Kita masih belum selesai berbicara tentang perubahan semu dari matahari di langit. Kini anda mengetahui bahwa matahari tampak bergerak dari timur ke barat akibat rotasi Bumi, dan jika anda bisa melihat bintang-bintang pada siang hari maka mereka akan tampak bergeser perlahan-lahan setiap hari sebagai akibat orbit Bumi mengelilingi Matahari. Pertanyaan selanjutnya adalah:

Apakah Lintasan semu matahari melintasi langit berubah sepanjang tahun?

Sekali lagi, mari kita pertimbangkan dua kasus ekstrim yaitu matahari di bulan Desember dan bulan Juni. Pikirkan tentang terlihatnya wujud Matahari di musim dingin dan di musim panas. Jika anda tinggal di sekitar garis lintang yang sama seperti di Pennsylvania, anda harus ingat bahwa Matahari tidak akan pernah melintas sangat tinggi di atas horison pada bulan Desember, tetapi pada bulan Juni matahari melintas hampir tepat di atas kepala. Jadi Lintasan semu Matahari tidaklah berubah dari musim ke musim. anda juga dapat mengamati efek ini jika anda kembali menjalankan animasi pada halaman sebelumnya, pada bulan Juni, ketinggian Matahari tinggi di atas cakrawala, pada bulan September ketinggian matahari lebih rendah, dan pada bulan Desember ketinggian matahari sangat rendah di cakrawala.

Penyebab adanya efek ini tak lain disebabkan oleh sumbu rotasi bumi (garis imajiner yang menembus dari Kutub Utara ke Kutub Selatan) yang miring terhadap Matahari dengan sudut sebesar 23,5º. Jika anda kembali dan melihat animasi dari Bumi yang berputar pada siang dan malam di halaman pertama materi ini, anda akan melihat bahwa garis yang menunjukkan sumbu rotasi bumi tidaklah vertikal, tetapi miring sekitar 23,5º dari garis vertikal. Sebagaimana Bumi mengorbit Matahari, orientasi bumi pada posisi yang tetap, dan sebagai hasilnya, pada bulan Desember, belahan bumi utara dimiringkan jauh dari Matahari saat siang hari, dan pada bulan Juni belahan bumi utara dimiringkan dekat kearah Matahari saat siang hari .

Ada dua konsekuensi dari kemiringan sumbu rotasi bumi:

  • Ketika Bumi dimiringkan dekat kearah Matahari, Lintasan Matahari di langit akan lebih panjang daripada ketika bumi dimiringkan jauh dari Matahari. Artinya, ada jam yang lebih pada saat siang hari selama musim panas daripada musim dingin.
  • Ketika Bumi dimiringkan dekat kearah Matahari, cahaya dari Matahari lebih banyak menyinari Bumi daripada saat bumi dimiringkan jauh dari Matahari. Artinya akan lebih banyak energi yang menerpa permukaan bumi dalam setiap meter persegi selama musim panas daripada musim dingin, sehingga membuat hari-hari musim panas lebih panas dari hari-hari dimusim dingin.

Cobalah ini

Untuk membantu memvisualisasikan hal ini, anda dapat melakukan demonstrasi sederhana dengan menggunakan bola dunia(Globe) dan lampu bohlam. Kebanyakan Globe diatur dengan kemiringan sumbu rotasi ke 23,5º dari garis vertikal. Dalam ruangan gelap, tempatkan bola dunia di atas meja sehingga belahan bumi utara dimiringkan ke arah lampu yang menyala (mewakili Matahari). Anda harus menentukan titik lokasi pengamatan, katakanlah Pennsylvania Amerika Serikat, dan kemudian melihat tempat itu saat anda memutar bola dunia, Pennsylvania akan mendapatkan cahaya dari lampu selama sekitar 2/3 dari Lintasan matahari seperti saat memutari bola dunia(globe). Jika anda sekarang memindahkan bola dunia ke sisi lain dari lampu (dimana belahan bumi utara sekarang harus mengarah menjauhi arah lampu menyala) dimana hal ini mensimulasikan posisi bumi pada enam bulan kemudian dan anda kembali memilih lokasi di Pennsylvania pada bola dunia kemudian melihat nya kembali berputar, maka pensylvania akan menerima cahaya dari lampu hanya sekitar 1/3 dari Lintasannya seperti berputar di dunia.

