Sejarah Matematika Astronomi

Matematika Astronomi : Penemuan Planet-Planet Secara Matematika

Oleh: Yunus Adiantor

Planet yang pertama kali ditemukan adalah Uranus oleh William dan Caroline Herschel pada 13 maret 1781. Penemuan ini ditandai dengan penunjukkan sebauh cakram ketika berada dalam kemampuan teleskop yang rendah. Planet lain yang ditemukan adalah Neptunus dan Pluto. Hal ini diperkirakan dengan menggunakan dasar dari perhitungan Matematika dan berasal dari hokum gravitasi Newton yang lokasinya diamati secara dekat.

Neptunus ditemukan tanpa argument Matematika. Hal ini sangat dekat dengan penemuan oleh Galileo, orang yang pertama kali mengetahui kemungkinan ditemukannya planet baru. Galileo mengarahkan teleskopnya pada planet dan dengan takjub pada system Jupiter dan bulan yang ia teliti. Ketika ia mengamati system Jupiter pada 28 desember 1612, dia menemukan Neptunus dengan 8 bintang besar. Satu bulan sesudahnya pada 27 Januari 1613, dia melihat dua bintang, satu adalah Neptunus dan yang lainnya adalah sebuah bintang asli.

Lalande (1732 – 1807), seorang ahli astronomi Perancis yang menulis table paling akurat tentang kedudukan posisi-posisi planet itu hingga abad 19, mencatat Neptunus pada 8 dan 9 mei 1795 tidak mengerti bahwa itu adalah sebuah bintang. John Herschel, dimana kita akan mengetahui pada sebuah momen dengan melengkapi pengamatan pada Neptunus, pada 14 juli 1830 mempercayai bahwa itu adalah sebuah bintang.

Val Lamont (1805 – 1879), seorang ahli astronomi yang lahir di Skotlandia dimana hidupnya lebih banyak di Munich, yang terkenal karena pernyataannya tentang orbit dari bulan, Saturnus dan Uranus, dan juga terkenal karena pengamatan pada periode pergerakan dari magnet bumi. Dia membagi Neptunus menjadi tiga bagian waktu, yaitu 25 oktober 1845, 7 september 1846 dan 11 september 1846.

Penemuan Neptunus bukan berawal dari observasi kebetulan ini. Akan tetapi, dia datang dari sebuah analisa matematika dari penyimpangan Saturnus pada orbit yang diprediksinya. Delambre memperhitungkan table tentang posisi planet Tables du Solei, de Jupiter, de Saturne, d’Uranus et des satellites de Jupiter, diterbitkan pada tahun 1792. Bouvard (1767 – 1843) seorang ahli astronomi Perancis yang menjadi direktur dari penelitian Paris, mengumumkan tabel yang akurat dari orbit Jupiter dan Saturnus pada tahun 1808 dan mengkoreksi versi tabel Delambre untuk Uranus. Dia mengumumkan tabel baru Uranus pada tahun 1821, tetapi menulis :

...saya meninggalkan ini untuk masa depan dari penelitian, walaupun itu sangatlah sulit untuk menyatukannya (data) dengan menyambungkan observasi-observasi yang kuno, atau bergantung pada suatu negara asing dan tidak mengetahui penyebab dari pergerakkan planet.

Walaupun Bauvard menggunakan data yang terbaru untuk mendefinisikan orbit Uranus, tetapi ia terlihat menyimpang dari penentuan posisi yang ada ditabelnya. Pada 3 Juli 1841 Adam menulis :

Benarkah sebuah desain pada awal minggu ini, berdasarkan investigasi, secepat mungkin sesudah mengambil tingkatanku, gerakan yang tidak teratur dari Uranus, tidak (belum) dapat di hitung, untuk menemukan apakah mereka mungkin terpengaruh gerakan dari sebuah planet yang belum ditemukan, dan jika memungkinkan tentukan orbit-orbitnya, dan lain-lain... Kira-kira ini memungkinkan untuk memulai penelitian ini.

