1
Fasa Bulan
Penampakan wajah Bulan di langit berubah setiap hari, kadang-kadang Bulan nampak pada siang hari dan kadang-kadang nampak sore atau malam hari. Bentuk wajah Bulan ada yang berbentuk sabit yang tampak pada sore hari atau ada yang tampak pada pagi hari. Mungkin juga ada yang pernah melihat bentuk Bulan separuh pada siang dan sore hari menjelang Matahari terbenam atau Bulan separuh pada pagi hari ketika Matahari baru terbit. Bentuk-bentuk wajah Bulan tersebut dinamakan fasa Bulan. Fasa Bulan dimulai dari fasa Bulan Mati, wajah Bulan praktis tidak nampak di langit, kemudian menjadi Bulan Sabit kecil yang membesar, Bulan setengah atau kuartir awal (kuartir pertama), Bulan Purnama, kemudian berubah menjadi setengah lagi atau kuartir akhir dan mengecil menjadi sabit tipis dan kembali membentuk Bulan Baru atau fasa Bulan Mati berikutnya. Fasa Bulan Mati tersebut dalam astronomi dinamakan konjungsi atau juga disebut ijtimak. Perubahan-perubahan tersebut dapat kita amati di langit dengan mata telanjang dan relatif aman.
Untuk memahami fasa Bulan kita perlu mengetahui sistem Bumi-Bulan dan Matahari. Melalui telaah fenomena fasa Bulan ini diharapkan dapat menjadi proses untuk mengembangkan kemampuan berfikir manusia sejak dini, semenjak usia muda sebagai siswa. Fenomena langit fasa Bulan juga dapat dimanfaatkan untuk berlatih membangun sikap sebagai peneliti, dengan melakukan pengamatan fasa – fasa Bulan, diharapkan kita dapat melihat keteraturan alam dan pemanfatannya. Bersama Matahari, Bulan mempunyai pengaruh langsung terhadap kehidupan di planet Bumi. Oleh karena itu sebaiknya kedua benda langit itu menjadi bagian pengetahuan umum bagi penduduk di planet Bumi. Selanjutnya akan dibahas konsep dasar pembentukkan fasa-fasa Bulan dengan harapan bermanfaat sebagai perluasan wawasan materi ajar.
I. Pendahuluan
2
Topik materi “mengenal fasa-fasa bulan” diharapkan bisa memenuhi harapan menanamkan pengertian IPA yang lebih memuaskan.
Dalam mata pelajaran SMP/SMA siswa dikenalkan pada materi tatasurya. Bulan merupakan salah satu objek langit yang sangat mudah dikenali manusia setelah Matahari. Fakta yang bisa diungkapkan bahwa Bulan merupakan objek langit yang paling dekat dengan Bumi dengan jarak rata-rata Bumi-Bulan 384400 km. Hasil pengamatan dan pengukuran menunjukkan bahwa Bulan memiliki diameter sudut sekitar 30’ (tiga puluh menit busur) dan diameter linier sekitar 3479 km. Hubungan diameter sudut dan diameter linier dibahas lebih detail dalam topik lain (BAB lain??).
Fakta lainnya (hasil pengamatan dan pengukuran) adalah penampakan Bulan berubah setiap harinya seiring perubahan luas daerah Bulan yang bercahaya yang teramati dari Bumi. Fraksi iluminasi, istilah yang dipergunakan untuk menandai perubahan penampakan Bulan. Fraksi iluminasi adalah perbandingan luas daerah Bulan yang bercahaya dengan luas bundaran Bulan yang menghadap ke Bumi.
Gambar 1. Skema fasa Bulan: fasa Bulan Baru (fraksi iluminasi 0% dan sudut elongasi 0o), fasa Bulan Kuartir Awal (fraksi iluminasi 50% dan sudut elongasi 90o), fasa Bulan Purnama (fraksi iluminasi 100% dan sudut elongasi 180o), fasa Bulan Kuartir Akhir (fraksi iluminasi 50% dan sudut elongasi 90o). Lingkaran hitam menandakan daerah Bulan yang tidak tampak, sedangkan lingkaran putih menandakan daerah Bulan yang tampak.
3
Bulan Purnama dan fraksi iluminasi akan berkurang kembali menjadi 50% dan 0% melalui fasa Kuartir akhir dan Bulan Mati atau konjungsi. Proses tersebut terjadi secara berkala dan teratur setiap bulannya. Proses perubahan penampakan Bulan tersebut disebut fasa-fasa Bulan. Skema sederhana tentang fasa Bulan dapat dilihat pada gambar 1.
