat gunung dan pegunungan.

- Terdapat ribuan kawah.

- Terdapat daratan yang rata-rata dan sangat luas.

- Di bulan tidak terdapat atmosfer, hal ini mengakibatkan :

a. Perbedaan suhu yang sangat besar antara siang dan malam (siang 100 ^oC dan malam 150 ^oC).

b. Bunyi tidak dapat merambat di bulan.

c. Langit di bulan hitam kelam.

d. Tidak terdapat air.

e. Tidak terdapat kehidupan.

Ukuran Dan Dimensi Bulan

a. Jarak terdekat antara bulan dan bumi, yaitu 356.410 km.

b. Jarak terjauh antara bulan dan bumi, yaitu 406.697 km.

c. Jarak rata-rata dari pusat bulan ke pusat bumi, yaitu 384.400 km.

d. Luas permukaan bulan, yaitu 37.940.000 km².

e. Massa bulan, yaitu 7,37 x 10²² kg.

f. Gravitasi bulan, yaitu 0,1653 gravitasi bumi.

Gerak Bulan

Pada kerangka acuan tata surya, bulan melakukan tiga macam gerak, yaitu :

a. Gerak rotasi pada porosnya.

b. Gerak bulan mengelilingi Bumi.

c. Gerak bulan mendampingi Bumi mengelilingi matahari.

Waktu yang diperlukan bulan berotasi pada porosnya sama dengan waktu yang diperlukan untuk melilingi Bumi, sehingga permukaan bulan yang menghadap ke Bumi selalu sama. Lintasan bulan mengelilingi Bumi berupa ellips. Gerak bulan mengelilingi matahari berupa liberasi (=gerak angguk).

Perubahan fase bulan adalah perubahan bentuk semu bulan yang dipandang dari bumi yang berubah-ubah secara periodik. Tiap periodiknya memakan waktu 29,5 hari (1 bulan sinodik).

Gerak bulan dalam mengelilingi Bumi jika Bumi dianggap diam adalah membentuk ellips, tetapi karena eksentrisitasnya (kelonjongan atau kepipihan lintasan ellips yang dimiliki setiap planet saat mengelilingi matahari) kecil, bentuk elips boleh dianggap sebagai lingkaran.

Semakin besar eksentrisitas yang dimiliki suatu planet, maka lintasannya menjadi semakin pipih.

Gerhana Bulan

Gerhana bulan terjadi jika Bumi terletak antara bulan dan matahari (aspek oposisi). Dalam hal ini akan terjadi gerhana bulan total jika bulan seluruhnya

masuk dalam bayangan ini Bumi (umbra), tetapi terjadi gerhana bulan sebagian jika bulan masuknya ke dalam umbra hanya sebagian saja.

Gerhana Matahari

Gerhana matahari terjadi jika bulan terletak antara matahari dan Bumi (aspek konjugasi) atau bulan baru = bulan mati. Dalam hal ini dapat terjadi tiga kemungkinan gerhana matahari, yaitu :

a. Gerhana Total terjadi jika dipandang dari tempat-tempat Bumi yang ditempa bayang-bayang inti bulan atau umbra (jadi puncak kerucut umbra menembus Bumi).

b. Gerhana Sebagian (Percill) terjadi jika dipandang dari tempat-tempat Bumi yang ditempa penumbra (bayang-bayang kabur).

c. Gerhana Cincin terjadi jika dipandang dari tempat-tempat di Bumi yang berada di bawah puncak kerucut umbra (jadi puncak kerucut berada di atas Bumi).

Pasang Purnama Dan Pasang Perbani

Pengaruh gaya gravitasi bulan dan matahari terhadap air laut akan menyebabkan timbulnya pasang naik dan pasang surut jika Bumi, bulan dan matahari terletak segaris, misalnya pada bulan purnama dan bulan baru, maka permukaan laut yang segaris dengan garis hubung tersebut akan terjadi pasang naik, sehingga di tempat lain yang jauh dari garis hubung ini tidak terjadi pasang surut.

Pasang purnama adalah pasang yang disebabkan oleh gravitasi bulan dan matahari berada dalam garis lurus. Pasang perbani adalah pasang yang disebabkan oleh gravitasi bulan dan matahari membuat sudut 90^o (saling tegak lurus).

Pasang purnama jauh lebih besar dari pasang lainnya di mana Bumi, bulan dan matahari tidak segaris. Dalam sehari (24 jam) permukaan laut mengalami 2 kali pasang naik dan 2 kali pasang surut.

Gerak Satelit

Gerak geostationer pada satelit adalah gerak satelit dalam mengelilingi planet di mana besar dan arah kecepatan sudut satelit tersebut sama dengan kecepatan planet, sehingga satelit secara tetap (stationer) selalu berada di atas permukaan planet.

Hal ini hanya dapat terjadi jika orbit satelit stabil dalam bidang datar khatulistiwa (0^o garis lintang) dan 113^o bujur timur (BT) tepatnya di atas kota Sintang (Kalimantan Barat) yang dikendalikan oleh stasiun Cibinong (Jakarta).