Eksperimen Kepikiran: Article#308 - Solstis: Ketika Matahari Berbalik Arah

Waktu terus bergulir, dengan kebanyakan manusia mungkin tak menyadari.
Perlahan, tutupan awan yang sudah betah menutupi wilayah Indonesia mulai terusik oleh berubahnya alir angin muson, membukakan pintu bagi apa yang dikenal sebagai musim kemarau.
Mereka yang tinggal di belahan Bumi utara, perlahan merasakan waktu subuh yang seolah melaju menyantap jatah malam. Padahal jatah malam sendiri makin berkurang berkat waktu sore yang makin mulur.
Mereka yang tinggal di belahan Bumi selatan, merasakan waktu subuh yang seolah tertarik menjauhi kelam malam. Malam pun makin meraja seiring dengan mulurnya waktu petang, mendorong sore menjauh.

Tetapi hal ini tak akan berlangsung lama. Kalender 2014 sudah hampir mencapai setengah jalan.
Ini berarti, solstis musim panas akan segera tiba.
.....
...
Jadi?

*****

Sebagaimana penulis sempat singgung dalam tulisan tentang ekuinoks sekitar tiga bulan lalu, kenyataan bahwa 90% penduduk Bumi menghuni belahan Bumi utara membuat banyak istilah yang berkaitan dengan musim cenderung timpang. Ekuinoks yang terjadi di akhir Maret disebut sebagai "musim semi" karena bulan Maret cukup identik dengan musim semi bagi penduduk belahan Bumi utara. Padahal bagi penduduk belahan Bumi selatan, musim semi sudah berlalu beberapa bulan sebelumnya.
Kasus serupa terjadi juga dalam pemberian nama untuk solstis di bulan Juni. Mereka yang bertempat tinggal di belahan Bumi utara memberinya nama "solstis musim panas", yang tidak cocok dipakai oleh warga belahan Bumi selatan yang sedang menghadapi musim dingin. Terkadang digunakan penamaan "solstis Juni" dan "solstis Desember" demi menghindari ambiguitas (dan perseteruan yang terkadang mengikutinya) akibat perbedaan musim di kedua belahan Bumi. Ya, sebagaimana ekuinoks, solstis terjadi dua kali dalam setahun, tepatnya sekitar 20-21 Juni dan 21-22 Desember.
Supaya sengketa dalam permasalahan ini tak berlarut-larut, dalam tulisan ini penulis akan menggunakan penamaan "solstis Juni" dan "solstis Desember".

Berhubung sejak tadi tulisan ini sudah berkali-kali menyebut istilah solstis, maka sebelum tulisan ini dilanjutkan, ada baiknya dituliskan definisi dari solstis.

Bumi pada solstis musim dingin (kiri) dan solstis musim panas (kanan).
Gambar kiri dijepret pada 17 Desember 1998, gambar kanan dijepret pada
23 Juni 1998. Kedua gambar dijepret oleh satelit GMS-5 milik JMA, dengan
gambar kanan diberi perlakuan horizontal flip. sumber gambar

Solstis (solstice dalam bahasa Inggris) merupakan istilah yang dibentuk berdasar gabungan dari dua kata Latin, sol (Matahari) dan sistere (berdiri di tempat/berhenti). Berdasarkan gabungan dari kedua kata ini, makna solstis adalah "waktu di mana Matahari tetap berada pada tempatnya" atau "waktu di mana Matahari berhenti bergerak". Definisi solstis secara astronomis sendiri adalah waktu dimana Matahari berada tepat di posisi paling utara (atau selatan) terhadap pengamat di muka Bumi.

Ketika membandingkan pemaknaan secara literal di atas dengan pengamatan sehari-hari, dimana Matahari tampak "bergerak" secara teratur dari cakrawala timur ke cakrawala barat setiap hari, mungkin kesadaran beberapa pembaca sekalian agak tergelitik.

Apa maksudnya "Matahari tetap di tempatnya"? Bukankah Matahari terus "bergerak"?

Pemaknaan "tetap di tempatnya" ini merujuk pada posisi Matahari terhadap langit. Kita boleh saja menyaksikan Matahari terbit dan terbenam setiap hari. Tetapi, mungkin banyak dari kita yang tidak begitu memperhatikan bahwa Matahari secara teratur bergerak dalam arah yang lain.

Satu contoh yang paling jelas adalah posisi terbit dan terbenamnya Matahari. Banyak dari kita yang terbiasa menerima pengajaran bahwa Matahari terbit di timur dan terbenam di barat. Sejatinya, posisi terbit dan terbenamnya Matahari senantiasa berubah dalam sebuah pergerakan yang dikenal sebagai gerak semu tahunan Matahari.