Perhatikan bahwa kemiringan Bumi tidaklah mendekat maupun menjauh dari Matahari selama bulan Maret dan September (Musim Semi dan Gugur). Dengan demikian, Lintasan Matahari di langit dan sudut penyinaran sinar matahari adalah sama selama dua musim. Itu mengapa panjang hari dan suhu hari-hari pada kedua musim itu adalah sama.

Berikut adalah demo animasi yang dapat membantu anda untuk menggambarkan pengaruh ini. http://www.astro.uiuc.edu/projects/data/Seasons/seasons.html

Garis ekliptika merupakan Lintasan Matahari yang melintas dilangit, hal ini dapat direpresentasikan dengan lingkaran imajiner diruang angkasa. Jika kita mengambil garis katulistiwa Bumi dan memproyeksikannya kelangit kemudian kita mengambil sudut antara ekliptika dan ekuator langit sebesar 23,5º sebagai akibat dari kemiringan sumbu rotasi Bumi maka ada empat poin utama yang akan kita dapatkan pada ekliptika yaitu :

  • Equinoxes – Ekuinoks adalah titik perpotongan pada garis ekliptika di mana ia memotong ekuator langit. Terdapat dua titik ekuinoks yaitu pada vernal equinox dan autumnal equinox (sekitar tanggal 21 Maret dan 21 September masing-masing) dimana panjang hari dan malam memiliki durasi waktu yang sama.
  • Solstices – solstices adalah Titik-titik pada ekliptika ketika matahari berada tinggi atau rendah di bawah ekuator langit. Di titik balik matahari musim dingin atau winter solstice (sekitar 21 Desember di belahan bumi utara), malam lebih lama daripada siang, dan pada titik balik matahari musim panas atau summer solstice (sekitar 21 Juni di belahan bumi utara), siang jauh lebih lama daripada malam. Lihat tiga gambar di bawah ini sebagai perbandingan antara garis ekuator langit (garis merah) dan garis ekliptika (Lintasan hijau) :
Sudut antara ekuator langit dan Ekliptika pada titik balik matahari musim panas
Sudut antara ekuator langit dan Ekliptika pada titik balik matahari musim panas
Sudut antara ekuator langit dan Ekliptika pada titik balik matahari musim dingin
Sudut antara ekuator langit dan Ekliptika pada titik balik matahari musim dingin
Sudut antara ekuator langit dan Ekliptika pada Ekuinoks musim gugur
Sudut antara ekuator langit dan Ekliptika pada Ekuinoks musim gugur

Pertanyaan selanjutnya, Lantas mengapa kita dibumi dapat mengalami musim dan perubahannya?

Pertanyaan diatas menegaskan satu poin utama yang merupakan fakta yang sering orang salah pahami tentang musim dan perubahannya dalam astronomi:

Bumi dapat mengalami musim sebagai akibat kemiringan sumbu rotasi dan perubahan Musim sama sekali tidak ada hubungannya dengan jarak Bumi dari Matahari.

Ada satu pengamatan yang akan membantu anda untuk mengingat penyebab terjadi nya musim. Musim selalu berlawanan di belahan bumi utara dan belahan bumi selatan. Artinya, ketika di Pennsylvania sedang mengalami musim panas dari bulan Juni hingga September, maka pada saat yang bersamaan di Afrika Selatan sedang mengalami musim dingin selama berbulan-bulan. Hal ini sangat mudah untuk menjelaskan jika anda memahami bahwa kemiringan bumilah yang menyebabkan terjadinya musim, ketika belahan bumi utara yang miring mendekat terhadap Matahari (musim panas) maka belahan bumi selatan dimiringkan menjauh dari Matahari(musim dingin). Jika jarak antara Bumi dan Matahari merupakan alasan penyebab terjadinya musim, maka harus ada musim panas di kedua belahan bumi baik belahan utara maupun belahan selatan pada saat yang sama, karena keduanya akan memiliki jarak yang sama dengan Matahari. Tahukah anda kapan jarak Bumi paling dekat dengan Matahari? Jawabannya adalah pada bulan Januari!