Tidak ada semua orang mempermasalahkan orbit Uranus untuk mengetahui planet didepannya. Airy, seorang ahli astronomi Royal, mempercayai teori popular lainnya, yaitu hukum persegi terbalik dari gravitasi. Sesudah Adam membuat penelitian awalnya kemungkinan adanya planet tak dikenal di Uranus, ia yakin bahwa ia berada pada jalan (penelitian) yang benar dan dia memperolehnya dari Airy tentang data Greenwich pada Uranus di Februari 1844.

Pada Juni 1845 Arago, direktur dari penelitian Perancis, membujuk Le Verrier untuk mulai bekerja pada masalah orbit Uranus. Dengan cepat Le Verrier memutuskan untuk memfokuskan dirinya secara penuh dalam masalah ini dan mengesampingkan penelitiannya (saat itu) tentang komet. Antara Le Verrier maupun Adam tidak ada yang mengetahui bahwa ada orang lain yang juga mengadakan penelitian dalam masalah itu.

September 1845, Adam membuat riset yang lebih detail dari masalah ini dan menyimpulkan sebuah orbit pada planet yang mengganggu. Seperti halnya dengan sebuah orbit, ia menghitung banyaknya planet dari posisi-posisinya pada 1 Oktober 1845. Dia memberikan perkiraannya pada James Challis, direktur dari penelitian Cambridge.

Adam memecahkan ilmu matematika baru disini. Teori gravitasi Newton selalu digunakan dalam banyak waktu untuk menghitung effek dari badan pada satu sama lainnya, tetapi tidak pernah digunakan untuk memperkirakan posisi berdasarkan observasi efek gravitasi pada badan lainnya. Akan tetapi Adam sangat percaya diri dalam penelitiannya dan menunjuk pada ’new planet’ . Sebuah usaha yang dilakukan oleh Adam untuk memberikan sebuah informasi pada Airy tentang ’new planet’ gagal ketika Adam mengunjungi Greenwich pada 23 September dalam perjalanan antara rumahnya di Laneast, Cornwall dan Cambridge karena Airy berada di Perancis saat itu.

Pada 21 Oktober 1845, Adam membuat usaha yang kedua kali untuk mengunjungi Airy. Dia diberitahu bahwa Airy sedang berada di London tetapi akan cepat kembali. Adam kembali pada sore harinya, tetapi Airy sedang makan malam. Airy mempunyai kebiasaan yang tidak biasa yaitu makan malam pada jam 3.30 setiap sorenya maka Adam-pun kembali lagi. Adam meninggalkan sebuah manuskrip dengan penelitiannya pada orbit Saturnus dimana dia menunjukkan bahwa kesalahan posisi Uranus sangat kecil.

Airy sangat tertarik pada karya Adam, pada 5 November dia menulis untuk Adam dan bertanya pertanyaan teknis. Dia ingin mengetahui apakah benar teori ’new planet’ tak hanya menerangkan pada perbedaan panjang garis bujur Uranus tetapi juga menerangkan perbedaan pada radius vektornya. Pertanyaan ini di buat untuk membedakan teori ’new planet’ dan teori ’hukum kegagalan persegi terbalik’. Akan tetapi, Adam sudah kecewa karena Airy menolak menemuinya, sehingga ia tidak memberikan jawaban. Dia mencoba mencari new planet sendiri.

Pada 10 November, Le Verrier mengumumkan laporan pertama penelitiannya. Menunjukkan bahwa gangguan orbit Uranus ke Jupiter dan Saturnus tidak dapat dijelaskan oleh penelitiannya. Pada 1 Juni 1846, Le Verrier mengumumnkan laporan keduanya dimana dia menunjukkan beberapa kemungkinan tidak akan dapat menjelaskan orbit Uranus, dan satu-satunya kemungkinan yang mungkin adalah sebuah planet lebih jauh jaraknya dari matahari dibandingkan dari Uranus. Dia memberikan beberapa kemungkinan orbit dari ‘new planet’ dengan perkiraaan posisi yang dimulai pada tahun 1847. Le Verrier mendekati pusat penelitian Paris untuk mencari planet tapi sesudah meneliti dengan singkat mereka kehilangan keinginannya.

