Presesi dan Nutasi Sumbu Rotasi Bumi

Bumi kita membutuhkan waktu 24 jam atau sehari untuk menyelesaikan satu kali putaran pada sumbu rotasinya. Peristiwa ini disebut sebagai rotasi Bumi. Selain berotasi, Bumi juga diketahui mengorbit Matahari selama 365 hari atau setahun. Peristiwa yang satu ini disebut sebagai revolusi Bumi. Bidang orbit Bumi mengelilingi Matahari disebut sebagai bidang ekliptika. Dengan demikian, sambil berotasi, Bumi juga mengalami revolusi.

Perlu diketahui bahwa sumbu rotasi Bumi tidaklah tegak lurus terhadap bidang ekliptika, melainkan membentuk sudut sekitar 66,5° dari bidang ekliptika atau miring sebesar 23,5° terhadap garis normal bidang ekliptika (perhatikan gambar di atas). Kemiringan sumbu rotasi dikombinasikan dengan revolusi Bumi inilah yang menyebabkan Bumi belahan utara dan belahan selatan memiliki musim dingin dan musim panas secara bergantian sepanjang tahun.

Presesi Sumbu Rotasi Bumi

Selain itu, Bumi tidaklah bulat sempurna. Radius Bumi pada arah ekuator ternyata sekitar 43 km lebih besar daripada radius Bumi pada arah kutub. Artinya, Bumi sedikit pepat pada bagian ekuatornya. Kepepatan pada bagian ekuator ini menyebabkan Bumi mengalami gangguan gravitasi yang tidak seragam dari Matahari. Maksudnya adalah, bagian Bumi di ekuator yang lebih dekat ke arah Matahari akan mengalami gaya tarik gravitasi yang lebih besar dari Matahari jika dibandingkan dengan bagian Bumi di ekuator yang lebih jauh dari Matahari. Kondisi ini mengakibatkan Bumi mengalami goyangan pada bagian ekuator secara perlahan dalam jangka waktu yang panjang. Pada arah sumbu rotasinya, goyangan ini akan tampak sebagai gerak rotasi sumbu-rotasi-Bumi terhadap garis normal bidang ekliptika. Gerakan inilah yang disebut sebagai presesi sumbu rotasi Bumi. Periode presesi sumbu rotasi Bumi mencapai 25.700 tahun. Pergeseran sumbu rotasi akibat presesi ini kira-kira sebesar 1°/abad.

Saat ini, sumbu rotasi Bumi bagian utara (kutub langit utara) berada pada arah sekitar 1° dari bintang Polaris. Sekitar 12.850 tahun ke depan, arah kutub langit utara akan berpindah dan terletak sekitar 5° dari bintang Vega. Pada saat itu juga perubahan musim antara Bumi belahan utara dan Bumi belahan selatan akan berganti. Nantinya di Australia akan mengalami musim dingin pada bulan Desember dan di saat yang bersamaan di Eropa akan mengalami musim panas. Selain itu, titik equinox (vernal equinox dan autumnal equinox, titik perpotongan antara ekuator Bumi dan bidang ekliptika) juga mengalami perubahan arah akibat dari presesi sumbu rotasi Bumi. Saat ini, titik vernal equinox berada di arah rasi Pisces dan terus bergerak mendekati rasi Aquarius dan rasi-rasi zodiak lainnya hingga kembali lagi ke arah rasi Pisces pada 25.700 tahun yang akan datang. Pergeseran titik equinox ini juga menyebabkan posisi objek-objek langit harus selalu dikoreksi tiap beberapa tahun.

Nutasi Sumbu Rotasi Bumi

Kepepatan Bumi di bagian ekuator tidak hanya mendapatkan gangguan tarikan gravitasi dari Matahari saja, tarikan gravitasi dari Bulan juga berperan dalam hal ini. Selain itu, bidang orbit Bulan memiliki kemiringan sekitar 5° dari bidang ekliptika, sehingga terdapat titik potong di antara kedua bidang orbit tersebut, disebut sebagai titik nodal. Posisi titik nodal Bulan mengalami pergeseran dengan periode sekitar 18,6 tahun. Dinamika pada orbit Bulan ini juga berkontribusi dalam memberikan gaya tarik gravitasi yang tidak seragam pada Bumi. Akibat gangguan gravitasi dari Bulan, presesi sumbu rotasi Bumi mengalami osilasi kecil sepanjang gerakannya. Osilasi kecil inilah yang disebut dengan nutasi.

Nutasi tidak hanya menghasilkan satu macam osilasi, melainkan beberapa osilasi dengan amplitudo dan periode yang berbeda. Osilasi terbesar terjadi dengan periode sekitar 18,6 tahun dengan amplitudo sekitar 9,2°. Nilai periode ini setara dengan periode presesi dari titik nodal orbit Bulan.