Pada suatu masa, ketika Sir Isaac Newton sedang duduk di bawah pohon
apel, sebuah apel jatuh ke pangkuannya. Dari kejadian inilah muncul
pemikiran tentang hakikat gravitasi yang menjadi dasar dalam ilmu
fisika. Newton kemudian menjadi orang pertama yang mengemukakan hukum
gaya gravitasi dan pengaruhnya pada gerak benda-benda. Ia juga yang
mengemukakan bahwa Bulan mengelilingi Bumi itu karena gaya yang sama
dengan gaya yang menyebabkan apel jatuh.
Menurut Newton, gaya gravitasi makin lemah bila jarak kedua benda
dijauhkan. Dan gaya gravitasi akan semakin besar kalau jumlah materi
yang dikandung suatu benda makin banyak
Benda yang Bergerak Melingkar
Sebuah benda ketika tidak mengalami gaya apapun akan bergerak lurus dengan kecepatan tetap. Tapi benda akan bergerak melingkar jika ada gaya yang mengarah ke pusat. Gaya ini yang kita kenal sebagai gaya sentripetal.
Sebuah benda ketika tidak mengalami gaya apapun akan bergerak lurus dengan kecepatan tetap. Tapi benda akan bergerak melingkar jika ada gaya yang mengarah ke pusat. Gaya ini yang kita kenal sebagai gaya sentripetal.
Contoh : batu diikat dengan tali kemudian diayunkan maka batu itu
akan berayun bergerak melingkar. Dalam kasus ini gaya tegangan tali akan
bertindak sebagai gaya sentripetal. Jika tali diputus maka gaya
melingkar tidak akan ada lagi dan batu akan melayang dengan gerak lurus
beraturan. tapi, gravitasi BUmi akan menariknya untuk jatuh.
Untuk kasus Bulan, gerak melingkar Bulan karena padanya bekerja gaya
tarik gravitasi Bumi. Dan untuk kasus planet gerak melingkar terjadi
karena pada planet bekerja gaya gravitasi dari bintang induk. Untuk
kasus Tata Surya gaya yang bekerja adalah gaya gravitasi Matahari
terhadap planet-planetnya.
Sejarah Pengukuran
Bagi orang Yunani kuno, lingkaran merupakan bentuk yang mulia. Perhitungan secara ilmiah pertama kali dilakukan oleh Aristachrus dari Samos (310-230 BC). Ia mencoba menghitung sudut Bulan-Bumi-Matahari dan mencari perbandingan jarak dari Bumi-Matahari, dan Bumi-Bulan. Aristachrus juga merupakan orang pertama yang menyimpulkan Bumi bergerak mengelilingi Matahari dalam lintasan berbentuk lingkaran yang menjadi titik awal teori Heliosentris.
Bagi orang Yunani kuno, lingkaran merupakan bentuk yang mulia. Perhitungan secara ilmiah pertama kali dilakukan oleh Aristachrus dari Samos (310-230 BC). Ia mencoba menghitung sudut Bulan-Bumi-Matahari dan mencari perbandingan jarak dari Bumi-Matahari, dan Bumi-Bulan. Aristachrus juga merupakan orang pertama yang menyimpulkan Bumi bergerak mengelilingi Matahari dalam lintasan berbentuk lingkaran yang menjadi titik awal teori Heliosentris.
Teori heliosentris kemudian berkembang dan mulai dikenal ketika
Nicolaus Copernicus (1473-1543) secara terang-terangan menyatakan bahwa
Matahari merupakan pusat sistem Tata Surya, dan Bumi bergerak
mengeliinginya dalam orbit lingkaran. Untuk masalah orbit, data yang
didapat Copernicus memperlihatkan adanya indikasi penyimpangan kecepatan
sudut orbit planet-planet. Namun ia mempertahankan bentuk orbit
lingkaran. Teori heliosentris disampaikan Copernicus yang lahir tanggal
19 Februari 1473 dalam publikasinya yang berjudul De Revolutionibus Orbium Coelestium kepada Paus Pope III dan diterima oleh gereja.
Tapi dikemudian hari setelah kematian Copernicus
pandangan gereja berubah ketika pada akhir abad ke-16 filsuf Italy,
Giordano Bruno, menyatakan semua bintang mirip dengan Matahari dan
masing-masing memiliki sistem planetnya yang dihuni oleh jenis manusia
yang berbeda. Pandangan inilah yang menyebabkan ia dibakar dan teori
Heliosentris dianggap berbahaya karena bertentangan dengan pandangan
gereja yang menganggap manusialah yang menjadi sentral di alam semesta.
Lahirnya Hukum Kepler
Walaupun Copernicus telah menerbitkan tulisannya tentang Teori Heliosentris, tidak semua orang setuju dengannya. Salah satunya, Tycho Brahe (1546-1601) dari Denmark yang mendukung teori matahari dan bulan mengelilingi bumi sementara planet lainnya mengelilingi matahari. Tahun 1576, Brahe membangun sebuah observatorium di pulau Hven, di laut Baltic dan melakukan penelitian disana sampai kemudian ia pindah ke Praha pada tahun 1596.
Walaupun Copernicus telah menerbitkan tulisannya tentang Teori Heliosentris, tidak semua orang setuju dengannya. Salah satunya, Tycho Brahe (1546-1601) dari Denmark yang mendukung teori matahari dan bulan mengelilingi bumi sementara planet lainnya mengelilingi matahari. Tahun 1576, Brahe membangun sebuah observatorium di pulau Hven, di laut Baltic dan melakukan penelitian disana sampai kemudian ia pindah ke Praha pada tahun 1596.
