Mengenal Solstis dan Ekuinoks

Oleh Andi Pangerang
20 Juni 2021

Halo Sahabat Edusainsa semuanya!

Pernahkah Sahabat mengamati? Terkadang, Matahari terbit tepat di Timur dan terbenam tepat di Barat, terkadang Matahari terbit agak ke arah Utara (tetapi tidak sampai di arah Utara kecuali di lintang tinggi, bisa dibaca disini) dan terkadang Matahari terbit agak ke arah Selatan (tetapi tidak sampai di arah Selatan). Mengapa bisa terjadi demikian? Berikut ulasannya.

Setiap harinya, Bumi berotasi pada sumbunya selama 23 jam 56 menit 4 detik dari Barat ke Timur berlawanan arah jarum jam. Hal inilah yang menyebabkan gerak semu harian Matahari, Bulan, planet, bintang-bintang dan objek luar angkasa lainnya dari arah Timur ke Barat. Selain berotasi, Bumi juga turut berevolusi atau mengelilingi Matahari selama kurang lebih 365,24 hari. Ketika Bumi mengelilingi Matahari, Bumi juga melakukan rotasi dengan kemiringan sumbu 66,5° derajat terhadap bidang edar atau orbit Bumi (disebut sebagai ekliptika) atau 23,5° derajat terhadap sumbu kutub langit Utara (yakni bidang yang tegak lurus terhadap ekliptika). Hal inilah yang menyebabkan posisi Matahari tidak selalu berada di ekuator ketika tengah hari melainkan berada di sebelah utara maupun selatan ekuator.

 

Gambar 1. Orbit Bumi pada Empat Titik Musim. Sumber: http://timeanddate.com

Ketika Matahari berada di ekuator, bagi pengamat yang terletak di ekuator Bumi akan melihat Matahari tepat di atas kepala ketika tengah hari. Fenomena ini disebut juga sebagai Ekuinoks. Istilah ekuinoks berasal dari lakuran dalam Bahasa Latin, equinoctis, equum yang bermakna sama dan noctis yang bermakna malam. Secara harfiah, makna ekuinoks ini lebih cocok dengan kondisi Bumi yang mana antara belahan Bumi Utara maupun belahan Bumi Selatan sama-sama menerima radiasi Matahari yang sama besar dan sama durasinya. Hal ini dikarenakan belahan Bumi Utara tidak condong dan lebih “dekat” ke Matahari, juga tidak menjauhi Matahari. Demikian juga yang terjadi di belahan Selatan. Jika ditinjau dari pengamat Tata Surya di luar Bumi, posisi sumbu rotasi Bumi tegak lurus terhadap arah sinar Matahari ke Bumi. Hal ini mengakibatkan terminator (garis batas siang-malam) di Bumi berimpit dengan garis meridian atau bujur geografis di setiap permukaan Bumi. Hal inilah yang menyebabkan di setiap tempat di permukaan Bumi akan merasakan malam yang tidak terlalu panjang dan tidak terlalu pendek. Panjang siang dan malam untuk setiap tempat di permukaan Bumi nyaris sama (walau kenyataannya tidak tepat 12 jam karena dipengaruhi oleh refraksi atmosfer).

 Gambar 2. Posisi Bumi ketika Ekuinoks. Sumber: http://timeanddate.com

Secara umum, ekuinoks terbagi menjadi dua yakni Ekuinoks Maret dan Ekuinoks September. Secara astronomis, ekuinoks Maret merupakan titik perpotongan ekliptika dan ekuator langit yang dilewati Matahari dalam perjalanan semu tahunan Matahari dari langit belahan Selatan menuju ke langit belahan Utara. Ekuinoks Maret dikenal juga sebagai Ekuinoks Musim Semi (vernal equinox) di belahan Utara dan Ekuinoks Musim Gugur (autumnal equinox) di belahan Selatan. Bahkan, Ekuinoks Maret disebut juga Titik Pertama Aries/Hamal (First Point of Aries, FPA) Sedangkan, Ekuinoks September merupakan titik perpotongan ekliptika dan ekuator langit yang dilewati Matahari dalam perjalanan semu tahunan Matahari dari langit belahan Utara menuju ke langit belahan Selatan. Ekuinoks September dikenal juga sebagai Ekuinoks Musim Gugur (autumnal equinox) di belahan Utara dan Ekuinoks Musim Semi (vernal equinox) di belahan Selatan.

