Bagaimana Seni Kuno Prediksi Gerhana Menjadi Ilmu Pasti | Majalah Kuanta

Sepanjang sejarah, gerhana matahari ditafsirkan sebagai berita buruk bagi penguasa – sebuah pertanda buruk bagi kesehatan pribadi atau dunia. Namun ketakutan tersebut turut memicu beasiswa selama ribuan tahun. Kemajuan ini dimulai di Mesopotamia dengan perburuan pola periodik dalam data sejarah. Hal ini mencapai puncaknya pada era di mana kita telah mengetahui pergerakan benda-benda tata surya yang saling bergantung di masa depan berabad-abad sebelumnya, mengubah apa yang dulunya merupakan penyebab kecemasan skala kosmik menjadi masalah jarum jam yang dingin.

Jika Anda harus memilih satu titik balik, itu mungkin terjadi pada pagi hari tanggal 22 April 1715, ketika gerhana matahari terjadi di London. Polimatik Inggris Edmond Halley, yang paling diingat sebagai nama komet Halley, telah meramalkan hal tersebut. Dia menerbitkan sebuah selebaran yang memuat peta jalur yang akan dilalui bayangan bulan di Inggris. Tahun itu, Inggris memiliki raja yang baru dinobatkan dan pemberontakan sudah terjadi terhadapnya; dengan mengungkap misteri gerhana melalui sebuah prediksi, Halley berharap dapat menetralisir kekuatan gerhana tersebut sebagai sebuah pertanda.

Dia juga ingin merekrut pengumpul data yang observasinya mungkin bisa menghasilkan prediksi gerhana yang lebih baik di masa depan. “Yang Penasaran ingin Mengamatinya, dan terutama durasi Kegelapan Total,” dia mengiklankan, “… dengan demikian, Situasi dan dimensi Bayangan akan ditentukan dengan baik; dan dengan cara itu, kita dapat memprediksi Penampakan serupa di masa depan, dengan tingkat kepastian yang lebih besar daripada yang dapat dibayangkan saat ini.”

Pertanda yang Menjaga Irama

Beberapa dekade sebelumnya, Halley, seorang yang rajin membaca teks-teks kuno, telah menemukan kembali dan mempopulerkan siklus langit yang berguna untuk memikirkan tentang gerhana dan posisi bulan di langit: 6,585 hari, atau lebih dari 18 tahun. Dia menyebut siklus ini sebagai “Saros,” yang oleh para sejarawan modern dipandang sebagai kesalahan penerjemahan simbol Sumeria yang aslinya berarti “alam semesta” atau “angka besar”.

Sekitar tahun 600 SM di Mesopotamia, pendeta-matematikawan Asyur dan Babilonia telah menjelajahi tanggal-tanggal gerhana masa lalu yang tercatat dalam tablet tanah liat, dengan harapan dapat mengembangkan strategi untuk menyimpulkan kapan gerhana berikutnya akan terjadi. Gerhana mengkhawatirkan raja-raja dalam budaya ini, dan segera, dengan penemuan zodiak dan horoskop pribadi, kebutuhan untuk mengawasi posisi matahari, bulan, dan planet akan menjadi perhatian semua orang.

Solusi pertama adalah aturan praktis. Gerhana bulan sering terjadi setelah enam bulan, misalnya. Orang Babilonia juga menyadari bahwa gerhana matahari dan bulan tertentu sering kali dipisahkan dari peristiwa serupa yang oleh Halley disebut sebagai Saros.

Untuk memahami siklus ini dalam istilah modern, bayangkan geometri benda langit pada saat terjadi gerhana matahari, ketika bulan terletak tepat di antara matahari dan bumi dan ketiga benda tersebut membentuk garis yang rapi. Agar hal ini terjadi, bulan haruslah bulan baru. Ia juga harus berada pada titik di mana orbitnya yang miring mengelilingi Bumi jatuh melalui bidang tempat Bumi bergerak melalui orbitnya mengelilingi matahari.

Sekarang bayangkan memajukan jam untuk menemukan waktu ketika kondisi yang sama terulang kembali. Kita harus merekonsiliasi beberapa siklus bulan yang tumpang tindih namun tidak seimbang. Siklus satu: Dibutuhkan sekitar 29.5306 hari untuk berpindah dari satu bulan baru ke bulan baru berikutnya. Siklus kedua: Bulan memerlukan waktu sekitar 27.2122 hari untuk berpindah dari satu lintasan melalui bidang orbit Bumi ke lintasan yang sama pada lintasan berikutnya. Siklus ketiga: Karena orbit bulan yang berbentuk elips membuatnya semakin dekat dan semakin jauh dari Bumi, bulan juga berosilasi dalam ukuran dan kecepatannya di langit di atas Bumi, sebuah siklus yang memakan waktu sekitar 27.5546 hari.

Jadi, Saros hanyalah sebuah interval putaran yang bagus dimana semua siklus ini berulang beberapa kali: 223 kali melewati bulan baru hampir sama dengan 242 putaran masuk dan keluar dari ekliptika, yang pada gilirannya hampir sama persis hingga 239 osilasi dalam ukuran bulan yang terlihat. Jika Anda melihat gerhana matahari atau bulan, tunggu saja satu Saros, dan susunan geometris kasar benda langit yang sama akan terulang.

Orbit bulan sebenarnya lebih rumit dari sekedar parameter ini. Terlepas dari itu, skema ini tidak memberi tahu Anda di mana gerhana akan terlihat.

