GERAK & POSISI BENDA LANGIT I

Presentasi berjudul: "GERAK & POSISI BENDA LANGIT I"— Transcript presentasi:

1 GERAK & POSISI BENDA LANGIT I
Gerak Semu Harian & Tahunan Matahari Fase – Fase Bulan Gerhana Bulan & Gerhana Matahari Kompetensi Dasar: Memahami konsep gerak dan posisi benda langit serta mengembangkan kemampuan bernalar Judhistira Aria Utama, M.Si. Lab. Bumi & Antariksa Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

2 Gerak Rotasi & Revolusi Bumi
Bumi melakukan dua gerakan sekaligus; rotasi dan revolusi. ROTASI  Bumi berputar terhadap poros. REVOLUSI  Bumi berputar terhadap benda langit lain. Periode rotasi Bumi (dengan acuan bintang-bintang ja- uh): 23jam 56menit 4detik * Arah rotasi Bumi: dari barat ke timur (arah negatif) Periode revolusi Bumi (dengan acuan bintang-bintang jauh): 365,256hari * Arah revolusi Bumi: dari barat ke timur (arah negatif) Judhistira Aria Utama | TA 2

3 Percobaan yang Membuktikan Bumi Berotasi
Percobaan Benzenberg (1802): Menjatuhkan benda dari puncak sebuah menara tinggi. Percobaan Reich (1831): Menjatuhkan benda ke dasar sebuah sumur pertambangan. Hasil yang diperoleh: “Jika suatu benda dijatuhkan dari tempat yang tinggi, ketika ben- da tiba di Bumi letak jatuhnya bergeser ke arah timur relatif ter- hadap posisi proyeksi yang seharusnya” Percobaan Leon Foucault (1851): Menggantung-kan bandul dengan benang baja sepanjang sekitar 60m  Garis jejak yang dibentuk bandul mengikuti arah yang berbeda-beda  Rotasi! Judhistira Aria Utama | TA 3

4 Akibat-akibat Rotasi Bumi
Gerak semu harian benda langit (terbit di timur, terbenam di barat) Pergantian siang dan malam Bentuk Bumi yang oblate ellipsoid (bulat pepat)  perbedaan percepatan gravitasi Perbedaan waktu (terkait arah rotasi dan perbedaan bujur geografis) Terjadinya pembelokan arah angin Sesuai Hukum Buys Ballot: * Udara bergerak dari tempat bertekanan tinggi  rendah * Di belahan Bumi utara angin membelok ke kanan dan sebaliknya Terjadinya pembelokan arus laut Arus laut membelok searah jarum jam di belahan Bumi utara dan sebaliknya Judhistira Aria Utama | TA 4

5 Hasil Pengamatan yang Membuktikan Bumi Berrevolusi
Efek paralaks  Perubahan kedudukan bintang dekat relatif terhadap bintang-bintang latar belakang yang lebih jauh letaknya. Aberasi cahaya bintang  Perubahan posisi bintang dari posisi yang sebenarnya sebagai akibat kombinasi gerak Bumi dalam ruang dan keberhinggaan kelajuan cahaya yang berasal dari bintang yang diamati tersebut. * Analog dengan tetes hujan Efek Doppler  Pergeseran garis-garis spektrum bintang (ke arah merah atau biru) karena perubahan posisi pengamat akibat rotasi Judhistira Aria Utama | TA 5

6 Waktu yang diperlukan cahaya untuk menempuh panjang tabung teleskop:
Membeloknya jejak cahaya dari sumbu optik teleskop karena aberasi cahaya bintang menimbulkan cacat yang disebut “koma” (coma – comet-like image). Waktu yang diperlukan cahaya untuk menempuh panjang tabung teleskop: Judhistira Aria Utama | TA 6

7 Waktu yang diperlukan cahaya untuk menempuh panjang tabung teleskop:
Kecepatan gerak teleskop dalam arah  berkas cahaya: Pergeseran terhadap sumbu optik yang dialami berkas cahaya yang tiba di dasar tabung teleskop: Judhistira Aria Utama | TA 7

8 Perubahan arah (a) dinyatakan dalam radian adalah:
dengan v = kecepatan pengamat c = kelajuan cahaya = sudut antara arah objek sebenarnya dengan vektor kecepatan pengamat Judhistira Aria Utama | TA 8

9 Gerak semu tahunan Matahari
Perubahan panjang siang dan malam  Hanya saat Matahari berada di khatulistiwa langit, siang dan malam sama panjang (12 jam). Judhistira Aria Utama | TA 9

