4. RADIASI
ELEKTROMAGNETIK
4.1. GELOMBANG ELEKTROMAGNETIKYang termasuk gelombang elektromagnetik adalah sebagai berikut:
1. Gelombang radio, dengan panjang gelombang 1 nm – 10.000 km
2. Infra merah, dengan panjang gelombang 0,001 – 1 mm 3. Cahaya tampak, dengan panjang gelombang 380 – 750 nm
Pancaran cahaya tampak terbagi atas aneka warna yaitu sebagai berikut:
a. Merah λ : 630 – 750 nm
b. Merah orange λ : 600 – 630 nm
c. Orange λ : 590 – 600 nm
d. Kuning λ : 570 – 590 nm
e. Kuning hijau λ : 550 – 570 nm
f. Hijau λ : 510 – 550 nm
g. Hijau biru λ : 480 – 510 nm
h. Biru λ : 450 – 480 nm
j. Ungu λ : 380 – 420 nm
4. Ultra violet, dengan panjang gelombang 10 – 400 nm
5. Sinar X , dengan panjang gelombang 0,01 – 10 nm
6. Sinar gamma, dengan panjang gelombang 0,0001 – 0,1 nm
Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik sebab komposisi utamanya berupa partikel proton dan panjang gelombangnya lebih kecil dari 0,0001 nm. Sedangkan radiasi elektromagnetik terdiri dari partikel-partikel foton.
Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih tinggi.
Dengan mengamati pancaran gelombang electromagnet kita dapat mempelajari beberapa hal yaitu:
1. Arah pancaran (astrometry). Dari pengamatan kita dapat mengamati letak dan gerak benda yang memancarkannya
2. Kuantitas pancaran (fotometri). Kita bisa mengukur kuat atau kecerahan pancaran
3. Kualitas pancaran (spektroskopi). Dalam hal ini kita bisa mempelajari warna, spectrum, komposisi kimia, temperatur maupun polaritas
4.2. TELESKOP
Teleskop atau teropong adalah instrumen pengamatan yang berfungsi mengumpulkan radiasi elektromagnetik dan sekaligus membentuk citra dari benda yang diamati. Teleskop yang ada di permukaan bumi
terdiri atas teleskop visual dan teleskop radio. Teleskop visual/optik hanya dapat dipergunakan pada malam hari ketika cahaya matahari telah hilang, sedangkan teleskop radio dapat dipergunakan baik siang maupun malam hari, sebab gelombang radio tidak terpengaruh dengan adanya cahanya matahari.
Teleskop optik terdiri atas dua jenis yaitu refraktor dan refector. Refraktor menggunakan objektif berupa lensa cembung sedangkan refector menggunakan objektif berupa cermin cekung.
Cacat lensa/cermin disebut aberasi. Ada berapa jenis cacat lensa yang dapat terjadi pada teleskop, antara lain yaitu:
Aberasi warna / kromatis. Disebabkan oleh dispersi yaitu cahaya dengan panjang gelombang berbeda akan dipusatkan oleh sebuah lensa pada titik focus yang berbeda
Aberasi bola/ sferis. Ditimbulkan oleh permukaan lensa/cermin yang berbentuk bola. Cahaya yang lewat dekat tepi lensa (jauh dari sumbu utama) akan dipusatkan pada titik yang lebih dekat ke lensa daripada cahaya yang lewat ditengah.
