Begini Cara Planet Mengorbit Matahari dalam Sistem Tata Surya

Jakarta, CNN Indonesia --

Planet-planet dalam sistem tata surya kita memiliki gerakan yang kompleks dalam mengorbit Matahari. Lantas, bagaimana cara planet mengorbit Matahari dalam sistem tata surya?

Dalam sistem tata surya, planet-planet, termasuk Bumi, bergerak mengelilingi Matahari. Fenomena ini terjadi karena adanya gaya gravitasi yang dipancarkan oleh Matahari, yang menarik dan menahan planet-planet dalam orbit berbentuk elips.

Menurut buku Belajar Mandiri IPA Untuk SMP/MTS berbasis SKS Semester 2, yang ditulis Huda & Nugroho, tata surya adalah sekumpulan benda langit yang berputar mengelilingi Matahari sebagai pusatnya akibat gaya gravitasi.

Cara planet-planet mengorbit Matahari pertama kali dijelaskan oleh Johannes Kepler, seorang astronom dan matematikawan Jerman, melalui hukum gerak planetnya yang terkenal, yakni Hukum Kepler, yang dirumuskannya pada 1609.

Cara planet mengorbit Matahari 

Terdapat tiga Hukum Kepler yang dapat menjelaskan mengenai cara planet mengorbit Matahari dalam sistem tata surya. Berikut masing-masing penjelasannya.

1. Hukum Kepler I: bentuk lintasan orbit planet yang eliptis

Hukum pertama Kepler secara fundamental mengubah pemahaman kita tentang bagaimana planet-planet bergerak mengelilingi Matahari.

Kepler mengungkapkan bahwa setiap planet dalam sistem tata surya kita bergerak pada jalur berbentuk elips, bukan berbentuk lingkaran sempurna seperti yang diyakini sebelumnya.

Elips sendiri adalah sebuah bentuk geometris seperti lingkaran yang "tertarik" atau "dipipihkan" pada dua titik fokus.

Hukum ini lebih lanjut menyatakan bahwa Matahari tidak terletak tepat di tengah elips, melainkan berada di salah satu dari dua titik fokus tersebut. Implikasinya, jarak antara sebuah planet dan Matahari tidaklah konstan sepanjang orbitnya.

Ada saat ketika planet berada paling dekat dengan Matahari (perihelion) dan saat ketika planet berada paling jauh dari Matahari (aphelion).

Penemuan ini didasarkan pada analisis matematis yang cermat terhadap data observasi astronomi yang sangat akurat, terutama data yang dikumpulkan oleh Tycho Brahe.

Kepler menyadari bahwa model orbit lingkaran tidak dapat sepenuhnya menjelaskan pergerakan planet Mars, yang kemudian membawanya pada konsep orbit elips ini.

2. Hukum Kepler II: kecepatan orbit planet yang berubah-ubah

Hukum kedua Kepler memberikan wawasan tentang kecepatan orbit sebuah planet saat bergerak mengelilingi Matahari. Hukum ini menyatakan bahwa jika kita membayangkan sebuah garis lurus yang menghubungkan Matahari dengan sebuah planet, garis khayal ini akan menyapu area yang sama luasnya dalam interval waktu yang sama.

Ini berarti bahwa ketika sebuah planet berada dekat dengan Matahari (di sekitar perihelion), ia bergerak lebih cepat dalam orbitnya. Sebaliknya, ketika planet berada jauh dari Matahari (di sekitar aphelion), ia bergerak lebih lambat.

Fenomena ini merupakan konsekuensi dari kekekalan momentum sudut. Gaya gravitasi antara Matahari dan planet adalah gaya sentral, yang berarti torsi yang bekerja pada planet relatif terhadap Matahari adalah nol. Akibatnya, momentum sudut planet tetap konstan.

Karena momentum sudut sebanding dengan kecepatan dan jarak dari pusat rotasi, ketika jarak berkurang (mendekati Matahari), kecepatan harus meningkat untuk menjaga momentum sudut tetap konstan, dan sebaliknya.

Hukum kedua ini menjelaskan mengapa kecepatan planet tidak konstan sepanjang orbitnya, dan memberikan cara matematis untuk memahami variasi kecepatan tersebut.

3. Hukum Kepler III: hubungan antara periode orbit dan jarak rata-rata

Hukum ketiga Kepler mengungkapkan adanya hubungan matematis yang mendasar antara periode revolusi sebuah planet (waktu yang dibutuhkan untuk satu kali mengorbit Matahari) dengan ukuran orbitnya.

