Putaran Bumi

Animasi putaran Bumi.

Putaran Bumi bermaksud putaran Bumi yang pejal di keliling paksinya sendiri. Bumi berputar ke arah timur. Apabila dipandang dari Bintang Utara Polaris, Bumi kelihatan berputar melawan arah jam.

Tempoh putaran

Kecondongan paksi Bumi dan hubungannya dengan paksi putaran dan satah orbitnya seperti yang dipandang dari Matahari ketika ekuinoks Mac.

Di planet searah seperti Bumi, sehari najam adalah lebih singkat daripada sehari suria. Pada waktu 1, Matahari dan sebutir bintang jauh tertentu berada di atas sekali. Pada waktu 2, planet berkenaan sudah berpusing 360° dan bintang jauh itu masih di atas, tetapi Matahari pula tidak (1→2 = sehari najam). Seketika kemudian, pada waktu 3, barulah Matahari di atas lagi (1→3 = sehari suria).

Tempoh putaran Bumi secara nisbi dengan Matahari (tengahari benar hingga tengahari benar) ialah satu hari suria benar atau hari suria ketara (apparent solar day). Ia bergantung pada gerakan orbit Bumi, dan oleh itu dipengaruhi oleh perubahan pada kesipian dan kecondongan orbit Bumi. Kedua-duanya berubah-ubah selama ribuan tahun, maka tempoh sehari suria benar ini juga berubah-ubah setiap tahun. Umumnya, sehari suria benar lebih lama daripada sehari suria min pada dua kala dalam setahun, tetapi lebih singkat pada dua lagi kala.^{[n 1]} Sehari suria benar biasanya lebih lama di dekat perihelion apabila Matahari kelihatan bergerak di sepanjang ekliptik melalui sudut yang lebih besar daripada biasa, mengambil masa kira-kira 10 saat untuk berbuat demikian. Sebaliknya, ia sekitar 10 saat lebih singkat di dekat afelion. Ia kira-kira 20 saat lebih lama menjelang solstis apabila unjuran kelihatan gerakan Matahari di sepanjang ekliptik kepada khatulistiwa samawi menyebabkan Matahari 'bergerak; melalui sudut yang lebih besar daripada biasa. Sebaliknya, ketika menjelang ekuinoks pula, unjuran kepada khatulistiwa adalah kira-kira 20 saat lebih singkat. Pada ketika ini, kesan perihelion dan solstis bergabung untuk memanjangkan hari suria sebenar menjelang 22 Disember sebanyak 30 saat suria min lagi, tetapi kesan solstis diatasi separa oleh kesan afelion menjelang 19 Jun apabila ia hanya lebih lama sebanyak 13 saat. Kesan-kesan ekuinoks ini menyingkatkan hari suria menjelang 26 Mac dan 16 September masing-masing sebanyak 18 saat dan 21 saat.^[1][2][3]

Purata sehari suria sebenar dalam peredaran setahun penuh ialah waktu suria min (mean solar time) yang terdiri daripada 86,400 saat suria min. Kini, setiap satu saat ini lebih lama sedikit daripada sesaat SI kerana sehari suria min Bumi kini lebih lama sedikit berbanding pada abad ke-19 disebabkan geseran pasang surut. Purata kepanjangan hari suria min sejak diperkenalkan saat lompat pada tahun 1972 adalah sekitar 0 hingga 2 milisaat lebih lama daripada 86,400 saat SI.^[4][5][6] Kejadian turun naik rawak yang disebabkan oleh teras-mantel coupling mempunyai amplitud sekitar 5 milisaat.^[7][8] Saat suria min pada tahun 1750 hingga 1892 dipilih pada tahun 1895 oleh Simon Newcomb sebagai unit masa yang tidak bersandar dalam Jadual-Jadual Matahari. Jadual-jadual ini digunakan untuk menghitung efemeris-efemeris sedunia pada tahun 1900 hingga 1983, maka saat ini dikenali sebagai saat efemeris. Pada tahun 1967, saat SI disamakan dengan saat efemeris.^[9]

Waktu suria ketara ialah ukuran putaran Bumi, sementara perbezaan antara waktu suria ketara dengan waktu suria min dipanggil persamaan waktu.