Aberasi koma. Cahaya yang tidak datang tegak lurus pada permukaan objektif membentuk bayangan yang benjol
Berikut ini adalah perbedaan antara teleskop refraktor dan refektor
Refraktor Reflektor
Pembias Pemantul
Objektif = lensa cembung Objektif = cermin cekung Tidak bebas dari aberasi warna Bebas dari aberasi warna Aberasi bola lebih kecil Aberasi bola lebih besar Aberasi koma lebih kecil Aberasi koma lebih besar Medan pandang lebih luas Medan pandang sempit Cocok untuk pekerjaan
astrometri yaitu studi tentang pengukuran yang cermat
α
Benda di ∞
Objektif teleskop
Bayangan di fokus f
l
O α
terhadap posisi maupun sudut yang kecil
langit
Waktu pemotretan lebih lama Waktu pemotretan singkat
Misalkan kita memotret suatu benda yang besar sudutnya α melalui sebuah refraktor. Yang dimaksud dengan besar sudut adalah sudut yang membentang dari tepi ke tepi benda bila dilihat dengan mata. Gambar berikut ini menunjukan besar sudut benda yang dilihat dengan teleskop.
Bila benda terletak pada jarak yang sangat jauh, bayangan akan terletak pada focus teleskop. Dalam astronomi kita mengamati objek-objek yang besar sudutnya relatih kecil. Sebagai contoh besar sudut bulan hanya 0,50, maka
α=fl
f adalah panjang fokus dan l adalah besar bayangan, sudut α dinyatakan dalam radian.
Jumlah energi cahaya yang dipusatkan pada satuan luas bayangan disebut kecerahan bayangan (dilambangkan dengan B). Jumlah energi yang membentuk bayangan sebanding dengan luas objektif atau sebanding dengan D2 .
B1
B2=
(
D1D2
)
2
Dalam fotografi ada istilah angkabanding yaitu f/D. Contoh f/8 artinya f/D = 8.
Makin kecil f/D makin pendek waktu pemotretan.
Namun, sesempurna apapun suatu teleskop tidak mungkin dapat membentuk bayangan yang sempurna ketajamannya. Bila kita mengamati suatu benda berupa cahaya titik (misalnya bintang), maka bayangan yang terbentuk tidak akan berupa titik cahaya, tetapi berupa bayangan pusat yang dikelilingi lingkaran-lingkaran difraksi yang sangat lemah.
Dua sumber titik akan terlihat terpisah bila bayangan benda yang satu letaknya paling sedikit pada lingkaran difraksi pertama bayangan benda lainnnya. Hal ini dipenuhi bila jarak sudut kedua benda (sudut yang dibentuk kedua benda itu bila dilihat dari pusat objektif) sedikitnya adalah
α=2,52x105
(
Dλ)
λ adalah panjang gelombang cahaya, D adalah garis tengah objektif dan α dinyatakan dalam detik busur. Dengan kata lain α menyatakan sudut terkecil yang mampu dipisahkan oleh suatu teleskop. Makin kecil α makin kuat daya pisah suatu teleskop dan untuk ini diperlukan D yang besar. Cahaya kasat mata mempunyai panjang gelombang efektif 5500 Å, maka daya pisah teleskop untuk cahaya ini adalah
α=14,1D
objektif
okuler
Bayangan di ∞
bayangan
α β
Bila kita mengamati sebuah benda langit secara visual melalui lensa okuler, benda yang membentang misalnya bulan, planet dan
sebagainya, maka benda tersebut akan tampak diperbesar. Faktor yang menunjukan berapa kali benda diperbesar disebut daya perbesaran teleskop.
Perhatikan gambar berikut.
Besar sudut benda bila dilihat tanpa teleskop adalah α dan bila dilihat dengan teleskop adalah β. Misalkan panjang fokus lensa objektif adalah Fob dan panjang fokus okuler adalah Fok, maka daya perbesaran teleskop adalah
M=αβ=FFob ok
Jadi kita dapat mengubah-ubah daya perbesaran dengan menggunakan lensa okuler yang panjang fokusnya berbeda.
CONTOH:
1. Berapa besar bayangan bulan bila dipotret dengan teleskop Zeiss di Lembang yang memiliki panjang fokus 1100 cm bila diketahui diameter sudut bulan adalah 0,50
2. Hitung daya pisah teleskop refraktor Zeiss yang bergaris tengah 60 cm
Fob Fok
α
3. Diameter sebuah teleskop di Mount Palomar besarnya 5 meter, sedangkan f-rationya tertulis f/3,3, maka panjang fokusnya adalah….
