Gerhana matahari

Jalur yang dilewati gerhana matahari

Dalam gerhana sentral, bayangan sentral bulan (umbra untuk gerhana total atau antumbra pada gerhana cincin) bergerak dengan cepat dari barat ke timur di permukaan bumi. Bumi juga berputar dari barat ke timur, dengan kecepatan 28 km/menit di khatulistiwa, tetapi revolusi bulan lebih cepat yaitu 61 km/menit sehingga gerakan bayangan bulan hampir selalu mendekati arah barat–timur dengan kecepatan relatif sebesar selisih antara kecepatan orbit bulan dikurangi kecepatan rotasi bumi.
Jalur yang dilewati bayangan ini memiliki lebar yang tergantung pada jarak bulan dan matahari dari bumi. Jika bulan relatif dekat dengan bumi, umbranya dapat menutupi wilayah yang lebih besar sehingga jalur yang dilewati gerhana sentral dapat memiliki lebar hingga 267 km dan durasi melebihi 7 menit. Di luar jalur bayangan sentral ini, penumbra (yang menyebabkan gerhana sebagian) menutupi wilayah permukaan bumi yang jauh lebih besar. Umbra umumnya memiliki lebar 100 hingga 160 km, sedangkan penumbra dapat memiliki diameter melebihi 6400 km.

Frekuensi dan siklus

Gerhana matahari total adalah kejadian langka. Rata-rata, sebuah gerhana matahari total terjadi setiap 18 bulan sekali di suatu tempat di bumi, tetapi untuk tempat yang sama diperkirakan hanya terjadi rata-rata setiap 360 hingga 410 tahun. Gerhana matahari total hanya berlangsung paling lama beberapa menit di setiap lokasi, karena umbra bergerak ke timur melebihi 28 km/menit. Pada 1973, sekelompok pengamat di atas pesawat supersonik Concorde berhasil mengamati gerhana matahari total selama 74 menit dengan cara terbang dengan kecepatan 2.05 Mach searah jalur yang dilewati umbra.
Tanggal dan waktu terjadinya gerhana dapat diprediksi dengan perhitungan siklus gerhana. Saros adalah salah satu siklus gerhana yang paling dikenal dan paling akurat. Sebuah siklus panjang sekitar 6.585,3 hari (sekitar 18 tahun), dan dalam setiap siklus terjadi gerhana dengan jadwal yang hampir persis sama. Karena jumlah harinya tidak bulat, dalam siklus berikutnya posisi terjadinya gerhana akan bergeser sebesar 120° bujur ke arah barat. Posisi lintang juga akan bergeser sedikit (ke selatan dalam siklus bernomor ganjil dan ke utara dalam siklus bernomor genap). Terdapat banyak siklus saros yang aktif bersamaan dengan jadwal yang berbeda-beda, dan setiap siklus memiliki panjang 1226–1550 tahun dan terdiri dari 69–87 gerhana (40–60 di antaranya adalah gerhana sentral). Setiap siklus diawali dengan gerhana sebagian di dekat kawasan kutub, lalu bergeser perlahan-lahan diikuti serangkaian gerhana total atau cincin, dan berakhir di kutub yang berlawanan dengan gerhana sebagian.
Tiap tahun masehi memiliki dua hingga lima gerhana matahari, dan satu gerhana matahari terjadi setiap musim gerhana. Sejak dimulainya kalender Gregorius pada 1582, tahun dengan lima gerhana matahari terjadi pada 1693, 1758, 1805, 1823, 1870, dan 1935, dan selanjutnya akan terjadi pada 2206. Menurut perhitungan, hal ini akan terjadi lagi pada 2206. Rata-rata, terjadi 240 gerhana matahari dalam setiap abad.

Gerhana matahari total terakhir

Adanya gerhana matahari total dan cincin terjadi karena kondisi unik bumi yang memungkinkan bulan dapat seluruhnya menutupi matahari (gerhana total) dan juga dapat terlihat lebih kecil (gerhana cincin). Ratusan juta tahun yang lalu, bulan terletak jauh lebih dekat ke bumi. Alhasil, ketika itu bulan selalu dapat sepenuhnya menutupi matahari dan tidak pernah terjadi gerhana cincin. Karena orbit bulan bergerak menjauhi bumi (sekitar 3.8 cm setiap tahun), pada ratusan juta tahun yang akan datang bulan akan berada terlalu jauh dari bumi sehingga tidak dapat sepenuhnya menutupi matahari, dan gerhana matahari total tidak akan terjadi lagi. Hal ini juga dipercepat dengan semakin terangnya matahari sehingga akan tampak semakin besar. Terdapat perkiraan yang berbeda-beda mengenai waktu terjadinya gerhana matahari total terakhir, berkisar dari 650 juta hingga 1,4 miliar tahun yang akan datang.

