MODEL GEOSENTRIS & MODEL HELIOSENTRIS

Model Geosentris

Model Ilmiah
Sebelum kembali pada gerak retrograde Mars dan memulai diskusi kita dengan menjelaskan bagaimana gerak retrograde ini dapat terjadi, mari kita bahas terlebih dahulu tentang model ilmiah. model ilmiah merupakan istilah yang sekarang digunakan dalam standar pendidikan sains, dan saya ingin menjelaskan hal ini kepada anda agar saat saya menggunakan istilah tersebut dalam materi-materi kedepan anda dapat faham seperti yang saya maksud.

Bagi para astronom dan ilmuwan lainnya, “membuat sebuah model” pastinya memiliki arti tertentu: dengan mempertimbangkan pengetahuan kita tentang hukum-hukum dalam ilmu pengetahuan, kita dapat membangun sebuah gambaran secara fisik tentang bagaimana sesuatu dapat bekerja. Itulah yang disebut dengan model. Setelah model terselesaikan dengan baik, maka kita akan menggunakan model ini untuk memprediksi perilaku sebuah sistem yang ada di kenyataan. Jika hasil dari pengamatan kita dan prediksi kita dari model yang telah kita buat ternyata sama, maka kita dapat menyimpulkan bahwa kita telah memiliki beberapa bukti bahwa model kita dapat dikatakan baik. Namun jika hasil pengamatan dan kenyataan ternyata bertentangan dengan prediksi dari model kita, maka kita perlu merevisi desain dari model yang telah kita buat agar dapat lebih menjelaskan hasil dari pengamatan yang kita lakukan. Dalam banyak kasus model hanyalah berupa ide sederhana, tidak ada representasi fisik dari hal itu. Jadi, jika saya selama dipertemuan ini atau dipertemuan selanjutanya saat saya mengatakan “model,” maka gambaran dari kata model bukanlah model seperti model mainan kapal perang anak-anak dengan skala 1:200 melainkan model yang akan kita gunakan untuk memecahkan kasus yang ada. Misalkan, jika anda ingin mempelajari angin tornado, anda dapat membuat sebuah simulasi tornado menggunakan dua buah liter botol soda yang diisi dengan air. Dalam ilmu pengetahuan modern, banyak model komputasi yang diterapkan dialam – seperti menuliskannya dalam sebuah program yang akan mensimulasikan perilaku objek nyata atau sebuah fenomena, dan jika prediksi model komputer anda sesuai antara pengamatan dan kenyataan, maka model komputer anda dapat adalah model komputer yang baik.

Model geosentris Yunani

Dalam buku astronomi-astronomi pada umumnya, bab atau bahasan dengan topik gerakan planet-planet dilangit hampir selalu dimulai dengan menyebutkan nama orang Yunani kuno. Dalam bahasan ini saya tidak akan membahas secara detail tentang kehidupan dan prestasi dari orang-orang tersebut seperti Eratosthenes, Aristarchus, Hipparchus, dll, melainkan kita akan mempelajari bagaimana model alam semesta yang disajikan oleh orang-orang Yunani kuno ini dan secara spesifik kita akan mempertimbangkan karya Aristoteles dan Ptolemeus dimana model mereka dianggap sebagai penjelasan terbaik bagi bekerjanya sistem tata surya selama lebih dari 1000 tahun!

Baiklah untuk saat ini saya akan abaikan sebagian besar penemuan para filsuf Yunani yang terkenal itu, Saya pikir hal ini cukup penting untuk dicatat bahwa mereka mampu menentukan banyak pemahaman hebat dari tata surya kita berdasarkan pada kehebatan pemahaman mereka terhadap geometri. Misalnya, Eratosthenes diberikan kredit karena ia menunjukkan bahwa bumi itu bulat dan melakukan experimen yang menghasilkan pengukuran keliling bumi

Sekarang, mari kita kembali ke diskusi tentang model geosentris Yunani kuno. kini, kita akan memulai bahasan dengan hukum fisika yang selama ini kita kenal sebagai dasar model ilmiah kita. Berbeda dengan model ilmiah yang berdasar pada hukum fisika kita, pada saat model Yunani sedang dikembangkan, hukum-hukumnya banyak yang tidak diketahui namun mereka memegang erat beberapa keyakinan yang membentuk dasar dari model tata surya mereka. yaitu:

