Fisika Sekolah Dasar dan Menengah Pertama · Grades 1–9
51Fase Bulan
Bertahun-tahun yang lalu kamu menyimpan buku harian Bulan lalu menonton bentuk peraknya berbaris dari sabit menjadi purnama lalu kembali, dengan “mengapa”-nya dijanjikan untuk nanti. Nanti itu sekarang. Kamu memiliki segala yang diperlukan penjelasannya: Bulan yang mengorbit tiap bulan, cahaya matahari menurut garis lurus, dan sebuah bola yang selalu — selalu — separuh tersinari.
51.1 Satu kenyataan yang ada di bawahnya
Proposisi 51.1 (Separuh tersinari, selalu)
Matahari menyinari separuh Bulan pada setiap saat — separuh yang menghadapnya — persis seperti ia menyinari separuh Bumi. Bulan tidak mempunyai bentuk yang berubah-ubah, tidak tumbuh dan tidak menyusut: ia bola batu yang mengenakan sisi siang yang tetap dan sisi malam yang tetap, dengan batasnya meluncur selagi ia mengorbit. Segala yang kita sebut “fase” sekadar pemandangannya: berapa banyak sisi siangnya yang kebetulan menghadap Bumi.
Definisi 51.2 (Fase)
Fase Bulan adalah bentuknya yang tampak sepanjang bulan: bulan baru (sisi siangnya berpaling sepenuhnya — kita tidak melihat apa-apa), sabit, perempat pertama (separuh cakramnya tersinari), cembung (lebih daripada separuh), purnama (sisi siangnya berpaling sepenuhnya ke arah kita), lalu cembung, perempat terakhir dan sabit lagi, yang menutup daurnya dalam kira-kira hari. Dari bulan baru sampai purnama bagian yang tersinari tumbuh malam demi malam: Bulan sedang membesar; dari purnama kembali ke bulan baru ia menyusut: sedang menyusut.
Metode 51.3 (Jadilah Bumi, peganglah Bulan)
Penjelasannya, dipentaskan dalam semenit:
- di dalam ruangan gelap, sebuah lampu telanjang tunggal menjadi Matahari; kamu menjadi Bumi; sebuah bola putih di atas tanganmu yang terjulur menjadi Bulan;
- menghadaplah ke lampunya, dengan bolanya ke arah lampu: separuh bola yang tersinari menghadap menjauhimu — kamu melihat sisi gelapnya: bulan baru;
- berputarlah perlahan di tempat (bolanya mengorbitmu): serpihan yang tersinari muncul di tepi bolanya — sabit yang membesar; sesudah seperempat putaran, separuh bolanya tampak tersinari: perempat pertama;
- teruslah berputar: cembung — lalu, dengan lampu di punggungmu, bolanya tersinari sepenuhnya di depanmu: purnama; selesaikan putarannya menembus separuh dan sabit yang menyusut sampai ke bulan baru.
Satu putaranmu sendiri memutar ulang satu bulan langit.
51.2 Salah pahamnya, dipensiunkan
Proposisi 51.4 (Fase bukan bayang-bayang Bumi)
Jawaban keliru yang paling populer di dalam ilmu falak: “fasenya adalah bayang-bayang Bumi pada Bulan.” Geometri membantahnya dengan tiga cara. Bayang-bayang Bumi menunjuk menjauhi Matahari — ia hanya dapat menyentuh Bulan yang berdiri berseberangan dengan Matahari, dan itu terjadi semata-mata pada bulan purnama (dan pun hanya pada gerhana yang jarang). Bulan sabit berdiri di sisi matahari dari kita, sama sekali tidak dekat bayang-bayang kita. Dan tepi bayang-bayang itu pada Bulan selalu berupa bagian sebuah lingkaran besar — ia tidak akan pernah dapat memahat batas bentuk cembungnya yang melengkung dua kali. Fasenya tidak memerlukan bayang-bayang: sebuah bola yang separuh tersinari, dilihat dari sisi yang berbeda-beda, melakukan segalanya.