Di Praha, Brahe menghabiskan sisa hidupnya menyelesaikan tabel gerak
planet dengan bantuan asistennya Johannes Kepler (1571-1630). Setelah
kematian Brahe, Kepler menelaah data yang ditinggalkan Brahe dan
menemukan bahwa orbit planet tidak sirkular melainkan berbentuk elips
dengan Matahari berada di titik fokus elips itu.
Kepler kemudian mengeluarkan tiga hukum gerak orbit yang dikenal sampai saat ini yaitu ;
Kepler kemudian mengeluarkan tiga hukum gerak orbit yang dikenal sampai saat ini yaitu ;
- Planet bergerak dalam orbit elips mengelilingi matahari sebagai pusat sistem.
- Radius vektor menyapu luas yang sama dalam interval waktu yang sama.
- Kuadrat kala edar planet mengelilingi matahari sebanding dengan pangkat tiga jarak rata-rata dari matahari.
Kepler menuliskan pekerjaannya dalam sejumlah buku, diantaranya adalah Epitome of The Copernican Astronomy dan segera menjadi bagian dari daftar Index Librorum Prohibitorum yang merupakan buku terlarang bagi umat Katolik. Dalam daftar ini juga terdapat publikasi Copernicus, De Revolutionibus Orbium Coelestium.
Apa itu Elips?
Elips merupakan tempat kedudukan dari titik-titik yang jumlah jaraknya ke titik fokus adalah tetap.
Elips merupakan tempat kedudukan dari titik-titik yang jumlah jaraknya ke titik fokus adalah tetap.
Gambar 1: Titik Fokus Elips
a = setengah sumbu besar (semimajor axis)
b = setengah sumbu kecil (semiminor axis)
ae = jarak titik focus ke pusat elips
b = setengah sumbu kecil (semiminor axis)
ae = jarak titik focus ke pusat elips
Pada Elips d1+d2 adalah tetap
Jadi dimanapun sebuah titik di lintasan elips jaraknya akan selalu tetap yakni:
d1 + d2 = tetap = 2a
Irisan kerucut. Kredit: sun.za
Orbit suatu benda mengitari benda lain dalam orbit Kepler tidak hanya
berupa elips, tetapi secara umum orbit itu berupa irisan kerucut yaitu :
- Berbentuk lingkaran: e = 0
- Berbentuk elips: 0 < e < 1
- Berbentuk parabola: e = 1
- Berbentuk hiperbola: e > 1
e adalah nilai eksentrisitas irisan kerucut yang juga dikenal sebagai
eksntrisitas sebuah orbit. Eksentrisitas merupakan parameter orbit
untuk menentukan bentuk sebuah orbit dan seberapa besar dia mengalami
perubahan dari bentuk lingkaran dengan nilai merentang dari 0 – 1 untuk
menentukan bentuk lintasan orbit sebuah benda.
Kondisi lingkaran dengan e=0 adalah kondisi yang sangat ideal, yang
berlaku pada sistem dua-benda tak terganggu, (hanya meninjau interaksi
dua benda saja), dengan massa yang berada di pusat sistem jauh lebih
dominan dibanding massa yang mengitarinya (dengan kata lain, massa pusat
sistem tepat berada di pusat lingkaran).
Akan tetapi kenyataannya, ada lebih dari dua obyek yang memiliki
massa yang berinteraksi pada sistem, seperti Tata Surya, walaupun massa
Matahari adalah 99% massa dari seluruh sistem Tata Surya, akan tetapi
tidak serta merta pengaruh gaya gravitasi massa planet bisa saling
mengabaikan. Oleh karena itu pusat massa sistem tidaklah berada tepat
pada pusat massa Matahari, dan demikian juga planet-planet tidak
bergerak dengan e = 0, akan tetapi dengan eksentrisitas yang sedikit
lebih besar dari nol, artinya cenderung mengikuti gerak elips,
sebagaimana yang telah teramati selama ini.
Pericenter & Apocenter
Dalam lintasan orbit berbentuk elips, tentu ada titik terjauh (apocenter) dan titik terdekat (pericenter).
Dalam lintasan orbit berbentuk elips, tentu ada titik terjauh (apocenter) dan titik terdekat (pericenter).
Pada orbit elips ini, kecepatan tertinggi dicapai saat objek berada
di pericenter dan kecepatan terendah dicapai saat objek berada di
apocenter. Orbit seperti ini mengikuti Hukum Kepler.
Hukum Kepler adalah manifestasi dari Hukum Newton mengenai gerak
benda di bawah pengaruh gravitasi, untuk kasus spesifik yaitu orbit
elips. Akselerasi yaitu perubahan kecepatan yang dialami sebuah objek
bergantung pada besarnya gaya gravitasi yang dialami objek tersebut.
Besarnya gaya gravitasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara
objek.
Saat sebuah planet bergerak mendekati Matahari, ia akan merasakan
gaya gravitasi yang semakin besar dan oleh karena itu ia mengalami
percepatan dan kecepatannya meningkat. Planet tersebut memperoleh
tambahan energi kinetik yaitu energi yang muncul karena pergerakan suatu
objek.
Saat mencapai perihelion (titik terdekat dari Matahari), gabungan
antara kecepatan maksimum planet dan tarikan gaya gravitasi menuju
Matahari melontarkan kembali planet tersebut menjauhi Matahari. Meskipun
bergerak menjauhi Matahari, tarikan gaya gravitasi dari Matahari masih
akan dirasakan dan planet akan mengalami perlambatan. Saat ketika planet
mencapai aphelion adalah saat ketika planet tersebut kembali bergerak
mendekati Matahari. Dengan demikian siklus ini berulang kembali.
Untuk kasus planet di bintang lain, bentuk orbitnya juga berupa elips
dan para ilmuwan bisa mengetahui bentuk orbitnya dari nilai
eksentrisitas si planet.
