Kandungan Pendahuluan Kegunaan dalam kehidupan seharian Jenis-jenis jam matahari Konsep asas jam matahari Pembetulan menggunakan jadual perata waktu Pembetulan menggunakan waktu piawai tempatan Rekabentuk jam matahari Penutup
Jam matahari adalah sejenis peralatan ilmu falak yang digunakan untuk mengukur waktu dengan mengambil bacaan bayang Matahari daripada suatu kedudukan di langit untuk dijadikan pedoman masa. Ianya telah digunakan sejak daripada zaman dahulu untuk mengukur sukatan waktu bagi urusan hidup manusia samada di dalam hal ehwal keselarasan urusan sesama manusia, pertanian, ibadah ritual dan lain-lain. Pelbagai kaedah dibuat untuk mengukur waktu daripada pergerakan Matahari di langit ini sehingga menghasilkan ilmu-ilmu baharu yang berguna serta pelbagai jenis bentuk peralatan atau bentuk Jam Matahari di seluruh dunia. Walaupun pengukuran waktu telah berkembang pada zaman moden ini dengan adanya jam atom, namun Jam Matahari menjadi peralatan yang masih releven sehingga kini untuk membaca waktu serta dijadikan monument-monumen hiasan yang indah dan berfungsi selain menzahirkan satu manifestasi perkembangan dan kemajuan ilmu sains astronomi di sesuatu zaman dan tempat tersebut. pendahuluan 01 1
Waktu daripada jam matahari ini merujuk kepada pergerakan matahari sebenar yang diubah menjadi pergerakan purata berbanding waktu awam yang kita gunakan pada masa sekarang adalah berpandukan kepada waktu gerakan matahari purata, atau lebih disebut sebagai waktu matahari wasati. Matahari ketara bergerak pada satah ekliptik dalam keadaan yang tidak seragam. Ini adalah disebabkan satah peredarannya adalah berbentuk elips dan mempengaruhi jarak antara matahari dan bumi mengikut masa-masa tertentu. Bumi akan berada dekat dengan matahari iaitu kira-kira 147 juta kilometer (147,000,000 km) pada waktu perihelion. Manakala bumi akan menjauhi matahari pada jarak maksimum 152 juta kilometer (152,000,000 km) pada waktu aphelion. Waktu perihelion kebiasaannya akan berlaku pada bulan Januari dan aphelion pula beraku pada bulan Julai setiap tahun Kejadian perihelion dan aphelion ini gerakan matahari mengalami perbezaan halaju, terutamanya pada perihelion, matahari akan bergerak sangat lambat berbanding gerakan semasa aphelion yang sangat cepat. Akibat ketidakseragaman halaju matahari inilah, waktu matahari ketara tidak boleh digunakan secara langsung sebagai waktu awam, dan memerlukan kepada pembetulan purata untuk menjadikan waktu gerakan matahari ketara sebagai waktu gerakan matahari wasati bagi membolehkan jam matahari kekal releven untuk digunakan pada zaman moden. Gerakan matahari wasati ini bergerak bersama-sama dengan matahari ketara mengikut satu sudut tertentu. Akan tetapi waktu matahari wasati ini dibetulkan dan berbeza matahari ketara mengikut masa yang terdapat di dalam jadual persamaan waktu (equation of time, e) atau Ta’adil Al-Zaman. Sekiranya terdapat bacaan pada jam matahari ketara, maka waktu matahari juga dapat ditentukan. 2
