Hukum Kepler merupakan sebuah hukum dalam ilmu astronomi yang dikemukakan oleh ahli matematika dan astronomi asal Jerman, Johannes Kepler. Ada tiga jenis dari hukum Kepler. Ketiga jenis dari hukum ini menjelaskan mengenai pergerakan dua benda langit yang saling mengorbit satu sama lain atau pergerakan gerakan planet di dalam sistem tata surya. Hukum Kepler ditulis untuk orbit planet dan matahari dalam tata surya. Dalam hukum ini telah diterapkan bahwa lintasan orbit planet saat mengelilingi matahari berbentuk elips atau lonjong.
Hukum ini dibuat berdasarkan pengamatan Tycho Brahe, yang diterbitkan dalam bentuk Rudolphine Tables. Kepler berpendapat bahwa data posisi planet hasil pengamatan Brahe ini dapat dituliskan sebagai rumusan matematika sederhana yang ia tuangkan ke dalam tiga jenis hukum Kepler. Berikut adalah penjelasan mengenai ketiga jenis ulasan lengkap hukum kepler.
- Hukum I Kepler
Berbunyi sebagai berikut:
“Orbit dari setiap planet ketika bergerak mengelilingi matahari berbentuk elips dengan matahari berada di salah satu fokusnya.”
Pernyataan ini cukup mengejutkan pada jamannya karena banyak ahli meyakini bahwa lintasan planet saat mengelilingi berbentuk bulat yang sempurna. Jika dilihat dari jalur edarnya, memang jalur orbit planet tersebut tidak terlihat terlalu lonjong. Namun sebenarnya, lintasan planet saat mengelilingi matahari berbentuk elips atau lonjong (baca : bagian-bagian matahari).
Pada lingkaran, setiap garis yang melalui fokus lingkaran atau diameternya memiliki panjang yang sama. Hal ini berbeda pada elips. Jarak garis dari ujung ke ujung elips yang berbeda akan berbeda pula. Pada elips, kita dapat menarik dua buah garis dari ujung ke ujung. Satu garis adalah garis yang terpendek, sedangkan garis yang lain adalah garis yang terpanjang. Kedua garis ini merupakan kedua garis yang saling tegak lurus. Garis yang pendek atau yang tegak lurus terhadap sumbu pusat merupakan sumbu minor, sedangkan garis lainnnya adalah sumbu mayor. Dua buah titik fokus pada elips terletak pada kedua sisi sumbu mayor. Jarak antara kedua titik fokus ini menentukan eksentrisitasnya. Semakin besar jarak antara kedua titik fokus atau saat elips semakin lonjong, maka eksentrisitasnya bernilai semakin besar. Pada lingkaran sempurna, nilai eksentrisitas ini yaitu nol. Pada lintasan planet yang mengelilingi matahari, nilai eksentrisitas ini tidak terlalu besar, atau mendekati nol, sehingga orbit planet berbentuk elips namun tidak terlalu lonjong dan mendekati bentuk lingkaran sempurna.
Dengan lintasan berbentuk elips ini, kita bisa mengetahui bahwa jarak planet ke matahari tidak selalu sama, begitu pula dengan jarak antara bumi dan matahari. Bumi memiliki jarak terdekat dan jarak terjauh ke matahari. Kondisi saat bumi berada pada jarak terdekat dengan matahari disebut dengan perihelion. Sedangkan kondisi saat bumi berada pada jarak terjauh dengan matahari disebut dengan aphelion.
- Hukum II Kepler
Berbunyi sebagai berikut:
“Garis khayal yang menghubungkan planet dan matahari selalu menyapu luas daerah yang sama pada interval waktu yang sama.”
Awalnya, banyak orang yang berpendapat bahwa kecepatan benda-benda langit saat mengelilingi matahari selalu konstan atau sama. Namun, hukum Kepler II ini secara tidak langsung menyatakan bahwa kecepatan benda langit tidak selalu sama saat mengelilingi matahari.
Karena lintasan planet berbentuk elips, maka apabila ditarik dua buah garis khayal yang menghubungkan planet dan matahari di tempat yang berbeda akan memiliki panjang lintasan yang berbeda. Untuk panjang lintasan yang berbeda ini, planet akan menembuh panjang lintasan ini pada interval waktu yang sama apabila luas daerah yang disapu sama. Hal ini berarti bahwa saat berada di dekat titik terdekat atau perihelion, benda langit akan bergerak lebih cepat. Sebaliknya, saat berada di dekat titik terjauh atau aphelion, benda langit akan bergerak lebih lambat (baca : ciri planet dalam tata surya).
Dapat disimpulkan juga bahwa kecepatan maksimal dari pergerakan planet yaitu di titik perihelion, sedangkan kecepatan minimalnya yaitu di titik aphelion. Perbedaan kecepatan ini sebenarnya tidak terlalu signifikan karena bentuk elips dari orbit planet memiliki nilai eksentrisitas yang sangat kecil.
- Hukum III Kepler
Berbunyi sebagai berikut:
“Kuadrat dari periode orbit sebuah planet (P) berbanding lurus dengan pangkat tiga jarak rata-ratanya dari matahari (a).”
Secara matematis, pernyataan ini dapat ditulis sebagai:
P^2 ∝ a^3
Dimana P adalah kuadrat atau pangkat dua dari periode orbit sebuah planet atau benda langit, sedangkan a adalah jarak rata-rata suatu planet atau benda langit lain dengan matahari.
Persamaan ini dapat digabungkan dengan hukum gravitasi Newton dan hukum II Newton untuk menurunkan rumus yang menjelaskan hubungan gaya gravitasi dengan kedua massa benda langit dan jarak antara keduanya.
Dalam kehidupan sehari-hari, ketiga jenis dari hukum Kepler ini masih banyak digunakan dalam ilmu Astronomi. Berikut adalah beberapa fungsi dari penerapan tiga jenis hukum Kepler:
- Memperkirakan bentuk atau lintasan dari planet saat mengorbit matahari yang belum ditemukan sebelumnya. Hukum ini juga dapat diterapkan untuk benda langit yang mengorbit benda langit lainnya, misalnya satelit alami bumi berupa bulan yang bergerak dengan lintasan tertentu mengelilingi bumi.
- Dengan menerapkan hukum ini dan memperkirakan lintasan benda langit, benda langit lain juga dapat ditemukan.
Meskipun begitu, penerapan perhitungan menggunakan ketiga hukum Kepler ini belum sempurna karena belum memperkirakan beberapa aspek lain yang juga mempengaruhi perhitungan seperti gesekan dengan atmosfer, teori relativitas, keberadaan benda langit lain, dan lain sebagainya. Hal ini menyebabkan pada beberapa kondisi perhitungan menjadi tidak akurat (baca : planet di tata surya).
Demikian penjelasan mengenai hukum Kepler, pengertian, jenis-jenis hukum Kepler, dan perannya dalam kehidupan sehari-hari. Semoga bermanfaat dan dapat menambah ilmu para pembaca. Terima kasih telah membaca.