revisi makalah -...
TRANSCRIPT
MEKANISME KERJA MATEMATIS SUNDIAL
Revisi Makalah
Diajukan Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Hisab Rukyat Klasik
Dosen Pengampu : Dr. H. Ahmad Izzuddin, M. Ag
Oleh:
RIZA AFRIAN MUSTAQIM
N I M : 1 6 0 0 0 2 8 0 1 4
PROGRAM STUDI ILMU FALAK
PASCA SARJANA
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI WALISONGO
SEMARANG
2016
A. PENDAHULUAN
Siklus harian dan tahunan arah dan panjang bayangan benda, sebuah
tugu, tongkkat istiwa, lingga, bencet atau gnomon atau polos, yang dikenai
bekas cahaya matahari dapat dipergunakan sebagai indikator waktu matahari
yang dipergunakan sehari-hari maupun kalender. Sistem penunjuk waktu
dengan indikator bayang-bayang oleh bekas cahaya matahari dinamakan
Sundial atau dial. Dalam perspektif sejarah Sundial merupakan bentuk contoh
peradaban manusia yang bernafaskan astronomi. Manusia berusaha
memahami dan memanfaatkan keteraturan siklus matahari di atas horizon
untuk keperluan hidupnya, memeperkaya kultur dan peradabannya.1
Dalam perkembangan sejarah teknologi Sundial merupakan instrumen
pengamatan yang sudah dikenal manusia sejak zaman Babylonia (antara
2000 - 1000 tahun sebelum Masehi) dan mungkin lebih lama lagi, kemudian
berlanjut ke zaman Yunani Kuno (beberapa ratus tahun sebelum Masehi)
seperti Thales (600 SM), Meton (430 SM) dan calippos (4 abad SM).2
Dalam perkembangannya walaupun sistem penunjuk waktu untuk
keperluan sehari-hari dan sistem kalender untuk sistem penunjuk waktu
jangka panjang sudah tersedia namun Sundial masih menjadi pembicaraan
dalam astronomi dan khalayak luas.3
Berdasarkan penjelasan di atas, perlu kiranya untuk dilakukan sebuah
kajian mendalam tentang segi klasik Sundial sebagai salah satu alat dalam
praktek ilmu falak. Hal tersebut akan dikupas dalam tulisan ini berdasarkan
mekanisme kerja Sundial.
1 Penelitaian Moedji Raharto, “Sindial; Antara Monumen dan Pendidikan”, dalam buku
Seminar Sehari Astronomi, Bandung: TP, 1995, h. 127 2 Penelitaian Moedji Raharto, “Sindial ..., h. 127
3 Penelitaian Moedji Raharto, “Sindial ..., h. 128
B. MACAM-MACAM SUNDIAL
Berkaitan dengan panjang dan arah bayangan-bayangan benda yang
disebabkan oleh kedudukan matahari di langit suatu tempat dapat
dieksplorasi. Antara lain mengetahui meridian langit dan sistem waktu surya
yang dipergunakan sehari-hari di lokasi pengamatan. Mengetahui keberadan
matahari terhadap titik Aries, titik paling Selatan maupun titik paling Utara.
Pemanfaatan kombinasi besaran posisi matahari dengan panjang dan arah
bayang-bayang antara lain di dalam bentuk Sundial Stick in the Sand, panjang
bayang-bayang dan arahnya digunakan untuk indikator tinggi dan azimuth
matahari. Tinggi (h) dan azimuth (Az), deklinasi (δ) matahari dan lintang
tempat (ϕ), berhubung dengan sudut jam matahari (HA), cos (HA) = (sin h -
sin ϕ sin δ) / cos ϕ cos δ atau sin (HA) = *(sin h sin Az) / cos δ+.4 Perhatikan
macam-macam Sundial berikut:
1. Altitude Dial. Memanfaatkan kombinasi tinggi, deklinasi dan lintang
tempat, dengan sudut jam. Misalnya De Saint Regans atau Capuchin
Dial (abad 15) tinggi dan sudut jam fungsi waktu (kalender).