• Bumi adalah pusat dari alam semesta dan ia diam
• Planet-planet, matahari, dan bintang-bintang berputar mengorbit bumi
• Lingkaran dan bola adalah bentuk yang “sempurna”, sehingga semua pergerakan di langit selalu mengikuti jejak lintasan langit yang melingkar, dimana hal ini disebabkan oleh benda-benda langit yang menempel pada cangkang bola
• Benda langit patuh terhadap aturan “Gerak alami” yang mana berlaku pada semua planet dan bintang bintang yang mengelilingi bumi dengan kecepatan seragam

Setelah membaca ketentuan aturan diatas, orang-orang Yunani menciptakan model untuk memprediksi posisi dari planet-planet. Mereka saat itu telah mengetahui tentang gerakan retrograde dan oleh karena itu, mereka juga membangun model mereka sedemikian rupa untuk menjelaskan gerakan retrograde planet. Kini model mereka disebut sebagai model geosentris karena bumi sebagai pusat dari tatasurya.

Pengetahuan kita akan model geosentris Yunani sebagian besar berasal dari Almagest, yaitu buku yang ditulis oleh Claudius Ptolemy sekitar 500 tahun setelah masa Aristoteles. Dalam Almagest, Ptolemeus memasukkan tabel dengan posisi planet-planet seperti yang diprediksikan dalam modelnya. Jika Anda ingat kembali diskusi sebelumnya, gerakan retrograde planet-planet sangatlah kompleks, sehingga Ptolemy harus membuat model yang sama rumitnya untuk menguji ulang gerakan ini. Rumitnya model Ptolomy akan saya ringkas dengan singkat semuanya di sini: Model Ptolemy tidak hanya memiliki planet dan Matahari yang melekat pada satu bidang masing-masing saja, tapi ia harus memasukkan lingkaran (epicycles) di atas lingkaran (deferents) dengan Bumi mengimbangi dari pusat. Pada versi yang lebih kompleks pada model ini yaitu masih sering terjadi kesalahan prediksi dalam beberapa derajat atau dengan jarak sudut yang lebih besar dari diameter bulan purnama.

Berikut adalah model animasi Flash dari sistem Ptolemaic. Sebagai contoh, anda dapat melihat bagaimana Bulan dan Matahari atau Merkurius dan Matahari yang seharusnya memiliki mengorbit Bumi:

The final Almagest Moon V1 V2
Mercury V1 V2
(Gunakan versi 2 jika link tidak berjalan pada web browser anda)

Ingatlah bahwa masyarakat Yunani tidak mengandalkan penalaran matematika ketika melakukan eksperimen dan merancang model mereka. Mungkin anda bertanya-tanya, dalam model Yunani bagaimanakah urutan planet mulai dari Bumi ke luar dan bagaimana mereka memilih untuk berada di urutan itu? Berikut urutan mereka:

1. Earth (Tidak bergerak dan sebagai pusat edar)
2. Bulan
3. Merkurius
4. Venus
5. Matahari
6. Mars
7. Jupiter
8. Saturnus

Kita akan membahas konsep berikut ini lebih lanjut mungkin dilain waktu, namun mempertimbangkan kecepatan sudut suatu benda di langit. Semakin cepat kecepatan sudut maka semakin besar jarak sudut obyek yang mencakup dalam jumlah waktu yang sama. Sebuah contoh sederhana adalah dengan mempertimbangkan dua pesawat di langit. Salah satunya dekat dengan Anda, dan yang lain berjarak lebih jauh. Jika kedua pesawat yang terbang pada kecepatan yang sama dalam arah yang sama di garis pandang, pesawat yang lebih jauh akan muncul untuk menutupi jarak sudut pendek di langit dari pesawat dekatnya. Jadi, jika Anda dapat memperkirakan kecepatan sudut dari dua benda dan jika Anda berasumsi bahwa mereka bergerak dengan kecepatan riil yang sama dan dalam arah yang sama, salah satu yang melakukan perjalanan jarak pendek di langit harus menjadi obyek yang lebih jauh.

Orang-orang Yunani menggunakan metode ini untuk memperkirakan jarak dari bumi menuju planet, dan mereka dapat menentukan urutan relatif planet-planet. Kelemahan yang paling signifikan adalah anggapan mereka bahwa bumi sebagai pusat edar segala sesuatu yang ada dilangit.

Model Heliosentris

Model geosentris Tata Surya masih terlihat dominan selama berabad-abad. Namun, model geosentris yang telah berkembang hingga dalam bentuk yang paling kompleks ternyata masih menghasilkan kesalahan-kesalahan dalam memprediksi dari posisi planet-planet di langit sehingga para ilmuwan mengakui bahwa model yang lebih baik dari diperlukan.