Selain Matahari yang berada tepat di atas kepala bagi pengamat yang berada di ekuator Bumi, ketika ekuinoks, Matahari akan terbit nyaris tepat di arah Timur dan terbenam nyaris tepat di arah Barat. Hal ini karena perpotongan ekuator langit dengan horizon (ufuk) adalah titik Barat dan Timur tempat mengamati Matahari.

Gambar 3. Analema dan Orbit Bumi ketika Ekuinoks. Sumber: Live Star Chart by Alcyone Software

 

Gambar 4. Posisi Matahari pada Bola Langit di Belahan Utara dan Selatan ketika Ekuinoks

Ekuinoks Maret umumnya terjadi antara tanggal 20-21 Maret dan bergeser dalam waktu ratusan hingga ribuan tahun. Ekuinoks September umumnya terjadi antara tanggal 22-23 September dan juga mengalami pergeseran sebagaimana Ekuinoks Maret. Pergeseran pada Ekuinoks Maret lebih disebabkan oleh penggunaan kalender berbasis peredaran semu tahunan Matahari yang berbeda-beda. Jika menggunakan kalender Julian (1 tahun rata-rata = 365¼ hari), Ekuinoks Maret akan bergeser satu hari setiap 128 tahun. Jika menggunakan kalender Gregorian (1 tahun rata-rata = 365,2425 hari), Ekuinoks Maret akan bergeser satu hari setiap 3300 tahun. Jika menggunakan Tahun Bessel (Besselian Year, satu tahun = periode tropis revolusi Bumi atau 365,2421978 hari), Ekuinoks Maret akan selalu jatuh pada tanggal yang sama dan relatif tidak mengalami pergeseran.

Sementara itu, pergeseran Ekuinoks September disebabkan oleh presesi apsidal yakni bergesernya titik perihelion Bumi (titik terdekat Bumi dari Matahari) terhadap titik pertama Aries/Hamal. Saat ini titik perihelion berada di sekitar 13° dari Solstis Desember atau 77° dari ekuinoks vernal. Presesi apsidal ini memiliki siklus 21.000 tahun. Untuk pergeseran tanggal Ekuinoks September, dapat melihat Tabel 1 setelah penjelasan ini.

Gambar 5. Ilustrasi Presesi Apsidal. Sumber: Wikipedia

Ketika Matahari berada paling utara dari ekuator ketika tengah hari, fenomena ini disebut sebagai Solstis Juni atau Titik Balik Matahari di Bulan Juni. Sedangkan, ketika Matahari berada paling selatan dari ekuator ketika tengah hari, fenomena ini disebut sebagai Solstis Desember atau Titik Balik Matahari di Bulan Desember. Solstis Juni umumnya terjadi antara tanggal 20-21 Juni dan bergeser dalam waktu ratusan hingga ribuan tahun. Solstis Desember umumnya terjadi antara tanggal 20-21 Desember dan juga mengalami pergeseran sebagaimana Solstis Juni. Pergeseran ini disebabkan oleh presesi apsidal yang sudah dijelaskan sebelumnya. Berikut ini pergeseran tanggal untuk Ekuinoks dan Solstis selama 21.000 tahun. Dalam tabel ini, menggunakan Tahun Bessel sehingga Ekuinoks Maret dianggap tetap sepanjang tahun.