2. Pilar Dial. Dilengkapi jarum penunjuk hari dan jam dan Disc Dial.
3. Horizontal Dial. Sudut jam dengan arah perubahan sudut dengan garis
utara selatan.
4. Vertical South/Nourth Facing Dial. Memanfaatkan bayangan yang
dibentuk oleh matahari ketika matahari berada dibelahan langit
selatan atau di utara, (ϕ > 23.5ᵒ). Orientasi rumah yang tidak selalu
tepat dengan utara – selatan dapat dikoreksi dengan orientasi stick
pada Sundial. Sundial bersistem ekuatorial ada arah sumbu yang
sejajar dengan sumbu bumi.
5. Global Sundial. Memanfaatkan bola bumi untuk mengetahui pola
matahari mencahayai kutub bumi, mengetahui terbit dan terbenam
matahari secara global serta rotasi bumi terhadap waktu dan bayang-
bayang.
4 Penelitaian Moedji Raharto, “Sindial ..., h. 128
6. Noon Mark. (Tanda bayang-bayang tengah siang) dan analemma. Efek
persamaan waktu, perbedaan waktu matahari rata-rata dan matahari
sebenarnya mencapai meridian, tergambar pada noon mark.5
Selain itu Sundial bisa berbentuk sebuah monumen, namun juga bisa
berbentuk portable dapat dibawa dangan mudah (misalnya Pocket Sundial).
Tujuan pembuatan Sundial juga bisa beragam sebagai memorial (tugu
peringatan atau kenangan) atau sebuah hiasan.6
Dalam referensi lain di sebutkan Sundial memiliki beberapa macam,
antara lain: equatorial sundial, horisontal sundial dan vertical sundial.
Sebagiamana berikut:
1. Equatorial Sundial atau Jam Matahari Ekuatorial
Jam Matahari ekuatorial adalah Jam matahari yang mempunyai
bidang dial miring sesuai dengan lintang suatu tempat dan memiliki
gnomon yang tegak lurus terhadap dataran bidang dialnya tersebut.
Kemiringan bidang dial sesuai dengan besar lintang tempat ditujukan
untuk penyesuaian posisi bidang dial dengan lingkaran meridian.7
Berikut adalah contoh gambar jam Matahari equatorial.8
5 Penelitaian Moedji Raharto, “Sindial ..., h. 128
6 Penelitaian Moedji Raharto, “Sindial ..., h. 128
7 Rene R J Rohr, Sundial: HistoryTheory And Practice, Newyork: Dover, 1996, hlm. 47.
8 Sumber dari www.sundialequatorial.com diakses pada hari rabu 12 Oktober 2016.
a. Bagian-bagian jam Matahari ekuatorial dan cara kerjanya
Jam Matahari ekuatorial mempunyai bagian yang wajib
terpasang yaitu bidang dial yang terdapat garis-garis jam dan
gnomon sebagai penangkap cahaya yang menghasilkan bayangan.
1) Bidang Dial
Gambar di atas adalah bentuk jam Matahari yang
mempunyai model bidang dial miring sesuai dengan
lintang suatu tempat. Tabel pada bidang dial memiliki dua
sisi yang sejajar dengan khatulistiwa dan memiliki sudut
90ᵒ. selain itu juga, bidang dial memiliki tabel garis waktu
yang digunakan sebagai penanda bayangan Matahari. Hal
ini dikarenakan adanya pergerakan deklinasi Matahari
yang mana kadang kala Matahari berada di utara
khatulistiwa atau memiliki deklinasi positif dan kadang kala
berada di selatan khatulistiwa atau memiliki deklinasi
negatif.9
Sedangkan Gambar garis–garis jam yang terdapat
pada bidang dialnya merupakan gambaran dari proyeksi
bola langit terhadap bidang datar.10 Untuk memahaminya,
bayangkan sebuah bola transparan yang mana pada bola
tersebut terdapat garis-garis meridian yang antara satu
dengan garis yang lain memiliki jarak 15°, kemudian
miringkan bola tersebut sehingga poros atau sumbunya
menghadap ke arah kutub utara langit, jika bola tersebut
disinari maka garis–garis meridian yang tergambar pada
bola tersebut akan terproyeksikan menjadi garis-garis lurus
yang menunjukkan garis jam.