Perbandingan posisi terbenamnya Matahari dalam
interval sekitar 1 bulan. Dijepret oleh Abhijit Juvekar dari
Dombivli, India. Arah utara ada di sisi kanan foto.
sumber

Akibat adanya gerak semu tahunan Matahari, Matahari akan tampak terbit (dan terbenam) di arah lebih utara menjelang bulan Juni, dan di arah lebih selatan menjelang bulan Desember.
Supaya lebih mudah memahami gerak semu tahunan Matahari, foto di sebelah kiri dapat dijadikan gambaran sederhana.

Dari foto posisi terbenamnya Matahari, terlihat bahwa jarak posisi terbenam Matahari antara tanggal 11 April-12 Mei dan tanggal 12 Mei-10 Juni berbeda. Mengingat interval yang tak jauh beda, foto tersebut juga memberi gambaran, bagaimana kecepatan gerak semu tersebut melambat ketika mendekati waktu solstis.
Beberapa hari menjelang tercapainya titik solstis ini, Matahari terus "bergerak" ke arah utara (atau selatan, bergantung pada solstis mana yang kita bicarakan). Tetapi, kecepatan "pergerakan" ini sudah demikian lambat, hingga akhirnya berhenti sesaat di titik solstis. Pada solstis Juni, Matahari berhenti bergerak ke arah utara, dan perlahan mulai berbalik arah, bergerak ke selatan. Demikian pula sebaliknya.
(Catatan: Mungkin atas dasar inilah, istilah solstice dalam Wikipedia bahasa Indonesia diterjemahkan sebagai titik balik Matahari. Tulisan ini menggunakan "solstis" untuk menempatkannya dalam gaya serapan yang serupa dengan ekuinoks dari equinox. Berhubung kata solstis tidak tercantum dalam KBBI, dalam tulisan ini, solstis selalu ditulis cetak miring.)

Perhentian gerak semu Matahari inilah yang kemudian dijadikan sebagai dasar bagi komponen "sistere" dalam solstis.

Oke, baiklah. Artinya, Matahari memang tidak selalu terbenam tepat di arah barat. Tapi mengapa Matahari bisa bergerak-gerak begitu?

Mungkin saya bisa beri petunjuk dulu. Gerak ini dinamai "gerak semu tahunan Matahari", tentu karena gerak itu melibatkan Matahari, sifatnya semu, dan berlangsung dalam setahun. Sifat gerak ini semu, artinya Matahari tidak benar-benar bergerak ke arah utara atau selatan, tetapi terlihat demikian karena hal lain. Hal yang berkaitan dengan periode gerak tersebut, setahun. Apa ya?

Hmm... peredaran Bumi mengelilingi Matahari? 'Kan setahun tuh?

Nah, tepat! Penjelasan paling cocok untuk menjelaskan periode gerak semu terkait yang setahun adalah dengan mengaitkannya ke peredaran Bumi mengelilingi Matahari.
Tetapi perlu diingat, peredaran Bumi saja tidak cukup untuk menjelaskan adanya pergerakan tersebut.
Ada satu keping teka-teki yang perlu ditambahkan untuk menjelaskan gerak semu tersebut.

Dan ia adalah.... Poros rotasi Bumi yang miring. Tepatnya miring sebesar 23,43°.
Miringnya poros rotasi Bumi mungkin telah menjadi kalimat yang familiar, berkat buku teks IPA masa sekolah dasar yang tebal dan membuat berat tas itu.

Penggambaran Bumi dengan poros rotasinya
yang miring. sumber

Beberapa anak yang kepalanya sedang jernih karena tidak mengantuk mungkin akan bertanya, "Miring terhadap apa?"

Poros rotasi Bumi miring terhadap poros orbit Bumi, yang diwakili oleh sebuah garis yang tepat tegak lurus terhadap bidang orbit Bumi. Besar sudut yang sama juga bisa diperoleh dari sudut antara bidang ekuator dan bidang orbit (ekliptika), sebagaimana ditampilkan dalam gambar di sebelah kanan.

Miringnya poros rotasi Bumi? Kalau tidak salah, itu yang menyebabkan adanya perubahan musim, ya?

Betul sekali! ~~Baru baca buku IPAnya ya?~~
Memang, miringnya poros rotasi Bumi menjadi alasan utama dibalik adanya perubahan musim tiap tahun, di negara-negara beriklim sedang.
Mungkin sebagian dari kalian mengingat gambar yang dibubuhkan pada buku teks ketika membahas mengenai perubahan musim. Gambar berisi empat Bumi dalam orbit mengelilingi Matahari. Gambar yang seperti ini,

Ilustrasi posisi Bumi dalam kedua ekuinoks maupun kedua solstis.
sumber

Dengan poros rotasi Bumi digambarkan menunjuk ke arah yang tetap. (Oke, secara teknis, tidak dalam jangka panjang; tetapi untuk jangka pendek dapat dianggap demikian.)
Seiring beredarnya Bumi menempuh orbit, poros rotasi Bumi masih menunjuk pada lokasi yang kurang lebih sama, tetapi arah miringnya poros tersebut terhadap Matahari akan berubah karena posisi Bumi yang berubah. Maka perlahan, Matahari tampak bergerak ke arah utara, kemudian berhenti, dan bergerak ke arah selatan.

