Gerhana Matahari terjadi saat Matahari–Bumi–Bulan mengalami kesejajaran dan bayangan Bulan jatuh ke Bumi. Atau sederhananya, Bulan berada di antara Bumi dan Matahari sehingga cahaya Matahari terhalang. Sambil menunggu Gerhana Matahari 29 April 2014, mari berkenalan dengan Gerhana Matahari.

Gerhana Matahari terjadi ketika Bulan berada pada fase bulan baru saat Bulan memang sedang berada di antara Matahari dan Bumi sehingga bayang-bayang Bulan akan jatuh ke permukaan Bumi. Tapi tidak semua area akan mengalami gerhana. Hanya area di Bumi yang dilewati oleh bayang – bayang Bulan yang akan mengalami gerhana.

Proses Terjadi Gerhana
Bumi sebagai planet pengiring berukuran jauh lebih kecil dari Matahari. Demikian juga Bulan yang merupakan pengiring Bumi. Akibatnya keduanya akan membentuk bayang–bayang planet atau bayang–bayang satelit alam yang mengiringi planet dengan bentuk kerucut bayang–bayang umbra (bayangan inti). Bentuk kerucut bayang–bayang umbra itu, diapit oleh kawasan penumbra (bayang-bayang kabur di luar bayangan inti).

Saat Gerhana Matahari, benda langit pembentuk bayang-bayang adalah Bulan yang menghalangi sinar Matahari tiba di Bumi sedangkan pada Gerhana Bulan, Bumi-lah yang jadi pembentuk bayang-bayang yang menyebabkan Matahari terhalang untuk menyinari Bulan.

Pada saat terjadi gerhana Matahari atau saat Bulan melintas di antara Matahari dan Bumi maka bayang-bayang Bulan akan membentuk kerucut umbra dan penumbra. Pengamat yang berada di kawasan penumbra tidak akan banyak mengalami perubahan karena sorot cahaya Matahari tidak akan mengalami perubahan drastis. Tapi cahaya yang diterima memang kurang dari 100% karena hanya sebagian cahaya yang tertutup oleh benda langit si pembentuk bayang – bayang.

Makin dekat dengan kawasan umbra, makin besar sorot cahaya Matahari yang tertutup oleh Bulan. Kawasan bayang – bayang umbra Bulan pada hakekatnya adalah suasana malam dan manusia dapat menyaksikan bintang dan planet seperti malam hari.  Tapi tak hanya itu. Tidak setiap gerhana Matahari yang terjadi akan membuat Bumi mengalami gelap sempurna seperti layaknya malam hari.

Penampakan piringan Matahari & Bulan dari sudut pandang pengamat saat Matahari dan Bulan pada titik terdekat dan terjauhnya. Reka ulang infografik Space.com oleh Avivah / Simplyvie
Bulan yang berdiameter 3476 km, bergerak mengelilingi Bumi dalam lintasan elips sehingga jarak Bumi-Bulan bervariasi dari jarak rata-ratanya yakni 384460 km. Variasi jarak Bumi–Bulan bisa mencapai maksimum 406767 km dengan jarak minimum 356395 km. Kombinasi diameter Bulan dengan jarak Bumi–Bulan menyebabkan piringan Bulan di langit atau diameter sudut Bulan juga bervariasi dari 29' 22? sampai dengan 33' 31?. Rata-rata ukuran diameter sudut Bulan 31' 5?.

Orbit Bumi mengelilingi Matahari dalam lintasan elips dengan eksentrisitas 0.016773. Artinya, jarak Bumi-Matahari tidak konstan. Ada saat dimana Bumi berada pada titik terdekatnya dengan Matahari yang dinamakan titik perihelion, dan di titik terjauh yang dinamakan titik aphelion.

Jarak rata-rata Bumi – Matahari (satu satuan astronomi = 1 AU) adalah 149 597 870. Pada kenyataannya jarak Bumi-Matahari bervariasi antara 147 091 312 km saat di perihelion sampai dengan 152 109 813 km saat di aphelion. Variasi jarak ini mencapai [(406700 – 356400)/(406700 + 356400)/2)] x 100% = 12% dari nilai jarak rata-rata.

Bundaran Matahari di langit atau diameter sudut Matahari bervariasi dari 31'.46 – 32'.53, atau semidiameter sudut Matahari bervariasi antara 944? hingga 976?.

Secara umum:

Diameter Matahari, Dmth = 1 400 000 km (tepatnya 2 × 6.96 × 100 000 km = 1 392 000 km)
Diameter Bulan, Dbln = 3 500 km (tepatnya 2 × 1.738 × 1000 km = 3476 km)
Bila dmth dan dbln masing-masing adalah jarak Bumi-Matahari dan jarak Bumi-Bulan -yang dinyatakan dalam satuan detik busur, 1 derajat = 60 menit busur = 3600 detik busur- maka:
diameter sudut Matahari = (Dmth/dmth) × 206265”
diameter sudut Bulan = (Dbln/dbln) × 206265”

Jadi perbandingan diameter Matahari, Dmth, terhadap diameter Bulan, Dbln, sekitar ~ 400. Dan perbandingan jarak Bumi – Matahari terhadap jarak Bumi – Bulan antara 362 hingga 419 kali. Dengan demikian, bundaran Matahari atau diameter sudut Matahari dibanding terhadap diameter sudut Bulan atau bundaran Bulan di langit berkisar antara 95% lebih kecil atau 110% lebih besar.

