Memahami Geometri Terjadinya Gerhana Matahari

Gerhana Matahari adalah sebuah pertunjukan yang luar biasa yang bisa disaksikan oleh manusia yang ada di Bumi ini. Saat itu Matahari ‘Sang penguasa siang’ seakan tubuhnya hilang sesaat, ada kalanya hilang sebagian ada kalanya hilang keseluruhan, hal ini biasa disebut sebagai gerhana Matahari. Dan kebetulan di Tahun 2016 Indonesia mendapat keberuntungan untuk berkesempatan menyaksikan Gerhana Matahari Total pada tanggal 9 Maret 2016 Besok.

Meski merupakan sebuah fenomena yang mengagumkan, namun sebenarnya gerhana Matahari amatlah jauh dari kesan magic atau mistis. Karena sejatinya peristiwa ini adalah peristiwa biasa yang bisa dijelaskan secara ilmiah. Hanya saja karena rentan terjadinya terhitung langka, sehingga menjadikan fenomena satu ini amat istimewa. Bagi para ilmuwan peristiwa gerhana Matahari menjadi salah satu kesempatan emas untuk mengkaji lebih jauh lagi mengenai satu-satunya bintang di Tata surya ini.

Dalam peristiwa gerhana Matahari ini setidaknya ada tiga aktor yang terlibat, mereka adalah Bumi, Bulan, dan Matahari. Pada kesempatan kali ini akan dibahas diantaranya seputar geometri gerhana Matahari. Sehingga diharapkan nantinya setelah membaca tulisan ini, pembaca akan dapat memahami bagaimana sebenarnya proses gerhana Matahari itu terjadi? Bagaimana penjelasan ilmiah mengenai gerhana Matahari? Apa saja macam gerhana Matahari dan lain sebagainya.

Perspektif Astronomis

Gerhana Matahari terjadi ketika posisi bulan terletak di antara Bumi dan Matahari sehingga menutup sebagian atau seluruh cahaya Matahari. Walaupun Bulan lebih kecil, bayangan Bulan mampu melindungi cahaya Matahari sepenuhnya. Karena bulan yang berjarak rata-rata jarak 384.400 kilometer dari Bumi lebih dekat di bandingkan Matahari yang mempunyai jarak rata-rata 149.680.000 kilometer.

Gerhana Matahari dapat di bagi menjadi empat jenis yaitu:

1. Gerhana Total terjadi apabila saat puncak gerhana, piringan Matahari ditutup sepenuhnya oleh piringan Bulan. Saat itu, piringan Bulan sama besar atau lebih besar dari piringan Matahari. Ukuran piringan Matahari dan piringan Bulan sendiri berubah-ubah tergantung pada masing-masing jarak Bumi-Bulan dan Bumi-Matahari.
2. Gerhana sebagian terjadi apabila piringan Bulan (saat puncak gerhana) hanya menutup sebagian dari pringan Matahari. Pada gerhana ini, selalu ada bagian dari piringan Matahari yang tidak tertutup oleh piringan Bulan.
3. Gerhana cincin terjadi apabila piringan Bulan (saat puncak gerhana) hanya menutup sebagian dari piringan Matahari. Gerhana jenis ini terjadi bila ukuran piringan Bulan lebih kecil dari piringan Matahari. Sehingga ketika piringan Bulan berada di depan piringan matahari, tidak seluruh piringan Matahari akan tertutup oleh piringan bulan, berada di sekeliling pirinan Bulan dan terlihat seperti cincin yang bercahaya.
4. Gerhana hibrida bergeser antara gerhana total dan cincin. Pada titik tertentu di permukaan bumi, gerhana ini muncul sebagai gerhana total, sedangkan pada titik-titik lain muncul sebagai gerhana cincin, gerhana hibrida relatif jarang.

