VLBI

VLBI

VLBI ( VERY LONG ( VERY LONG BASELINE INTBASELINE INTERFEROMETRY ERFEROMETRY ))

1.

1. PendahuluanPendahuluan Selain

Selain Global Navigation Satellite SystemsGlobal Navigation Satellite Systems  (GNSS), satelit dan  (GNSS), satelit dan Lunar  Lunar Laser Laser Ranging Ranging  (SLR, LLR) dan teknik pengukuran jarak Doppler Doris (

(SLR, LLR) dan teknik pengukuran jarak Doppler Doris (  Doppler  Doppler Orbitography Orbitography andand adiopositioning Integrated by Satellite

adiopositioning Integrated by Satellite),), Very Long Baseline InterferometriVery Long Baseline Interferometri  (VLBI) adalah  (VLBI) adalah salah

salah satu satu teknik teknik ruang-geodesi.ruang-geodesi.

Teknik VLBI pertama kali dikembangkan dalam bidang

Teknik VLBI pertama kali dikembangkan dalam bidang radio astronomyradio astronomy dengandengan obyektif untuk mempelajari secara detil struktur sumber-sumber gelombang radio di luar obyektif untuk mempelajari secara detil struktur sumber-sumber gelombang radio di luar angkasa dengan resolusi ketelitian angular yang tinggi. Dalam bidang satelit geodesi, teknik angkasa dengan resolusi ketelitian angular yang tinggi. Dalam bidang satelit geodesi, teknik VLBI dapat dipandang sebagai teknik penentuan posisi relatif dengan menggunakan data fase VLBI dapat dipandang sebagai teknik penentuan posisi relatif dengan menggunakan data fase dari gelombang radio yang dipancarkan oleh kuasar, yaitu benda langit pemancar gelombang dari gelombang radio yang dipancarkan oleh kuasar, yaitu benda langit pemancar gelombang radio alamiah. Dalam geodesi satelit, VLBI adalah teknik penentuan posisi relatif yang paling radio alamiah. Dalam geodesi satelit, VLBI adalah teknik penentuan posisi relatif yang paling teliti.

teliti.

VLBI mengamati energi radio yang dipancarkan oleh quasar. Sebuah quasar adalah VLBI mengamati energi radio yang dipancarkan oleh quasar. Sebuah quasar adalah objek yang sangat cerah di tepi alam

objek yang sangat cerah di tepi alam semesta kita. Kata quasar, kependekan dari “quasisemesta kita. Kata quasar, kependekan dari “quasi-stellar-stellar radio source” dinamai pada 1960

radio source” dinamai pada 1960-an ketika quasar pertama kali terdeteksi. Sebuah quasar-an ketika quasar pertama kali terdeteksi. Sebuah quasar dilihat dengan teleskop optik muncul titik-seperti dan mirip dengan bintang tetapi sebenarnya dilihat dengan teleskop optik muncul titik-seperti dan mirip dengan bintang tetapi sebenarnya cukup besar dan memberikan energi dari satu triliun kali lebih terang dari Matahari. Quasar cukup besar dan memberikan energi dari satu triliun kali lebih terang dari Matahari. Quasar yang begitu jauh, yang bahkan sangat terang tidak bisa terlihat tanpa teleskop yang sangat yang begitu jauh, yang bahkan sangat terang tidak bisa terlihat tanpa teleskop yang sangat  bagus. Quasar adalah benda yang p

 bagus. Quasar adalah benda yang paling jauh dan belum terdeteksi di Semesta ini.aling jauh dan belum terdeteksi di Semesta ini.

Dalam bidang geodesi, sistem VLBI terutama dimanfaatkan untuk aplikasi geodetik Dalam bidang geodesi, sistem VLBI terutama dimanfaatkan untuk aplikasi geodetik  berskala global dan menuntut ketelit

 berskala global dan menuntut ketelitian yang relatif tian yang relatif tinggi, seperti realisasi inggi, seperti realisasi kerangka referensikerangka referensi koordinat, penentuan parameter-parameter orientasi bumi, dan studi geodinamika.

koordinat, penentuan parameter-parameter orientasi bumi, dan studi geodinamika.