Dalam satu Bulan, waktu penampakan Bulan di langit siang atau di langit malam bisa berbeda-beda tergantung pada fasa Bulan yang sedang terjadi. Bulan dapat diamati pada langit sore hari ketika fasa Bulan sabit dekat dengan fasa Bulan Baru. Lain halnya ketika Bulan Purnama diamati oleh pengamat di ekuator, Bulan Purnama hanya dapat diamati pada malam hari, menjelang/sejak terbenam Matahari hingga terbit Matahari. Kita bisa melihat Bulan di langit pada pagi hari setelah Matahari terbit untuk fasa Bulan tua, fasa Kuartir Akhir dan saat sabit Bulan mulai kembali mengecil menuju Bulan Mati.
Tabel 1: Fasa Bulan dan kedudukan Matahari. Kolom 1 merupakan fasa-fasa Bulan utama, kolom 2 dan kolom 3 merupakan waktu terbit dan terbenam fasa Bulan berkaitan dengan kedudukan Matahari.
Fasa Bulan Waktu Terbit Waktu Terbenam kolom 3 merupakan waktu tebit fasa Bulan berkaitan dengan jam Matahari rata-rata.
Fasa Bulan Waktu Terbit Waktu Terbenam
Bulan Baru 06:00 18:00
Kuartir Awal 12:00 24:00
Bulan Purnama 18:00 06:00
Kuartir Akhir 24:00 12:00
4
bersamaan dengan waktu Matahari terbit. Fasa Bulan Kuartir Akhir terbit di arah Timur sekitar jam 24:00 malam (tengah malam) dan terbenam di arah Barat sekitar jam 12:00 siang (tengah tengah). Kedudukan Bulan pada fasa Bulan utama dibandingkan dengan kedudukan Matahari setiap hari dapat dirangkum dalam tabel 1 dan waktu terbit dan terbenam Bulan sesuai dengan fasanya diperlihatkan dalam tabel 2.
II. Besaran Fisis Bulan
Jarak rata-rata Bumi-Bulan 384400 km yang bervariasi dari 356400 km sampai 406700 km. Adanya variasi jarak Bulan tersebut disebabkan orbit Bulan mengelilingi Bumi berbentuk ellips sehingga Bulan akan mencapai jarak terdekat (perigee) dan jarak terjauh (apogee) ketika bergerak mengelilingi Bumi. Jarak titik apogee Bulan adalah 356400 km dan dan jarak titik perigee Bulan adalah 406700 km.
Gambar 2. Menentukan diameter linier Bulan. merupakan diameter sudut Bulan, r merupakan jarak Bumi-Bulan rata-rata, dan d merupakan dimeter linier Bulan dari sisi A ke sisi B.
Bulan memiliki diameter yang hampir sama dengan diameter Matahari, sekitar 30’ (tiga puluh menit busur) atau 0,5o (setengah derajat busur). Dari diameter sudut Bulan dan informasi jarak, kita dapat menentukan besarnya diameter linier Bulan dengan cara:
tan = − − =
tan 0,5 = , = tan 0,5
5
= 3354,6
Dengan cara mengasumsikan diameter sudut ( ) sangat kecil, diameter linier Bulan (d) sebanding dengan panjang busur AB. Perbandingan diameter linier dengan keliling lingkaran dengan jari-jari r akan sebanding dengan perbandingan diameter sudut dengan 360o, lihat gambar 2, sehingga:
2$ = 360%
= 2$ 3600,5%%
= 3354,5
Walaupun hasilnya berbeda dengan besar diameter linier yang disebutkan sebelumnya, sebesar 3479 km, hal tersebut sangat wajar karena kita menggunakan besaran rata-rata untuk diameter sudut dan jaraknya.
Massa Bulan diperkirakan sekitar 1/81 massa Bumi. Dengan adanya perbandingan massa Bumi-Bulan, dapat ditentukan titik pusat massa Bumi-Bulan dengan konsep titik berat massa seperti pada gambar 3, sehingga:
& &= ' '
Titik pusat massa Bumi-Bulan berjarak sekitar 4667 km dari pusat Bumi (d1) dan berjarak sekitar 379718 km dari pusat Bulan (d2).