Tabel 1. Pergeseran Ekuinoks dan Solstis Selama 21.000 Tahun

Tahun

Ekuinoks
Maret

Solstis
Juni

Ekuinoks
September

Solstis
Desember

9250 SM

21 Maret

19 Juni
(perihelion)

16 September

18 Desember

4000 SM

21 Maret

22 Juni

19 September
(perihelion)

17 Desember

1250 M

21 Maret

22 Juni

23 September

22 Desember
(Perihelion)

6500 M

21 Maret
(perihelion)

19 Juni

20 September

22 Desember

11750 M

21 Maret

19 Juni
(perihelion)

16 September

18 Desember

Pergeseran Ekuinoks dan Solstis inilah yang dapat menyebabkan perubahan durasi musim astronomis. Musim astronomis untuk belahan Bumi Utara dibagi menjadi empat:

  • Musim Semi Astronomis, dari Ekuinoks Maret hingga Solstis Juni.
  • Musim Panas Astronomis, dari Solstis Juni hingga Ekuinoks September.
  • Musim Gugur Astronomis, dari Ekuinoks September hingga Solstis Desember.
  • Musim Dingin Astronomis, dari Solstis Desember hingga Ekuinoks Maret.

Musim astronomis untuk belahan Bumi Selatan juga menggunakan dua ekuinoks dan dua solstis. Tetapi dengan perbedaan sebagai berikut:

  • Musim Semi Astronomis, dari Ekuinoks September hingga Solstis Desember.
  • Musim Panas Astronomis, dari Solstis Desember hingga Ekuinoks Maret.
  • Musim Gugur Astronomis, dari Ekuinoks Maret hingga Solstis Juni.
  • Musim Dingin Astronomis, dari Solstis Juni hingga Ekuinoks September.

Dengan kata lain, jika ditinjau dari dua ekuinoks dan dua solstis, maka:

  • Musim Semi Astronomis di belahan Bumi Utara = Musim Gugur Astronomis di belahan Bumi Selatan.
  • Musim Panas Astronomis di belahan Bumi Utara = Musim Dingin Astronomis di belahan Bumi Selatan
  • Musim Gugur Astronomis di belahan Bumi Utara = Musim Semi Astronomis di belahan Bumi Selatan
  • Musim Dingin Astronomis di belahan Bumi Utara = Musim Panas Astronomis di belahan Bumi Selatan

Gambar berikut ini merupakan variasi durasi musim astronomis antara tahun 4000 SM hingga 6500 M disertai dengan keterangan tambahan mengenai tahun ketika durasi dua musim astronomis yang berdekatan bernilai sama. Musim astronomis yang digunakan pada gambar ini adalah musim astronomis untuk belahan Bumi Utara.

Gambar 6. Durasi Musim Astronomis. Tangkapan Layar diambil dari Buku Astronomical Algorithm Jean Meeus edisi ke-2 bab Equinoxes and Solstices.

 

Ketika Perihelion berada di Solstis Desember, yakni pada tahun 1248 M, dua musim astronomis yang dibatasi oleh Solstis Desember akan berdurasi sama. Dua musim yang dimaksud adalah Musim Gugur Astronomis dan Musim Dingin Astronomis. Di tahun yang sama, Aphelion juga berada di Solstis Juni. Sehingga, dua musim astronomis yang dibatasi oleh Solstis Juni akan berdurasi sama. Dua musim yang dimaksud adalah Musim Semi Astronomis dan Musim Panas Astronomis.

Ketika Perihelion berada di Ekuinoks Maret, yakni pada tahun 6427 M, dua musim astronomis yang dibatasi oleh Ekuinoks Maret akan berdurasi sama. Dua musim yang dimaksud adalah Musim Dingin Astronomis dan Musim Semi Astronomis. Di tahun yang sama, Aphelion juga berada di Ekuinoks September. Sehingga, dua musim astronomis yang dibatasi oleh Ekuinoks September akan berdurasi sama. Dua musim yang dimaksud adalah Musim Panas Astronomis dan Musim Gugur Astronomis.

Sebaliknya, ketika Perihelion berada di Ekuinoks September, yakni pada tahun 4080 SM, dua musim astronomis yang dibatasi oleh Ekuinoks September akan berdurasi sama. Dua musim yang dimaksud adalah Musim Panas Astronomis dan Musim Gugur Astronomis. Di tahun yang sama, Aphelion juga berada di Ekuinoks Maret. Sehingga, dua musim astronomis yang dibatasi oleh Ekuinoks Maret akan berdurasi sama. Dua musim yang dimaksud adalah Musim Dingin Astronomis dan Musim Semi Astronomis.