2.

2. Prinsip Dasar VLBIPrinsip Dasar VLBI

Prinsip dari VLBI yaitu Dua sistem VLBI yang terpisah dengan jarak tertentu Prinsip dari VLBI yaitu Dua sistem VLBI yang terpisah dengan jarak tertentu mengamati suatu kuasar yang sama. Data-data yang diamati oleh kedua sistem ini mengamati suatu kuasar yang sama. Data-data yang diamati oleh kedua sistem ini selanjutnya dikorelasikan. Dari proses korelasi ini selanjutnya akan diperoleh data selanjutnya dikorelasikan. Dari proses korelasi ini selanjutnya akan diperoleh data  pengamatan berupa p

 pengamatan berupa perbedaan waktu erbedaan waktu tempuh sinyal tempuh sinyal dari kuasar dari kuasar ke kedua ke kedua stastiun stastiun (group(group delay), perbedaan fase dari kedua sinyal (phase delay

delay), perbedaan fase dari kedua sinyal (phase delay), serta laju dari kedua delay tersebut), serta laju dari kedua delay tersebut (delay rate).

Prinsip dari VLBI dapat diilustrasikan dengan gambar berikut ini. Prinsip dari VLBI dapat diilustrasikan dengan gambar berikut ini.

Gambar. 1

Gambar. 1 Prinsip Dasar VLBI Prinsip Dasar VLBI

Dari proses korelasi ini didapat parameter-parameter yaitu parameter

Dari proses korelasi ini didapat parameter-parameter yaitu parameter yang memang diketahuiyang memang diketahui dan parameter yang akan ditentukan. Parameter-parameter tersebut yaitu :

dan parameter yang akan ditentukan. Parameter-parameter tersebut yaitu :  Parameter yang diketahui :

 Parameter yang diketahui :

o

o kecepatan cahayakecepatan cahaya o

o kecepatan rotasi bumikecepatan rotasi bumi o

o nutasi dan presisinutasi dan presisi o

o aberasi harianaberasi harian

 Parameter yang akan ditentukan  Parameter yang akan ditentukan ::

o

o waktuwaktu o

o frekuensi sinyal (f frekuensi sinyal (f ₀₀)) o

o  beda fase (∆t beda fase (∆t_obsobs)) o

o spherical equatorial coordinate (αspherical equatorial coordinate (α_ss, δ, δ_ss)) o

o Vektor baseline (jarak antar titik)Vektor baseline (jarak antar titik) o

o Koefisien dari polynomial dan fungsi Koefisien dari polynomial dan fungsi trigonometri yang digunakan untuktrigonometri yang digunakan untuk menampilkan reaksi yang berkenaan dengan jam-jam yang terdapat pada menampilkan reaksi yang berkenaan dengan jam-jam yang terdapat pada masing- masing stasiun.

Dengan mengetahui vektor koordinat dari kuasar S dan vektor baseline B,maka vektor Dengan mengetahui vektor koordinat dari kuasar S dan vektor baseline B,maka vektor koordinat relatif antara dua stasiun dapat diestimasi. Seandainya vektor koordinat kuasar koordinat relatif antara dua stasiun dapat diestimasi. Seandainya vektor koordinat kuasar tidak diketahui, maka perhitungannya vektor koordinat kuasar dapat diestimasi tidak diketahui, maka perhitungannya vektor koordinat kuasar dapat diestimasi bersama-sama dengan vektor baseline.

sama dengan vektor baseline.