Gambar 3. Titik pusat massa Bumi-Bulan, m1 merupakan massa Bumi, m2 merupakan massa Bulan, d1 merupakan jarak titik pusat massa Bumi-Bulan dari pusat Bumi, dan d2 merupakan
6
III. Periode Bulan mengelilingi Bumi
Bulan mengelilingi Bumi dalam lintasan berbentuk ellips dengan eksentrisitas rata-rata 0,05490 (bervariasi dari 0,044 sampai 0,067). Eksentrisitas merupakan indikator kelonjongan suatu ellips, lingkaran memiliki eksentrisitas 0,0 (nol). Lintasan orbit Bulan yang berbentuk ellips menyebabkan Bulan akan memiliki jarak terdekat (perigee) dan jarak terjauh (apogee) dari Bumi. Perbedaan Bulan saat di perigee dan apogee berpengaruh terhadap diameter sudut Bulan yang terjadi saat kejadian tersebut (gambar 4).
Gambar 4. Perbedaan diameter sudut Bulan pada saat di titik Apogee (kiri) dan titik Perigee (kanan) (Anthony Ayiomamitis, Full Moon at Perigee and Apogee,
http://www.perseus.gr/Images/lunar-apogee-perigee-2010.jpg).
Bulan beredar mengelilingi Bumi ke arah timur, artinya apabila seorang pengamat dari kutub Utara ekliptika akan melihat Bulan bergerak berlawanan dengan arah putaran jarum jam (lihat gambar 1). Gerak Bulan mengelilingi Bumi satu edar penuh disebut gerak revolusi Bulan. Arah gerak revolusi Bulan searah dengan arah rotasi Bumi.
7
Periode sideris menggambarkan gerak Bulan setiap harinya. Setiap hari Bulan akan menempuh sudut sebesar:
360%
27,321661 = 13,%17667728 ~ 13%) ℎ
+36013%%, 24 = 52 - ) ℎ
Arah gerak revolusi Bulan searah dengan arah rotasi Bumi (kearah timur). Oleh karena itu, Bulan setiap hari terbit terlambat sekita 52 menit dari hari sebelumnya. Misalnya hari ini Bulan terbit ditempat pengamat pada jam 19:00 WIB, esok harinya Bulan akan terbit pada jam 19:52 WIB, dan seterusnya.
Gambar 5. Skema periode sideris Bulan ketika Bulan bergerak dari posisi 1 ke posisi 2, dan periode sinodis Bulan ketika Bulan bergerak dari posisi 1 ke posisi 3.
8
Bulan yang menghadap ke Bumi). Fenomena liberasi ini disebabkan oleh kecepatan Bulan yang tidak konstan ketika bergerak dalam orbit yang berbentuk ellips.
Periode lainnya yaitu periode nodikal yang merupakan periode Bulan dari titik simpul naik orbit Bulan (Bulan dari selatan ekliptika ke arah utara ekliptika) ke titik simpul naik orbit Bulan berikutnya secara berurutan, dan periode anomalistik yang merupakan periode Bulan dari titik perigee Bulan ke titik perigee Bulan berikutnya secara berurutan. Periode nodikal rata-rata adalah 27,212220 hari, dan periode anomalistik rata-rata adalah 27,554551 hari.
IV. Kedudukan Bulan dalam Bola Langit
Untuk menggambarkan kedudukan benda langit digunakan istilah bola langit. Bola langit adalah bola dengan radius yang sangat besar dengan Bumi sebagai pusat dan kedudukan benda langit lainnya dianggap menempel pada permukaan bola langit. Dalam bola langit jarak linier tidak diperhitungkan, yang diperhitungkan adalah jarak sudut dari setiap benda langit. Contoh bola langit untuk menggambarkan orbit Bulan dapat dilihat pada gambar 6.
9
Bidang ekliptika adalah bidang orbit Bumi mengelilingi Matahari (revolusi Bumi) sedangkan bidang ekuator langit merupakan perluasan dari ekuator Bumi. Pada bola langit Bumi dianggap diam dan Matahari dianggap bergerak mengelilingi Bumi. Bidang ekliptika miring 23,5o terhadap bidang ekuator langit sehingga bidang ekliptika memiliki titik ekstrim deklinasi +23,5o dan -23,5o yang merupakan titik ekstrim dari deklinasi Matahari. Kutub-kutub pada bidang ekliptika adalah kutub utara ekliptika (KUE) dan kutub selatan ekliptika (KSE). Kutub-kutub ekliptika memiliki jarak sudut 90o dari bidang ekliptika.