Gambar 7. Diagram Orbit Bumi Ketika Mengalami Presesi Apsidal. Sumber: Wikipedia

 

Durasi musim astronomis minimum terjadi ketika Perihelion membentuk sudut 45° terhadap dua titik ekuinoks-solstis yang terdekat dan durasi musim astronomis maksimum terjadi ketika Aphelion membentuk sudut 45° terhadap dua titik ekuinoks-solstis yang terdekat. Sebagai contoh, pada tahun 1700 SM, Perihelion berada di tengah-tengah di antara Ekuinoks September dan Solstis Desember. Hal ini menyebabkan durasi Musim Gugur Astronomis menjadi sangat pendek yakni 88,38 hari. Di tahun yang sama, Aphelion berada di tengah-tengah di antara Ekuinoks Maret dan Solstis Juni. Hal ini menyebabkan durasi Musim Semi Astronomis menjadi sangat panjang yakni 94,32 hari. Contoh lainnya, pada tahun 3500 M, Perihelion berada di tengah-tengah di antara Solstis Desember dan Ekuinoks Maret. Hal ini menyebabkan durasi Musim Dingin Astronomis menjadi sangat pendek yakni 88,71 hari. Di tahun yang sama, Aphelion berada di tengah-tengah di antara Solstis Juni dan Ekuinoks September. Hal ini menyebabkan durasi Musim Semi Astronomis menjadi sangat panjang yakni 93,96 hari. Dalam rentang 1700 SM hingga 3500 M, durasi Musim Panas dan Gugur Astronomis cenderung meningkat, sedangkat durasi Musim Dingin dan Musim Gugur Astronomis cenderung menurun.

Garis lintang yang mana Matahari berada tepat di atas kepala ketika Solstis Juni disebut sebagai Garis Balik Utara (Tropic of Cancer), terletak di 23,4°LU. Kota yang dilalui GBU ini misalkan Muscat di Oman. Sedangkan, garis lintang yang mana Matahari berada tepat di atas kepala ketika Solstis Desember disebut sebagai Garis Balik Selatan (Tropic of Capricorn), terletak di 23,4°LS. Kota yang dilalui GBS ini misalkan Sao Paulo di Brazil.

 


Gambar 8. Diagram Titik Balik Matahari (Solstis) Juni. Sumber: Dokumentasi Pribadi

 

Ketika Solstis Juni, belahan Bumi Utara akan lebih condong dan lebih “dekat” ke arah Matahari. Sehingga, radiasi Matahari yang diterima lebih besar dan lebih lama dibandingkan dengan belahan Bumi Selatan untuk waktu yang sama. Hal ini juga dapat memengaruhi durasi siang, atau lazim disebut daylight, bagi belahan Bumi Utara. Durasi siang adalah selang waktu antara terbit Matahari hingga terbenam Matahari. Seperti yang terlihat pada tabel berikut, durasi siang untuk belahan Bumi Utara ketika Solstis Juni akan lebih lama dibandingkan dengan belahan Selatan.

Tabel 2. Durasi Siang Ketika Solstis Juni dan Solstis Desember Seluruh Dunia

Nama Kota
/ Wilayah

Durasi Siang ketika

Belahan Bumi

Solstis
Juni

Solstis
Desember

Lintang 67,4°LS

0 jam

24 jam

Selatan

Lingkar Kutub Selatan

2,2 jam

24 jam

Selatan

Lintang 65,7°LS

3,1 jam

24 jam

Selatan

Benua Antartika

0 – 6 jam

18,7 – 24 jam

Selatan

Tierra del Fuego
(Argentina/Chile)

7½ jam

17,25 jam

Selatan

Kep. Malvinas /
Falkland (Argentina)

8 jam

16,7 jam

Selatan

Tasmania
(Australia)

9 jam

15,25 jam

Selatan

Melbourne
(Australia)

9,55 jam

14,8 jam

Selatan

Tanjung Harapan
(Rep. Afrika Selatan)

9,9 jam

14,45 jam

Selatan

Perth
(Australia)

10 jam

14,25 jam

Selatan

Madagaskar
(Afrika)

11 jam

13,3 jam

Selatan

Kupang
(Indonesia)

11½ jam

12,75 jam

Selatan

Pulau Jawa
(Indonesia)

