Tata Koordinat Benda Be nda Langit Oleh : Nurzaman
Di suatu malam yang cerah, jika kita berada di suatu tempat yang lingkungannya tidak terlalu terang dan kita melihat ke langit akan nampak banyak bintang bertaburan. Mereka tampak berkelap-kelip diam di tempatnya. Diam di tempatnya? Cobalah ingatingat lokasi sebuah bintang atau rasi bintang yang cukup jelas terlihat saat itu kemudian lihat lagi dua jam kemudian. Apakah masih di tempatnya semula? Tidak! Semua bintang bintang telah bergeser, tapi formasinya tetap, mungkin hanya sedikit terputar. Dilihat dari bumi bintang-bintang tampak beredar di angkasa. Bintang-bintang itu memang seolah-olah bergerak di langit perlahan-lahan, sama seperti bulan dan matahari, hanya dengan kecepatan yang sedikit berbeda. Matahari dan bulan terbit di kaki langit sebelah Timur, meskipun tidak selalu tepat dari titik Timur. Titik terbit Bulan dan Matahari berubah dari hari ke hari, tetapi titik terbit bintang bintang selalu tetap. Sebuah bintang yang suatu saat terbit tepat di titik Timur dia akan selalu terbit di titik Timur dan terbenam tepat di titik Barat. Bintang-bintang yang titik terbitnya lebih Selatan dari titik Timur akan selalu terbit dari titik yang sama setiap hari, beredar di belahan langit Selatan dan terbenam di sebuah titik yang lebih Selatan dari pada titik Barat. Mereka sering disebut Bintang-bintang Selatan. Bintang-bintang yang beredar di belahan langit lan git Utara sering disebut Bintang-bintang Utara. Orang-orang di belahan bumi Selatan dapat lebih lama melihat Bintang-bintang Selatan dan lebih singkat kesempatannya mengamati bintang-bintang Utara, bahkan beberapa bintang yang jauh di Utara tidak dapat terlihat sama sekali. Sebenarnya bintang-bintang nampak beredar di langit karena bumi berrotasi. Jika bumi tidak berrotasi terhadap sumbunya bintang-bintang tidak akan berpindah tempat, hanya matahari, bulan dan planet saja yang letaknya bergeser perlahan-lahan. Berdasarkan kenyataan ini, para astronom zaman dahulu membuat suatu tata koordinat benda langit sedemikian rupa sehingga koordinat bintang dapat dibuat tidak berubah terhadap waktu. Tata koordinat itu adalah tata koordinat yang titik acuannya bergerak sesuai dengan gerak rotasi bumi dan disebut tata koordinat khatulistiwa (Equatorial Coordinate System). Kadang-kadang cukup sulit memahami suatu koordinat yang acuannya bergerak relatif terhadap pengamat, oleh karena itu, mempelajari suatu tata koordinat lain yang acuannya diam terhadap pengamat dapat membantu kita dalam memahami tata koordinat khatulistiwa. Di dalam pengamatan bintang dibutuhkan informasi tentang posisi bintang yang akan diamati. Pada saat akan mengarahkan teropong kita perlu mengetahui dimana letak benda langit yang akan diamati itu, apa lagi jika benda langit itu redup sehingga tak nampak dengan mata telanjang. Benda langit yang terang sekalipun perlu diketahui posisinya sebelum pengamatan, pada saat menyusun rencana pengamatan, agar benda langit dapat diamati pada saat yang tepat.
Cakrawala 1
Untuk menyatakan posisi sebuah benda langit dapat digunakan beberapa macam tata koordinat yang semuanya merupakan sistem koordinat bola tanpa memperhitungkan jarak dari pusat bola. Pada tata koordinat benda langit ada lingkaran-lingkaran besar yaitu lingkaran-lingkaran yang berpusat di pusat bola dan lingkaran-lingkaran kecil yang pusatnya tidak pada pusat bola. Semuanya mempunyai dua titik kutub. Semuanya menggunakan lintang dan bujur (seperti lintang dan bujur geografis) sebagai penentu posisi benda langit. Perbedaannya adalah dalam titik-titik dan lingkaran-lingkaran acuan yang digunakan. Lingkaran-lingkaran bujur semuanya merupakan lingkaran besar. Kecuali satu lingkaran lintang yang membagi bola menjadi dua sama besar, semua lingkaran lintang yang lain merupakan lingkaran kecil. Lingkaran lintang semakin kecil jika semakin dekat dengan kutub bola. Jarak sudut lingkaran lintang terbesar ini adalah sama dari kedua titik kutub yaitu 90.