Pada 23 Juni hasil dari laporan Le Verrier dibaca oleh Airy dan dengan cepat melihat bahwa prediksi Le Verrier dan prediksi Adam untuk posisi tentang ‘new planet’ sangatlah identik. Tiga hari sesudah dia menulis ke Le Verrier berisi beberapa pertanyaan mengenai radius vektor seperti pertanyaannya ke Adam. Anehnya Airy, yang mengetahui antara Adam dan Le Verrier mempunyai solusi yang mirip pada masalah yang sama, tidak memberitahu pada Le Verrier dan Adam akan penemuannya tersebut, dia juga mengatakan ke Le Verrier tentang rencanannya untuk memulai sebuah penelitian. Le Verrier menjawab pertanyaan Airy menyatakan bahwa penyimpangan berasal dari sebuah ‘new planet’.

Pada 29 Juni, Airy bertemu dengan Challis dan John Herschel di Greenwich dan berkata padanya:
...kemungkinan yang ekstrim pada saat ini mencari sebuah planet baru di dalam jangka waktu yang pendek, diperlukan kekeuatan dari satu penelitian untuk mencarinya.

Pada 9 Juli, Airy meminta pada Challis untuk memulai penelitiannya pada Cambridge Observatory. Dia menulis :
Ini adalah sebuah hal baru untuk diteliti dengan menggunakan teori dedukasi, dan ketika banyak peneliti telah menemukan jawabannya, sukses sepertinya sangat disangsikan.

Challis memulai penelitiannya pada 29 Juli 1846, mencatat bintang-bintang di daerah prediksi Adam. Dia mengamati pada malam hari, tanggal 29, 30 Juli, 4, 12 Agustus dan mencatat hasilnya. Dia mengecek lagi metodenya dengan membandingkan 39 bintang yang pertama kali ditemukan pada 12 Agustus dengan bintang yang muncul pada 30 Juli dalam catatannya. Jika dia meneruskan perbandingannya, dia akan menemukan ‘new planet’ yang ia catat pada 12 Agustus tetapi tidak pada daerah pencarian pada 30 Juli. Pada akhir Agustus, John Herschel mengunjungi seorang ahli astronomi amatir William Dawes dan berkata padanya mengenai ‘new planet’, tetapi karena Dawes hanya mempunyai sebuah teleskop kecil, dia menghentikan penelitiannya.

Pada 31 Agustus Le Verrier mengumumkan laporan ketiganya tentang ‘new planet’ pada waktu itu dia memberikan perkiraan orbit dan kumpulannya secara mendetail, dia menulis : Harusnya mungkin untuk melihat planet baru dengan teleskop yang bagus dan juga untuk membedakan ukuran piringannya. Ini adalah sesuatu yang sangat penting... jika ada sebuah riset sederhana pada kemunculan fisik dapat mengganti determinasi dari posisi semua bintang, pencarian akan berjalan lebih cepat.

Adam menulis ke Airy pada 2 September dengan memberikan banyak analisis dari masalah. Solusi pertamanya adalah bergantung pada asumsi sebuah jarak dari ‘new planet’ dua kali jarak Uranus pada matahari. Dia tidak bahagia dengan kearbitreran dari solusinya dan dia membuat lagi analisis matematika yang lebih baik tentang jarak ‘new planet’ dengan mengetes perbedaan panjang dari Uranus yang diamati.

Le Verrier menulis ke Astronom Jerman, Gelle, pada 18 September dan memintanya untuk menemukan ‘new planet’. Galle menerima surat itu pada 23 September dan bersama-sama dengan asistennya Heinrich d’Arrest memulai sebuah penelitian pada malam hari di pusat penelitian Royal di Berlin. Dibutuhkan waktu 30 menit bagi mereka untuk menemukan ‘new planet’ dengan tidak menggunakan peta. Tentu saja mereka mengetahui bahwa mereka telah menemukan ’new planet’ tetapi mereka mengkonfirmasinya pada malam hari sesudahnya dengan meneliti gerakan relatif bintang.