Halley dan Selebihnya

Pada saat Halley membaca tentang Saros dan menghidupkannya kembali untuk digunakan sendiri, upaya multikultural selama berabad-abad telah semakin menyempurnakan masalah gerhana, seperti yang dijelaskan oleh sejarawan matematika Clemency Montelle dalam bukunya yang diterbitkan pada tahun 2011. Mengejar bayangan. Bangsa Babilonia akhirnya beralih dari aturan empiris sederhana seperti “tunggu satu Saros” ke skema numerik yang lebih rumit yang menghitung koordinat masa depan bulan di langit. Orang Yunani kuno memadukan gagasan geometris mereka tentang kosmos dengan perhitungan numerik gaya Babilonia. Berdasarkan sintesis tersebut, para astronom dunia Islam seperti al-Khawarizmi, ahli kata “algoritma” pada abad kesembilan, menggunakan fungsi trigonometri dan bilangan desimal (dari India) yang mereka tuliskan pada media baru berupa kertas ( dari Tiongkok) untuk mengembangkan metode prediksi yang lebih maju, yang kini juga diterapkan di seluruh Eropa.

Tapi Halley punya sesuatu yang lebih baru untuk dimainkan. Sekitar waktu yang sama ketika ia memancing Saros dari zaman kuno, ia juga mendanai publikasi gagasan temannya Isaac Newton tentang gravitasi, yang kemudian diterapkan Newton untuk memahami orbit bulan. Pada tahun 1715, dengan gerhana matahari pertama dalam beberapa abad yang mendekati London, peta prediksi Halley merupakan gabungan cara berpikir kuno dan modern.

Langkah besar berikutnya terjadi pada tahun 1824, ketika astronom Jerman Friedrich Bessel memperluas pendekatan pemikiran Newton tentang gerhana dengan menggunakan hukum gravitasi. Dia membayangkan bayangan bulan dilemparkan ke bidang imajiner yang melintasi pusat bumi. Anda kemudian dapat memproyeksikan bayangan tersebut kembali ke permukaan bumi untuk melihat dengan tepat di mana dan kapan bayangan tersebut akan terjadi, sebuah proses yang pada akhirnya memerlukan pemikiran bahwa Bumi bukanlah sebuah bola melainkan sebuah benda yang tidak rata, bergelombang, dan berputar. Setelah Bessel, banyak negara yang memiliki kekuatan global dan imperialis untuk memburu bayangan tersebut, katanya Debora Kent, seorang sejarawan matematika di Universitas St. Andrews. Dengan melakukan hal ini, mereka dapat lebih menyempurnakan perhitungan mereka dalam perjuangan untuk supremasi soft-power ilmiah.

Selama abad berikutnya, ekspedisi gerhana membantu menyelesaikan salah satu misteri terbesar dalam sains: Apakah orbit aneh Merkurius disebabkan oleh planet yang memeluk matahari yang belum ditemukan (yang mungkin akan terlihat saat gerhana)? Atau, ternyata, adakah masalah dengan pemahaman Newton tentang gravitasi? Hal ini membuat prediksi dan observasi gerhana menjadi semakin penting, karena para ilmuwan dikirim ke seluruh penjuru bumi dengan instruksi ketat tentang di mana tepatnya gerhana akan terjadi dan data apa yang harus dicatat. Mereka kemudian mengajukan laporan kering yang diselingi oleh “letusan rasa kagum” yang sesekali terjadi, kata Kent. “Hampir di setiap paragraf, ada dua paragraf deskripsi yang rhapsodik, bergaya Victoria, dan berlebihan.”

Pada abad ke-20, permasalahannya kembali berubah. Prediksi gerhana yang tepat selalu harus bergulat dengan fakta bahwa bulan dan segala sesuatu di tata surya terus-menerus saling tarik-menarik. Ini bukan hanya “masalah tiga tubuh” yang terkenal dan tidak dapat dipecahkan; itu adalah N-masalah tubuh. Ketika NASA mulai meluncurkan manusia dan robot ke benda-benda di tata surya, kebutuhan untuk mengetahui di mana benda-benda tersebut berada dan di mana mereka akan berada di masa depan menjadi semakin mendesak dan hal ini menjadi lebih mudah untuk diketahui.

Karena cermin yang ditinggalkan di bulan oleh astronot Apollo, kita tahu letak bulan relatif terhadap Bumi dalam jarak beberapa meter, menurut Taman Ryan, yang memimpin kelompok Dinamika Tata Surya di Jet Propulsion Laboratory NASA. Dan dengan banyaknya pesawat ruang angkasa yang mengirimkan data rentang saat mereka terbang di sekitar tata surya, kita juga mengetahui posisi matahari dengan akurasi tinggi. Tim Park memasukkan data posisi bulan dan matahari – bersama dengan parameter serupa untuk planet dan ratusan asteroid, dan koreksi untuk hal-hal seperti tekanan dari angin matahari, dan bukan hanya hukum gravitasi Newton tetapi perubahan halus dari relativitas umum – ke dalam sebuah model komputer. Kemudian model tersebut menghasilkan daftar prediksi posisi segala sesuatu, termasuk bulan. Dan kemudian, secara berkala, tim JPL memperbarui model mereka dan menerbitkan daftar baru.

Posisi-posisi ini, yang berlebihan untuk tugas memprediksi gerhana, dimaksudkan agar cukup baik untuk perjalanan ruang angkasa. “Saya sedikit terkejut,” kata Park, ketika pengembang misi luar angkasa bertanya apakah mereka harus meluangkan waktu untuk mencari tahu di mana tepatnya bulan akan berada dan bagaimana pergerakannya. “Saya seperti, tidak, tidak, tidak, tidak, kita telah memecahkan masalah ini bertahun-tahun yang lalu.”