Gerhana matahari dalam sejarah

Catatan sejarah mengenai gerhana matahari amat berguna untuk sejarawan, karena waktu terjadinya gerhana dapat dihitung dengan tepat sehingga bisa dihubungkan untuk menduga tanggal peristiwa-peristiwa lain maupun penanggalan kalender kuno. Contohnya, catatan Asiria menyebutkan sebuah gerhana matahari di Niniwe dalam sebuah peristiwa yang agaknya terjadi pada tahun ke-9 pemerintahan Ashur-dan III. Dengan perhitungan astronomi diketahui bahwa gerhana ini (kini disebut Gerhana Asyur) terjadi tepat pada 15 Juni 763 SM, sehingga memungkinkan penanggalan bukan hanya masa pemerintahan Ashur-dan III, tetapi juga interpolasi peristiwa-peristiwa lain di Asiria Kuno hingga 910 SM.
Selain itu, sekelompok peneliti Universitas Cambridge menduga bahwa Yosua 10:13 menyebutkan peristiwa gerhana matahari cincin pada 30 Oktober 1207 SM, dan menggunakannya untuk memperkirakan masa pemerintahan para Firaun Mesir Kuno. 4.000 tahun lalu, Raja Tiongkok Zhong Kang dilaporkan memenggal dua ahli falak yang gagal memprediksi gerhana matahari. Contoh penanggalan yang lebih spekulatif dilakukan oleh ahli arkeologi Bruce Masse, yang mengubungkan gerhana matahari pada 10 Mei 2807 SM dengan sebuah tubrukan meteor di Samudra Hindia, dengan alasan bahwa banyak mitos-mitos kuno yang menghubungkan gerhana matahari dengan peristiwa banjir.
Dalam sejarah, gerhana juga sering dianggap sebagai firasat atau pertanda. Sejarawan Yunani Kuno Herodotos menyebutkan bahwa Thales dari Miletos memprediksi sebuah gerhana yang terjadi saat pertempuran antara Bangsa Mede dan Bangsa Lydia. Kedua kubu langsung menghentikan pertempuran dan berdamai akibat gerhana ini. Gerhana ini banyak dipelajari ilmuwan kuno maupun modern, tetapi mereka masih belum sepakat mengenai gerhana yang cocok dengan peristiwa ini. Salah satu kemungkinan adalah gerhana pada 28 Mei 585 SM yang terjadi dekat Sungai Halys (kini Sungai Kızılırmak) di Asia Kecil. Herodotos juga menyebutkan terjadinya gerhana sebelum Kaisar Persia Xerxes I berangkat menyerang Yunani. Menurut sejarah tradisional, serangan Xerxes terjadi pada 480 SM, yang mungkin cocok dengan gerhana matahari cincin di Sardis, Asia Kecil pada 17 Februari 478 SM (diusulkan oleh John Russel Hind) atau sebuah gerhana matahari sebagian di Persia pada 2 Oktober 480 SM.. Herodotos juga melaporkan gerhana matahari di Sparta saat Invasi Persia kedua ke Yunani. Namun, tanggal gerhana di Sparta yang mendekati peristiwa ini (1 Agustus 477 SM) tidak cocok dengan tanggal invasi Persia yang diterima sejarawan. Ada juga upaya memperkirakan tanggal tepat Penyaliban Yesus (dan Jumat Agung) dengan mengasumsikan bahwa Kegelapan saat Penyaliban terjadi akibat gerhana matahari. Upaya ini umumnya menemui jalur buntu karena peristiwa tersebut terjadi pada Paskah Yahudi yang terjadi pada bulan purnama dan tidak memungkinkan gerhana matahari. Selain itu, Injil Lukas menyebutkan kegelapan tersebut berlangsung sekitar tiga jam, sedangkan gerhana matahari total tidak mungkin melebihi delapan menit.
Catatan gerhana di Tiongkok dimulai dari 720 SM. Ahli falak abad ke-4 SM Shi Shen menyebutkan prediksi gerhana menggunakan posisi relatif matahari dan bulan. Di belahan bumi barat, tidak banyak catatan gerhana yang ditulis sebelum 800 M, yaitu ketika ilmuwan Muslim dan biarawan-biarawan Kristen mulai melakukan pengamatan pada Abad Pertengahan Awal. Ahli falak Muslim Ibnu Yunus mencatat perhitungan jadwal gerhana sebagai salah satu dari banyak hal yang menghubungkan ilmu falak (astronomi) dengan syariah Islam, karena memungkinkan perkiraan waktu pelaksanaan salat kusuf. Catatan pengamatan korona matahari paling awal yang diketahui berasal dari Konstantinopel pada 968 M.
Gerhana matahari total pertama kali diamati melalui teleskop di Prancis pada 1706. Sembilan tahun kemudian, ahli astronomi Inggris Edmund Halley memprediksi dan mengamati gerhana matahari pada 3 Mei 1715. Berbagai pengamatan terhadap korona saat terjadi gerhana matahari dan meningkatkan pengetahuan komunitas ilmiah tentang matahari. Korona dikenali sebagai bagian atmosfer matahari pada 1842, dan gerhana matahari total 28 Juli 1851 diabadikan dengan foto daguerreotype untuk pertama kalinya. Analisis spektroskopi dilakukan pada gerhana matahari 18 Agustus 1868 dan berperan menghasilkan informasi mengenai komposisi kimia matahari.