lingkaran bujur
Lingkaran Lintang
Gambar 1
I. Tata Ko ord inat Horiso n
Titik-titik kutub pada tata koordinat Horison adalah titik Zenith dan Nadir . Titik Zenith adalah suatu titik khayal pada bola langit tepat vertikal diatas kepala pengamat. Titik Nadir adalah kebalikan dari titik zenith, berada pada bola langit di bawah pengamat. Lingkaran lintang terbesar disebut lingkaran horison yang merupakan perpotongan antara perluasan bidang datar tempat pengamat berdiri (sering disebut bidang horison) dengan bola langit. Di daerah pegunungan memang agak sulit membayangkan lingkaran horison ini, akan tetapi jika kita berdiri di tepi pantai maka "perpotongan" antara kaki langit dengan permukaan laut dapat dipandang sebagai lingkaran horison.
Cakrawala 2
Z z
P T
*
a
U
S A zimu th
K*
B
Lingkaran Horison N Gambar 2
Pada lingkaran horison terdapat empat titik istimewa yang disebut dengan titiktitik Kardinal yaitu titik Utara, Timur, Selatan dan Barat. Bagaimana cara menentukan titik-titik Kardinal itu ? Untuk menentukan arah Utara – Selatan dapat digunakan kompas. Jarum kompas menunjuk kira-kira ke arah Utara-Selatan. Untuk mengetahui arah Timur dan Barat dapat dilihat arah matahari terbit dan terbenam. Meskipun tidak selalu tepat, namun cukup baik untuk perkiraan pertama. Jika ingin mengetahui titik Timur dan Barat dengan ketepatan yang tinggi, lihatlah titik terbit dan terbenam matahari pada tanggal sekitar tanggal 21 Maret atau 23 September. Lintang, di dalam tata koordinat horison disebut dengan istilah tinggi (a = Altitude) yang didefinisikan sebagai jarak sudut benda langit dari lingkaran horison. Dalam gambar 2 tinggi bintang adalah busur * K*. Bujur diistilahkan dengan Azimuth ( Az ), yang kalau bintang berada di sebelah Barat Meridian, diukur dari titik Utara kearah Barat hingga proyeksi benda langit pada lingkaran horison, yaitu busur UBK* atau sudut UZK* pada gambar 2. Jika bintang berada di sebelah timur meridian, Azimuth diukur dari Utara kearah Timur. Dengan demikian angka azimuth adalah antara 0° sampai 180° ditambah dengan keterangan Timur atau Barat. Ada juga astronom yang menggunakan cara lain dalam menyatakan Azimuth, misalnya diukur dari Utara kearah Timur dari 0° sampai 360°. Ada pula yang membedakan antara belahan bumi utara dan selatan, untuk pengamat di belahan bumi utara Azimuth diukur dari titik Utara, sedangkan untuk pengamat di belahan bumi selatan, azimuth diukur dari titik Selatan. Untuk menghindari
Cakrawala 3
kesalahan pahaman, sebaiknya pada saat menyatakan Azimuth disebutkan juga titik awal dan arah pengukurannya. Pada tata koordinat horison juga dikenal istilah Jarak Zenith ( z ), yaitu jarak sudut benda langit dari titik Z, maka z 90 a. Dengan demikian, koordinat suatu benda langit dalam tata koordinat horison dapat dinyatakan dalam (Az,a) atau dalam ( Az,z ). o
Koordinat horison sangat bermanfaat ketika kita berurusan dengan serapan cahaya bintang oleh atmosfir. Lingkaran lintang adalah tempat kedudukan benda langit yang mengalami serapan atmosfir yang sama. Semakin rendah posisi bintang, cahayanya menembus atmosfir yang semakin tebal sebelum mencapai pengamat, semakin banyak cahayanya yang diserap, sehingga tampak semakin redup. Jika benda langit itu adalah matahari, pada saat posisinya diatas kepala, tampak sangat terang, semakin sore, posisinya semakin rendah cahayanya semakin redup dan semakin merah. Pada saat mengamati suatu benda langit, tinggi benda langit itu tercermin dari kemiringan teropong. Jika teropong tepat vertikal, maka benda langit tersebut berada di Zenith. Jika teropong membentuk sudut dengan bidang datar, maka tinggi benda langit tersebut adalah . 2 . Ta t a K o o r d i n a t E k u a t o r a t a u K a t u l i s t i w a