Tempoh putaran Bumi yang nisbi dengan bintang tetap, yang dipanggil hari najamnya (stellar day) oleh Perkhidmatan Sistem Putaran dan Rujukan Bumi Antarabangsa (IERS), adalah 86,164.098 903 691 saat waktu suria min (UT1) (23^h 56^m 4.098 903 691^s, 0.997 269 663 237 16 hari suria min).^{[10][n 2]} Tempoh putaran Bumi yang nisbi dengan ekuinoks Mac min yang meliuk atau bergerak, iaitu yang digelar hari ikut bintang (sidereal day),^{[n 3]} adalah 86,164.090 530 832 88 saat waktu suria min (UT1) (23^h 56^m 4.090 530 832 88^s, 0.997 269 566 329 08 hari suria min).^[10] Maka hari ikut bintang ini lebih singkat daripada hari najam dengan perbezaan sekitar 8.4 ms.^[12] Pada tahun 499 M, Aryabhata, seorang ahli matematik dan astronomi tersohor dari zaman klasik matematik dan astronomi India menganggarkan kepanjangan hari ikut bintang ini pada 23^h 56^m 4.1^s.^[13]

Kedua-dua hari najam dan hari ikut bintang ini lebih singkat daripada hari suria min dengan perbezaan sekitar 3 minit 56 saat. Sehari suria min dalam saat SI terdapat daripada IERS untuk tempoh-tempoh 1623–2005^[14] dan1962–2005.^[15]

Sisihan tempoh sehari daripada sehari asas SI, 1962–2010

Baru-baru ini (1999–2010), purata tempoh sehari suria min setahun yang melebihi 86,400 saat SI berubah-ubah antara 0.25 ms dan 1 ms, yang mesti ditambahkan kepada kedua-dua hari najam dan ikut bintang yang diberikan dalam ukuran waktu suria min di atas untuk mendapatkan tempohnya dalam saat SI.

Kelajuan sudut putaran Bumi dalam ruang inersia adalah (7.2921150 ± 0.0000001) ×10⁻⁵ radian sesaat SI (saat suria min).^[10] Didarab (180°/π radian)×(86,400 saat/hari suria min), hasilnya 360.9856°/hari suria min, iaitu Bumi berputar lebih daripada 360° secara nisbi dengan bintang-bintang tetap dalam satu hari suria. Pergerakan Bumi di sepanjang orbitnya yang hampir-hampir bulat sambil berputar di keliling paksinya sekali memerlukan Bumi itu untuk berputar sedikit lebih daripada 360° secara nisbi dengan bintang-bintang najam itu sebelum Matahari min boleh berlalu di atas lagi, sungguhpun ia hanya berputar 360° secara nisbi dengan Matahari min.^{[n 4]} Didarab niliai rad/s itu dengan jejari Khatulistiwa bumi iaitu 6,378,137 m (elipsoid WGS84) (faktor-faktor 2π radian yang diperlukan oleh kedua-duanya membatal), hasilnya kelajuan khatulistiwa 465.1 m/s, 1,674.4 km/h atau 1,040.4 batu sejam.^[16] Sesetengah sumber menyatakan bahawa kelajuan khatulistiwa Bumi lebih perlahan sedikit, iaitu 1,669.8 km/h.^[17] Ini diperoleh dengan membahagikan lilitan khatulistiwa Bumi kepada 24 jam. Bagaimanapun, penggunaan hanya satu lilitan membayangkan hanya satu putaran dalam ruang inersia, jadi unit masa yang bersamaan itu mestilah jam ikut bintang. Ini disahkan dengan mendarab bilangan hari ikut bintang dalam satu hari suria min, 1.002 737 909 350 795,^[10] yang hasilnya ialah kelajuan khatulistiwa dalam jam suria min yang diberikan melebihi 1,674.4 km/h.

Kelajuan tangen putaran Bumi di suatu titik di Bumi boleh dianggarkan dengan mendarab kelajuan di khatulistiwa dengan kosinus latitud.^[18] Contohnya, Pusat Angkasa Kennedy terletak di garis lintang 28.59° Utara, maka kelajuan: 1,674|km/jam * cos (28.59) = 1,470.23 kilometer per jam (913.56 mph).

Liukan, egahan dan gerakan kutub

Paksi putaran Bumi bergerak seiringan dengan bintang-bintang tetap (ruang inersia); komponen-komponen gerakan ini ialah liukan (precession) dan egahan (nutation). Paksi putaran Bumi juga bergerak seiringan dengan kerak Bumi; ini dipanggil gerakan kutub.

Liukan ialah putaran paksi putaran Bumi yang disebabkan terutamanya oleh tork luaran dari graviti Matahari, Bulan dan jasad-jasad samawi yang lain. Gerakan kutub pula disebabkan terutamanya oleh egahan teras bebas dan kenining Chandler.

Asal-usul

Lukisan cakera protoplanet.