Para astronom memberikan pengakuan atas penyajian model versi pertama dari pandangan modern Tata Surya kita yaitu kepada Nicolaus Copernicus, seorang pendukung teori heliosentris, atau model dimana Matahari menjadi pusat dalam sistem tata surya. Copernicus mengusulkan bahwa Matahari adalah pusat Tata Surya, dengan semua planet yang dikenal pada waktu itu mengorbit Matahari bukan Bumi. Meskipun hal ini memecahkan banyak masalah lama dalam model Ptolemaic, Copernicus masih percaya bahwa orbit planet harus melingkar, sehingga modelnya tidak jauh lebih berhasil seperti halnya Ptolemeus dalam memprediksi posisi planet-planet. Modelnya sangat sukses, terlebih dalam memecahkan masalah gerak retrograde dengan cara yang sangat elegan. Hal ini diilustrasikan dalam animasi di bawah. Klik pada tombol “Start” untuk melihat gerak retrograde.

Solusi untuk memecahkan masalah gerak retrograde adalah dengan menyadari bahwa Bumi bergerak lebih cepat di sekitar Matahari dibanding Mars. Sepanjang orbitnya, Bumi pada waktu tertentu akan meninggalkan Mars dari satu titik sudut pandang. Artinya, jika bumi berada pada posisi jam 03:00 sepanjang orbitnya, Mars mungkin berada pada posisi jam 01.00. Karena bumi bergerak lebih cepat sepanjang orbitnya maka Bumi suatu ketika akan menyusul Mars pada posisi jam 12 diwaktu yang sama. Setelah melewati Mars, Bumi akan mencapai posisi jam 09:00 pada orbitnya sementara Mars baru sampai ke pukul 11. Dari sudut pandang kita di Bumi, Mars akan muncul untuk bergerak prograde di langit ketika kita mendekati mars, namun, saat bumi kita mulai menyalip dan mendahului Mars, maka mars akan tampak melambat kemudian berhenti dan mulai bergerak retrograde. Sebuah analogi yang baik untuk membantu memperjelas konsep ini adalah dengan memvisualisasikan pelari di lintasan lomba lari. Bayangkanlah dua pelari, satu bergerak cepat dalam jalur dalam (pelari Bumi) dan lainnya bergerak lebih lambat di jalur luar (pelari Mars). Ketika keduanya berlari pada jalur lari, pelari Bumi akan melihat pelari Mars bergerak maju. Namun karena pelari bumi kecepatannya lebih cepat daripada pelari mars, maka perlahan pelari mars akan tampak melambat hingga akhirnya pelari bumi dapat menyusul pelari mars. Saat keduanya bertemu pada saat yang sama, pelari mars sejenak akan tampak bergerak diam pada posisinya dan beberapa saat kemudian pelari mars akan tampak bergerak mundur menjauhi jika dilihat dari sudut pandang pelari bumi.

Walaupun model Copernicus dapat memecahkan beberapa masalah, kurangnya akurasi dalam memprediksi posisi planet tetap tidak dapat diterima secara luas sebagaimana model Ptolemaic. Para pendukung model geosentris juga mangajukan uji coba lainnya terhadap model heliosentris: jika benar bumi mengorbit Matahari, maka bintang-bintang yang jauh akan terbit bergeser dari sudut pandang kita, efek ini dikenal sebagai paralaks. Bagi pendukung model heliosentris, ternyata hal ini menyebabkan masalah. Jika model heliosentris mereka benar, maka kita harus mengamati paralaks, namun tidak satupun pengamat paling akurat dalam satu hari mampu mendeteksi jumlah paralaks yang terukur bahkan untuk sebuah bintang tunggal.

Lupakan paralaks sejenak, semakin berkembangnya ilmu astronomi pada saat itu ditambah dengan hasil pengamatan yang semakin akurat membuat model heliosentris semakin banyak diterima. Hal ini datang dari Tycho Brahe dan Johannes Kepler. Brahe dinobatkan sebagai salah satu pengamat terbaik pada masanya. Didalam observatorium miliknya dengan menggunakan instrumentasi yang dibuat dan didesain sendiri, selama sekitar 15 tahun Brahe terus menyusun daftar keakuratan posisi untuk planet-planet di langit. Asistennya yaitu Johannes Kepler datang untuk bekerja dengan Brahe sesaat sebelum Brahe meninggal. Kepler menggunakan keterampilan matematikanya untuk mempelajari hasil pengamatan akurat milik Brahe dan kemudian mengusulkan tiga hukum yang secara akurat menggambarkan gerakan dari planet-planet di tata surya.