Di dalam tata koordinat horison, posisi benda langit berubah setiap saat karena semua benda langit "beredar". Benda-benda langit berpindah posisi di langit, ada yang terbit, tenggelam dan sebagainya seolah-olah benda-benda langit itu beredar mengitari bumi. Seolah-olah bintang-bintang menempel pada b ola langit dan bola langit itu berotasi mengelilingi bumi. Padahal sesungguhnya tidak demikian. Kita memperoleh kesan bahwa benda-benda itu mengitari bumi karena bumi yang berotasi terhadap sumbunya. Jika bumi tidak berotasi, maka kita akan tahu bahwa hanya bulan yang benar benar beredar mengelilingi bumi. Posisi bintang-bintang akan tampak tetap di langit, kalau pun berubah hanya sedikit bergeser dalam beberapa tahun. Planet-planet akan tampak "berkelana" diantara bintang-bintang yang posisinya tetap dan matahari akan terbit setahun sekali. Jadi sesungguhnya jika kita dapat menggunakan posisi-posisi yang tetap pada bola langit sebagai kerangka acuan maka kita dapat memperoleh koordinat benda langit yang praktis tidak berubah-ubah. Berdasarkan pemikiran ini dibuatlah tata koordinat ekuator, dengan maksud agar koordinat benda langit tidak bergantung pada waktu. Peredaran harian benda langit disebabkan oleh rotasi bumi, sehingga sumbu rotasi bumi merupakan sumbu gerak melingkar tersebut. Dengan demikian perpotongan sumbu rotasi bumi dengan bola langit sudah sewajarnya menjadi titik-titik kutub. Titik-titik kutub di dalam tata koordinat ekuator disebut Kutub Langit Utara (KLU) dan Kutub Langit Selatan (KLS). Kutub Langit Utara dan Selatan adalah titik tembus sumbu rotasi bumi pada bola langit. . Tingginya KLU dan KLS sama dengan lintang geografis tempat pengamat berada. Untuk pengamat yang berada di belahan bumi Selatan, tentunya KLS berada diatas horison, sedangkan di belahan bumi Utara, KLU yang berada diatas horison. Jika pengamat berada di kutub Utara bumi, misalnya, maka KLU berada diatas kepalanya.
Cakrawala 4
Jika pengamat berada di kota Pontianak maka KLU dan KLS berada lingkaran horison, berimpit dengan titik Utara dan Selatan. Lingkaran lintang terbesarnya adalah Lingkaran Ekuator Langit atau Katulistiwa Langit . Lingkaran Katulistiwa Langit adalah perpotongan antara perluasan bidang katulistiwa bumi dengan bola langit. Wilayah di sebelah Utara katulistiwa bumi kita kenal sebagai Belahan Bumi Utara, demikian pula wilayah langit disebelah Utara katulistiwa langit disebut Belahan Langit Utara. Hal yang sama berlaku pula untuk Selatan Busur yang menghubungkan KLU, Zenith dan titik Selatan bagi pengamat di belahan bumi Utara atau yang menghubungkan KLS, Zenith dan titik Utara bagi pengamat di Belahan Bumi Selatan disebut Meridian Pengamat . Dalam peredaran hariannya setiap benda langit mencapai titik tertinggi di Meridian Pengamat ini, pada saat itu dikatakan benda langit sedang transit atas atau sedang berkulminasi atas. Ketika berada di titik terrendahnya (mungkin tidak kelihatan karena di bawah horison) dikatakan sedang berkulminasi bawah atau transit bawah.. 2.1. Deklinasi dan Sudut Jam
Lintang, di dalam tata koordinat katulistiwa disebut Deklinasi dan biasanya dilambangkan dengan . Deklinasi adalah jarak sudut antara benda langit dengan proyeksinya pada lingkaran katulistiwa. Untuk benda langit di belahan langit Utara, bertanda positif, sedangkan di belahan langit Selatan negatif. Busur yang diukur dari Meridian Pengamat di sepanjang lintasan benda langit ke arah Barat hingga benda langit ybs disebut Sudut Jam ( HA=Hour Angle). HA dapat dinyatakan dalam satuan derajat, akan tetapi biasanya dinyatakan dalam satuan jam. Jika dikatakan sudut jam bintang X adalah tiga jam, misalnya, maka bintang berada di sebelah barat meridian dan panjang busur yang menghubungkan bintang X dan titik transitnya adalah 45. Tiga jam disini dapat diartikan bahwa bintang X "transit tiga jam yang lalu". HA dapat juga bertanda negatif, yang berarti sedang menuju titik transit atau berada di sebelah Timur meridian. Dengan menggunakan HA dan posisi sebuah benda langit dapat dinyatakan secara lengkap, tidak akan ada dua benda langit yang letaknya berbeda tapi mempunyai HA dan yang sama.
