Gerak semu Matahari mengelilingi Bumi

Peneliti Matahari dan Antariksa LAPAN
Jika dilihat dari posisi kita saat ini, tampak jelas bahwa Matahari mengelilingi Bumi. Terbit di timur, terbenam di barat, esoknya terbit lagi di timur. Akan tetapi ilmu pengetahuan modern telah menunjukkan sebaliknya. Bumi lah yang mengelilingi Matahari.
Meski demikian, beberapa orang tetap meyakini Matahari yang mengelilingi Bumi termasuk yang berdalilkan ayat-ayat al-Quran sesuai pemahamannya. Setahu saya al-Qur’an tidak  pernah mengatakan bahwa Matahari mengelilingi Bumi. Al-Qur’an hanya mengatakan bahwa Matahari bergerak, terbit di timur, dan sebagainya seperti yang sehari-hari kita lihat.
Bagaimana sih gerak Matahari mengeliling Bumi yang diistilahkan gerak semu Matahari itu?
(tulisan di bawah ini diambil dari tulisan saya yang berjudul “Pengukuran Arah Utara Geografis Menggunakan Bayangan Matahari dan Analisisnya” yang diterbitkan di buku Ilmiah Bidang Matahari dan Antariksa-LAPAN tahun 2008, dengan modifikasi)
Bagi kita yang tinggal di sekitar garis khatulistiwa, setiap hari Matahari terlihat terbit di timur dan terbenam di barat. Gerak harian Matahari ini disebut gerak semu karena sebenarnya Bumi lah yang bergerak. Gerak Bumi berupa rotasi pada porosnya mengakibatkan manusia di Bumi menyaksikan Matahari lah yang mengelilingi Bumi sedang Bumi diam di tempat. Sambil bergerak mengelingi Matahari pada bidang ekliptika, Bumi juga berputar pada porosnya.

Sumbu putar Bumi pada porosnya (disebut juga dengan sumbu rotasi) tidak tegak lurus terhadap bidang ekliptika dengan kata lain bidang ekuator tidak berimpit dengan bidang ekliptika tapi membentuk sudut sekitar 23,5° seperti terlihat pada Gambar 1 yang menampilkan gambar bola langit (yaitu bola khayal yang berpusat di Bumi di mana semua benda langit terlihat mengelilingi Bumi pada kulit bola tersebut; konsep bola langit tidak memperhitungkan jarak hanya posisi benda langit pada kulit bola tersebut). Karena bidang ekliptika tidak berimpit dengan bidang ekuator maka kadang Matahari berada di sebelah utara ekuator dan kadang di selatannya.

Gambar 1. Bidang ekuator tidak berimpit dengan bidang ekliptika. Kutub utara langit (KUL) adalah perpanjangan kutub utara Bumi, kutub selatan langit (KSL) adalah perpanjangan kutub selatan Bumi, ekuator langit adalah perpanjangan ekuator Bumi.

Hanya ada dua waktu dalam setahun matahari tepat berada di ekuator yakni pada sekitar tanggal 21 Maret dan 21 September. Matahari berada di titik terjauhnya di sebelah utara ekuator pada sekitar tanggal 21 Juni dan di titik terjauhnya di selatan ekuator pada sekitar tanggal 21 Desember. Pada sekitar tanggal 21 Maret dan 21 September gerak harian Matahari mengelilingi Bumi akan berimpit dengan garis ekuator, pada sekitar tanggal 21 Juni gerak harian Matahari berada kira-kira 23,5° di utara ekuator, dan pada sekitar 21 Desember gerak harian Matahari berada kira-kira 23,5° di selatan ekuator (lihat Gambar 2). Di dalam astronomi kemiringan benda langit terhadap garis ekuator dinamakan deklinasi. Sekitar tanggal 21 Maret dan 21 September deklinasi Matahari adalah 0°, sekitar tanggal 21 Juni adalah +23,5°, dan sekitar tanggal 21 Desember -23,5°.

Gambar 2. Tanggal-tanggal penting Matahari dalam setahun

Selain tanggal, lintang pengamat juga mempengaruhi penampakan Matahari. Bagi pengamat yang tinggal tepat di ekuator Bumi (lintang 0°), Matahari akan berada tepat di atas kepala (arah zenith) pada tengah hari sekitar tanggal 21 Maret dan 21 September (lihat Gambar 3 kiri). Namun, bagi pengamat yang tinggal di lintang sekitar 7° sebelah selatan ekuator, pada kedua waktu tersebut Matahari tidak tepat di atas kepala melainkan miring ke utara sejauh 7° (lihat Gambar 3 kanan). Gambar 4  memperlihatkan lingkaran harian yang ditempuh Matahari ketika berada di titik terjauhnya di utara ekuator dan ketika berada di titik terjauhnya di selatan ekuator.

Gambar 3. Lintang pengamat turut mempengaruhi posisi penampakan matahari. Gambar kiri menunjukkan posisi matahari saat tengah hari ketika matahari berada di ekuator untuk pengamat di ekuator bumi. Gambar kanan menunjukkan posisi matahari pada waktu yang sama untuk pengamat di 7° lintang selatan. Bidang UTSB adalah bidang horison pengamat.

Gambar 4. Lingkaran harian matahari pada tanggal 21 Juni dan 21 Desember untuk lokasi 7° lintang selatan