Dari perhitungan yang dipaparkan sebelumnya kita bisa mengetahui perbandingan bundaran Matahari terhadap Bulan yang bervariasi. Dari sini juga kita bisa mengetahui bahwa ada beberapa jenis gerhana:
Gerhana Matahari Total (GMT)

GMT terjadi saat piringan Bulan bisa menutupi seluruh piringan Matahari dan pengamat di Bumi berada dalam umbra Bulan. GMT terjadi pada saat piringan Bulan sama dengan piringan Matahari atau tampak lebih besar dari piringan Matahari akibat variasi jarak Bumi–Bulan dan perbandingan diameter sudut Matahari terhadap diameter sudut Bulan yang juga bervariasi. Piringan Bulan akan tampak lebih besar dari piringan Matahari saat posisi Bulan dan Matahari berada di posisi terdekat dengan Bumi. Tapi bagi pengamat tidak akan ada perbedaannya.

Waktu maksimum terjadinya totalitas atau gelap sempurna ketika cahaya Matahari tertutup oleh Bulan adalah 7 menit 31 detik. Tapi pada umumnya totalitas terjadi lebih pendek dari waktu tersebut.
Gerhana Matahari Cincin (GMC)

GMC terjadi saat piringan Bulan hanya menutupi bagian tengah bundaran Matahari atau piringan Matahari tertutup oleh bundaran Bulan yang lebih kecil sebagai akibat dari variasi jarak Bumi – Bulan. Jarak rata-rata Bumi – Bulan merentang dari 356395 km –  406767 km dengan jarak rata-rata 384460 km. Kerucut umbra yang terbentuk memiliki ukuran 379322.

Dari penjelasan sebelumnya juga sudah dijelaskan bahwa perbandingan diameter sudut Matahari dibanding diameter sudut Bulan juga bervariasi. Saat Bulan berada jauh maka piringan Bulan akan tampak lebih kecil atau si piringan Matahari tampak lebih besar. Akibatnya kerucut bayangan umbra yang terbentuk tidak mencapai permukaan Bumi dan akan ada kerucut lanjutan yang disebut antumbra yang terbentuk dan mencapai Bumi.

Pengamat yang berada dalam antumbra inilah yang akan melihat cincin api Matahari terbentuk saat Bulan melintas di antara Bumi dan Matahari. Waktu maksimum terjadinya Gerhana Matahari Cincin adalah 12 menit 30 detik.

Gerhana Matahari Sebagian (GMS)
GMS terjadi ketika bayangan penumbra atau bayang-bayang sebagian melintas di kawasan pengamat. Pada saat terjadinya gerhana sebagian, hanya sebagian piringan Matahari yang ditutupi cahayanya oleh piringan Bulan. Akibatnya pengamat yang mengalami gerhana sebagian hanya akan melihat berkurangnya cahaya Matahari dan bukan gelap seperti halnya gerhana cincin dan total.

Besarnya cahaya Matahari yang berkurang saat Gerhana Matahari Sebagian, bergantung pada lokasi pengamat. Semakin dekat pengamat dengan kawasan jatuhnya umbra Bumi, maka semakin  banyak pula cahaya yang dihalangi oleh Bulan. Jika pengamat berada tepat di luar kawasan umbra atau di perbatasan umbra dan penumbra, maka ia bisa melihat Matahari tampak seperti sabit tipis nan terang di siang hari. Sedangkan bila ia berada di bagian terjauh dari umbra atau di tepi luar penumbra, maka hampir tidak ada perubahan berkurangnya cahaya Matahari yang akan tampak secara kasat mata.

Gerhana Matahari Hibrid (GMH)
Gerhana Matahari Hibrid atau yang juga disebut Gerhana Matahari Cincin-Total merupakan gerhana yang memiliki dua macam gerhana yang berbeda, yaitu Gerhana Matahari Cincin dan Gerhana Matahari Total.

Kedua gerhana tersebut terjadi dalam satu kali fenomena gerhana dan terjadi secara berurutan. Hal ini dapat terjadi karena bayangan umbra bulan harus melewati kelengkungan yang berbeda-beda pada daerah tertentu disebabkan bentuk bumi yang bulat. Sehingga ada kalanya ujung kerucut bayangan umbra bulan tergantung di atas permukaan bumi dan menyebabkan lokasi di bawahnya melihat hal tersebut sebagai gerhana matahari cincin, dan ada kalanya juga saat kerucut bayangan umbra bulan itu bergeser ke bagian lengkungan yang lebih tinggi, menyebabkan ujung kerucut bayangan umbra bulan sampai ke permukaan bumi dan daerah yang dilewatinya melihat hal tersebut sebagai gerhana matahari total.

Prediksi Gerhana Matahari
Gerhana Matahari memang terjadi pada saat Matahari – Bumi – Bulan berada sejajar dimana Bulan berada di antara Matahari dan Bumi pada saat fase Bulan Baru. Tapi, tidak setiap Bulan Baru bisa terjadi gerhana Matahari. Sama seperti tidak setiap bulan purnama Gerhana Bulan bisa terjadi.
Kemiringan orbit Bulan terhadap Bumi

Bulan bergerak mengelilingi Bumi dengan kemiringan orbit sekitar 5 derajat terhadap orbit Bumi dan Matahari (ekliptika). Akibatnya tidak setiap fase bulan baru dan bulan purnama, bulan berada tepat sejajar dengan Bumi dan Matahari. Ada kalanya bayangan Bulan melintas di atas atau di bawah Bumi sehingga tidak terjadi gerhana.

Meskipun demikian, dalam satu tahun kemungkinan terjadinya gerhana matahari merentang dari dua sampai dengan lima kali. Gerhana matahari terjadi saat Bulan Baru berada dekat dengan titik sejajar yang disebut titik simpul.

Dari seluruh kemungkinan terjadinya gerhana matahari, 28% merupakan gerhana total, 35% gerhana sebagian, 32 % gerhana cincin dan hanya 5% gerhana hibrid.***