Contoh 51.5 (Gerhana lawan fase)
Simpanlah kedua penggelapan Bulan itu di laci yang terpisah. Fase: daur bulanan yang lambat, sisi malam Bulan sendiri yang berpaling ke arah kita — tanpa melibatkan bayang-bayang kita. Gerhana bulan: sejam yang jarang ketika Bulan purnama menyeberangi umbra kita — bayang-bayang Bumi yang sungguh jatuh padanya, kemerahan tembaga dan cepat. Irama buku hariannya adalah sebuah pemandangan; gerhananya adalah sebuah kunjungan.
51.3 Membaca langit seperti membaca jam
Contoh 51.6 (Di mana fasenya menepati jamnya)
Diagramnya memakukan tiap fase pada sebuah kedudukan — dan tiap kedudukan pada sebuah jadwal. Bulan purnama berdiri berseberangan dengan Matahari: ia pasti terbit ketika matahari terbenam, bertakhta sepanjang malam, lalu terbenam ketika matahari terbit. Bulan baru bepergian bersama Matahari: naik sepanjang siang, hilang di dalam silaunya — itulah sebabnya tidak seorang pun “melihat” bulan baru. Perempat pertama tertinggal seperempat putaran di belakang Matahari: ia terbit menjelang tengah hari lalu terbenam menjelang tengah malam — Bulan sehabis makan malam. Kejutan Bulan siang hari masa kecilmu kini menjadi sebuah jadwal: Bulan mana pun yang bukan bulan baru dan bukan purnama berbagi sebagian gilirannya dengan Matahari.
Contoh 51.7 (Ke mana sabitnya menunjuk?)
Sisi yang tersinari pada fase mana pun menghadap Matahari — sabitnya adalah busur panah yang dibidikkan pada pemanahnya. Sabit senja di barat: tanduknya menunjuk ke atas dan menjauhi nyala matahari terbenam di bawah kaki langit. Langit tidak pernah menggambarnya keliru; pelukis sering keliru. Sabit dengan tanduknya menghadap Matahari adalah permainan cari-kesalahan kesayangan ilmu falak.
Catatan 51.8 (Wajah yang tidak pernah berpaling)
Satu pengamatan buku harian lagi, akhirnya dihormati: bercak gelap Bulan membentuk wajah yang sama tiap malam, fase demi fase, tahun demi tahun. Bulan berputar tepat sekali pada sumbunya tiap orbit — sehingga separuh yang sama menghadap Bumi selamanya. Tidak seorang pun melihat sisi jauhnya sampai sebuah wahana antariksa terbang mengelilinginya dengan sebuah kamera, masih dalam ingatan hidup kakek-nenekmu. Mengapa putaran dan orbitnya sepakat begitu sempurna adalah kisah pasang surut yang mendalam, yang disimpan untuk tahun-tahun perguruan tinggi pada pelajaran ini.
51.4 Latihan
Latihan 51.1 ★
Berapa bagian Bulan yang tersinari matahari pada sembarang saat? Kalau begitu, “fase” itu apa?
Solusi
Solusi Latihan 51.1.
Tepat separuh, selalu — separuh yang menghadap matahari. Sebuah fase hanyalah pemandangannya: bagian separuh yang tersinari itu yang kebetulan menghadap Bumi.
Latihan 51.2 ★
Sebutkan fasenya berurutan mulai dari bulan baru, lalu berikan panjang daurnya. Separuh daur yang mana yang “membesar”?
Latihan 51.3 ★
Pada cara berjalan mengelilingi orbitnya, di mana lampunya, bolanya, dan kamu ketika bulan baru? Ketika purnama?
Solusi
Solusi Latihan 51.3.
Bulan baru: kamu menghadap lampunya dengan bolanya ke arah lampu — separuhnya yang tersinari berpaling darimu. Purnama: lampu di punggungmu, bolanya di depanmu — separuhnya yang tersinari berpaling sepenuhnya ke arahmu.
Latihan 51.4 ★
Berikan dua di antara ketiga bantahan geometris terhadap “fasenya adalah bayang-bayang Bumi”.
Solusi
Solusi Latihan 51.4.
Dua saja di antaranya: bayang-bayang Bumi menunjuk menjauhi Matahari sehingga hanya dapat mencapai Bulan pada kedudukan purnama; Bulan sabit berdiri di sisi matahari dari kita, sama sekali tidak dekat bayang-bayang itu; dan tepi bayang-bayang yang bundar tidak akan pernah dapat memahat lengkung ganda cembungnya.