Galle menulis ke Le Verrier pada 25 September, berkata :

Tuan, planet yang diindikasikan oleh anda sungguh-sungguh nyata.

Le Verrier menjawab :

Saya berterima kasih atas penindak lanjutan anda atas permintaan saya. Karenanya, kami mengucapkan terima kasih, dalam memastikan posisi dunia baru.

Pada 29 September penelitian Le Verrier tanggal 31 Agustus dibaca oleh Challis. Dia mengamati pada malam hari, mencari posisi piringan planet tersebut. Dia mencatat hanya satu dari 300 bintang-bintang dalam suatu daerah yang memperlihatkan piringannya.

Lassell memulai penelitiannya pada 2 Oktober dan 10 Oktober, dia menemukan bulan dari Neptunus yaitu Triton.

Pada 3 Oktober, Harschel mempublikasikan kontribusi Adam pada penemuan Neptunus. Kemudian Argumen tentang prioritas dan penamaan planet ini dibahas dalam artikel Orbits and Gravitation. Kontribusi Adam, Challes dan Airy dipublikasikan pada 13 November dalam pertemuan Royal Astronomical Society.

Pada saat orbit Neptunus bekerja dengan keadaan yang baik, catatan hasil yang lama dicari untuk melihat apakah hal ini pernah dicatat sebelumnya. Ketika observasi Lalande menemukan Neptunus pada 8 dan 9 Mei 1795, dicatat bahwa Lalande menolak posisi pada 8 Mei dan mancatat sebuah bintang pada posisi 10 Mei Neptunus, tetapi hal ini diragukan. Dia tidak pernah mempedulikan untuk membuat observasi lebih lanjut untuk mengkomfirmasikan data yang telah dihasilkan dalam penemuannya tentang Neptunus.

Sistem matahari tidak mampu bekerja seperti yang diharapkan. Planet Neptunus tidak mengikuti jalur orbit yang telah dihitung, bahkan setelah memasukkan daya tarik gravitas dari semua planet yang diketahui ke dalam perhitungannya. Percivall Lavell (1855 – 1916), seorang astronom dari Amerika, sangat tertarik dengan planet Mars. Dia membangun sebuah observatorium pribadi di Flagstaff, Arizona yang secara khusus mempelajari tentang planet. Dia memulai penelitiannya dengan analisa matematika orbit dari planet Uranus yang diketahui lebih akurat dibandingkan dengan planet Neptunus dan kemudian gagal di dalam mengamati jalur orbit yang telah diprediksikannya. Pada tahun 1905, Lavell telah merampungkan analisa data-datanya dan telah memprediksikan keberadaan dari planet setelah Neptunus yang mempengaruhi penyimpangan.

Tahun 1905, pengamatan secara astronomi telah diwujudkan secara besar-besaran dengan tekhnik fotografi, sebuah penelitian telah dimulai di observatorium Flagstaff pada tahun 1915 dan selama 2 tahun mereka mengambil gambar daerah di langit dimana posisi ”Planet X” -seperti yang dikatakan oleh Lavell- diprediksikan. Akan tetapi, ternyata tidak ada yang ditemukan, Lavell kembali menghitung analisa matematikanya dan antara tahun 1914 dan 1916, dia kembali mengambil gambar daerah di langit, prediksinya memperlihatkan bahwa keberadaan planet x adalah bohong. Akan tetapi, disana ada gambar planet Pluto (planet x nya Lavell) di dalam plat gambarnya tetapi samar-samar dan mereka tidak mengenalinya.

SUMBER:

Haza’a, Salah Kaduri. dkk. 2004. Sejarah Matematika Klasik dan Modern. Yogyakarta: Universitas Ahmad Dahlan Press.