9 Denis Savoie, Sundial, Construction and Use, Praxis, Jerman:2009. h. 57.
10 Denis Savoie, Sundial ..., h. 38.
2) Gnomon
Bagian yang kedua dari jam Matahari ekuatorial
adalah gnomon. Gnomon pada jam matahari ekuatorial
diletakkan tegak lurus dengan bidang dial yang miring.
Ketika hari berganti, model bayangan tidak akan selalu
bergerak ke arah yang sama. Seperti ketika Matahari
berada pada deklinasi utara maka bayangan Matahari akan
searah dengan jarum jam. Akan tetapi ketika deklinasi
selatan maka bayangan Matahari akan berlawanan dengan
arah jarum jam.11
Pada saat deklinasi utara, setelah tanggal 21 juni
panjang bayangan akan menjadi lebih panjang, dan akan
terus memanjang tak terhingga sampai pada musim gugur
yang terjadi pada tanggal 23 september. Begitu juga
sebaliknya akan terjadi pada saat deklinasi selatan.12
2. Horisontal Sundial atau Jam Matahari Horisontal
Jam Matahari Horisontal merupakan bentuk yang paling
sederhana. Kita kerap menjumpai di depan masjid sebagai penunjuk
waktu dan bahkan jenis jam ini dijadikan sebagai tempat wisata seperti
jam Matahari terbesar di Indonesia yang terletak di Perumahan Kotabaru
Parahyangan, Padalarang, Kabupaten Bandung Barat, sekitar 20 kilometer
arah barat kota Bandung.13
Jam Matahari horizontal mempunyai garis jam yang berpotongan
pada titik di mana gnomon ini melintasi bidang horizontal. Bentuk dari
jam ini disesuaikan dengan skema kemiringan yang sama dari garis lintang
tempat. Jam ini lebih mendekati prinsip dalam pemakaian jam Equatorial.
11
Lihat Skripsi M. Hanifan Muslimin, “Analisis Penggunaan Bencet Di Pondok Pesantren Al-mahfudz Seblak Diwek Jombang Sebagai Penunjuk Waktu Salat”, h. 31
12 Denis Savoie, Sundial ..., h. 59
13 Lihat www.thebiggestsundial.com. Di akses pada hari Rabu, 12 Oktober 2016
Jam Matahari ini juga dirancang untuk satu lintang dan dapat digunakan
dalam lintang lain, asalkan ketika ke atas atau ke bawah memiliki sudut
miring yang sama dalam perbedaan lintang.14
Berikut adalah gambar jam Matahari horizontal.15
a. Bagian- bagian jam Matahari horisontal dan cara kerjanya
Jam Matahari Horisontal merupakan jam Matahari yang
mempunyai bidang dial berbentuk datar sejajar dengan garis
horizon Bumi. Jam Matahari Horizon mempunyai bagian yaitu
bidang dial datar sebagai cirri dari horizon dan gnomon yang
menyesuaikan lintang.
1) Bidang Dial
Jam Matahari Horisontal merupakan jam Matahari
yang mempunyai bidang dial berbentuk datar sejajar
dengan garis horizon Bumi. Jam Matahari Horizon
mempunyai bagian yaitu bidang dial datar sebagai cirri dari
horizon dan gnomon yang menyesuaikan lintang.16
Sedangkan garis jam pada bidang dial untuk jam
Matahari horisontal ini tidak sama seperti jam Matahari
Ekuatorial. Jam Matahari Ekuatorial memiliki jarak sebesar
15ᵒ antar garis jam. Sedangkan untuk jam Matahari
14
Rene R.J. Rohr, Sundials .., h. 49 15
Sumber dari www.sundialequatorial.com diakses pada hari rabu 12 Oktober 2016. 16
Denis Savoie, Sundial ..., h. 68
horisontal, besar sudut antar garis jam dihitung dengan
mempertimbangkan lintang tempat dari daerah dimana
jam Matahari tersebuta akan digunakan. Yaitu dengan
menggunakan rumus:
tan H = sin ɸ . tan H
sehingga besar sudut antar jam pada bidang dial tidak
mutlak sebesar 15ᵒ.17
2) Gnomon
Gnomon pada jam Matahari ini, harus disesuaikan
dengan besar sudut lintang tempat dimana sundial ini akan
digunakan. Mungkin disinilah kita dapat menemukan
perbedaan antara jam Matahari Ekuatorial dan Horisontal.