Latihan 51.5 ★
Apa bedanya kegelapan bulan baru dengan kegelapan sebuah gerhana bulan?
Solusi
Solusi Latihan 51.5.
Bulan baru gelap bagi kita karena sisi malam miliknya sendiri yang menghadap kita — tanpa melibatkan bayang-bayang kita, dan sisi jauhnya bermandi sinar matahari penuh. Gerhana bulan adalah Bulan purnama yang menyeberangi umbra sejati Bumi: bayang-bayang kita sungguh jatuh padanya, sejenak.
Latihan 51.6 ★
Mengapa bulan purnama selalu terbit menjelang matahari terbenam? Berhujahlah dari kedudukannya pada diagramnya.
Solusi
Solusi Latihan 51.6.
Bulan purnama berdiri berseberangan dengan Matahari. Selagi Bumi yang berputar membawa Matahari turun di bawah kaki langit sebelah barat, titik langit yang berseberangan — tempat Bulan purnama menanti — pasti sedang terbit di timur: matahari terbenam dan terbitnya purnama adalah satu peristiwa yang dilihat dari dua arah.
Latihan 51.7 ★
Mengapa tidak pernah ada orang yang “melihat bulan baru terbit pada tengah malam”? Di mana bulan barunya pada tengah malam?
Latihan 51.8 ★
Sebuah sabit senja tergantung di barat. Ke mana tanduknya menunjuk terhadap Matahari yang telah lenyap — dan mengapa sebuah sabit tidak pernah dapat membidikkan tanduknya ke Matahari?
Solusi
Solusi Latihan 51.8.
Menjauhi titik matahari terbenamnya — busur sabitnya melengkung ke arah Matahari, tanduknya menjauh. Sisi yang tersinari harus menghadap Matahari, dan tanduknya adalah tepi sisi tersinari yang sedang mundur: geometri melarang mereka membidik ke arah matahari.
Latihan 51.9 ★★
Malam ini Bulan berupa cembung yang membesar. Di mana ia berdiri pada orbitnya? Kira-kira kapan ia terbit, dan fase apa — serta jadwal apa — yang datang lima malam kemudian?
Solusi
Solusi Latihan 51.9.
Di antara perempat pertama dan purnama — kira-kira tiga perdelapan jalan mengelilinginya, di sisi senjanya. Ia terbit pada pertengahan sore. Lima malam kemudian: purnama — terbit ketika matahari terbenam, naik sepanjang malam.
Latihan 51.10 ★★
Gerhana matahari hanya dapat terjadi pada satu fase, gerhana bulan hanya pada fase yang lain. Sebutkan keduanya, belalah dengan geometri kesejajarannya, lalu jelaskan mengapa gerhana tetap saja jarang pada fase-fase itu.
Solusi
Solusi Latihan 51.10.
Gerhana matahari: hanya pada bulan baru — Matahari–Bulan–Bumi sebaris. Gerhana bulan: hanya pada purnama — Matahari–Bumi–Bulan sebaris. Tetap jarang bahkan ketika itu, karena orbit Bulan yang miring biasanya membawanya di atas atau di bawah garisnya yang persis: fasenya perlu, kesejajarannya tidak terjamin.
Latihan 51.11 ★★
Para antariksawan di sisi dekat Bulan memandang ke atas ke arah Bumi. Gambarkan “fase Bumi” apa yang mereka lihat sepanjang sebulan, dan fase apa yang diperlihatkan Bumi kepada mereka ketika kita melihat bulan baru. (Jalankan geometrinya ke dua arah.)
Solusi
Solusi Latihan 51.11.
Bumi memperlihatkan fase yang berlawanan dengan fase kita, pada jam yang sama: ketika kita melihat bulan baru, para antariksawan bulan melihat Bumi purnama — seluruh sisi siang kita menghadap mereka; ketika bulan kita purnama, mereka melihat Bumi baru. Satu geometri, yang dibaca dari kursi yang lain.