Bulan bergerak mengelilingi Bumi dalam bidang orbit Bulan (lihat Gambar 6). Bidang orbit Bulan memiliki kemiringan 5o (sekitar 10 kali diameter Bulan) dari bidang ekliptika. Adanya kemiringan 5o menyebabkan tidak terjadinya gerhana (Gambar 7) untuk setiap momen Bulan Baru dan Bulan Purnama. Adanya kemiringan 5o juga menyebabkan Bulan menyapu daerah langit dari deklinasi +28,5o (titik A Gambar 6) sampai -28,5o (titik C Gambar 6). Titik lainnya pada bidang orbit Bulan adalah titik simpul naik/ascending node (titik D) dan titik simpul turun/descending node (titik B).
Gambar 7. Kemiringan orbit Bulan terhadap bidang ekliptika (sekitar 10 kali diameter Bulan) mengakibatkan tidak terjadinya gerhana setiap Bulan Baru dan Purnama.
V. Pembentukan Sabit Bulan
Secara skematik, luas sabit Bulan bergantung pada konfigurasi Matahari, Bulan, dan Bumi. Bola Bulan pada Gambar 8 memperlihatkan proyeksi sabit Bulan ADHCA yang bisa dilihat dari Bumi
[6]
. Sudut SPE merupakan sudut fasa d, jarak sudut Bumi-Matahari dilihat dari titik P. Sudut elongasi e, jarak sudut Bulan-Matahari dilihat dari Bumi.
10
Gambar 8. Pembentukkan sabit Bulan[6].
. = 12 $ '−1
2 $ /0
/0 = / cos ∆./
∆./ = 180%−
∆5/ = 90%, / =
/0 = cos 180%− = − cos
. =12 $ '−1
2 $ − cos
. =12 $ ' 1 + cos
Fraksi iluminasi Bulan (F) adalah:
11
Gambar 9. Gambar hubungan sudut elongasi (e) dengan dengan sudut fasa (d)
Dari gambar 9 diperoleh hubungan:
e = 180o - d atau d = 180o – e
Tabel 3. Tabel hubungan sudut elongasi e, sudut fasa d, luas sabit Bulan A, dan fraksi iluminasi F untuk setiap fasa Bulan.
Fasa Bulan e d A F
(o)
Bulan Baru 0 180 0 0 Kuartir Awal 90 90 ½ r2 ½
Purnama 180 0 r2 1 Kuartir Akhir 90 90 ½ r2 ½
12
VI. Fasa-fasa Bulan tahun 2011 - 2020
15
Melalui soal latihan ini diharapkan dapat diukur seberapa jauh penguasaan pengetahuan fasa Bulan oleh siswa terhadap teori dan penggunaannya dalam kehidupan sehari – hari. Selain itu soal – soal latihan ini diharapkan dapat menarik sehingga bisa menggerakkan daya fikir siswa dan memberikan stimulan bagi siswa dan sekaligus membuka wawasan sains bagi siswa dan meningkatkan pembelajaran guru kepada siswa untuk membentuk proses berfikir kualitatif dan kuantitatif; yang mudah diamati/dibayangkan dan abstraksi yang lebih sulit.
Contoh soal:
16
dilihat siswa tersebut di langit (Utara, Selatan, Barat atau Timur) dan kemungkinan fasa apa yang terjadi?
2. Orbit Bulan memotong ekliptika sebanyak:
a) dua kali dalam sebulan,
b) tidak berpotongan kecuali saat musim gerhana, c) dua kali dalam setahun,
d) kurang 15 kali dalam setahun, e) hanya saat bulan purnama. [Jawaban: a]
3. Titik terbenam Bulan bagi pengamat di ekuator
a) bisa berada di selatan Matahari walaupun Matahari berada di titik paling selatan, b) selalu di utara titik terbenam Matahari saat berada di titik paling selatan,
c) maksimal berada pada titik terbenam Matahari saat berada di titik paling selatan, d) titik terbenam Bulan dalam kawasan 5 derajat di sekitar titik Barat,
e) titik terbenam Bulan sama dengan titik terbenam titik Aries. [Jawaban: a]
4. Deklinasi maksimum dan minimum Bulan bisa dicapai
a) setiap bulan, b) setiap tahun, c) setiap 7,5 tahun, d) setiap 19 tahun, e) setiap 100 tahun. [Jawaban: d]
5. Deklinasi maksimum Bulan sekitar
a) 5 derajat, b) 23,5 derajat, c) 28,5 derajat, d) 11 derajat, e) 0 derajat. [Jawaban: c]
6. Kemiringan bidang orbit Bulan terhadap Ekliptika sekitar
17 c) 5 derajat,
d) 11 derajat, e) 0 derajat. [Jawaban: c]
7. Pada saat Bulan mencapai deklinasi maksimum dan minimum
a) tidak mungkin terjadi gerhana Bulan, b) tidak mungkin terjadi gerhana Matahari,
c) bisa terjadi gerhana Bulan dan gerhana Matahari, d) tidak mungkin terjadi gerhana Bulan dan Matahari, e) hanya terjadi gerhana bila deklinasi Bulan minimum. [Jawaban: c]
8. Diketahui bahwa fasa bulan purnama pada saat gerhana bulan penumbra 24 April 2005 berlangsung pada jam 17:07:33 WIB. Fasa bulan purnama itu akan berlangsung pada sekitar tanggal 24 April lagi pada tahun
a) tahun depan, b) tahun 2024, c) tahun 2008, d) tahun 2010,
e) tidak mungkin terjadi pada tanggal yang sama lagi. [Jawaban: b]
9. Fasa bulan purnama dalam satu bulan penanggalan Masehi
a) bisa terjadi tiga kali, b) hanya sekali saja,
c) ada kemungkinan tidak terjadi bulan purnama pada bulan Februari, d) ada kemungkinan terjadi dua bulan purnama pada bulan Februari, e) a, b, c, dan d benar.