2.2. Deklinasi dan Asensiorekta
Deklinasi () tidak bergantung pada waktu sedangkan HA masih berubah menurut waktu. Untuk memperoleh koordinat bujur yang tidak bergantung pada waktu telah dipilih sebuah titik acuan yang tetap terhadap bintang-bintang untuk menentukan koordinat bujur yang tidak berubah menurut waktu. Titik yang dipilih itu adalah posisi matahari ketika terbit tepat dari titik Timur pada tanggal 21 Maret. Sebagaimana kita ketahui matahari terbit tepat dari titik Timur hanya dua kali dalam setahun yaitu tanggal 21 Maret dan 23 September. Titik ini dilambangkan dengan (sering juga disebut titik Aries) dan secara Internasional disebut Vernal Equinox. Titik ini adalah posisi matahari
Cakrawala 5
pada tanggal 21 Maret. Sudut jam titik ini disebut Waktu Bintang atau Waktu Sideris Lokal ( LST =Local Sidereal Time).
Gambar 3
Pukul 0.00 waktu bintang adalah saat titik berada di titik kulminasi atasnya. Hal ini berbeda dengan pukul 0.00 waktu matahari yang didefinisikan sebagai saat matahari berkulminasi bawah. Waktu bintang yang sama dengan waktu matahari, hanya terjadi satu kali dalam setahun yaitu sekitar tanggal 23 September, pada saat matahari berada pada titik musim gugur (Autumnal Equinox). Sekarang, disamping Waktu Lokal, Waktu Indonesia Timur, Greenwich Mean Time dan lain-lain yang menggunakan peredaran matahari sebagai acuan, kita mengenal juga waktu bintang yang menggunakan peredaran semu bintang sebagai acuan. Dalam sehari selisih waktu bintang dan waktu matahari kira-kira empat menit. Setiap hari matahari terlambat terbit 4 menit dibandingkan dengan hari sebelumnya jika kita menggunakan Waktu Bintang untuk mengukur waktu. Hal ini dapat dijelaskan dengan melihat gambar 4. Bumi beredar mengelilingi matahari, sementara itu bumi juga berotasi terhadap sumbunya. Pada gambar 4, tinjau seorang pengamat di titik A yang mengamati matahari yang berada pada zenithnya. Setelah bumi berotasi satu kali penuh, maka posisinya akan menjadi B, tetapi pada saat itu matahari belum mencapai zenithnya lagi, karena posisi bumi sudah bergeser. Empat menit kemudian barulah matahari mencapai zenith lagi. Jangka waktu dari posisi A hingga posisi B disebut satu hari bintang yang lamanya sama
Cakrawala 6
dengan 24 jam bintang dan sama dengan 23 jam 56 menit matahari. Jangka waktu dari posisi A hingga posisi C adalah 24 jam matahari yang kita kenal sehari-hari. Dalam jangka waktu itu bumi sebenarnya sudah berotasi satu kali lebih sedikit.