10 * Ketika Matahari berada di belahan utara Bumi 
Pergantian musim * Ketika Matahari berada di belahan utara Bumi  Benua Asia mengalami musim panas  di Indonesia musim kemarau * Ketika Matahari berada di belahan selatan Bumi  Benua Asia mengalami musim basah  di Indonesia musim hujan Kemunculan rasi bintang yang berbeda di langit malam setiap bulannya  Keperluan praktis masyarakat agraris. Rasi bintang (13 buah) yang terletak di ekliptika disebut ZODIAK. Judhistira Aria Utama | TA 10

11 Bola langit (bola berradius tak berhingga) dengan bintang-bintang yang “menempel” di permukaan bagian dalamnya. Judhistira Aria Utama | TA

12 Karena fenomena presesi, arah yang ditunjuk oleh kutub rotasi Bumi berubah  jumlah zodiak yang berada di ekliptika bertambah menjadi 13 buah! Judhistira Aria Utama | TA

13 Fenomena presesi Judhistira Aria Utama | TA

14 Bagaimana astronom zaman dulu mengetahui kehadiran fenomena presesi?
ZODIAK WAKTU LAMA WAKTU BARU Capricornus 22 Des - 21 Jan 21 Jan - 16 Feb Aquarius 22 Jan - 21 Feb 16 Feb - 11 Mar Pisces 22 Feb - 21 Mar 11 Mar - 18 Apr Aries 22 Mar - 21 Apr 18 Apr - 13 Mei Taurus 22 Apr - 21 Mei 13 Mei - 22 Jun Gemini 22 Mei Jun 22 Jun - 21 Jul Cancer 21 Jul - 10 Agu Leo 22 Jul - 21 Agu 10 Agu - 16 Sep Virgo 22 Agu - 21 Sep 16 Sep - 31 Okt Libra 22 Sep - 21 Okt 31 Okt - 23 Nov Scorpius 22 Okt - 21 Nov 23 Nov - 29 Nov Ophiuchus --- 29 Nov - 18 Des Sagitarius 22 Nov - 21 Des 18 Des - 21 Jan Latihan: Bagaimana astronom zaman dulu mengetahui kehadiran fenomena presesi? Judhistira Aria Utama | TA

15 Fase – Fase Bulan Fase-fase Bulan terjadi karena perbedaan luas permukaan Bulan yang memantulkan sinar Matahari sebagaimana teramati dari Bumi. Judhistira Aria Utama | TA 15

16 Geometri Sabit Bulan Luas sabit (AQF’Q’A) bertambah dengan bertambahnya waktu sejak fase konjungsi (new moon). Judhistira Aria Utama | TA 16

17 Luas sabit = Luas ½ lingkaran – luas ½ elips Luas sabit = ½ (PA)2 – ½ (PB)(PF’) karena PB = PA, Luas sabit = ½ (PA)[(PA) – (PF’)] dengan e merupakan jarak sudut (elongasi) antara Matahari dan Bulan sebagaimana teramati dari Bumi, sehingga: Judhistira Aria Utama | TA 17

18 Fase Bulan  Luas sabit Bulan : Luas penampang
“Sabit” merupakan bagian Bulan yang terkena dan memantulkan sinar Matahari yang menghadap ke Bumi. dengan Judhistira Aria Utama | TA

19 Gerhana: Orbit Bumi & Bulan
Matahari Ekliptika (bidang orbit Bumi mengitari Matahari) Bumi Bulan Bidang orbit Bulan Inklinasi ~ 50 Arah selatan ekliptika Arah utara ekliptika Judhistira Aria Utama | TA

20 Titik simpul (node); titik potong orbit Bulan dengan ekliptika Bulan
Garis hubung kedua titik potong disebut garis simpul. Garis khayal tersebut tidak diam, melainkan berotasi ke arah barat sepanjang ekliptika. Diperlukan waktu sekitar 18 2/3 tahun untuk menyele- saikan satu putaran hingga kembali ke posisi semula. Titik simpul (node) Titik simpul (node); titik potong orbit Bulan dengan ekliptika Bulan Garis simpul Judhistira Aria Utama | TA

21 Diameter linear Matahari: D = 2 x 6,96 x105 km = 1.392.000 km
Diameter linear Bulan: D = 2 x 1,738 x 103 km = 3476 km Berapa sudut bentangan kedua objek langit? Jarak Matahari dari Bumi (rerata: km) sekitar 400x lebih jauh daripada jarak Bulan ke Bumi (rerata: km).  diameter sudut Matahari: (D/d) x   diameter sudut Bulan: (D/d) x  Judhistira Aria Utama | TA

22 Variasi jarak Bumi–Matahari:  147.091.312 km (di perihelion)
Orbit Bumi mengelilingi Matahari berbentuk elips dengan eksentrisitas (kelonjongan) 0, Variasi jarak Bumi–Matahari:  km (di perihelion)  km (di aphelion) Variasi dari nilai jarak rata-rata mencapai: Judhistira Aria Utama | TA