[Jawaban: c ]
10. Tom pengamat bulan purnama 30 tahun terakhir sebelum meninggal pada usianya ke 60, yaitu antara tahun 1970 hingga tahun 2000.
a) Tom paling banyak mengamati 1000 bulan purnama,
b) Tom kemungkinan mengamati 12 hingga 13 bulan purnama pada tanggal dan bulan bersamaan,
18 d) Tom melihat gerhana bulan lebih dari 10 kali, e) Tom tidak melihat gerhana bulan sama sekali. [Jawaban: b]
11. Moonsi melihat bulan 3 hari sebelum lebaran Idul Fitri
a) Moonsi melihat pagi hari, b) Moonsi melihat sore hari, c) Moonsi melihat tengah malam, d) Moonsi melihat siang hari,
e) pengamatan Moonsi tidak mungkin terjadi. [Jawaban: a]
VIII. PENUTUP
Bagi siswa/siswi di Indonesia memperoleh kesempatan luas untuk melihat semua fenomena fasa Bulan. Mengenalkan fasa – fasa bulan untuk siswa sangat memungkinkan diberikan kepada siswa SMU/MA seperti yang diuraikan di atas. Materi pembelajaran tentang fasa – fasa Bulan ini akan sangat bermanfaat dalam mengajarkan sains IPA dan sains pengamatan bagi siswa – siswa Indonesia. Apalagi bila didukung dengan peralatan teropong untuk Bulan misalnya, lebih banyak lagi kegiatan ”penelitian kecil” yang bisa dilakukan oleh siswa/siswi. Diharapkan materi khusus semacam itu akan bisa memperbaiki kualitas dan peringkat siswa Indonesia dalam penguasaan mata pelajaran IPBA/IPA. Selamat mencoba.
IX. Daftar Pustaka
[1] Anonym, Naskah Akademik Kajian Kebijakan Kurikulum Mata Pelajaran IPA, Jakarta: Pusat Kurikulum Badan Penelitian dan Pengembangan, Departemen Pendidikan Nasional 2007 (2007) [2] Jean Meeus, Astronomical Algorithms, Richmond, Virginia 23235: Willmann-Bell, Inc., p 315 - 30 (1998)
[3] Pananides, Nicholas A. & Arny, Thomas, Introductory Astronomy: Second Edition, Addison-Wesley Publishing Company. (1979)
[4] M. Raharto, Review: Model Materi Tentang Pengetahuan Satuan Sudut:Derajat dan Radian dan Penggunaannya Dalam Memahami
Ukuran Fisik dan Jarak Benda Langit, JPFSM vol. 1 no. 1, p. 1-5 (2009).
[5] N. Sopwan, Karakteristik Hilal Metonik dekat Equinox, Solstice, Perihelion dan Aphelion, Bandung: Skripsi Prodi Astronomi FMIPA ITB (2008)
[6] W.M. Smart, Spherical Astronomy, London: Cambridge Univ. Press, pp 195-224 (1980). [7] Anthony Ayiomamitis, Full Moon at Perigee and Apogee,
![Gambar 8. Pembentukkan sabit Bulan[6].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/1559029.1064595/10.612.191.422.69.316/gambar-pembentukkan-sabit-bulan.webp)
