Dunia Tidaklah Berputar Mengelilingimu: Sebuah Pengenalan tentang Sistem Gerak Planet di Tata Surya
“… all the moons and planets and stars have such a simple rule to govern them …” -Ahli fisika teoritis Richard Feynman
Minggu demi minggu, ketika Bumi bergerak mengitari Matahari, planet-planet akan tampak bergerak ke arah yang sama terhadap Matahari, yaitu dari barat ke timur (berlawanan arah jarum jam), berbeda dengan gerak harian Matahari dan planet-planet yang bergerak dari timur ke barat akibat rotasi Bumi. Namun, pada periode tertentu, sebuah planet akan tampak bergerak mundur dari timur ke barat, dikenal sebagai gerakan retrograde. Planet akan tampak bergerak melambat, kemudian mundur, dan akhirnya kembali melanjutkan lintasannya. Mengapa pergerakan objek-objek langit tampak tidak sesederhana seperti apa yang dinyatakan Feynman?
Bermula dengan Model Geosentris
Menatap langit malam dari titik acuan yang terasa tetap melahirkan sebuah gagasan mengenai model alam semesta bersifat geosentris. Dahulu, pandangan ini merupakan satu-satunya perspektif manusia terhadap alam semesta. Sekitar 18 abad yang lalu, Eudoxus, salah satu murid filsuf Yunani Plato, merupakan orang pertama yang mengusulkan model alam semesta bersifat geosentris. Model geosentris menyatakan bahwa Bumi adalah pusat dari alam semesta dan bersifat diam dengan Matahari, Bulan, planet, dan bintang berputar mengelilinginya dengan kecepatan yang sama dalam orbit lingkaran sempurna. Ilmuwan dan filsuf Yunani Aristoteles kemudian membuat model geosentris yang lebih rinci, hingga akhirnya astronom Mesir Claudius Ptolemeus menyempurnakan model geosentris tersebut dalam risalahnya yang berjudul Almagest. Model geosentris ini kemudian dikenal sebagai sistem Ptolemeus dan menjadi pandangan terhadap kosmos yang paling diterima selama hampir 1.500 tahun.
Banyak Hal Menjadi Terlalu Rumit: Lahirnya Model Heliosentris
Pergerakan planet-planet yang tampak rumit dijelaskan oleh sistem Ptolemeus dengan mekanisme yang juga tidak begitu “sederhana”. Menurut sistem Ptolemeus, planet-planet bergerak dalam lingkaran kecil, dikenal sebagai epicycle. Epicycle kemudian bergerak mengitari Bumi dalam lingkaran yang lebih besar, dikenal sebagai deferent. Hal ini menjelaskan mekanisme gerak retrograde planet dengan tetap menjaga gerak planet dalam orbit lingkaran yang mengelilingi Bumi. Nicholas Copernicus kemudian menantang model geosentris dengan mengusulkan perspektif yang berbeda terhadap alam semesta. Model heliosentris yang diusulkan Copernicus menyatakan bahwa planet-planet bergerak mengelilingi Matahari dalam orbit yang melingkar sempurna. Menurut model heliosentris, gerak retrograde planet hanyalah ilusi yang disebabkan akibat Bumi “menyusul” planet lain saat mengorbit Matahari. Gagasan yang lebih rumit mengenai epicycle dan deferent pun tidak lagi diperlukan pada model ini.
Solusi Akhir yang Akurat: Model Matematika Kepler
Model heliosentris Copernicus belum dapat sepenuhnya menjelaskan gerakan planet-planet. Astronom Denmark Tycho Brahe telah melakukan pengamatan yang sangat akurat terhadap planet-planet tanpa bantuan teleskop. Tycho sebenarnya memiliki pandangan tersendiri terhadap Tata Surya. Hal tersebut didasarkan pada sistem Ptolemeus yang dimodifikasi, yaitu planet-planet mengorbit Matahari dan kemudian mengorbit Bumi. Setelah Tycho meninggal pada 1601, asistennya, Johannes Kepler mewarisi data hasil pengamatannya. Kepler kemudian berhasil membangun model matematika dan menemukan bahwa orbit planet bukanlah lingkaran sempurna, melainkan lingkaran memanjang atau pipih yang disebut elips. Pernyataan tersebut kemudian dikenal sebagai hukum pertama Kepler. Kepler juga berhasil merumuskan bahwa planet-planet bergerak lebih cepat secara proporsional dalam orbitnya ketika posisinya lebih dekat dengan Matahari yang sekarang dikenal sebagai hukum kedua Kepler. Ia kemudian dapat menjelaskan hubungan antara jarak sebuah planet dari Matahari dan jumlah waktu yang dibutuhkan untuk mengorbit Matahari, dikenal sebagai hukum ketiga Kepler.
Peran Luar Biasa terhadap Pengembangan Teori Gravitasi
Tiga hukum Kepler yang menjelaskan pergerakan planet-planet di Tata Surya memberikan petunjuk dan batu loncatan bagi pengembangan teori gravitasi, bahkan ketika Kepler sendiri tidak mengetahui tentang teori gravitasi itu sendiri. Delapan puluh tahun setelah Kepler menemukan orbit elips, Newton mempublikasikan teori gravitasinya di bukunya, yaitu Principia. Kini, teori gravitasi universal Newton menjadi dasar sebagian besar pengukuran terhadap objek-objek ruang angkasa, mulai dari penentuan massa bulan yang mengorbit planet, massa bintang yang mengorbit bintang lainnya, bahkan massa lubang hitam serta massa eksoplanet, hingga penemuan dark matter! Stephen Hawking menyatakan, “It was Kepler’s third law, not an apple, that led Isaac Newton to discover the law of gravitation.”
Dari model heliosentris Copernicus hingga data pengamatan Tycho, Kepler berhasil merumuskan hukum sistem gerak planet Tata Surya di tengah perdebatan dan pengetahuan yang tidak lengkap pada zamannya. Hukum Kepler berhasil menjelaskan pergerakan planet-planet Tata Surya yang ternyata memiliki mekanisme sederhana–tidak seperti pandangan yang sebelumnya diterima hampir 1.500 tahun. Melanjutkan dari Feynman, “… and further that man could understand it and deduce how the planets should move! This is the reason for the success of the sciences in following years, for it gave hope that the other phenomena of the world might also have such beautifully simple laws.”
Penulis: Karyssa Tetiani Agusta (10322050)
Penyunting: M. Khawariz Andaristiyan (10321005)
Referensi:
Britannica. (n.d). Study how Ptolemy tried to use deferents and epicycles to explain retrograde motion. Britannica Video. https://www.britannica.com/video/23882/Ptolemy-theory-solar-system.
Dobrijevic, D. (2021, 18 Desember). Geocentric model: The Earth-centered view of the universe. Space. https://www.space.com/geocentric-model#section-assumptions-of-the-geocentric-model.
Gregersen, E. (n.d). Understanding Kepler’s Laws of Planetary Motion. Britannica. https://www.britannica.com/story/understanding-keplers-laws-of-planetary-motion.
Gottlieb, M. & Pfeiffer, R. (2013). The Theory of Gravitation. California Institute of Technology. https://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_07.html.
NASA. (2024, 2 Mei). Orbits and Kepler’s Laws. https://science.nasa.gov/solar-system/orbits-and-keplers-laws/.
StarWalk. (2024, 24 Juni). Retrograde motion explained: what is retrograde motion in astronomy. https://starwalk.space/en/news/what-is-retrograde-motion.
Sun, A. (2024, 16 Maret). Why aren’t all orbits circular?. Live Science. https://www.livescience.com/space/astronomy/why-arent-all-orbits-circular.
