Satu hari = 24 jam.  sedangkan bumi ber-rotasi memakan waktu 23 jam 56 menit.  berarti dalam satu hari ada selisih 4 menit.  dalam satu bulan selisih 120 menit (2 jam). pertanyaan saya = mengapa pagi hari tetap jam enam dan tengah hari tetap jam 12 ?

Satu hari = 24 jam adalah lamanya satu Hari Surya (disebut juga hari solar), sementara satu hari = 23 jam 56 menit adalah lamanya satu Hari Bintang, atau disebut juga Hari Sideris.

Kenapa ada beda antara keduanya, padahal dua-duanya sama-sama mengukur rentang waktu yang sama yaitu lamanya periode rotasi Bumi? Perbedaan tersebut disebabkan karena pengunaan patokan yang berbeda.

Hari Surya menggunakan Matahari sebagai acuan, sementara Hari Sideris menggunakan bintang-bintang sebagai acuan.
Satu Hari Solar didefinisikan sebagai rentang waktu ketika Matahari kembali ke posisinya semula pada saat ketika kita memulai pengukuran. Misalnya begini: Suatu saat kita mengamati posisi Matahari berada persis di atas kepala kita (Nomor 1 pada gambar di atas), dan serta-merta kita memulai pengukuran waktu (misalnya dengan menggunakan stopwatch). Selanjutnya kita menunggu saat Matahari kembali berada di atas kepala kita, dan inilah yang dinamakan satu Hari Surya. Lamanya satu Hari Surya kita definisikan sebagai 24 jam, sebagaimana yang kita gunakan setiap harinya. Itulah sebabnya pagi hari tetap selalu jam 6 pagi dan tengah hari tetap selalu jam 12 siang, karena ini adalah jam yang kita pakai sehari-hari diukur berdasarkan posisi Matahari.

Satu Hari Sideris didefinisikan sebagai rentang waktu ketika sebuah bintang kembali ke posisinya semula pada saat ketika kita memulai pengukuran (bintang yang manapun tidak menjadi masalah asalkan bintang tersebut tidak persis berada pada sumbu rotasi Bumi). Misalnya suatu saat kita mengamati posisi suatu bintang berada persis di atas kepala kita, dan kita segera memulai pengukuran waktu. Saat bintang tersebut kembali ke posisi semula, maka satu Hari Sideris telah berlalu. Kita akan menemukan bahwa satu Hari Sideris lebih pendek sekitar 4 menit dari satu Hari Surya, jadi lamanya satu Hari Sideris adalah 23 jam 56 menit 4 detik.

Perbedaan antara Waktu Surya dengan Waktu Sideris disebabkan oleh revolusi Bumi mengitari Matahari. Apabila Bumi hanya berotasi pada sumbunya dan tidak berevolusi mengitari Matahari, maka tidak akan ada perbedaan antara Waktu Sideris dengan Waktu Surya.

Gambar di bawah ini menjelaskan situasi yang terjadi:

Misalkan pada gambar pertama, pada pukul 12:00:00 kita mengamati Matahari dan sebuah bintang yang persis berada di belakang Matahari sama-sama berada di atas kepala. Selanjutnya, 23 jam 56 menit 4 detik kemudian, Bumi sudah berotasi satu putaran penuh dan juga sudah bergeser sedikit relatif terhadap Matahari. Kita mengamati bintang tersebut sudah kembali di atas kepala kita namun Matahari belum. Ini karena efek paralaks: Bintang tersebut jaraknya sangat jauh dari kita dan pergeseran posisi Bumi relatif terhadap Matahari tidak mempengaruhi posisinya di langit (sebenarnya ada namun sangat keciiiiiiilll sekali dan bisa diabaikan untuk kasus ini). Namun, karena Matahari posisinya jauuuuuh lebih dekat (ingat, seberkas cahaya dari Matahari membutuhkan waktu hanya 8 menit untuk mencapai Bumi, sementara cahaya dari bintang lain membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk mencapai Bumi), maka revolusi Bumi membuat kita harus menunggu selama 3 menit 56 detik sampai Matahari kembali ke posisi semula yaitu tepat di atas kepala.

Dengan demikian, yang kita definisikan sebagai satu hari Surya adalah periode rotasi Bumi dengan menggunakan Matahari sebagai patokan. Satu periode rotasi ini kemudian kita bagi menjadi satuan yang lebih kecil, yaitu 24 bagian yang sama yang kita namakan jam. 1 jam kemudian kita bagi menjadi 60 menit, dan 1 menit terdiri atas 60 detik. Perlu diingat bahwa pembagian satu hari menjadi 24 jam adalah konstruksi sosial dan tradisi ini pertama kali dilakukan mungkin oleh bangsa Mesir kuno. Alasan persisnya mengapa 24 jam dan bukan 10 jam misalnya yang digunakan tidak diketahui dengan pasti, namun kemungkinan besar terkait dengan cara mereka berhitung dengan ruas empat jari (total ada 12 ruas dalam empat jari kita) dan bukan dengan kelima jari tangan. Tradisi yang yang sudah berlangsung kurang-lebih 50 abad ini masih berlangsung hingga sekarang, namun bukan berarti tidak pernah ada usaha untuk menggantinya. Pada akhir abad ke-18, pada tahun 1793, Perancis memperkenalkan sistem penanggalan baru yang dinamakan Kalender Revolusi Perancis, di mana diperkenalkan sistem waktu desimal: Satu hari dibagi menjadi 10 jam, 1 jam dibagi menjadi 100 menit, dan 1 menit dibagi menjadi 100 detik. Sistem ini tidak berhasil diterapkan di masyarakat dan desimalisasi waktu dibatalkan dua tahun kemudian, namun pemerintah revolusioner Perancis sempat memperkenalkan jam yang menggunakan sistem desimal (Gambar Jam).

Satu hari sideris dengan demikian juga adalah satu periode rotasi Bumi, namun diukur dengan menggunakan bintang-bintang sebagai patokan. Waktu sideris tidak digunakan dalam kehidupan sehari-hari kita, namun selalu digunakan oleh astronom untuk menentukan posisi benda langit. Sebagaimana diperhatikan oleh kawan kita Icuk, satu hari sideris lebih pendek 4 menit dari satu hari surya. Dengan demikian apabila pada suatu saat jam sideris dan jam surya menunjukkan waktu yang sama (misalnya sama-sama jam 12:00:00), maka keesokan harinya pada pukul 12:00:00 waktu surya jam sideris akan lebih maju 4 menit, dan keesokan harinya saat yang sama jam sideris akan lebih maju 8 menit, dan seterusnya (mainkan simulasi di bawah). Apabila kita mengukur waktu dengan menggunakan Waktu Sideris, maka tengah hari tidak selalu pukul 12 dan pagi hari tidak selalu pukul 6.

Saat ketika jam sideris dan jam surya menunjukkan waktu yang sama terjadi pada tengah malam pukul 00:00:00 saat ekuinoks musim gugur (sekitar 22 September setiap tahunnya).

Untuk melakukan simulasi Jam Surya dan Jam Sideris Silahkan Klik DISINI. (Lakukan percobaan ini).