pada jam Matahari Ekuatorial, yang harus disesuaikan
kemiringannya dengan besar sudut lintang tempat.
Sedangkan untuk jam Matahari Horisontal adalah
kemiringan gnomonnya.18
3. Vertical Sundial atau Jam Matahari Vertikal
Jam Matahari Vertikal adalah jam Matahari yang mempunyai
bentuk tegak lurus/vertikal. biasanya ditemui di dinding-dinding
bangunan, menara atau tempat umum baik dijadikan penunjuk waktu
maupun hiasan rumah. Sehingga penempatannya lebih tepat untuk
diletakkan di tempat yang tegak lurus pula.
Berikut adalah contoh jam Matahari vertikal.19
17
Denis Savoie, Sundial ..., h. 68 18
Denis Savoie, Sundial ..., h. 69 19
Sumber dari www.sundialequatorial.com diakses pada hari rabu 12 Oktober 2016.
a. Bagian- bagian jam Matahari Vertikal dan cara kerja
Jam Matahari vertikal hampir sama dengan jam Matahari
horizontal yang menjadi perbedaannya adalah cara
penempatannya saja. Jam Matahari vertikal diletakkan sejajar
dengan garis vertikal. Bagian bagian yang terdapat pada jam
Matahari ini adalah bidang dial dan gnomon.
1) Bidang Dial
Bidang dial pada jam Matahari vertikal di letakkakn
sejajar dengan garis vertikal. Konsep yang terdapat di
dalam jam Matahari ini hampir sama dengan apa yang ada
pada jam Matahari Horisontal. Sedangkan pada rumus
penentuan garis antara satu jam ke jam lain pun sama
dengan apa yang terdapat pada jam Matahari Horisontal,
yaitu dengan menggunakan rumus dan
mempertimbangkan besar sudut lintang tempat. Apabila
kita simpulkan, maka jam Matahari Vertikal ini layaknya
jam Matahari Horisontal yang di rubah posisinya menjadi
tegak lurus.20
2) Gnomon
Gnomon pada jam Matahari vertikal juga relatif
sama. Persamaannya ialah terletak pada konsep
20
Rene R.J. Rohr, Sundials .., h. 53
penentuan kemiringan gnomon yang disesuaikan dengan
besar sudut lintang tempat daerah. Sedangkan
pemasangannyategak lurus dengan alas bangunan yang
akan dijadikan pijakannya.21
C. SISTEM KLASIK SUNDIAL
Berbicara tentang segi klasik Sundial tidak jauh berbeda dengan alat-alat
lain yang sudah lama ditemukan. Segi klasik yang terdapat pada Sundial
dapat dilihat dari beberapa hal, di antaranya:
1. Mekanisme Kerja Sundial
Berdasarkan pemaparan di atas, mekanisme kerja Sundial atau
Jam Matahari masih menggunakan teori heliosentris yaitu model
astronomi yang mana bumi mengelilingi matahari yang berada pada
pusat tata surya. Hal tersebut bermakna bahwasanya Sundial
menggunakan rotasi perputaran bumi terhadap matahari untuk
menentukan waktu. Karena bumi berrotasi, maka Sundial akan
menggunakan gerak semu matahari untuk menentukan waktu pada hari
tertentu.
Jika melihat kepada macam-macamnya, setiap jenis Sundial
terdapat bidang dial dan gnomon. Dimana bidang dial nantinya akan
menunjukan bayangan matahari melalui gnomon. Setiap jenis sundial
pada prinsipnya sama-sama akan dapat menentukan waktu harian bila
terdapat cahaya matahari dan bayang-bayang matahari. Tanpa cahaya
dan bayang-bayang matahari tersebut, maka jenis sundial apapun tidak
akan dapat digunakan.