4. Hitung limiting magnitude untuk teleskop dengan diameter 1 m?
PEMBAHASAN:
Dapat kita hitung bahwa daya pisah teleskop Zeiss yang memiliki diameter objektif 60 cm adalah sebesar 0”,24. Hasil ini memberikan daya pisah secara teori. Pada kenyataannya, daya pisah suatu teleskop kurang dari daya pisah menurut teorinya akibat adanya turbulensi udara. Pada saat seeing / kenampakan yang buruk, aliran turbulensi di angkasa besar sehingga menyukarkan pengamatan. Umumnya daya pisah suatu teleskop besar pada pengamatan fotografi dengan kenampakan baik bernilai sekitar 1”.
3. Diketahui : D = 5 meter
Jika f-ratio = f/3,3, maka panjang fokusnya adalah 5 meter x 3,3 = 16,5 meter
mt=6+5 log
(
100010)
mt=¿16
LATIHAN
1. Bintang X diamati dengan mata bugil (diameter pupil 5 mm), kemudian diamati kembali dengan teleskop berdiameter 1 m. Kita akan melihat …
a. Bintang 2.000 kali lebih terang b. Bintang 20.000 kali lebih terang c. Bintang 4.000 kali lebih terang d. Bintang 40.000 kali lebih terang e. Bintang 5.000 kali lebih terang
2. Perbedaan refraktor dan refector yang paling tepat adalah….. a. Refraktor tidak mempergunakan lensa okuler sedang refector
mempergunakannya
b. Refraktor tidak memiliki panjang focus sedang refector memiliki panjang focus
c. Refektor mempergunakan lensa pengumpul cahaya d. Kolektor radiasi refraktor adalah lensa, sedangkan untuk
refector adalah cermin
e. Tidak ada jawwaban yang benar (OSK 2009)
3. Sebuah teleskop dengan diameter 20 cm (f/D = 10) dilengkapi lensa okuler. Dua buah lensa okuler yakni dengan panjang fokus 15 mm (okuler A) dan 40 mm (okuler B) digunakan untuk melihat planet Jupiter yang berdiameter sudut 40 detik busur. Hasil yang diperoleh adalah
b. Planet Jupiter akan sama besar baik dengan menggunakan okuler A maupun okuler B
c. Planet Jupiter akan tampak lebih besar dengan menggunakan okuler A
d. Planet Jupiter akan tampak sama redup di kedua okuler tersebut e. Planet Jupiter akan tampak sama terang di kedua okuler
tersebut (OSK 2009)
4. Komet merupakan objek yang membentang dan bergerak cepat dan dicirikan oleh ekor dan koma. Untuk mengamati seluruh bentuk komet yang terang, instrument yang tepat adalah… a. Teleskop berdiameter besar dengan f/D besar
b. Mata telanjang
c. Teleskop berdiameter kecil dengan f/D besar d. Teleskop berdiameter besar dengan f/D kecil e. Teleskop berdiameter kecil dengan f/D kecil (OSK 2009)
5. Apabila dibandingkan antara teleskop yang berdiameter efektif 10 meter dengan teleskop terbesar di Observatorium Bosscha yang berdiameter 60 cm, maka
a. Kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiameter 10 m adalah 278 kali kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiameter 60 cm
b. Kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiamter 10 m adalah 0,0036 kali kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiameter 60 cm
15 m
d. Kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiameter 10 m adalah 0,06 kali kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiameter 60 cm
e. Kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiameter 10 m sama dengan kuat cahaya yang dikumpulkan oleh teleskop berdiameter 60 cm
(OSK 2009)
6. Untuk mengamati bintang ganda yang jaraknya saling berdekatan. Sebaiknya menggunakan teleskop
a. Diameter okuler besar
b. Diameter objektif yang besar c. Panjang fokus kecil
d. Hanya bekerja dalam cahaya merah e. Diameter objektif kecil
(OSP 2009)
7. Gambar di bawah memperlihatkan sebuah teleskop yang jarak antar lensa objektif dan lensa okulernya adalah 1,5 m. Jika panjang okulernya 25 mm, berapakah panjang focus lensa objektifnya? a. 2,5 x 10-2 m
b. 0,6 m c. 1,475 m d. 6 m e. 15,95 m
8. Berapa panjang bayangan diameter piringan bulan dalam
bentangan sudut 30’ jika diamati dengan menggunakan teleskop unitron dengan diameter 10,2 cm (f/15)
a. 0,68 cm b. 1,33 cm c. 1,72 cm d. 2,52 cm e. 3,21 cm
9. Teleskop dengan kekuatan objektif 0,2 dioptri dan kekuatan lensa okulernya 2 dioptri mengamati sebuah nebula yang diameter sudutnya 10’. Berapa besar diameter sudut nebula tersebut bila diamati dengan teleskop tersebut?