Persamaan menggunakan data pengamatan waktu tunda Persamaan menggunakan data pengamatan waktu tunda

c.ƒ´tg (t)=B.S(t) c.ƒ´tg (t)=B.S(t) Data delay geometrik (ƒ´tg) mengandung variabel

Data delay geometrik (ƒ´tg) mengandung variabel kesalahan bias, walaupun nilainyakesalahan bias, walaupun nilainya kecil tapi tetap saja harus diperhitungkan , kesalahan bias tersebut adalah delay hasil kecil tapi tetap saja harus diperhitungkan , kesalahan bias tersebut adalah delay hasil  pengamatan (ƒ´tobs),

 pengamatan (ƒ´tobs), bias delabias delay karena y karena tidak sinkronnya jtidak sinkronnya jam(ƒ´tclock), bias am(ƒ´tclock), bias delay dalamdelay dalam instrumen (ƒ´tins), bias delay pengaruh refraksi troposfer (ƒ´ttrop), bias delay pengaruh instrumen (ƒ´tins), bias delay pengaruh refraksi troposfer (ƒ´ttrop), bias delay pengaruh refraksi ionosfer (ƒ´tion) dan bias delay efek realtivitas (ƒ´trel).

refraksi ionosfer (ƒ´tion) dan bias delay efek realtivitas (ƒ´trel).

ƒ´tobs = ƒ´tg +ƒ´tclock + ƒ´tobs+ƒ´tins + ƒ´ttrop + ƒ´tion + ƒ´trel ƒ´tobs = ƒ´tg +ƒ´tclock + ƒ´tobs+ƒ´tins + ƒ´ttrop + ƒ´tion + ƒ´trel

3.

3. Cara Kerja VLBICara Kerja VLBI

VLBI merupakan salah satu teknik penentuan posisi relative dengan menggunakan VLBI merupakan salah satu teknik penentuan posisi relative dengan menggunakan data fase dari gelombang radio yang dipancarkan oleh kuasar, yaitu benda langit data fase dari gelombang radio yang dipancarkan oleh kuasar, yaitu benda langit  pemancar

 pemancar gelombang gelombang radio radio alamiah. alamiah. Karena Karena letaknya letaknya yang sangat yang sangat jauh jauh dari dari bumi, bumi, makamaka  perubahan posisi sudut pada kau

 perubahan posisi sudut pada kausar terhadap bumi relative kecil.sar terhadap bumi relative kecil.

Pada saat ini ada sekitar 40 stasiun VLBI yang beroperasi diseluruh dunia. Distribusi Pada saat ini ada sekitar 40 stasiun VLBI yang beroperasi diseluruh dunia. Distribusi stasiun tersebut dapat

stasiun tersebut dapat dapat ditunjjukkan dapat ditunjjukkan oleh gambar oleh gambar berikut.berikut.

Gambar 2

Setiap stasiun VLBI umumnya dilengkapi dengan penerima(receiver), jam (osilator) Setiap stasiun VLBI umumnya dilengkapi dengan penerima(receiver), jam (osilator) atom, serta perekam data (recorder). Karena sinyal dari kausar umumnya sangat lemah atom, serta perekam data (recorder). Karena sinyal dari kausar umumnya sangat lemah sekitar 1 Jansky (1 Jy = 10

sekitar 1 Jansky (1 Jy = 10 - - 2626 WmWm - - 22 HzHz –  – 11). Maka untuk mendeteksinya diperlukan). Maka untuk mendeteksinya diperlukan teleskop radio dengan diameter yang besar. Sistem VLBI terutama dimanfaatkan untuk teleskop radio dengan diameter yang besar. Sistem VLBI terutama dimanfaatkan untuk aplikasi geodetik berskala global dan menuntut ketelitian yang relative tinggi, seperti aplikasi geodetik berskala global dan menuntut ketelitian yang relative tinggi, seperti realisasi kerangka referensi koordinat, penentuan parameter-parameter orientasi bumi, realisasi kerangka referensi koordinat, penentuan parameter-parameter orientasi bumi, dan studi geodinamika VLBI umumnya beroperasi pada 2 pita frekuensi, yaitu X band dan studi geodinamika VLBI umumnya beroperasi pada 2 pita frekuensi, yaitu X band (panjang gelombang sekitar 4 cm, frekuensi sekitar 8 GHz) dan S band (panjang (panjang gelombang sekitar 4 cm, frekuensi sekitar 8 GHz) dan S band (panjang gelombang sekitar 15 cm, frekuensi sekitar 2 GHz). Kelemahannya, dibutuhkan stasiun gelombang sekitar 15 cm, frekuensi sekitar 2 GHz). Kelemahannya, dibutuhkan stasiun  pengamatan