Keterbatasan mekanisme kerja Sundial terhadap cahaya matahari
dan bayang-bayang matahari menunjukan bahwa Sundial merupakan
salah satu alat klasik dalam ilmu astronomi. Sejauh ini yang berkembang
21
Rene R.J. Rohr, Sundials .., h. 53
hanyalah bahan yang dijadikan untuk membuat Sundial lebih baik dan
praktis. Sedangkan dari sistem kerja yang digunakan masih tetap sama.
2. Waktu Penemuan Sundial
Jam Matahari merupakan jam tertua yang pertama kali digunakan
sekitar 3500 sebelum Masehi. Prinsip kerja jam ini yaitu dengan
menunjukkan berdasarkan letak Matahari dengan cara melihat bayangan
Matahari. Di Indonesia, jam Matahari biasanya dibuat dari tongkat atau
semen serta sejenisnya dan ditempatkan di daerah terbuka agar mudah
terkena sinar Matahari.22
Pada tahun 1500 SM di Mesir ditemukan sundial berbentuk “T” yang
digunakan oleh Thutmosis III. Alat ini dilengkapi dengan bandul/syaqul
untuk mengukur kesejajaran ketika digunakan.23 Mesir memiliki
peradaban yang luar biasa kaitannya dengan astronomi. Mereka
menggunakannya untuk keperluan ibadah (menyembah Tuhan)
berdasarkan waktu tertentu.
Pada periode Yunani Klasik desain sundial mulai dikembangkan,
diantaranya berbentuk hermisperium. Alat ini dirancang oleh Aristarcus
dari Samos (abad ke-3 SM). Dia membuatnya dari batu yang berbentuk
cekung yang ditengahnya terdapat gnomon vertikal yang mengarah ke
zenit. Dalam perkembangannya Alexander The Great (356-323 SM),
Berosus mendesain lagi lebih sempurna yang disebut dengan
hemicyclium, dengan menggunakan vertical gnomon. Hemicyclium lebih
mudah dibaca dan ringan untuk dibawa untuk melakukan penelitian
waktu.24
Meskipun teori geosentris masih berkembang pada saat itu, akan
tetapi banyak memunculkan perdebatan. Ini terlihat dari semakin
22
Rene R.J. Rohr, Sundials .., h. 47 23
Rene R.J. Rohr, Sundials .., h. 5 24
Rene R.J. Rohr, Sundials .., h. 8
berkembangnya model sundial yang mengikuti posisi Matahari dalam
pergerakan semunya. Dan akhirnya pada abad ke-10, astronom Arab
telah menemukan cikal bakal lahirnya sundial modern.25
Selain itu, masing-masing sundial pun mempergunakan peraturan
tersendiri dalam proses pembuatan dan penggunaanya.26 Ibnu al-Shatir
membuatnya untuk masjid Umayyah di Damaskus pada tahun 1371 M.
Sundial tersebut menggunakan gnomon yang sejajar dengan kutub Bumi
hingga sampai saat ini masih ada.27
Mengingat keberadaan Sundial yang sudah cukup lama, maka hal
tersebut merupakan salah satu bagian dari keklasikan Sundial.
3. Metode Sundial
Berdasarkan macam-macam dan fungsinya Sundial hanya dapat
berfungsi ketika ada sinar matahari dan menghasilkan bayangan.
Perhatikan tabel perbedaan Sundial berikut:
Bagian Ekuatorial Horizontal Vertikal Keterangan
Bidang
Dial
Penempatan
bidang dial
miring
sesuai
dengan
besar lintang
Penempatan
bidang dial
sejajar
dengan garis
horizon
Penempatan
bidang dial
sejajar
dengan garis
vertikal
Konsep bidang
dial pada
Sundial
Horizontal dan
Vertikal sama,
yang
membedakan
adalah dalam
penempatannya
25
Teori geosentris oleh Claudius Ptolomeus (140 M) yang menyatakan bahwa Bumi itu sebagai pusat jagat raya. Lalu teori ini terbantahkan oleh Nicolas Copernicus (1473 -1543 M) dengan heliosentrisnya, bahwa Matahari adalah sebagai titik pusatnya.