KEGUNAAN DALAM KEHIDUPAN SEHARIAN 02 Jam Matahari telah digunakan secara meluas beribu tahun sebelum Masihi dalam pelbagai bentuk dan kaedah. Ianya menjadi keperluan untuk menjadikan objek Matahari sebagai objek untuk mengukur waktu bermula dengan jumlah hari setahun, perubahan musim, penyusunan kalendar, mengetahui waktu harian dan pelbagai lagi. Teknologi pada setiap zaman berkembang bagi mendapatkan ketepatan pengukuran masa dan waktu, Pun begitu Jam Matahari mempunyai nilai kegunaan tersendiri walaupun berlakunya perubahan teknologi pada setiap zaman yang semakin berkembang. Oleh kerana itu kita akan melihat kegunaan Jam Matahari adalah sebagaimana berikut :- 2.1 Zaman Sebelum Islam; a) Pelayaran : Nelayan dan pelaut zaman kuno menggunakan Jam Matahari untuk menentukan arah mata angin dan posisi relatif mereka di laut. Dengan memperhatikan bayang yang dihasilkan oleh Jam Matahari, para pelayar mengetahui arah Utara Selatan dan Timur-Barat dengan tepat. 3
2.2 Zaman Islam; a) Waktu Solat: Dalam Islam, Jam Matahari digunakan untuk menentukan waktu-waktu solat. Waktu Subuh ditentukan berdasarkan waktu fajar, waktu Zuhur gelincirnya Matahari daripada kedudukan tengah langit, waktu Asar berdasarkan waktu setelah bayang matahari adalah sama bayangnya atau lebih, waktu Maghrib berdasarkan waktu matahari terbenam, dan waktu Isyak berdasarkan waktu setelah hilangnya syafaq ahmar iaitu kedudukan Matahari di bawah ufuk hingga hilangnya serakan cahaya. b) Penentuan Arah Kiblat: Jam Matahari juga digunakan sebagai alat untuk menentukan arah Kiblat di Makkah, dengan mengetahui waktu tertentu Matahari samada berada sama arah atau arah berlawanan dengan azimut ke arah Kiblat. Ianya juga boleh digunakan untuk mengetahui arah Kiblat melalui kaedah kalibrasi Jam Matahari dengan sekiranya diketahui waktu dengan kaedah yang lain. c) Kalendar: Beberapa peradaban kuno menggunakan Jam Matahari untuk mengukur waktu dan membuat kalendar berdasarkan pergerakan matahari di langit b) Pertanian: Petani menggunakan Jam Matahari untuk mengatur jadual pertanian, seperti waktu untuk menanam dan waktu untuk menuai. Mereka akan memerhatikan pola pergerakan matahari bagi mengoptimumkan waktu untuk mereka bercucuk tanam yang paling efektif. c) Kalendar: Beberapa peradaban kuno menggunakan Jam Matahari untuk mengukur waktu dan membuat kalendar berdasarkan pergerakan matahari di langit 4
2.3 Zaman Moden ; a) Pendidikan dan Pembelajaran: Jam matahari digunakan dalam aktiviti pendidikan untuk mengajarkan konsep pergerakan Matahari dan cara mengukur waktu secara tradisional. b) Aktiviti Luar: Beberapa aktiviti luar seperti perkhemahan, pendakian, atau ekplorasi di dalam kawasan hutan, Jam Matahari dapat digunakan untuk membantu membuat anggaran waktu dan arah tanpa bergantung pada peralatan moden. c) Senibina dan rekabentuk bangunan: Walaupun pada zaman ini jam mekanikal dan jam digital berasaskan jam atom digunakan secara meluas, Jam Matahari masih digunakan dalam senibina dan rekabentuk hiasan monumen di taman-taman atau lokasi-lokasi yang strategik. Arkitek dan pereka turut menggunakan idea Jam Matahari untuk menyusun atur bangunan atau binaan-binaan tertentu agar dapat mengoptimumkan kegunaan cahaya Matahari atau mengelak cahaya bagi memelihara sesuatu yang lain. Walaupun Jam Matahari tidak lagi menjadi objek utama dalam menentukan waktu dalam kehidupan sehari-hari dengan digantikan dengan peralatan moden seperti jam atom, jam digital, jam mekanikal dan peralatan elektronik dalam menjalankan fungsi Jam Matahari dalam mengukur waktu dengan lebih tepat. Namun, Jam Matahari masih memiliki nilai sejarah, pendidikan, dan praktikal dari beberapa sudut, terutama dalam memahami bidang sains astronomi. 5