Adalah diteorikan bahawa Bumi terbentuk sebagai sebahagian kelahiran Sistem Suria: yang akhirnya menjadi sistem suria ini asalnya wujud dalam bentuk kepulan besar berpusing-pusing yang terdiri daripada debu, batu, dan gas. Ia diperbuat daripada hidrogen dan helium yang terhasil dalam Letupan Besar, dan juga unsur-unsur lebih berat yang dipancutkan oleh supernova. Oleh sebab debu angkasa ini tidak homogen, sebarang asimetri yang terjadi ketika tokokan graviti memberikan momentum sudut untuk planet yang terbentuk.^[19] Kala putaran Bumi masa kini adalah hasil putaran awal ini dengan faktor-faktor lain, termasuk geseran pasang surut dan hentaman Theia yang dihipotesiskan.

Al-Qur'an Menceritakan Perihal Putaran Bumi

" dan engkau akan melihat gunung-gunung yang engkau kira tetap pada tempatnya, padahal ia (bergerak) seperti awan(bergerak)...." (An-Naml : 88)^[20]

Pembuktian teori ini hanya berlaku sekitar kurun ke-17 oleh  Johannes Kepler. Lebih kurang 1000 tahun selepas penurunan ayat dalam surah An-Naml yang tertera di atas. Allah menceritakan keadaan manusia ketika itu yang beranggapan bahawa gunung-gunung yang boleh diertikan sebagai permukaan bumi adalah satu objek yang pegun, namun Allah menjelaskan bahawa bumi turut berputar pada paksinya seperti mana awan.

Putaran bumi pada kelajuan 1,670km/jam berlaku sepanjang masa, ribuan tahun bahkan jutaan tahun namun tidak disedari oleh sesiapa sehingga berlaku pembuktian oleh sains tentang fenomena ini. Sebaliknya Allah menjadikan putaran yang  hampir dua kali ganda kelajuan kapal terbang Boeing-777 selamat kepada setiap makhluk yang hidup di muka bumi terutamanya manusia , tanpa sebarang komplikasi kepada salur darah, tulang vertebra dan lain-lain komplikasi yang tidak menyenangkan.

Lihat juga

• Formula Newcomb
• Kesan Allais
• Kitaran harian
• Sistem Suria
• Geodesi
• Sejarah Bumi

Catatan

1. Apabila kesipian Bumi mencecah 0.047 dan perihelion berada pada ekuinoks atau solstis yang berkenaan, maka hanya satu kala dengan satu kemuncak mengimbangi satu lagi kala dengan dua kemuncak.^[1]
2. Aoki, the ultimate source of these figures, uses the term "seconds of UT1" instead of "seconds of mean solar time".^[11]
3. Hari ikut bintang ini mungkin nama yang kurang tepat kerana boleh disamakan dengan hari najam.
4. Dalam bidang astronomi, berbeza dengan geometri, 360° bermaksud kembali ke titik yang sama dalam sesuatu skala masa berkitar, sama ada satu hari suria min atau satu hari ikut bintang untuk putaran pada paksi Bumi, atau satu tahun ikut bintang atau satu tahun tropika min ataupun satu setahun Julius min yang mengambil masa genap 365.25 hari untuk mengelilingi Matahari.

Rujukan

1. Jean Meeus, Mathematical astronomy morsels (Richmond, Virginia: Willmann-Bell, 1997) 345–6.
2. Equation of time in red and true solar day in blue
3. The duration of the true solar day
4. http://hpiers.obspm.fr/eoppc/eop/eopc04_05/eopc04.62-now
5. Physical basis of leap seconds
6. Leap seconds
7. Prediction of Universal Time and LOD Variations
8. R. Hide et al., "Topographic core-mantle coupling and fluctuations in the Earth's rotation" 1993.
9. Leap seconds by USNO
10. IERS EOP Useful constants
11. Aoki, et al., "The new definition of Universal Time", Astronomy and Astrophysics 105 (1982) 359–361.
12. Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac, ed. P. Kenneth Seidelmann, Mill Valley, Cal., University Science Books, 1992, p.48, ISBN 0-935702-68-7.
13. Aryabhatiya Diarkibkan 2011-08-15 di archive.today Bahasa Marathi: आर्यभटीयcode: mr is deprecated , Mohan Apte, Pune, India, Rajhans Publications, 2009, p.25, ISBN 978-81-7434-480-9
14. IERS Excess of the duration of the day to 86,400s … since 1623 Diarkibkan 2008-10-03 di Wayback Machine Graph at end.
15. "IERS Variations in the duration of the day 1962–2005". Diarkibkan daripada yang asal pada 2007-08-13. Dicapai pada 2007-08-13.
16. Arthur N. Cox, ed., Allen's Astrophysical Quantities p.244.
17. Michael E. Bakich, The Cambridge planetary handbook, ms.50.
18. Butterworth and Palmer. "Speed of the turning of the Earth". Ask an Astrophysicist. NASA Goddard Spaceflight Center.
19. "Why do planets rotate?". Ask an Astronomer.
20. Scientific wonders on the space and earth by Yusuff Al-Hajj Ahmad