26 Rene R.J. Rohr, Sundials .., h. 3
27 Lawrence E. Jones, Sundial and Geometry, Glastonbury: North American Sundial
Society, 2005, h. 6
Gnomon Dipasang
tegak lurus
dengan
kemiringan
bidang dial
Dipasang
tegak lurus
dengan
bidang dial
dan
diletakkan
sejajar
dengan arah
utara sejati
Dipasang
tegak lurus
dengan alas
bangunan
yang akan
dijadikan
pijakan
Gnomon pada
Sundial
Horizontal dan
Vertikal
mempunyai
kesamaan yaitu
tinggi gnomon
sama dengan
besaran lintang
tempat28
Berdasarkan fungsinya, Sundial juga akan berfungsi untuk banyak hal
jika terdapat sinar dan bayangan matahari. Sebagaimana berikut:
1. Sebagai Penunjuk Waktu Salat. Fungsi Sundial salah satunya ialah
digunakan sebagai penunjuk awal dan akhir waktu salat,
khususnya salat Zuhur dan Asar.29
2. Penunjuk Waktu Lokal. Sundial juga dapat difungsikan sebagai
penunjuk waktu lokal yaitu dengan melihat garis jam yang
ditunjukkan oleh bayangan gnomon seseorang bisa mengetahui
jam pada hari tersebut, akan tetapi waktu yang ditunjukan oleh
Sundial ialah waktu lokal sehingga akan ada selisih dengan waktu
daerah. Selisih tersebut bisa dihitung dengan menggunakan
konversi dari waktu daerah ke waktu lokal.30
3. Penunjuk Tanggal. Sundial juga dapat di manfaatkan sebagai
penunjuk tanggal yaitu Sundial ekuatorial. Sundial ini memiliki
bidang dial yang sejajar dengan garis ekuator langit, oleh karena
itu panjang bayangan gnomon yang jatuh pada bidang dial sama
28
Lihat Skripsi M. Hanifan Muslimin, “Analisis Penggunaan Bencet Di Pondok Pesantren Al-mahfudz Seblak Diwek Jombang Sebagai Penunjuk Waktu Salat”, h. 38.
29 M. Hanifan Muslimin, “Analisis ..., h. 38.
30 M. Hanifan Muslimin, “Analisis ..., h. 40-41.
dengan panjang gnomon / Tan δ (lintang tempat), selain itu
pergerakan harian ujung bayangan gnomon selalu membentuk
sebuah lingkaran lingkaran ini sering disebut dengan lingkaran
deklinasi.31
Dari penjelasan di atas dapat di simpulkan bahwa berdasarkan
metode Sundial yang jika kita lihat pada macam-macam dan fungsinya
sangat tergantung kepada sinar matahari dan bayangannya. Oleh karena
itu ketergantungan tersebut, maka Sundial dapat dikatakan sebagai salah
satu alat klasik.
31
M. Hanifan Muslimin, “Analisis ..., h. 41-42.
DAFTAR PUSTAKA
Jones, Lawrence E., Sundial and Geometry, Glastonbury: North American Sundial Society, 2005.
Muslimin, M. Hanifan, “Analisis Penggunaan Bencet Di Pondok Pesantren Al-mahfudz
Seblak Diwek Jombang Sebagai Penunjuk Waktu Salat” Skripsi Fakultas Syari’ah dan
Hukum, UIN Walisongo Semarang.
Raharto, Moedji, “Sindial; Antara Monumen dan Pendidikan”, dalam buku Seminar Sehari Astronomi, Bandung: TP, 1995.
Rohr, Rene R.J., Sundials History, Theory, and Practice, New York: Dover
Publications, Inc, t.t. Savoie, Denis, Sundial, Construction and Use, Praxis: Jerman, 2009.