Mengamati gerhana matahari

Mengamati fotosfer (bundaran terang matahari) secara langsung, bahkan hanya dalam beberapa detik, dapat mengakibatkan kerusakan permanen di retina mata karena kuatnya radiasi (tampak maupun tak tampak) yang dipancarkan fotosfer. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan penglihatan, bahkan hingga menyebabkan kebutaan. Karena retina tidak dapat merasakan nyeri, kerusakan retina dapat terjadi tanpa disadari.
Dalam kondisi normal, matahari begitu terang sehingga sangat sulit untuk menatap fotosfer secara langsung selama beberapa detik. Namun, saat gerhana, matahari tertutup oleh bulan sehingga lebih mudah dan lebih menarik untuk dilihat. Melihat ke arah matahari saat gerhana memiliki bahaya yang sama dengan kondisi normal, kecuali pada saat matahari tertutup sepenuhnya. Hal ini tidak terjadi pada gerhana sebagian dan gerhana cincin; pada gerhana total hal ini hanya terjadi pada waktu sangat singkat dan di luar waktu singkat tersebut matahari hanya tertutup sebagian. Melihat matahari, sekalipun dengan menggunakan peralatan seperti teropong, teleskop, dan kamera optis amat berbahaya dan dapat menyebabkan kerusakan mata permanen dalam kurang dari satu detik.

Mengamati gerhana sebagian dan gerhana cincin

Untuk menghindari kerusakan mata, pengamatan gerhana matahari sebagian dan cincin (termasuk gerhana sebagian yang terjadi sebelum dan sesudah gerhana total) membutuhkan alat pelindung mata atau metode pengamatan tidak langsung. Pelindung mata dilakukan dengan filter yang dirancang khusus untuk menghalangi radiasi berbahaya dari matahari. Kacamata hitam biasa atau alat-alat rumah biasanya tidak cukup untuk tujuan ini.
Cara yang lebih aman untuk mengamati gerhana adalah pengamatan tidak langsung. Hal ini dapat dilakukan dengan memproyeksikan citra matahari ke sebuah layar, misalnya sebuah kertas putih. Hal ini dapat dilakukan dengan menempatkan sepotong kardus dengan lubang kecil (berdiameter 1mm) di antara matahari dan layar, alat ini disebut kamera lubang jarum. Selain kamera lubang jarum, dapat digunakan teleskop kecil atau teropong yang dapat memperbesar proyeksi matahari di layar.

Mengamati gerhana matahari total

Ketika seluruh matahari tertutup oleh bulan dalam gerhana matahari total, gerhana dapat dilihat langsung tanpa risiko kerusakan penglihatan. Tetapi, keadaan ini hanya berlangsung beberapa menit dan didahului serta diakhiri gerhana sebagian yang tidak aman untuk dilihat langsung. Gerhana matahari total diawali dengan Efek Manik Baily, secercah sinar matahari terakhir yang tampak di bumi karena menembus lembah-lembah di permukaan bulan. Setelah itu, matahari terlihat begitu redup sehingga tidak bisa dilihat melalui filter. Korona matahari—yang biasanya terlalu redup untuk tampak dari bumi—menjadi terlihat. Kromosfer, tonjolan matahari, dan bahkan semburan matahari mungkin juga terlihat. Saat gerhana total berakhir, Efek Manik Baily terjadi lagi di sisi bulan yang berlawanan.

Fotografi

Gerhana dapat difoto dengan peralatan kamera sederhana, walaupun hasilnya akan sulit untuk sama dengan pemandangan gerhana sesungguhnya. Agar bundaran matahari dan bulan terlihat jelas, dibutuhkan lensa fokus panjang dengan pembesaran tinggi, dan agar bundaran tersebut terlihat besar di hasil foto, dibutuhkan lensa dengan panjang fokus hingga 500 mm. Melihat gerhana melalui jendela bidik optik di kamera dapat merusak mata seperti halnya melihat gerhana secara langsung. Menggunakan layar elektronik tidak berbahaya untuk mata, tetapi dapat merusak sensor kamera tertentu.