Geometri Gerhana

Geometri merupakan cabang matematika yang mempelajari garis, sudut, bidang, benda-benda ruang dan sifat-sifat serta hubungannya dengan yang lain. Geometri mempunyai banyak kegunaan dalam kehidupan sehari-hari. Benda-benda yang ada dalam alam raya ini mempunyai bentuk geometri bidang maupun ruang. Walaupum benda-benda yang dijumpai tidak sempurna namun dapat digambarkan atau ditunjukan kemiripannya terhadap bangun geometri tertentu.

Pada perkembangannya geometri dapat digolongkan berdasarkan ruang lingkup atau bidang kajian, yaitu geometri bidang, (dua dimensi), geometri ruang (dimensi tiga), geometri dimensi dan geometri bola.

Geometri bidang ruang dan bola dapat digunakan sebagai sarana untuk mengetahui posisi saat terjadinya gerhana, sehingga diketahui gerhana tersebut merupakan gerhana matahari total, gerhana matahari sebagian, gerhana matahari cincin, ataupun gerhana bulan digambarkan sebagai bidang bola dalam ruang tiga dimensi yang letak dan jarak kedudukan saat terjadinya gerhana bisa ditemukan, dicari dan dihitung pada waktu proses terjadinya gerhana.

Bumi mengelilingi Matahari dalam orbit berbentuk elips. Pada titik terdekatnya dengan Matahari (saat berada di titik perihelion), jarak Bumi-Matahari hanya 147.100.000 km. Sedangkan pada jarak terjauhnya (saat berada di aphelion), jarak Bumi-Matahari mencapai 152.100.000 km. Perbedaan jarak ini menyebabkan perbedaan ukuran piringan Matahari terlihat dari Bumi. Saat di aphelion, piringan Matahari terlihat memiliki radius 944", sedangkan di perihelionnya, radius piringan Matahari adalah 976". Jadi, dalam satu tahun, ukuran Matahari bervariasi sekitar 3,3%.

Sementara itu, Bulan juga mengelilingi Bumi dalam orbit berbentuk elips. Saat berada di titik terdekatnya dengan Bumi (titik perigee), pada jarak 363.300 km, piringan Bulan memiliki radius 1006" (1006 detik busur = 1006 x 1/3600 derajat). Dan pada saat berada di titik terjauhnya dengan Bumi (titik apogee), pada jarak 405.500 km, piringan Bulan yang terlihat dari Bumi memiliki radius 882". Variasi ukuran Bulan ini mencapai 12%.

Akibat dari variasi ukuran piringan Matahari dan Bulan ini terlihat pada penampakan gerhana. Pada suatu saat gerhana Matahari, piringan Bulan bisa 7% lebih besar dari piringan Matahari (atau 2" lebih besar). Pada saat lain, ukuran piringan Bulan bisa pula 10% lebih kecil daripada ukuran piringan Matahari (atau 3" lebih kecil). Karena itu, kita bisa mengamati gerhana Matahari total, atau gerhana Matahari cincin.

1. Geometri Gerhana Matahari Total

Gerhana Matahari total atau sempurna dan juga gerhana Matahari Cincin terjadi ketika Matahari berada di dalam limit gerhana Matahari sentral. Dalam satu masa gerhana hanya mungkin terjadi satu kali gerhana Matahari total atau cincin. Yang dinamakan masa gerhana adalah masa Matahari berada berada di sekitar titik nodal yang lamanya kira-kira 34 hari. Sedangkan gerhana msebagian mungkin terjadi sampai dua kali dalam satu masa gerhana.

Gerhana Matahari total terjadi manakala antara posisi bulan dengan bumi pada jarak yang dekat, sehingga bayangan kerucut (umbra) Bulan menjadi panjang dan dapat menyentuh permukaan Bumi, serta Bumi-Bulan-Matahari pada satu garis lurus.