Secara spesifik, hukum ini menyatakan bahwa kuadrat dari periode revolusi sebuah planet (T²) berbanding lurus dengan pangkat tiga dari sumbu semi-mayor (a³) dari lintasan elipsnya.

Sumbu semi-mayor pada dasarnya adalah jari-jari "rata-rata" dari elips, atau setengah dari diameter terpanjang elips.

Implikasi dari hukum ketiga ini sangat signifikan. Planet yang orbitnya lebih besar (lebih jauh dari Matahari) akan memiliki periode revolusi yang lebih lama (membutuhkan waktu lebih lama untuk menyelesaikan satu putaran mengelilingi Matahari).

Sebaliknya, planet yang orbitnya lebih kecil (lebih dekat ke Matahari) akan memiliki periode revolusi yang lebih pendek.

Mengapa planet mengorbit Matahari?

Sebenarnya, planet mengitari Matahari berkat adanya gaya gravitasi. Namun, bukan berarti gravitasi Matahari lebih kuat dari planet mana pun, justru, massanya jauh lebih besar, sehingga ia mampu menarik dengan gaya gravitasi yang lebih dahsyat.

Ketika planet-planet terbentuk, mereka sudah memiliki kecepatan awal yang saat berpadu dengan tarikan gravitasi Matahari, menghasilkan orbit berbentuk elips sesuai dengan hukum Kepler tentang gerak planet.

Mereka tidak jatuh ke Matahari karena kecepatan mereka cukup tinggi untuk terus-menerus "meleset" darinya.

Lalu, bayangkan kamu melempar batu dari menara. Batu itu memiliki kecepatan awal ke depan yang mendorongnya secara horizontal, sedangkan gravitasi Bumi menariknya ke bawah.

Jika dilempar dengan kecepatan yang cukup tinggi, momentum ke depan batu akan mengimbangi tarikan gravitasi. Begini penjelasannya:

• Gravitasi terus-menerus menarik batu menuju pusat Bumi, melengkungkan lintasannya ke bawah.
• Kecepatan awal batu mendorongnya ke depan, mencoba membuatnya bergerak dalam garis lurus.
• Permukaan Bumi melengkung menjauhi batu saat ia bergerak maju. Jadi, sementara gravitasi menariknya ke bawah, tanah juga seolah "menjauh" darinya.

Hasilnya, batu tersebut berada dalam keadaan "jatuh bebas" abadi mengelilingi Bumi. Ia tidak pernah menyentuh tanah karena kecepatan ke depannya memastikan bahwa saat ia jatuh, permukaan Bumi melengkung menjauh dengan kecepatan yang sama.

Keseimbangan antara daya tarik gravitasi dan momentum ke depan inilah yang menjaga batu (atau satelit, atau planet) tetap berada di orbit.

Ia selalu ditarik menuju Bumi, tetapi kecepatan horizontal mencegahnya untuk benar-benar mencapai Bumi. Ibaratnya, batu itu terus-menerus "meleset" dari Bumi saat ia jatuh, menciptakan orbit yang stabil.

Kecepatan yang memungkinkan planet-planet mengorbit Matahari berasal dari pembentukan tata surya. Pada masa itu, materi dengan momentum sudut yang lebih rendah menjadi bagian dari Matahari, sementara materi yang berputar lebih cepat terlempar keluar.

Sisa materi kemudian menyatu membentuk planet-planet, mempertahankan kecepatan yang cukup untuk menjaga orbit yang stabil.

Matahari dan planet-planet memiliki arah rotasi yang sama karena mereka berasal dari awan nebula berputar yang sama. Saat awan itu menyusut karena gravitasi, ia berputar semakin cepat karena kekekalan momentum sudut.

Hal ini menyebabkan terbentuknya piringan datar, yang menjadi alasan mengapa planet-planet mengorbit dalam bidang yang relatif datar yang disebut ekliptika.

Dalam sistem sederhana tanpa benda langit besar lainnya, sebuah planet akan memiliki orbit berbentuk lingkaran. Namun, efek gravitasi dari planet-planet lain, terutama raksasa gas seperti Jupiter, menyebabkan orbit menyimpang menjadi bentuk elips.

Demikian penjelasan tentang cara planet mengorbit Matahari dalam sistem tata surya ini. Semoga bermanfaat dan selamat belajar!

(gas/juh)

[Gambas:Video CNN]