Pengejar gerhana

Terdapat komunitas yang gemar mengamati dan merasakan gerhana matahari serta sering bepergian untuk mengikuti tempat terjadinya fenomena tersebut, terutama gerhana matahari total. Seseorang yang demikian disebut umbrafil ("pencinta bayangan", dari kata umbra yang berarti bayangan dan digunakan untuk menamai bayangan bulan yang menyebabkan gerhana total). Mereka dapat mengetahui jadwal dan lokasi gerhana dari situs-situs internet dan melakukan penyelidikan untuk menemukan tempat yang tepat berdasarkan faktor seperti cuaca maupun politik setempat.

Teori relativitas dan gerhana 1919

Pengamatan dalam gerhana matahari total 29 Mei 1919 berperan membuktikan teori relativitas umum Albert Einstein. Salah satu prediksi teori relativitas umum adalah fenomena lensa gravitasi, yaitu prediksi bahwa benda dengan massa besar dapat "membengkokkan" cahaya jika berada di antara sumber cahaya dan pengamat. Gerhana matahari adalah salah satu kesempatan untuk membuktikan teori ini, karena dengan menggelapnya matahari pengamat di bumi dapat mengamati bintang-bintang yang berada di belakang matahari. Ilmuwan Arthur Eddington mengamati posisi dan jarak antara bintang-bintang di rasi Taurus saat berada di belakang gerhana matahari (dengan kata lain, saat matahari berada di antara pengamat di bumi dan sumber cahaya di bintang-bintang tersebut) dan membandingkannya dengan saat tidak ada matahari. Menurut hasil pengamatan dan perhitungannya, Eddington menyatakan bahwa hasilnya sesuai dengan prediksi lensa gravitasi. Pengumuman penemuan ini pada 8 November 1919 di London menjadi awal diterimanya relativitas umum Einstein. Hasil percobaan Eddington sendiri masih mendekati ambang akurasi, tetapi kemudian dikonfirmasi oleh pengamatan-pengamatan lainnya, termasuk pengamatan radio terhadap 3C 279 yang lewat di belakang matahari setiap tahun, dan pengamatan satelit Hipparcos (1989—1993) milik Badan Antariksa Eropa terhadap bintang-bintang di belakang matahari. Dengan peralatan di satelit ini, efek pembengkokan cahaya oleh gravitasi matahari dapat diamati tanpa adanya gerhana.

Anomali gravitasi

Gerhana matahari, terutama gerhana matahari total, kerap diikuti laporan fenomena-fenomena anomali terkait gravitasi. Pada 1954 dan 1959, fisikawan Maurice Allais melaporkan gerakan-gerakan bandul yang tidak wajar pada saat gerhana matahari. Fenomena ini disebut Efek Allais dan hingga kini keabsahan dan penjelasannya masih diperdebatkan. Pada 1970, Erwin Saxl dan Mildred Allen juga mengamati perubahan mendadak pada gerakan bandul torsi. Ilmuwan Tiongkok Qian-shen Wang beserta rekan-rekannya mengemukakan bahwa pengamatannya pada gerhana matahari 1997 menunjukkan kemungkinan adanya efek "perisai gravitasi", tetapi hasil ini masih diperdebatkan. Wang dan rekannya Xin-She Yang menerbitkan analisis data baru pada tahun 2002 dan berpendapat bahwa fenomena ini masih belum dapat dijelaskan.

Satelit buatan

Satelit buatan yang mengitari bumi juga dapat berada di antara matahari dan bumi, tetapi tidak ada satelit yang besarnya cukup untuk menyebabkan gerhana. Peristiwa ini disebut transit, dan satelit biasanya hanya lewat di depan matahari dalam hitungan detik. Seperti halnya transit planet-planet, peristiwa tidak menyebabkan gelap.
Satelit buatan ataupun wahana antariksa juga dapat digunakan untuk mengamati gerhana matahari di luar atmosfer bumi, sehingga tidak terpengaruh keadaan cuaca. Kru wahana Gemini 12 milik Amerika Serikat mengamati gerhana matahari total dari luar angkasa pada 1966. Satelit Mir milik Rusia mengamati fase gerhana sebagian dalam gerhana total tahun 1999. Sejumlah satelit, termasuk International Space Station, mengamati gerhana matahari 21 Agustus 2017. Pada Juli 1975, wahana Apollo CSM-111 berposisi di antara matahari dan wahana Soyuz 19, menyebabkan "gerhana matahari" buatan di wahana Soyuz sehingga awaknya dapat mengamati dan mengambil foto korona matahari.

Gerhana dan energi surya

Gerhana matahari 20 Maret 2015 adalah gerhana pertama yang menyebabkan efek signifikan terhadap sistem energi listrik. Wilayah benua Eropa dan Britania Raya menggunakan sekitar 90 gigawatt energi surya dan produksi diperkirakan turun sebesar 34 gigawatt dibandingkan dengan cuaca cerah, sehingga penyedia listrilk melakukan upaya aktif untuk menghindari kekurangan listrik.