Gambar geometri gerhana Matahari Total:

2. Geometri Gerhana Matahari Cincin

Sebagaimana sudah dijelaskan sebelumnya, gerhana Matahari Cincin juga terjadi ketika Matahari berada di dalam limit gerhana MatahariCincin ini terjadi manakala antara posisi Bulan dan Bumi pada jarak yang jauh, sehingga bayangan kerucut (umbra) bulan menjadi pendek dan tidak dapat menyentuh permukaan Bumi, serta Bumi-Bulan-Matahari pada satu garis lurus. Ketika itu diameter bulan lebih kecil daripada diameter Matahari, sehingga ada bagian tepi piringan Matahari yang terlihat dari Bumi

Gambar geometri gerhana Matahari cincin:

3. Gerhana Matahari Sebagian

Gerhana ini terjadi manakala antara posisi bulan dengan Bumi pada jarak yang dekat, sehingga bayangan kerucut (umbra) bulan menjadi panjang dan dapat dapat menyentuh permukaan Bumi, tetapi Bumi-Bulan-Matahari tidak tepat pada satu garis lurus.

Gambar geometri gerhana Matahari sebagian:

Frekuensi dan Periodisasi Gerhana

Bumi, Bulan dan Matahari mempunyai ukuran tertentu sehingga pada Bulan baru Bulan tidaklah tepat berada pada simpul. Demikian pula pada Bulan purnama saat Bulan beroposisi. Karena besarnya bayangan Bumi maka Bulan penuh dapat sebahagian atau sepenuhnya melewati bayangan Bumi walaupun Bulan tidak tepat berada pada simpul. Sudut antara gari simpul orbit Bulan dan garis Bumi Matahri yang merupakan sudut batas dimana gerhana masih terjadi disebut batas ekliptis. Jadi agar terjadi gerhana maka sudut antara garis simpul dengan garis Bumi Matahari haruslah lebih kecil dari batas ekliptis ini.

Besarnya batas ekliptis ini bergantung dari jarak Bulan dan jarak Matahari dengan ke Bumi. Karena orbit Bumi terhadap Matahari maupun orbit Bulan mengitari Bumi itu berupa elips maka dari itu jarak ini juga selalu berubah-ubah. Batas ekliptis agar bisa terjadi gerhana Matahari atau disebut batas ekliptis Matahari yakni antara 15° 21’ dan 18° 31’ atau dinamakan pula batas ekliptis Matahari minor dan mayor.

Frekuensi terjadinya gerhana Matahari total ataupun gerhana Matahari cincin memiliki batas lebih kecil antara 9° 55’ dan 11° 50’ yang juga disebut bats ekliptis sentral. Pada batas ekliptis Matahari minor 15° 21’ maka jumlah batas Timur dibagi batas Barat menjadi 2 x 15° 21’ sama dengan 30° 42’ sedangkan Bumi sendiri bergerak 1 perhari. Ini berarti dalam satu Bulan atau 30 hari hanya bergerak sejauh 30° dan satu Bulan sinodis adalah 29 ½° maka dalam satu massa gerhana tidak mungkin dilewatkan tanpa terjadinya gerhana Matahari sedangkan satu tahun sedikitnya terjadi 2 kali gerhana Matahari.

Gerhana Matahari dan gerhana Bulan frekuensi terjadinya hampir sama dalam setahunnya, tetapi gerhana Bulan bisa diamati oleh seluruh permukaan Bumi yang pada waktu itu mengalami malam sedangkan gerhana Matahari total hanya hanya bisa diamati oleh daerah yang dilalui bayangan kerucut (umbra) Bulan yang sangat sempit sehingga hanya mampu dinikmati oleh sebahagian kecil permukaan Bumi. Sehingga kita lebih sering melihat gerhana Bulan dari pada gerhana Matahari.

*Daftar Bacaan:

Mulyanti Sri, Geometri Euclid, (Malang: FMIPA Universitas Negeri Malang).

Djamaluddin, T., “Gerhana Matahari Peristiwa Biasa”, Pikiran Rakyat, (2 Juni 1983)

Izzuddin Ahmad, “Ilmu Falak Praktis”, (Semarang: Pustaka Rizki Putra, 2012). 

Rasywan Syarif, Muh., FIQH ASTRONOMI GERHANA MATAHARI, (Tesis: PPS UIN Walisongo, 2012)