Ketika miringnya poros rotasi Bumi menghadapkan belahan Bumi utara lebih miring ke arah Matahari, belahan Bumi utara akan menerima siang yang lebih lama, juga sinar Matahari yang lebih kuat. Kombinasi keduanya memberikan kenaikan temperatur secara perlahan seiring dengan makin "miringnya" belahan Bumi utara ke arah Matahari, menghasilkan musim semi dan musim panas. Setelah solstis Juni berlalu, situasi akan berbalik. Kini giliran belahan Bumi selatan yang "diarahkan" oleh poros rotasi Bumi untuk mencecap siang yang lebih lama dan sinar Matahari yang lebih kuat. Konsekuensinya, belahan Bumi utara perlahan kehilangan jatah siangnya, dan menerima sinar Matahari yang makin lemah, memberikan musim gugur dan musim dingin bagi belahan Bumi utara.

...
...Selesai sampai di sini? Masih ada sajian penutup.

Waktu-waktu solstis identik dengan awal dari musim, entah awal musim panas atau awal musim dingin. Ya, tentu saja kita-kita yang berdomisili di lingkungan tropis tak akan merasakan banyak pengaruh dari miringnya sumbu rotasi Bumi. Tetapi, ketika rekan-rekan kita di negara beriklim sedang merasakan perubahan musim serta panjang siang-malam yang kentara, rekan kita lebih jauh ke dekat kutub merasakan fenomena yang lain lagi.

Dalam waktu-waktu solstis Juni seperti saat ini, mereka yang tinggal cukup jauh ke utara akan merasakan apa yang disebut sebagai midnight sun. Matahari tengah malam. Dari namanya, jelas terbayang bahwa yang akan mereka amati adalah Matahari yang masih tampak, meskipun waktu menunjukkan tengah malam.
Bagaimana bisa Matahari tampak di tengah malam?

Kompilasi foto Matahari pada tengah 'malam' waktu lokal.
Perhatikan pergerakan Matahari yang turun dan kemudian
naik lagi. sumber

Sederhananya, Matahari tidak terbenam. Di dekat kutub, kedekatan lokasi dengan titik kutub, serta poros rotasi Bumi yang "memiringkan" kutub ke arah Matahari memungkinkan Matahari untuk tidak terbenam dalam beberapa waktu. Waktu tidak terbenamnya Matahari ini bervariasi, dari hanya beberapa puluh jam, hingga beberapa puluh hari di daerah yang lebih dekat dengan kutub. Tepat di titik kutub, Matahari bahkan terbit dan terbenam sekali dalam satu tahun.

Jika ada saat dimana Matahari tidak terbenam, sebaliknya, ada pula waktu ketika Matahari tidak terbit, sebagaimana yang dirasakan penghuni daerah Antarktika saat ini. Fenomena ini disebut polar night (malam kutub), dan kondisinya secara umum berkebalikan dengan kondisi pada midnight sun. Alih-alih situasi mirip petang hari yang tergambar dalam foto di atas pada midnight sun, pada polar night langit cenderung tampak seperti langit fajar yang disusul kondisi gelap malam silih berganti.
Fenomena semacam itu hanya bisa dirasakan pada lingkup daerah yang disebut sebagai Lingkar Arktik di dekat kutub utara, atau Lingkar Antarktik di dekat kutub selatan. Kedua wilayah ini, sebagaimana sedikit dijabarkan sebelumnya, terletak cukup dekat dengan kutub untuk ikut merasakan "derita" kutub ketika lama tak disinari cahaya Matahari, dan sebaliknya.

sumber

Berbagai fenomena yang berkaitan dengan Matahari, termasuk ekuinoks dan solstis, termasuk di antara fenomena alam yang paling awal diamati oleh manusia. Karenanya, di berbagai tempat di Bumi, kita dapat menemukan berbagai monumen yang disusun dengan penyesuaian terhadap fenomena alam. Salah satu contoh paling terkenal adalah Stonehenge di dekat Salisbury, Inggris. Pada dasarnya, Stonehenge dapat disebut sebagai observatorium model jadul.
Susunan batu-batunya diatur sedemikain rupa, sehingga ketika tengah jajaran batu Stonehenge di pagi hari solstis, Matahari akan tampak terbit di balik sebuah batu yang dinamai "The Heelstone".

Sebagai penutup, berikut beberapa persembahan dari penulis. Selamat menikmati.

Potret Bumi diambil dari sudut pandang satelit geostasioner GOES-West.
Dalam gambar ini, terlihat sabit tipis Bumi dari pantulan cahaya Matahari
yang menyentuh lebih banyak daerah utara. Kutub Utara terdapat di ujung atas.
sumber