 pengamatan yang yang besar besar dan dan mahal. mahal. Dengan Dengan demikian demikian dalam dalam penerapan penerapan VLBI, VLBI, NASANASA membutuhkan waktu 25 tahun dalam bentuk konsorsium sehingga terbentuk sistem VLBI membutuhkan waktu 25 tahun dalam bentuk konsorsium sehingga terbentuk sistem VLBI yang baik.

yang baik.

Sistem VLBI

Sistem VLBI dapat dikelompokkan dalam beberapa komponen yaitu: dapat dikelompokkan dalam beberapa komponen yaitu: 1.

1. Objek astronomi sebagai sumber sinyal. Dalam hal ini QuasarObjek astronomi sebagai sumber sinyal. Dalam hal ini Quasar 2.

2. Propagasi gelombang, media propagasi gelombang elektromagnetik khususnyaPropagasi gelombang, media propagasi gelombang elektromagnetik khususnya atmosfer bumi

atmosfer bumi 3.

3. Antenna dan system penerima, instrument mekanik dan elektronikAntenna dan system penerima, instrument mekanik dan elektronik 4.

4. Bumi sebagai pembawa baseline interferometer dibentuk oleh pasangan antennaBumi sebagai pembawa baseline interferometer dibentuk oleh pasangan antenna 5.

5. CorrelatorCorrelator 6.

6. analisis pengamatan analisis pengamatan VLBI, yVLBI, yaitu penerapan aitu penerapan secara fisik secara fisik model mmodel matematika melaluiatematika melalui  perangkat lunak berbasis pada oby

 perangkat lunak berbasis pada obyektif dan subyektif ektif dan subyektif keputusan dari operator.keputusan dari operator.

Space Segment : Sumber Gelombang Radio Space Segment : Sumber Gelombang Radio

Sumber gelombang radio VLBI berasal dari Quasar. Quasar adalah objek yang sangat Sumber gelombang radio VLBI berasal dari Quasar. Quasar adalah objek yang sangat cerah di tepi alam semesta kita. Kata

cerah di tepi alam semesta kita. Kata quasar, kependekan dari “quasiquasar, kependekan dari “quasi--stellar radio source”stellar radio source” dinamai pada 1960-an ketika quasar pertama kali terdeteksi. Sebuah quasar dilihat dengan dinamai pada 1960-an ketika quasar pertama kali terdeteksi. Sebuah quasar dilihat dengan teleskop optik muncul titik-seperti dan mirip dengan bintang tetapi sebenarnya cukup teleskop optik muncul titik-seperti dan mirip dengan bintang tetapi sebenarnya cukup  besar dan memberikan energi dari satu triliun kali lebih terang dari Matahari

Gambar 4.

Gambar 4. Bentuk QuasarBentuk Quasar

Emisi radio dari quasar disebabkan oleh pertambahan materi ke dalam pusat lubang Emisi radio dari quasar disebabkan oleh pertambahan materi ke dalam pusat lubang hitam yang disebut

hitam yang disebut host galaxyhost galaxy, dimana , dimana spektrum umumnya spektrum umumnya didominasi oleh opdidominasi oleh optik, tik, ultra- ultra-violet atau emisi sinar-X. Ketika jatuh kedalam lubang hitam materi dan electron violet atau emisi sinar-X. Ketika jatuh kedalam lubang hitam materi dan electron mengalami percepatan secara relative. Dengan demikian sebagian kecil radiasi termal, mengalami percepatan secara relative. Dengan demikian sebagian kecil radiasi termal, dan radiasi alam dari gelombang radio akan mengalami efek sinkroton. . Radiasi ini dan radiasi alam dari gelombang radio akan mengalami efek sinkroton. . Radiasi ini memiliki sejumlah karakteristik yang menguntungkan, seperti intensitas tinggi dan memiliki sejumlah karakteristik yang menguntungkan, seperti intensitas tinggi dan kontinuitas.