Latihan 51.12 ★★★
Rahasia sabit yang tua: pada senja yang cerah, bagian gelap Bulan sabit bernyala samar — “bulan tua di dalam pelukan bulan baru”. Dirimu ketika kelas dua bertemu hal ini sebagai teka-teki; pecahkanlah sekarang selengkapnya: telusurilah jalan cahayanya, jelaskan mengapa cahaya bumi paling terang justru pada fase sabit (fase apa yang diperlihatkan Bumi kepada Bulan ketika itu?), dan mengapa ia memudar menjelang bulan purnama.
Solusi
Solusi Latihan 51.12.
Jalannya: cahaya matahari menumbuk Bumi, Bumi yang terang membaurkannya ke arah bulan, lalu sisi malam Bulan membaurkan sedikit kembali ke mata kita — cahaya matahari yang dua kali diteruskan. Pada fase sabit kita, Bulan melihat Bumi yang hampir purnama (aturan fase yang berlawanan): sisi malamnya dibanjiri cahaya oleh Bumi paling terang yang mungkin — cahaya bumi yang terkuat. Menjelang purnama kita, Bulan melihat Bumi sabit yang tipis: lampu banjirnya mengecil, dan silau fase purnamanya menenggelamkan sisanya.
51.5 Soal: Sebulan Bersama Bulan
Soal 51.1
Soal akhir pekan — bulan terbuka di observatoriumnya; tiga puluh malam bersama Bulan, satu bagan dinding; kuis sang pemandu
Observatorium kotanya menjalankan acara umum “Sebulan Bersama Bulan”. Sebagai pemandu muda, kamu menjaga bagan dindingnya lalu menjawab para pengunjungnya.
Bagian I — Menyiapkan bagannya.
- Malam 0 adalah bulan baru. Isilah tonggak bagannya: kira-kira pada malam yang mana jatuh perempat pertama, purnama, dan perempat terakhir?
- Di samping tiap tonggaknya, bagannya menghendaki waktu terbit. Pasangkanlah: terbit ketika matahari terbenam; terbit menjelang tengah hari; terbit menjelang tengah malam; terbit dan terbenam bersama Matahari.
- Seorang pengunjung bertanya mengapa bagannya menunjukkan sabitnya rendah di langit senja sebelah barat tetapi purnamanya memanjat dari sebelah timur ketika senja. Jelaskan dengan kedudukan orbitnya.
- Pengunjung yang lain bersumpah bahwa mereka melihat Bulan pada pukul sepuluh pagi. Fase bagan yang mana yang memungkinkan Bulan pagi hari?
Bagian II — Peragaan sang pemandu.
- Kamu mementaskan jalan lampu-dan-bola untuk sekelompok murid sekolah. Seorang murid membekukanmu di tengah putaran: bolanya tampak tersinari tiga perempat. Sebutkan fasenya, lalu tentukan letak lampunya, kamu-sebagai-Bumi, dan bolanya untuk kelompoknya.
- “Jadi bayang-bayang Bumi yang membuat fasenya?” tanya muridnya, sambil menunjuk bolamu yang bersisi gelap. Berikan bantahan milik peragaannya sendiri: sisi malam siapa yang sedang mereka lihat, dan di mana sebenarnya bayang-bayang Bumi berada?
- Kelompoknya bertanya mengapa mereka selalu melihat “kelincinya” (atau “wajahnya”) di Bulan, tidak pernah punggungnya. Jawablah dengan kenyataan wajah yang sama.
- Seorang orang tua yang meragukan: “Kalau Bulan berputar, seperti yang kamu katakan, bukankah kita seharusnya melihatnya berputar?” Pecahkanlah pertentangan yang tampak itu: bagaimana Bulan dapat berputar tepat sekali tiap orbit sehingga justru menyembunyikan putarannya dari kita?
Bagian III — Malam kuis.
- Kartu kuis A: “Bulan malam ini terbit pada tengah malam lalu memperlihatkan separuh kirinya tersinari (sebagaimana terlihat menjelang pagi). Membesar atau menyusut — dan perempat yang mana?”
- Kartu kuis B: “Sebuah poster seniman menunjukkan Bulan sabit pada tengah malam, tinggi di atas kepala, dengan tanduknya menunjuk lurus ke bawah ke arah warna matahari terbenam di kaki langit.” Sebutkan setiap kesalahan ilmu falak pada posternya.
