Oleh : Chatief Kunjaya. KK Astronomi, ITB

Oleh :

Chatief Kunjaya

KK Astronomi, ITB

Kompetensi Dasar

 XI.3.10 Menganalisis gejala dan ciri-ciri gelombang secara umum

 XII.3.1 Menerapkan konsep dan prinsip gelombang bunyi dan cahaya dalam teknologi

 XII.3.7 Mengevaluasi pemikiran dirinya tentang radiasi elektromagnetik, pemanfaatannya dalam teknologi dan dampaknya pada kehidupan

 XII.4. Menyajikan hasil analisis tentang radiasi

Gelombang EM sumber informasi utama benda langit

 Bintang-bintang memancarkan gelombang elektro- magnetik, pada berbagai panjang gelombang, sinar γ, sinar X, cahaya tampak, gelombang radio dan lain-lain

 Pendeteksian dan analisis gelombang EM itu

memberikan berbagai informasi tentang benda langit

 Pada awalnya orang hanya bisa mendeteksi gelombang cahaya tampak yang mempunyai panjang gelombang antara 4000Å hingga 8000Å.

 Dengan berkembangnya teknologi panjang gelombang lain pun dapat dideteksi dan ternyata memberikan

informasi lain yang kaya.

Spektrum Gelombang EM

Matahari pada berbagai λ

Hukum Radiasi Planck

 Pancaran EM dari benda langit tidak merata untuk semua panjang gelombang, melainkan mempunyai distribusi tertentu.

 Suatu bintang lebih banyak memancarkan cahaya biru, yang lain cahaya merah, misalnya.

 Meski pun demikian, ada suatu hukum yang

sederhana dan bersifat paling umum berlaku pada banyak bintang, yaitu hukum radiasi Planck.

 Dengan hukum ini kita dapat melihat hubungan

Hukum Radiasi Planck

 Hukum radiasi Planck dapat dinyatakan dengan sebuah rumus sederhana

1 1

) 2

(

_{5 /}

2

 _{hc kT}  e

T hc

B_{ }



 Pancaran radiasi bintang-bintang memang tidak sama

persis dengan rumus itu, namun kecenderungan umumnya demikian. Faktor-faktor lain menyimpangkan distribusi

teramati dari hukum Planck

 Dari rumus tersebut nampak bahwa B hanya bergantung pada λ dan T.

 Asumsi hukum Planck adalah pemancar besifat benda hitam

Distribusi Wien

 Puncak distribusi radiasi memberikan indikasi temperatur benda

 Wien memberikan rumus sederhana yang

menunjukkan hubungan antara posisi puncak distribusi dengan temperatur

T 2898 ,

0

max 



Luminositas

 Jika kita jumlahkan energi dari seluruh panjang

gelombang yang dipancarkan benda hitam, dengan

cara mengintagrasikan rumus hukum Planck terhadap panjang gelombang, diperoleh rumus sederhana yang menghubungkan energi total yang dipancarkan secara radiasi, atau luminositas oleh benda hitam dengan

temperatur benda hitam itu.

T

4

B  

Ukuran terang bintang

 Mengukur energi yang dipancarkan bintang tidak praktis untuk orang awam

 Biasanya orang membandingkan terang satu benda dengan benda lain

 Astronom mempunyai cara khusus untuk menyatakan terang bintang secara sederhana sejak ribuan tahun yang lalu, dipelopori oleh Hipparchus

 Bintang-bintang dikelompokkan menjadi 6 kelas menurut kecerlangannya, sehingga hanya dengan melihat langsung orang dapat memberikan gambaran tentang terang suatu bintang.

 Sistem itu disebut sistem magnitudo

Magnitudo Pogson

 Ketika astronom mempunyai cara yang lebih baik dalam mengukur cahaya bintang, didapati bahwa, pembagian kelas kecerlangan itu bersifat logaritmik

 Pogson mengusulkan suatu rumus sederhana yang yang menghubungkan ukuran kecerlangan dengan

energi yang diterima pengamat dari bintang, tapi tetap merujuk pada penilaian terang bintang dari

Hipparchus

Contoh soal

Sebuah bintang yang magnitudonya 1,8 diketahui fluksnya 10^-8 watt/m². Berapakah fluks bintang yang magnitudonya 4,3?

Jawab :

Diperoleh : f₂ ≈ 10^-9 watt/m².

2 1 2

1 2,5log

f m f

m   

2

10 8

log 5 , 2 3

, 4 8

,

1 f

 





Kuadrat Kebalikan

 Jika kita melihat sumber cahaya, semakin jauh sumber itu nampak semakin redup.