JENIS-JENIS JAM MATAHARI 03 Terdapat pelbagai jenis Jam Matahari yang direka oleh masyarakat di seluruh dunia. Ia direka mengikut lokasi dan geografi yang memudahkan pembacaan waktu matahari yang ditunjukkan oleh gnomon. Terdapat beberapa jenis bentuk Jam Matahari yang direka oleh ahli-ahli falak dan astronomi di seluruh dunia. Ianya menggunakan konsep fizik gerakan Matahari dan ilmu astronomi dalam mengasaskan sesuatu rekabentuk Jam Matahari. Ahli-ahli falak Islam mula membangunkan konsep gerakan Matahari dan geometri falak bagi membangunkan sesuatu Jam Matahari tanpa menggunakan kaedah kiraan yang rumit serta tanpa menggunakan pengambilan bayang setiap hari selama satu tahun bagi membuat garisan-garisan penandaan pada Jam Matahari. Di antaranya ialah tulisan oleh Abū ‘Abd Allāh Muḥammad ibn Ibrāhīm ibn ‘Alī ibn Aḥmad ibn Yūsuf al-Andalusī al-Tūnisī al-Awsī, yang dikenali sebagai Ibn al-Raqqām (mati sekitar 1315M) yang menulis satu bab berkenaan Ilmu al-Dzilal. Kaedah pembuatan Jam Matahari yang lain juga boleh dilihat pada perbincangan di dalam Kitab Riyādh al-Mukhtār fī Mir’āt alMīqāt wa al-Adwār tulisan Ghazi Ahmad Mukhtar Pasha pada tahun 1882 M. 6
Bentuk-bentuk Jam Matahari ini boleh disenaraikan sebagaimana berikut :- 3.1. Jam Matahari Equatorial 3.2. Jam Matahari Horizontal 3.3. Jam Matahari Menegak 3.4. Jam Matahari Analemma 3.5. Jam Matahari Polar 3.6. Jam Matahari Bifilar Jam Matahari jenis menegak boleh dibuat dengan menghadap ke arah mata angin mengikut bearing yang dikehendaki termasuklah mengikut bearing Qiblat. Walaubagaimanapun, terdapat dua jenis jam yang lazimnya digunakan dan mudah dibuat bagi kawasan-kawasan khatulistiwa ialah Jam Matahari Khatulistiwa (Equatorial Sundial) dan Jam Matahari Mengufuk (Horizontal Sundial). Kedua-duanya adalah bertujuan untuk mengukur waktu solat umat Islam secara khusus, khususnya waktu solat Zohor dan waktu solat Asar selain digunakan untuk mengukur waktu sebagaimana jam yang digunakan secara harian. 7
KONSEP ASAS JAM MATAHARI 04 Konsep asas sebuah jam matahari ialah mempunyai sebuah gnomon (tongkat) yang diletakkan secara menegak 90o untuk jam matahari mengufuk, menegak atau altitude, atau diletakkan secara selari dengan paksi bumi untuk jam matahari khatulistiwa. Ia digunakan untuk membentuk bayang bagi kegunaan bacaan jam mengikut garisan yang telah dilukis. Untuk mengukur sudut waktu pada jam matahari, garisan 15 darjah (15o ) dilukiskan bagi mewakili satu (1) jam, iaitu 15 darjah pergerakan matahari mengambil masa purata sebanyak satu (1) jam. Untuk mendapatkan bacaan setiap 30 minit, beza sudut adalah sebanyak 7.5 darjah. Waktu jam matahari ketara bermula pada pukul 6 pagi (0 darjah) iaitu pada terbit matahari, kemuncak pada pukul 12 tengahari (90 darjah), iaitu pada waktu zohor dan berakhir pada 6 petang (180 darjah) iaitu pada waktu maghrib. Bayang pula akan bergerak dari barat ke timur, bertentangan dengan arah pergerakan matahari yang terbit pada sebelah timur dan terbenam pada sebelah barat. Gambaran jam ini adalah sebagaimana dalam Rajah 1. 8