23 Orbit Bulan mengelilingi Bumi berbentuk elips dengan eksen-
trisitas rata-rata 0, Orbit Bulan lebih kompleks karena gangguan Matahari dan planet lain terhadap Bulan tidak bisa diabaikan. Menurut Fred Espenak (NASA), variasi jarak Bumi–Bulan:  km (di perigee)  km (di apogee) Variasi dari nilai jarak rata-rata mencapai: Judhistira Aria Utama | TA

24 Variasi diameter sudut
Judhistira Aria Utama | TA

25 Jenis Gerhana: Gerhana Matahari
Gerhana Matahari hanya mungkin terjadi pada saat Bulan (moon) berada pada fase Bulan baru (konjungsi). Fase Bulan baru ini berlangsung setiap bulan (month). Gerhana Matahari Total (GMT) Gerhana Matahari Sebagian (GMS) Gerhana Matahari Cincin (GMC) Judhistira Aria Utama | TA

26 Snapshot Gerhana Matahari
Judhistira Aria Utama | TA

27 Jenis Gerhana: Gerhana Bulan
Gerhana Bulan hanya mungkin terjadi pada saat Bulan (moon) berada pada fase Bulan purnama (oposisi). Fase Bulan purnama ini juga berlangsung setiap bulan (month). Penumbra Bumi Umbra Bumi Bulan purnama Ekliptika Arah gerak Bulan Judhistira Aria Utama | TA

28 Penumbra Bumi Umbra Bumi Ekliptika Bulan purnama Arah gerak Bulan
Judhistira Aria Utama | TA

29 Snapshot Gerhana Bulan
Judhistira Aria Utama | TA

30 Musim Gerhana Musim gerhana berlangsung bila kedudukan Matahari di langit berada di salah satu titik simpul (titik di garis potong orbit Bulan dan orbit Bumi). Simpul tersebut bergerak ke arah barat ekliptika dengan periode 18 2/3 tahun.  Musim gerhana dapat berlalu pada bulan Januari hingga Desember atau dari bulan Muharram hingga Dzulhijjah. Dua musim gerhana mendefinisikan 1 tahun gerhana. Judhistira Aria Utama | TA

31 Hubungan antara ketiga periode di atas:
Nyatakan Q sebagai periode garis simpul, S sebagai periode sinodik garis simpul (konjungsi garis simpul dengan Matahari 2x berturutan), dan T sebagai panjang tahun sideris (365,25 hari Matahari rata- rata). Karena garis simpul bergerak dalam arah yang berlawanan dengan gerak Matahari, nilai S < T. Hubungan antara ketiga periode di atas: Periode sinodik garis simpul S disebut tahun gerhana. Ingat!!! Matahari berada segaris dengan garis simpul setiap ½ tahun gerhana. Judhistira Aria Utama | TA

32 Siklus Saros Gerhana Saros (berarti pengulangan) adalah siklus gerhana yang berkaitan erat dengan tiga macam periode Bulan:  periode sinodik  periode drakonik (draconic, selang waktu 27,21 hari yang diperlukan Bulan untuk kembali berada di simpul yang sama)  periode anomalistik (anomalistic, selang waktu 27,55 hari yang diperlukan Bulan untuk satu kali mengorbit Bumi dan kembali berada di jarak yang sama) Judhistira Aria Utama | TA

33 Terdapat kesesuaian berikut ini:
223x periode sinodik (6586,321 hari) = 239x periode anomalistik (6585,538 hari) = 247x periode drakonik (6585,357 hari)  Gerhana yang mirip akan berulang/kembali terjadi. Seluruh gerhana, baik gerhana Matahari maupun Bulan, dengan nomor Saros yang sama masing- masing terpisahkan sejauh 18 tahun 10 1/3 atau 11 1/3 hari. Interval waktu 223x periode sinodik sangat dekat nilainya dengan 19 tahun gerhana (19x346,62 = 6585,78 hari). Judhistira Aria Utama | TA

34  Jadi dalam waktu 0,4562 hari Matahari bergerak
Terdapat selisih waktu 0,4562 hari antara periode Saros dengan siklus terjadinya gerhana. Dalam satu hari, Matahari bergeser sebesar 3600/ 365,2425 hari atau sekitar 10/hari ke arah timur.  Jadi dalam waktu 0,4562 hari Matahari bergerak sejauh 0,4562 x 10  0,45620 = 27,3720. Akibatnya: Gerhana berikutnya dengan nomor Saros yang sama akan terjadi 27,3720 di sebelah barat dari kejadian gerhana sebelumnya. Judhistira Aria Utama | TA

35 Memprediksi Gerhana Bulan: Per Bulan Purnama
Dalam tahun-tahun mendatang (setelah tahun 2000), gerhana Bulan terjadi untuk Bulan purnama yang memiliki Bilangan Saros salah satu di antara 109 – 150  Jika Bilangan Saros di antara 121 dan 137, akan terjadi gerhana Bulan total. Jika Bilangan Saros di antara 109 dan 120 atau di antara 138 dan 150, akan terjadi gerhana Bulan sebagian atau penumbra.

