1. Hukum I Kepler: Hukum Orbit Elips 🪐
Hukum ini menyatakan:
“Setiap planet bergerak dengan lintasan elips, Matahari berada di salah satu fokusnya.”
Konsep Utama:
- Elips (Bukan Lingkaran): Sebelum Kepler, astronom meyakini bahwa orbit planet berbentuk lingkaran sempurna (berdasarkan pandangan filosofis Yunani kuno). Kepler membuktikan bahwa bentuk orbit yang sebenarnya adalah elips, yaitu lingkaran yang sedikit lonjong.
- Dua Fokus: Elips memiliki dua titik fokus (F1 dan F2). Matahari tidak berada tepat di pusat orbit, melainkan menempati salah satu fokus elips tersebut.
- Eksentrisitas: Tingkat ‘kelonjongan’ sebuah elips diukur dengan eksentrisitas (e).
- Jika e=0, elips tersebut menjadi lingkaran sempurna.
- Orbit planet memiliki e yang sangat kecil (mendekati 0), menjadikannya hampir melingkar. Komet memiliki e yang besar, sehingga orbitnya sangat lonjong.
2. Hukum II Kepler: Hukum Luas yang Sama 🚀
Hukum ini menyatakan:
“Suatu garis khayal yang menghubungkan Matahari dengan planet menyapu luas juring yang sama dalam selang waktu yang sama.”
Konsep Utama:
- Kecepatan Variabel: Karena luas juring yang disapu harus sama dalam interval waktu yang sama, maka kecepatan orbit planet tidak konstan di sepanjang lintasannya.
- Perihelion (Titik Terdekat): Ketika planet berada di titik terdekat dengan Matahari, disebut perihelion, gaya gravitasi menariknya dengan kuat. Untuk menjaga agar “luas sapuan” tetap sama dalam waktu singkat, planet harus bergerak paling cepat di titik ini.
- Aphelion (Titik Terjauh): Ketika planet berada di titik terjauh dari Matahari, disebut aphelion, gaya gravitasi lebih lemah. Planet bergerak paling lambat di titik ini.
- Kekekalan Momentum Sudut: Secara fisika, Hukum II Kepler adalah manifestasi dari Hukum Kekekalan Momentum Sudut (L
). Dalam sistem yang hanya dipengaruhi oleh gaya gravitasi sentral (gaya yang selalu menuju pusat), momentum sudut planet harus tetap konstan.
3. Hukum III Kepler: Hukum Periode dan Jarak ⏳
Hukum ini menyatakan:
“Perioda kuadrat (T2) suatu planet berbanding dengan pangkat tiga jarak rata-ratanya (R3) dari Matahari.”
Konsep Utama:
- Hubungan Kuadratis: Hukum ini memberikan hubungan matematis yang kuat antara periode revolusi planet (T, waktu yang dibutuhkan untuk satu kali orbit) dan jarak rata-ratanya ke Matahari (R, sering disamakan dengan sumbu semi-mayor orbit).
- Perbandingan: Jika kita membandingkan dua planet yang mengorbit Matahari (Planet 1 dan Planet 2), perbandingan ini selalu berlaku: (T2T1)2=(R2R1)3
- Artinya, planet yang memiliki orbit lebih besar (nilai R lebih besar) akan memiliki periode orbit (T) yang jauh lebih panjang. Semakin jauh sebuah planet dari Matahari, semakin lambat ia bergerak dan semakin lama waktu yang dibutuhkannya untuk menyelesaikan satu putaran.
- Penurunan Newton: Isaac Newton kemudian membuktikan bahwa konstanta perbandingan (K=T2/R3) tidak hanya konstan untuk semua planet, tetapi juga tergantung pada massa Matahari (M): T2=(GM4π2)R3 Persamaan ini menunjukkan bahwa Hukum III Kepler adalah akibat langsung dari Hukum Gravitasi Universal Newton.
Hukum III Kepler sangat penting karena memungkinkan para ilmuwan untuk menghitung massa Matahari (atau massa planet pusat) hanya dengan mengamati periode dan jari-jari orbit benda yang mengelilinginya.