Mengapa terjadi pergantian musim
Mengapa ada musim? Mengapa di daerah beriklim sedang, misalnya di Eropa, musim semi, musim panas, musim gugur, dan musim dingin silih berganti? (Indonesia terletak di sekitar khatulistiwa, sehingga di sini musimnya berbeda: musim hujan dan musim kemarau.) Banyak orang percaya bahwa pergantian musim panas dan musim dingin disebabkan oleh jarak Bumi ke Matahari yang berubah-ubah sepanjang tahun. Bumi memang tidak mengelilingi Matahari dalam lingkaran yang sempurna. Ada saat-saat ketika Bumi lebih jauh dari Matahari, dan ada saat-saat ketika Bumi lebih dekat. Perhatikan gambar berikut:
Terlihat bahwa saat Bumi berada “di atas”, jaraknya ke Matahari lebih jauh daripada saat Bumi berada “di bawah”. Sekilas masuk akal jika saat Bumi lebih jauh dari Matahari terjadi musim dingin dan saat lebih dekat terjadi musim panas. Namun, Bumi berada paling jauh dari Matahari sekitar tanggal lima Juli dan paling dekat sekitar tanggal empat Januari. Bagi belahan bumi utara, misalnya Eropa, keadaannya justru terbalik: saat Bumi paling jauh dari Matahari, di sana musim panas, dan saat paling dekat, di sana musim dingin.
Kita juga tahu bahwa saat belahan bumi utara mengalami musim panas, belahan bumi selatan mengalami musim dingin, dan sebaliknya. Ketika orang-orang di Eropa kedinginan pada bulan Januari, di Australia sedang musim panas. Jadi, musim tidak mungkin disebabkan oleh jarak Bumi ke Matahari yang berubah-ubah. Jika memang demikian, musim panas akan terjadi di seluruh planet, bukan hanya di satu belahan bumi.
Selain itu, gambar di atas membuat jarak Bumi ke Matahari tampak berubah drastis, padahal kenyataannya perbedaannya jauh lebih kecil. Saat Bumi paling dekat dengan Matahari, jaraknya sekitar 147 juta kilometer. Saat paling jauh, jaraknya sekitar 152 juta kilometer. Selisihnya hanya sekitar tiga persen, terlalu kecil untuk menimbulkan perubahan cuaca sebesar yang kita amati antara musim panas dan musim dingin.
Semua karena sumbu Bumi
Sumbu Bumi adalah garis khayal tempat Bumi berputar. Sumbu ini sedikit miring terhadap bidang khayal tempat Bumi beredar mengelilingi Matahari. Perhatikan gambar berikut:
Sumbu digambarkan dengan garis putih di bagian atas dan bawah, sedangkan garis hitam yang melintang pada Bumi menunjukkan khatulistiwa. Khatulistiwa membagi Bumi menjadi dua belahan, yaitu belahan bumi selatan dan belahan bumi utara. Panah di bagian bawah menunjukkan arah rotasi Bumi pada sumbunya. Terlihat bahwa sumbunya tidak tegak, tetapi sedikit miring. Pada gambar ini saja sudah terlihat bahwa Matahari jauh lebih banyak menyinari belahan bumi selatan daripada belahan bumi utara. Kita juga bisa melihat hal lain: kutub selatan disinari Matahari, sedangkan kutub utara tidak. Keadaan ini akan berlangsung cukup lama. Bayangkan satu hari sudah berlalu, sehingga Bumi sudah berputar satu kali pada sumbunya. Karena kemiringan Bumi, Matahari menyinari kutub selatan sepanjang waktu, dan di sana Matahari sama sekali tidak terbenam! Sebaliknya, di kutub utara Matahari tidak terbit sepanjang hari! Selain itu, selama itu Matahari menyinari bagian belahan bumi selatan yang jauh lebih luas daripada bagian belahan bumi utara. Jadi, di belahan bumi selatan sedang musim panas, sedangkan di belahan bumi utara sedang musim dingin. Hal ini sesuai dengan yang kita ketahui: pada musim dingin, siang lebih pendek daripada pada musim panas.
Namun, hal ini belum menjelaskan mengapa Matahari pada musim dingin terasa “lebih dingin” daripada pada musim panas. Baik, pada musim dingin Matahari bersinar lebih singkat, dan kita sudah tahu sebabnya. Lalu, mengapa sinarnya juga tidak sehangat pada musim panas? Penyebabnya adalah sudut datang sinar Matahari.
Sudut datang sinar Matahari
Bayangkan sebuah dinding yang disinari cahaya secara tegak lurus. Lalu ada dinding kedua yang sama panjangnya dan juga disinari cahaya, tetapi tidak tegak lurus. Dibandingkan dinding pertama, dinding kedua diputar sebesar 45 derajat:
Terlihat bahwa meskipun kedua dinding sama panjang dan disinari sumber cahaya yang sama kuatnya, sinar yang mengenai dinding kedua lebih sedikit daripada sinar yang mengenai dinding pertama. Bukan hanya itu, sinar-sinar itu juga jatuh lebih berjauhan. Jadi, dinding kedua tidak disinari sebaik dinding pertama. Hal yang sama berlaku untuk sinar Matahari: yang penting adalah sudut datang sinar itu ke permukaan Bumi. Jika sinar datang tegak lurus, banyak sinar yang sampai ke permukaan, dan kita merasakannya sebagai panas. Jika sinar datang dengan sudut yang lebih kecil, sinar yang sampai ke permukaan lebih sedikit dan “lebih berjauhan”, dan kita merasakannya sebagai dingin. Hal yang sama terjadi pada Bumi:
Semua sinar yang jatuh tegak lurus ke permukaan Bumi mengenai belahan bumi selatan. Jadi, setiap meter persegi belahan bumi selatan menerima lebih banyak sinar Matahari, sehingga di sana lebih hangat daripada di belahan bumi utara. Belahan bumi utara memang juga menerima sinar, tetapi sinarnya datang dengan sudut yang lebih kecil, sehingga yang sampai ke sana lebih sedikit. Karena itu pula, di belahan bumi utara udara biasanya makin dingin jika kita bergerak ke utara dan makin hangat jika kita bergerak ke selatan. Makin jauh ke utara, sinar Matahari datang dengan sudut yang makin kecil, sehingga sinar yang sampai ke sana lebih sedikit.