11,65 –11,75 jam

12,55 – 12,45 jam

Selatan

Pontianak
(Indonesia)

12,1 jam

12,1 jam

Ekuator

Sabang
(Indonesia)

12½ jam

11,8 jam

Utara

Bangkok
(Thailand)

13 jam

11,3 jam

Utara

Makkah
(Arab Saudi)

13,45 jam

10,85 jam

Utara

New Delhi
(India)

14 jam

10,3 jam

Utara

Kuwait City
(Kuwait)

14 jam

10,3 jam

Utara

Yerusalem / Al-Quds
(Palestina)

14,25 jam

10 jam

Utara

Madrid
(Spanyol)

15 jam

9,3 jam

Utara

Philadelphia
(Amerika Serikat)

15 jam

9,3 jam

Utara

Denver
(Amerika Serikat)

15 jam

9,3 jam

Utara

Seattle
(Amerika Serikat)

16 jam

8,4 jam

Utara

Ulaanbataar
(Mongolia)

16 jam

8,4 jam

Utara

Zurich
(Swiss)

16 jam

8,4 jam

Utara

London
(Inggris Raya)

16,55 jam

7,85 jam

Utara

Hamburg
(Jerman)

17 jam

7½  jam

Utara

Moskwa
(Federasi Rusia)

17,55 jam

7 jam

Utara

Helsinki
(Finlandia)

19 jam

5,85 jam

Utara

Anchorage
(Alaska, Amerika Serikat)

19,4 jam

5,5 jam

Utara

Kep. Faroe
(Denmark)

20 jam

5,15 jam

Utara

Fairbank
(Alaska, Amerika Serikat)

21 jam

3,75 jam

Utara

Nuuk
(Greenland)

21 jam

3,75 jam

Utara

Reykjavik
(Islandia)

21 jam

3,75 jam

Utara

Oulu
(Finlandia)

21,75 jam

3,65 jam

Utara

Lulea
(Swedia)

23 jam

3,2 jam

Utara

Lintang 65,7°LU

24 jam

3,1 jam

Utara

Lingkar Kutub Utara

24 jam

2,2 jam

Utara

Lintang 67,4°LU

24 jam

0 jam

Utara

 

Sebaliknya, ketika Solstis Desember, belahan Bumi Selatan akan lebih condong dan lebih “dekat” ke arah Matahari. Sehingga, radiasi Matahari yang diterima lebih besar dan lebih lama dibandingkan dengan belahan Bumi Utara untuk waktu yang sama. Sehingga, durasi siang untuk belahan Bumi Selatan ketika Solstis Desember akan lebih lama dibandingkan dengan belahan Utara.

 

Gambar 9. Posisi Bumi Ketika Titik Balik Matahari (Solstis) Desember. Sumber: Wikipedia, dengan suntingan seperlunya

Ada hal yang menarik pada Tabel 2 di atas, diantaranya: Wilayah di bawah lingkar kutub Utara seperti Lintang 65,7°LU berdurasi siang 24 jam ketika Solstis Juni sedangkan ketika Solstis Desember berdurasi siang 3,1 jam. Demikian juga dengan wilayah di bawah lingkar kutub Selatan seperti Lintang 65,7°LU berdurasi siang 24 jam ketika Solstis Desember sedangkan ketika Solstis Juni berdurasi siang 3,1 jam. Selain itu, durasi siang di Lingkar Kutub Utara ketika Solstis Desember sebesar 2,2 jam dan Matahari benar-benar tidak terbit saat berada di Lintang 67,4°LU. Demikian halnya ketika Solstis Juni, durasi siang di Lingkar Kutub Selatan sebesar 2,2 jam dan Matahari benar-benar tidak terbit saat berada di Lintang 67,4°LS. Hal ini disebabkan oleh sinar Matahari yang dibiaskan oleh atmosfer Bumi, sehingga Matahari terbit lebih cepat dan terbenam lebih lambat jika dibandingkan dengan ketika tidak dibiaskan.

Demikian penjelasan mengenai Solstis dan Ekuinoks. Semoga bermanfaat bagi Sahabat Edusainsa semuanya. Salam Edusainsa!

Comments