Kedudukan atau cara letak bagi matahari mestilah; jam 12 yang menjadi garisan meridian menghadap ke arah utara benar. Manakala gnomon untuk jam matahari equatorial, serta tempat bacaan bayang hendaklah condong menghadap ke arah bintang Polaris. Kedudukan ini menjadikan kecondongan jam matahari khatulistiwa berada selari dengan paksi bumi. Kedudukan jam matahari yang pula mengambil asas yang sama, dengan menjadikan bintang Polaris sebagai paksi utama untuk membetulkan kedudukan sesebuah jenis jam matahari. Rajah 1 : Bulatan Jam Matahari dengan pembahagian setiap 30 minit 9
PEMBETULAN MENGGUNAKAN JADUAL PErsamaan WAKTU 05 Bacaan pada jam matahari, adalah mengikut waktu matahari ketara. Beberapa pembetulan kepada waktu matahari ini mestilah dilakukan untuk mendapatkan waktu yang dapat digunakan sebagai waktu awam. Pembetulan yang pertama ialah penambahan atau penolakan beberapa minit sebagaimana di dalam Jadual Persamaan Waktu (Equation of Time, e) atau Ta’adil Al-Zaman. Ini adalah sebagaimana kefahaman bahawa matahari akan bergerak cepat atau bergerak lambat akibat satah peredaran adalah berbentuk elips. Penambahan atau penolak beberapa minit ini bagi menyelaraskan pergerakan matahari harian menjadi sekata, agar setiap hari matahari akan bergerak pada kadar purata sebanyak, 15 darjah bagi satu jam atau 360 darjah bagi satu hari. Graf Perata Waktu adalah sebagaimana di dalam Rajah 2 manakala Jadual Persamaan Waktu dapat dirujuk pada Jadual 1. 10
Rajah 2 : Graf Persamaan Waktu. Bulan per minit 11
PEMBETULAN MENGGUNAKAN WAKTU PIAWAI TEMPATAN 06 Waktu Piawai Tempatan adalah waktu rujukan yang digunakan untuk menyelaraskan waktu bagi sesuatu negara pemerintahan. Waktu ini menjadikan satu longitud rujukan yang akan digunapakai bagi menjadikan ianya waktu yang selaras bagi kegunaan rakyat dalam sesebuah negara. Longitud rujukan ini dikira bermula di Greenwich di London sebagai 0 darjah, dipisahkan bagi setiap 30 minit atau 7.5 darjah longitud ke sebelah timur atau ke sebelah selatan. Pembahagian zon waktu inilah yang dinamakan sebagai Greenwich Merdia Time (GMT) dalam ilmu astronomi atau ilmu geografi. Bagi negara Malaysia, GMT yang ditetapkan ialah +8 jam, yang mengambil longitud 120 darjah (120o ) yang berada di perairan Sabah sebagai longitud rujukan bagi menyeleraskan waktu di seluruh Malaysia. Ketetapan ini memansuhkan penggunaan GMT +7.5 jam di Semenanjung Malaysia dan GMT +8 jam bagi Malaysia Barat, yang dahulunya terdapat dua zon waktu yang berlainan. 12