 Fenomena ini dapat dinyatakan secara matematis sbb :

4 r

2

E L





 Dengan demikian, jika kita dapat mengetahui pancaran energi yang diterima pengamat pada suatu posisi, kita dapat menghitung pada posisi lain

Contoh Soal

Menurut hukum radiasi, benda hitam akan

memancarkan energi total yang sebanding dengan

temperatur pangkat empat. Jika setiap lapisan Matahari dianggap memancarkan radiasi seperti benda hitam, temperatur permukaan Matahari adalah 5800 K dan diameternya 1,4 juta km, berapakah temperatur

Matahari pada kedalaman 525 000 km dari permukaannya?

Jawab

Radius Matahari R_M = 700 000 km.

Luminositas Matahari : L  4R_M² T_M⁴

R

M

Total energi yang keluar dari

lapisan dalam Matahari juga harus sama karena harus memenuhi

hukum

kekekalan energi.

Pada kedalaman 525 000 km,

total energi yang keluar dari pusat adalah total energi yang keluar dari

Jawab

 T'=11600 K

4 2

4

2

' 4

'

4 R T R

_M

T

_M

L      

2 2

2

5800

175000 700000 ' 

^M

' T

_M



R

T R

Distribusi energi Bintang

 Distribusi energi radiasi bintang tidak sama persis dengan distribusi hukum Planck

 Salah satu sebabnya adalah adanya garis-garis serapan.

 Garis garis serapan ini adalah bukti bahwa cahaya yang tercipta di pusat bintang mengalami serapan di

lapisan atas permukaan bintang

 Pola garis-garis serapan satu bintang dengan lainnya berbeda-beda, namun ada satu sifat umum, yaitu

(Å)

Spektrum Bintang Kelas G

0 20 40 60 80 100 120 140

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 Panjang Gelombang

Intensitas

H

H

H

H

H

G band  K+H Lines 

Mg I

Mg I

Spektrum Bintang Kelas A

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500

Intensitas

H

H

H

H

H

H

H

H

Efek Doppler

 Pada gelombang suara kita dapat mengamati efek Doppler jika sumber suara bergerak menjauhi atau mendekati kita

 Demikian juga dengan gelombang elektromagnetik.

 Panjang gelombang elektromagnetik akan nampak memanjang jika obyek menjauh dan memendek jika obyek mendekat

 Besarnya perubahan itu dapat dinyatak dengan rumus



 c

 v



Efek Doppler pada spektrum bintang





a

b

Contoh Soal

Dari hasil eksperimen di laboratorium garis Balmer H_β semestinya muncul pada panjang gelombang 4861,3 Ǻ.

Pada spektrum sebuah bintang, garis ini muncul pada panjang gelombang 4863,7 Ǻ. Berapakah kecepatan radial bintang itu terhadap pengamat ? menjauh atau mendekat?

Jawab

Δλ = 4863,7 – 4861,3 = 2,4 Ǻ.

c v





 

Dengan asumsi bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa 300 000 km/detik, maka dapat diperoleh v = 148,1 km/s, menjauh. Alasan : panjang gelombang teramati lebih besar dari pada panjang gelombang

Gerak Bintang

Dengan mengacu pada hukum Doppler, pola pergeseran garis

spektrum dapat diketahui menggambarkan pola gerakan bintang

Model alam semesta

 Dari pengamatan spektrum galaksi oleh Edwin Hubble, yang dianalisis dengan bantuan hukum Doppler telah lahir teori ledakan besar (big bang)

 Garis-garis serapan/emisi pada spektrum galaksi umumnya bergeser ke arah panjang gelombang lebih panjang karena efek Doppler

 Hal ini mengindikasikan bahwa galaksi-galaksi umumnya bergerak menjauhi Bumi

 Semakin redup galaksi, semakin besar pergeseran garisnya

Hd v 

Soal-soal

(OSN 2008) Puncak spektrum pancaran bintang A terdeteksi pada panjang gelombang 2000 Angstrom, sedangkan puncak spektrum bintang B berada pada panjang gelombang 6500 Angstrom, berdasarkan data ini maka

a. Bintang A 0,31 kali lebih terang daripada bintang B b. Bintang B 0,31 kali lebih terang daripada bintang A c. Bintang A 3,25 kali lebih terang daripada bintang B d. Bintang B 3,25 kali lebih terang daripada bintang A

Soal-soal

(OSN 2008) Sebuah galaksi yang sangat jauh terdeteksi oleh sebuah detektor yang berada di sebuah satelit di luar atmosfer Bumi mempunyai kecepatan radial 3000 km/s. Pada panjang gelombang berapakah garis Lyman Alpha terdeteksi oleh detektor ini? pilih yang paling

dekat!

a. 1216,21 Angstrom b. 1200,21 Angstrom c. 1228,16 Angstrom d. 1216,01 Angstrom e. 1220,01 Angstrom