a. 3,240 b. 4,160 c. 5,860 d. 6,220 e. 7,320
10. Berapa limiting magnitude untuk teleskop dengan diameter 1 m?
a. 12 b. 13 c. 14 d. 15 e. 16
KUNCI JAWABAN
1. C
2. D
3. C
4. D
5. A
7. C
8. B
9. B
10. E
4.3. BENDA HITAM
Benda hitam (black body) merupakan benda yang dihipotesiskan sebagai pemancar sempurna yang pancarannya hanya bergantung pada temperatur. Benda ini menyerap semua panjang gelombang cahaya yang datang padanya.
Menurut hukum Wien, makin tinggi temperatur suatu benda hitam makin pendek panjang gelombang tempat pancaran maksimum itu terjadi. Hal ini dapat digunakan untuk menjelaskan gejala bahwa bintang yang temperaturnya tinggi tampak berwana biru sedangkan yang temperaturnya rendah tampak berwarna merah.
Panjang gelombang maksimum (λmaks) pancaran benda hitam dapat ditentukan yaitu
λmaks=0,2898T
λmaks dinyatakan dalam cm dan T dalam derajat Kelvin
Berikut ini diberikan tiga contoh gambar hubungan antara panjang gelombang dan temperatur dari tiga buah bintang.
(i) Bintang tampak
berwarna merah
Panjang gelombang (nm)
Intensita s
(ii) Bintang tampak
berwarna putih-Intensita
s
Pada gambar (i) tampak panjang gelombang maksimum bintang adalah 1100 nm dan temperaturnya sekitar 3000 K. Bintang tampak berwana merah.
Pada gambar (ii) tampak panjang gelombang maksimum bintang adalah 600 nm dan temperaturnya sekitar 5500 K (hampir sama dengan temperatur matahari). Bintang tampak berwana kuning.
Pada gambar (iii) tampak panjang gelombang maksimum bintang 400 nm dan temperaturnya sangat panas yaitu sekitar 25.000 K. Bintang tampak berwarna biru.
Fluks energy benda hitam adalah jumlah energi yang dipancarkan oleh tiap cm2 permukaan benda hitam per detik ke semua arah yaitu
F = σT4
σ adalah tetapan Stefan-Boltzmann sebesar 5,67 x 10-5 erg cm-2 K-4 s-1
Bila suatu benda berbentuk bola berjari-jari R dan bertemperatur T memancarkan radiasi dengan sifat seperti benda hitam, energy yang dipancarkan seluruh benda itu ke semua arah perdetik adalah
Intensita s
Panjang gelombang (nm)
(iii) Bintang tampak
berwarna
L = 4 π R2 F
L = 4 π R2 σT4
L disebut luminositas benda. Temperatur bintang yang ditentukan dari Hukum Stefan Boltzmann ini disebut temperatur efektif.