Oleh sebab penggunaan Waktu Piawai Tempatan inilah yang menyebabkan waktu terbit dan terbenam bagi penduduk Semenanjung Malaysia tidak lagi pada sekitar pukul 6 pagi atau 6 petang. Keadaan ini menjadikan waktu terbit dan terbenam matahari di Semenanjung adalah sekitar jam 7 pagi dan 7 petang. Walaubagaimanapun, waktu terbit dan terbenam matahari masih lagi sekitat 6 pagi dan 6 petang oleh kerana kedudukan negeri Sabah adalah berhampiran dengan longitud rujukan ini. Penggunaan zon waktu GMT ini tidaklah mengubah ketepatan waktu yang digunakan. Ianya hanyalah bagi memudahkan urusan sesebuah masyarakat dan pemerintah dengan menggunakan satu waktu yang telah diselaraskan. Sebagai contohnya, secara konsepnya waktu matahari berada tegak di atas kepala ialah pada jam 12 tengahari dan masuknya waktu zohor, iaitu melintasi garisan meridian. Akan tetapi apabila diukur daripada longitud rujukan GMT +8 jam, waktu lintasan matahari pada garisan meridian ini (waktu zohor) di Kelantan adalah sekitar jam 1:11 tengahari. Perbezaan ini adalah sebagaimana perkiraan berikut :- Zon Waktu Malaysia : +8 jam Longitud Kelantan : 102o 14’ 12” Selisih waktu tempatan : = (8 x 15 ) - 102o 14’ 12” 15 = 1 jam 11 minit Waktu Ketara Matahari Melintasi Meridian (Longitud) 102o 14’ 12” ialah pada jam 12 tengahari Maka, menurut waktu yang dirujuk pada GMT +8 jam ialah :- = 12 + 1 jam 11 minit = 13:11 tengahari 13
*Waktu ini adalah waktu matahari ketara ditambah dengan waktu piawaian tempatan. Waktu zohor bagi kegunaan awam (waktu matahari wasati) adalah setelah diperbetulkan menggunakan Jadual Persamaan Waktu. Bagi menjelaskan lagi berkenaan waktu piawai tempatan ini, sila rujuk pada Rajah 3. Rajah 3 : Waktu Piawai Tempatan yang menunjukkan waktu lintasan garisan tengah langit (meridian langit) bermula pada pukul 12 di longitud 120 darjah dan lintasan pada longitud 102 darjah adalah selepas jam 12 dengan tambahan jangkamasa matahari untuk melintasi meridian, iaitu kira-kira 1 jam 11 minit kemudian. 14
REKABENTUK JAM MATAHARI 07 2 jenis jam matahari yang mudah dibuat ialah jam matahari khatulistiwa dan Jam Matahari Mengufuk dicadangkan oleh kerana kerja-kerja pembuatannya tidaklah serumit jam-jam matahari yang lain. Bagi Jam Matahari Khatulistiwa, ianya boleh dibuat seringkas sebagaimana di dalam Rajah 4, atau menggunakan besi sebagaimana Rajah 5. Kedua-duanya menggunakan konsep yang sama, iaitu kedudukan cara letak berpandukan pada paksi bumi dengan gnomonnya merujuk ke arah bintang Polaris. Rajah 4 : Jam Matahari Khatulistiwa binaan ringkas dengan menggunakan kertas. 15
Rajah 5 : Gnomon yang melintasi tempat bacaan (bernombor) merupakan seperti potongan kepingan kertas yang tebal. Gnomon dipegang pada hujung atas dan bawah, turut selari dengan paksi bumi. Manakala Jam Matahari Mengufuk menggunakan asas yang sama daripada Jam Matahari Khatulistiwa (Rujuk Rajah 6) dengan beberapa pengiraan yang sedikit rumit. Ia kemudiannya menghasilkan garisan asas seperti Rajah 7 dan Rajah 8. Jam ini kemudiannya diubahsuai dengan penambahan garisan Jadi dan Sartan sebagaimana Rajah 9. Rajah 6 : Asas Jam Matahari Mengufuk diambil daripada konsep Jam Matahari Khatulistiwa 16
Rajah 7 : Garisan asas Jam Matahari Mengufuk tanpa gnomon. Hanya mempunyai garisan jam pembahagian 30 minit dan garisan hamal (timur dan barat) Rajah 8 : Pandang sisi gnomon Jam Matahari Mengufuk. Gnomon diletakkan dalam keadaan sedemikian, ataupun sebatang tongkat tegak sebagaimana pada kedudukan garisan putus-putus. 17
18 Rajah 9 : Penambahan Garisan Jadi dan Garisan Sartan