- Kartu kuis C: “Selama bulan purnama malam ini, dapatkah para pengunjung juga menyaksikan gerhana matahari di suatu tempat di Bumi?” Selesaikan dengan geometri fasenya.
- Pidato penutup: dalam tiga kalimat, berikan satu kenyataan yang mendasari bulan itu, salah paham yang dikubur bulan itu, dan muslihat jadwal yang patut dibawa pulang pengunjungnya (apa yang dikatakan fase mana pun tentang jam terbitnya).
Solusi
Solusi Soal 51.1.
1. Perempat pertama dekat malam ; purnama dekat malam ; lalu perempat terakhir dekat malam (dan daurnya menutup dekat malam –). 2. Purnama: terbit ketika matahari terbenam. Perempat pertama: terbit menjelang tengah hari. Perempat terakhir: terbit menjelang tengah malam. Bulan baru: terbit dan terbenam bersama Matahari. 3. Sabit yang muda berdiri hanya sedikit di belakang Matahari pada orbitnya: ia tergantung di barat sesudah matahari terbenam lalu segera menyusul Matahari turun. Purnama berdiri berseberangan: selagi Matahari terbenam di barat, berseberangan berarti terbit di timur. 4. Fase mana pun yang berbagi sebagian giliran Matahari: cembung yang membesar sepanjang sore, dan terutama fase yang menyusut — perempat terakhir dan sabit yang menyusut menunggangi langit pagi dengan tinggi. 5. Cembung yang membesar: bolanya tersinari tiga perempat berarti kamu berdiri di antara perempat pertama dan purnama — lampu di balik bahumu, bolanya di depan dan ke samping. 6. Mereka sedang melihat sisi malam milik bolanya sendiri — separuh yang berpaling dari lampunya. Kamu-sebagai-Bumi melemparkan bayang-bayang juga, tetapi ia membentang di belakangmu, menjauhi lampunya; bolanya tidak berada di dalamnya kecuali pada kedudukan purnama — dan pun hanya kalau sejajar dengan persis: sebuah gerhana, bukan sebuah fase. 7. Bulan berputar tepat sekali tiap orbit, sehingga separuh yang sama menghadap Bumi selamanya — kelinci, wajah, dan segalanya; sisi jauhnya menunggu sebuah kamera terbang mengelilinginya. 8. Putaran dan orbitnya menjaga langkah yang sempurna: selagi Bulan maju di sepanjang jalurnya, ia berputar tepat secukupnya untuk menjaga wajah yang sama tetap menghadap kita — seperti penari yang mengelilingi pasangannya sambil selalu menghadapnya: sungguh berputar (ruangannya melihat setiap sisinya), namun memperlihatkan satu wajah saja kepada pasangannya. 9. Terbit pada tengah malam adalah jadwal perempat terakhir — sisi yang menyusut: perempat terakhir (separuh yang tersinari menghadap ke arah Matahari pagi). 10. Kesalahannya: sabit berdiri dekat Matahari, sehingga ia tidak pernah dapat menunggangi langit dengan tinggi pada tengah malam; tanduknya menunjuk menjauhi Matahari, tidak pernah ke arahnya; dan warna matahari terbenam pada tengah malam adalah kemustahilan tersendiri. Tiga kekeliruan. 11. Tidak: gerhana matahari menuntut Bulan berada di antara Matahari dan Bumi — kedudukan bulan baru. Bulan malam ini berdiri pada purnama, di sisi yang berseberangan: kedua peristiwanya tidak mungkin berbagi satu malam. 12. Misalnya: “Satu kenyataan yang menjalankan bulan itu: Bulan selalu separuh tersinari, dan kita menonton separuh itu berkeliling dari sisi yang berubah-ubah. Yang dikubur bulan ini: bayang-bayang Bumi tidak ada hubungannya dengan fasenya — ia berkunjung hanya pada gerhana yang jarang. Dan bawalah jamnya pulang: tiap fase menepati jam terbitnya sendiri — purnama ketika matahari terbenam, perempatnya pada tengah hari dan tengah malam — sehingga bentuk Bulan memberitahumu jadwalnya.”