kontinuitas. Quasar Quasar mengandung mengandung suara suara radio radio yang yang keras keras (AGNs (AGNs ) ) yang yang mendominasimendominasi emisi dari

emisi dari host galaxy-host galaxy-nya.nya. Sejauh ini

Sejauh ini sekitar 4500 sekitar 4500 sumber Quasar sumber Quasar telah diamati oleh telah diamati oleh geodesi VLBIgeodesi VLBI. . JumlahJumlah terang

terang kompak kompak (intensitas> 0.06 (intensitas> 0.06 Jy) Jy) sumber sumber radio ini radio ini diperkirakan diperkirakan berjumlah berjumlah 25.00025.000 (Preuss, 1982)

(Preuss, 1982) dan dengan dan dengan demikian jumlah demikian jumlah pemantau pemantau sumber radio astrometric masihsumber radio astrometric masih tidak dieksploitasi secara maksimal. Selain itu, intensitas fluks radio seharusnya tidak tidak dieksploitasi secara maksimal. Selain itu, intensitas fluks radio seharusnya tidak  bervariasi terlalu banyak dengan waktu untuk

 bervariasi terlalu banyak dengan waktu untuk memungkinkan pengamatan terus-menerus.memungkinkan pengamatan terus-menerus.

Ground Segmen : teleskop radio

Ground Segmen : teleskop radio dan instrumentasidan instrumentasi

Radio teleskop terdapat dua macam

Radio teleskop terdapat dua macam yaitu, yang memiliki antenna tunggal dan multipleyaitu, yang memiliki antenna tunggal dan multiple antenna. Antenna tunggal digunakan untuk keperluan astrometrik dan geodesi. Geodetic antenna. Antenna tunggal digunakan untuk keperluan astrometrik dan geodesi. Geodetic VLBI antena biasanya dikonstruksi dari steerable penuh yang terbuat dari baja dengan VLBI antena biasanya dikonstruksi dari steerable penuh yang terbuat dari baja dengan dasar beton yang melekat pada titik tetap acuan geometris

Gambar 5.

Gambar 5. Antena VLBIAntena VLBI

Di tahun 80-an dan 90-an abad lalu ada sejumlah stasiun pengamat VLBI yang Di tahun 80-an dan 90-an abad lalu ada sejumlah stasiun pengamat VLBI yang aktif:

aktif: the U.S. American systems MV1, MV2, and MV3the U.S. American systems MV1, MV2, and MV3  (Clark et al., 1987).  (Clark et al., 1987). TheThe German Transportable Integrated Geodetic Observing system

German Transportable Integrated Geodetic Observing system (TIGO, Hase, 1999). (TIGO, Hase, 1999).

Sebagian besar reflector antenna VLBI bertipe

Sebagian besar reflector antenna VLBI bertipe CassegrainCassegrain. Pada tipe. Pada tipe Cassegrain

Cassegrain  pada parabola reflector utama terdapat sub-reflektor sebagai focus dari  pada parabola reflector utama terdapat sub-reflektor sebagai focus dari reflector utama yang berbentuk 

reflector utama yang berbentuk  convex hyperbolical  convex hyperbolical . Salah satu sub-reflektor terletak. Salah satu sub-reflektor terletak di tengak reflector utama. Pada system ini setelah signal radio diterima, tidak secara di tengak reflector utama. Pada system ini setelah signal radio diterima, tidak secara otomatis diterima tetapi mengalami konversi elektronik yang disebut penerimaan otomatis diterima tetapi mengalami konversi elektronik yang disebut penerimaan heterodyne.