Jadual 1. Jadual Perata Waktu 19
08 20 penutup Jam Matahari adalah satu instrumen yang digunakan oleh ahli falak sejak dari dahulu kala untuk mengukur dan membaca waktu menggunakan bayang yang terhasil daripada cahaya matahari. Ahli-ahli falak Islam sejak abad ke-7 telah membuat kajian yang lebih terperinci tentang pergerakan Matahari serta membangunkan kaedah matematik untuk digunakan di dalam bidang ilmu falak dan astronomi. Jam Matahari pada zaman Islam kemudiannya berkembang maju daripada hanya satu bentuk, hingga menghasilkan pelbagai bentuk jam. Daripada bentuk analemma, kepada bentukekuatorial, menegak, polar, atau menyendeng ke pelbagai arah dan sebagainya. Jam matahari menjadi peralatan yang masih releven sehingga kini untuk membaca waktu selain dijadikan monumen hiasan yang indah dan berfungsi sebagai daya penarik kepada pengunjung. Ia juga menzahirkan satu manifestasi perkembangan dan kemajuan ilmu sains astronomi disamping dapat mengingatkan kita akan kepentingan masa dan kebesaran ilahi.
Amat berminat dengan sains, matematik dan astronomi khususnya dalam pengajaran dan perkongsian ilmu jam matahari daripada kaedah moden dan tradisional. Aktif dalam perundingan untuk membangunkan jam matahari di seluruh Malaysia sebagai sebahagian daripada elemen taman rekreasi atau dalam aktiviti bidang astronomi. Turut aktif dalam cerapan langit dan menguruskan masyarakat astronomi dalam menganjurkan sebarang aktiviti astronomi di kalangan masyarakat. profail penulis Dilahirkan pada 8 September 1985 di Hospital Besar Kuala Lumpur. Beliau mendapat pendidikan awal di Sekolah Kebangsaan Kubang Kerian (1) sebelum melanjutkan pelajaran ke SMU (A) Maahad Muhammad Lelaki, Jalan Pengkalan Chepa, Kota Bharu. Di sana beliau mendalami ilmu falak dengan beberapa orang guru secara tidak formal, khususnya daripada Ustaz Sabaruddin bin Othman daripada Pondok Pasir Tumboh dan Haji Abdul Ghani Salleh, tenaga pengajar ilmu falak di Kusza, Terengganu dan Kolej Insaniah, Kedah. Beliau kemudian melanjutkan pelajaran ke peringkat Ijazah Sarjana Muda di dalam bidang Sains Bioteknologi di Universiti Islam Antarabangsa Malaysia. Beliau aktif dalam membuat kajian terhadap kitab-kitab falak lama khususnya dalam menghasilkan jam matahari dalam pelbagai bentuk di seluruh Malaysia. 21 Ustaz Abdullah Bin Hassan
Dilahirkan pada 1 September 1964 di Machang, Kelantan. Beliau mendapat pendidikan awal di Sekolah Kebangsaan Jambu Lawar, pendidikan menengah di Sekolah Menengah Kampung Pek, Machang, Kelantan sebelum ke Sekolah Menengah Teknik Terengganu. Beliau melanjutkan pelajaran ke peringkat Ijazah profail penulis bersama Sarjanamuda di Universiti Teknologi Malaysia pada tahun 1982. Disana beliau mempelajari ilmu falak dengan beberapa orang guru secara formal khususnya almarhum Prof Abdul Hamid bin Tahir dan Prof Wan Aziz bin Wan Akib. Kemudian beliau melanjutkan pelajaran ke peringkat sarjana dalam bidang geoinformatik juga di UTM. Beliau aktif bersama ustaz Abdullah dalam menghasilkan jam matahari di Politeknik Sultan Mizan Zainal Abidin, Dungun, Terengganu dan Politeknik Kota Bharu, Kelantan. 22 Gs. Sr Hj. Mohd Fikri Bin Ismail, FRISM
23 mizawalah
24