Fluks energi yang diterima oleh pengamat yang berjarak d dari suatu bintang yang berluminositas L adalah:
E= L
4π d2
Energi bintang yang diterima/melewati permukaan pada jarak d per cm2 per detik (E). Persamaan ini disebut juga hukum kuadrat kebalikan (inverse square law) untuk kecerlangan. Karena persamaan ini menyatakan bahwa kecerlangan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya maka makin jauh sebuah bintang, makin redup cahayanya.
Dengan mengetahui jari-jari dan luminositas matahari, kita dapat menghitung temperatur efektif matahari dengan rumus L = 4 π R2 σT4 sehingga diperoleh temperatur efektif matahari adalah 5785 K.
CONTOH:
1. Diketahui temperatur bagian dalam umbra bintik matahari (sunspot) ternyata 1500 K lebih dingin dari temperatur fotosfer matahari (temperaturnya = 5800 K) disekitarnya, andaikan B1 adalah fuks yang keluar dari umbra dan B2 energi fuks dari daerah yang mengelilingi sunspot. Berapakah rasio B2/B1?
b. 1,35 c. 0,74 d. 3,31 e. 223
(OSK 2010)
2. Puncak spektrum bintang A terdapat pada panjang gelombang 2000 Angstrom. Puncak spektrum bintang B pada panjang gelombang 6000 Angstrom, maka rasio temperatur bintang A terhadap bintang B adalah…
a. 1 banding 3 b. 3 banding 1 c. 3 banding 2 d. 2 banding 3 e. 3 banding 4
3. Jika temperature sebuah bintik matahari (sunspot) adalah 4500 K, maka energy paling besar akan dipancarkan pada panjang gelombang
a. 6422 Angstrom b. 5622 Angstrom c. 3642 Angstrom d. 4262 Angstrom e. 7644 Angstrom
(OSK 2011)
4. Sebuah satelit ketika berada di perihelion menerima fuks dari matahari sebesar F0 ketika di aphelion ia menerima sebesar 0,2 F0. eksentrisitas orbit itu adalah
1
a.
b. 2/3
c. .
d.
e. 1/3
(OSP 2007)
5. Tentukan temperatur bintang dari gambar spektrum bintang dibawah ini
a. 12000 K b. 6000 K c. 1200 K d. 600 K e. 120 K
6. Tiga buah bintang A, B, dan C masing-masing menunjukan pancaran spektrum pada panjang gelombang 5000, 7000 dan
(
3−
√
5
)
/
2
10000 Angstrom. Dalam hal ini bisa disimpulkan bahwa temperatur bintang tersebut mengikuti kaedah berikut
a. C lebih dingin dari B dan B lebih dingin dari A b. C lebih panas dari B dan B lebih panas dari A c. A lebih panas dari B dan C lebih panas dari A d. A lebih panas dari C dan B lebih pansa dari C e. A lebih dingin dari B dan B sama dingin dengan C
7. Dua buah bintang memiliki luminosits sama, tetapi jarak bintang A tiga kali lebih jauh dari bintang B, maka
a. Bintang A tiga kali lebih terang dari bintang B
b. Bintang A tiga kali bebih redup dari bintang B
c. Bintang A sembilan kali lebih terang dari bintang B
d. Bintang A sembilan kali lebih redup dari bintang B
e. Bintang A sama terangnya dengan bintang B
3. Diketahui : T = 4500 K temperatur bintang tersebut adalah…
T= 0,2898
25x10−4=120K 6. Jawaban: A
C lebih dingin dari B dan B lebih dingin dari A
Dari Hukum Wien, makin tinggi temperatur suatu benda hitam makin pendek panjang gelombang tempat pancaran maksimum itu terjadi
Bintang A Sembilan kali lebi redup dari bintang B (D)