36 Memprediksi Gerhana Bulan: Per Bulan Purnama
Bila Bulan purnama pertama pada tahun berjalan memiliki Bilangan Saros di luar rentang 109 − 150, tidak akan terjadi gerhana Bulan. Untuk setiap Bulan purnama berikutnya tambahkan 38 kepada Bilangan Sarosnya. Jika Bilangan Saros lebih besar daripada 223, kurangi hasilnya dengan 223.

37 Memprediksi Gerhana Bulan: Per Bulan Purnama
Tahun Bulan Purnama Januari Saros 2003 38 17 192 2004 50 7 202 2005 63 25 27 2006 75 14 37 2007 87 3 47 2008 100 22 95 2009 112 11 105 2010 125 30 153 2011 137 19 163 2012 149 8 173 2013 162 26 221 2014 174 16 2015 186 5 18 2016 199 24 66 2017 211 12 76 2018 223 2 86 2019 236 21 134 2020 248 10 144 2021 261 28 Contoh: Bilangan Saros Bulan purnama pertama pada tahun 2012 adalah 173, yang berada di luar rentang sehingga tidak ada gerhana Bulan. Bulan purnama ke-2 terjadi dengan Bilangan Saros = 211, juga tidak terjadi gerhana. Bulan purnama ke-3, = 249  249 – 223 = 26, masih tidak terjadi gerhana. Dilanjutkan hingga purnama ke-6, = 140. Bilangan Saros ini berada dalam rentang 138 – 150, yang berarti akan terjadi gerhana Bulan. Pada 4 Juni 2012 (purnama ke-6 dalam tahun 2012) akan terjadi gerhana Bulan sebagian (GBS)  GB ke-24 dari 77 buah gerhaha Bulan dengan nomor Saros 140!

38 Seri Saros untuk Bulan Saros Awal Akhir Jumlah N P T Berikutnya Tipe 102 84 44 13 27 103 41 14 29 108 72 28 32 12 109 73 17 39 110 16 43 111 71 11 112 15 113 114 31 115 18 26 116 117 25 118 74 30 119 83 120 45 121 122 75 123 34 124 125 24 22 126 127 38 128 42 129 130 Bilangan Saros dapat digunakan untuk mempre-diksi dengan cu-kup akurat ka-pankah akan ter-jadi gerhana Bu-lan, namun bu-kan visibilitasnya dari lokasi ter-tentu.

39 Kemiripan Geometri

40 Memprediksi Gerhana Matahari: Per Bulan Baru
Dalam tahun-tahun mendatang (setelah tahun 2000), gerhana Matahari terjadi untuk Bulan baru yang memiliki Bilangan Saros salah satu di antara 117 – 156. Bila Bulan baru pertama pada tahun berjalan memiliki Bilangan Saros di luar rentang 117 − 156, tidak akan terjadi gerhana Matahari Untuk setiap Bulan baru berikutnya tambahkan 38 kepada Bilangan Sarosnya. Jika Bilangan Saros lebih besar daripada 223, kurangi hasilnya dengan 223.

41 Memprediksi Gerhana Matahari: Per Bulan baru
Tahun BB Jan No.Saros Setelah satu gerhana Matahari berhasil diten-tukan, gerhana berikut-nya terjadi setelah 1,5, atau 6 Bulan baru beri-kutnya dengan masing-masing memiliki nomor Saros yang 38 lebih besar, 33 lebih kecil, atau 5 lebih besar dari-pada nomor Saros ger-hana yang sebelumnya.

42 Latihan 1. Aristarchus pernah mengemukakan metode untuk menghitung jarak Bumi-Bulan berdasarkan informasi diameter Bumi yang telah ditentukan oleh Eratosthenes. (Gunakan radius Bumi: 6000 km) Gambarkan konfigurasi yang menunjukkan terjadinya gerhana Bulan total! Dengan menganggap Matahari berada sangat jauh sehingga sinarnya yang mencapai tepi-tepi Bumi sejajar dengan sempurna, berapakah lebar bayang-bayang Bumi? Judhistira Aria Utama | TA

43 Latihan Bila Bulan mengelilingi Bumi dalam 27,3 hari satu kali putaran, berapakah kecepatan sudutnya (dalam derajat/jam)? Menurut Aristarchus, lama waktu sejak pusat Bulan memasuki bayang- bayang hingga meninggalkan bayang-bayang Bumi selama gerhana Bulan total adalah 3 jam. Berapakah lebar bayang-bayang Bumi yang tiba di Bulan (dalam derajat)? Tentukan jarak Bumi-Bulan! Judhistira Aria Utama | TA