Bumi Sekarang B C
Matahari
A
Bumi Kemarin Gambar 4
Dengan menggunakan titik sebagai acuan untuk menentukan koordinat bujur maka kita dapat memperoleh koordinat yang tidak berubah terhadap waktu. Jarak busur antara titik dengan proyeksi benda langit pada lingkaran katulistiwa disebut dengan Asensiorekta dan dilambangkan dengan . Asensiorekta diukur pada lingkaran katulistiwa dari titik kearah Timur (jika titik berada diatas horison) hingga proyeksi benda langit pada lingkaran katulistiwa. Jadi arah pengukuran Asensiorekta ini berlawanan dengan arah pengukuran sudut jam. Satuan untuk Asensiorekta bisa dalam derajat, bisa pula dalam jam, tetapi biasanya satuan jam yang digunakan Tata koordinat ekuator ini dapat dikatakan tata koordinat yang terpenting dalam astronomi. Di dalam katalog-katalog letak benda langit dinyatakan dalam (,). Hal yang menentukan, mengapa koordinat ini dapat dikatalogkan adalah karena besarnya dan sebuah benda langit praktis tetap dalam kurun waktu yang cukup panjang. Akan tetapi bukan berarti koordinat ini tidak berubah sama sekali. Perubahan kecil selalu terjadi dan setelah beberapa tahun pergeseran itu mulai terasa berarti. Oleh karena itu data dan biasanya disertai angka tahun (disebut Epoch) yang menyatakan bahwa koordinat itu tepat untuk tahun yang tersebut. Sebagai contoh, h
m
s
2000 11 23 41. 2 2000 2015'21"
Artinya koordinat benda langit tersebut koordinatnya sekian pada tahun 2000. Dikatakan, Epoch koordinat di atas adalah tahun 2000. Untuk suatu benda langit tertentu hubungan antara Asensiorekta, Sudut Jam dan Waktu Bintang adalah sebagai berikut : HA LST
Cakrawala 7
Jika seorang pengamat berada di lintang geografis yang cukup tinggi, maka pengamat tersebut dapat mengamati bintang-bintang yang tidak pernah terbenam. Bintang-bintang yang tidak pernah terbenam itu disebut bintang Sirkum polar. Di Indonesia mungkin sulit menemukan bintang yang tidak pernah terbenam ini karena Indonesia berada di sekitar katulistiwa. Di negara-negara yang memiliki empat musim banyak bintang sirkum polar yang dapat diamati yaitu yang memiliki deklinasi cukup tinggi. Apalagi jika pengamatan dilakukan di titik kutub bumi, semua bintang yang teramati adalah tidak pernah tenggelam. Demikian pula matahari, pada musim panas tidak pernah terbenam dan pada musim dingin tidak pernah terbit. Pada tanggal 22 Juni tinggi matahari 23,5, pada tanggal 21 Maret dan 23 September matahari berada di horison sepanjang hari, jika pengamatan dilakukan di kutub Utara. Tata koordinat lain yang sering digunakan adalah tata koordinat ekliptika dan tata koordinat galaksi. Tata koordinat ekliptika sering digunakan antara lain oleh pengamat matahari. Dalam peredarannya, matahari selalu berada di lingkaran ekliptika. Tata koordinat galaksi sering digunakan oleh peneliti struktur galaksi. Soal-soal latihan : Berikan contoh, dalam situasi apa kita membutuhkan tata koordinat horison. Apa hubungan antara katulistiwa bumi dan katulistiwa langit ? Gambarkan katulistiwa langit untuk pengamat yang berada pada lintang geografis 6° Lintang Selatan Gambarkan garis edar sebuah bintang yang deklinasinya -25° menurut pengamat yang berada pada lintang geografis 10° LU Gambarkan posisi sebuah benda langit yang deklinasinya 10° dan sudut jamnya 3 jam diamati oleh seorang pengamat yang berada pada lintang geografis 20° LU h
Gambarkan posisi sebuah bintang yang koordinatnya (α=5 , = -10°)yang diamati oleh seorang pengamat yang berada pada lintang geografis 15° LS pada jam 8 LST Gambarkan posisi bintang pada soal 6 jika diamati pada tanggal 21 Mei 2004 jam 21. Apakah bintang itu dapat dilihat ?
Cakrawala 8
Cakrawala 9
