Oleh :

Chatief KunjayaKK Astronomi, ITB

TPOA, Kunjaya 2014

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 elektromagnetik, pemanfaatannya dalam teknologi dan dampaknya pada kehidupan

TPOA, Kunjaya 2014

Gelombang EM sumber informasiutama 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 itumemberikan berbagai informasi tentang benda langit

Pada awalnya orang hanya bisa mendeteksi gelombangcahaya tampak yang mempunyai panjang gelombangantara 4000Å hingga 8000Å.

Dengan berkembangnya teknologi panjang gelombanglain pun dapat dideteksi dan ternyata memberikaninformasi lain yang kaya.

TPOA, Kunjaya 2014

Spektrum Gelombang EM

TPOA, Kunjaya 2014

Matahari pada berbagai λ

TPOA, Kunjaya 2014

Hukum Radiasi Planck Pancaran EM dari benda langit tidak merata untuk

semua panjang gelombang, melainkan mempunyaidistribusi tertentu.

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

Meski pun demikian, ada suatu hukum yang sederhana dan bersifat paling umum berlaku padabanyak bintang, yaitu hukum radiasi Planck.

Dengan hukum ini kita dapat melihat hubunganantara distribusi energi radiasi bintang denganTemperatur

TPOA, Kunjaya 2014

Hukum Radiasi Planck Hukum radiasi Planck dapat dinyatakan dengan

sebuah rumus sederhana

1

12)(

/5

2

kThce

hcTB

Pancaran radiasi bintang-bintang memang tidak samapersis dengan rumus itu, namun kecenderungan umumnyademikian. Faktor-faktor lain menyimpangkan distribusiteramati dari hukum Planck

Dari rumus tersebut nampak bahwa B hanya bergantungpada λ dan T.

Asumsi hukum Planck adalah pemancar besifat bendahitam

TPOA, Kunjaya 2014

TPOA, Kunjaya 2014

Distribusi Wien Puncak distribusi radiasi memberikan indikasi

temperatur benda

Wien memberikan rumus sederhana yang menunjukkan hubungan antara posisi puncakdistribusi dengan temperatur

T

2898,0max

TPOA, Kunjaya 2014

Luminositas Jika kita jumlahkan energi dari seluruh panjang

gelombang yang dipancarkan benda hitam, dengancara mengintagrasikan rumus hukum Planck terhadappanjang gelombang, diperoleh rumus sederhana yang menghubungkan energi total yang dipancarkan secararadiasi, atau luminositas oleh benda hitam dengantemperatur benda hitam itu.

4TB

TPOA, Kunjaya 2014

Ukuran terang bintang

Mengukur energi yang dipancarkan bintang tidak praktisuntuk orang awam

Biasanya orang membandingkan terang satu benda denganbenda lain

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

Bintang-bintang dikelompokkan menjadi 6 kelas menurutkecerlangannya, sehingga hanya dengan melihat langsungorang dapat memberikan gambaran tentang terang suatubintang.

Sistem itu disebut sistem magnitudo

TPOA, Kunjaya 2014

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 denganenergi yang diterima pengamat dari bintang, tapi tetapmerujuk pada penilaian terang bintang dariHipparchus

2

121 log5,2

f

fmm

TPOA, Kunjaya 2014

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

121 log5,2

f

fmm

2

810

log5,23,48,1f

TPOA, Kunjaya 2014

Kuadrat Kebalikan Jika kita melihat sumber cahaya, semakin jauh sumber itu

nampak semakin redup.

Fenomena ini dapat dinyatakan secara matematis sbb :

24 r

LE

Dengan demikian, jika kita dapat mengetahui pancaranenergi yang diterima pengamat pada suatu posisi, kitadapat menghitung pada posisi lain

Jika melihat hubungan energi dan magnitudo, artinya kitadapat mengetahui seberapa terang suatu obyek pada suatuposisi, jika di posisi lain kita tahu magnitudonya

TPOA, Kunjaya 2014

Contoh Soal

Menurut hukum radiasi, benda hitam akanmemancarkan energi total yang sebanding dengantemperatur pangkat empat. Jika setiap lapisan Mataharidianggap memancarkan radiasi seperti benda hitam, temperatur permukaan Matahari adalah 5800 K dandiameternya 1,4 juta km, berapakah temperaturMatahari pada kedalaman 525 000 km daripermukaannya?

TPOA, Kunjaya 2014

JawabRadius Matahari RM = 700 000 km.

Luminositas Matahari : 42

4 MM TRL

R

M

Total energi yang keluar darilapisan dalam Matahari juga harussama karena harus memenuhihukumkekekalan energi.Pada kedalaman 525 000 km, total energi yang keluar dari pusatadalah total energi yang keluar daribola dengan radius R’ = 700 000 – 525 000 = 175 000 km.

TPOA, Kunjaya 2014

Jawab

T'=11600 K

42424''4 MM TRTRL

2225800

175000

700000

'' M

M TR

RT

TPOA, Kunjaya 2014

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 lainnyaberbeda-beda, namun ada satu sifat umum, yaitubahwa sebagian besar bintang menunjukkan garis-garis serapan hidrogen

TPOA, Kunjaya 2014

(Å)

Spektrum Bintang Kelas G

0

20

40

60

80

100

120

140

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500

Panjang Gelombang

Inte

nsita

s

HHHH

H

G band

K+H Lines

Mg IMg I

TPOA, Kunjaya 2014

(Å)

Spektrum Bintang Kelas A

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500

Panjang Gelombang

Inte

nsitas

H

H

H

HH

HH

H

TPOA, Kunjaya 2014

Efek Doppler Pada gelombang suara kita dapat mengamati efek

Doppler jika sumber suara bergerak menjauhi ataumendekati kita

Demikian juga dengan gelombang elektromagnetik.

Panjang gelombang elektromagnetik akan nampakmemanjang jika obyek menjauh dan memendek jikaobyek mendekat

Besarnya perubahan itu dapat dinyatak dengan rumus

c

v

TPOA, Kunjaya 2014

Efek Doppler pada spektrum bintang

a

b

c

TPOA, Kunjaya 2014

Contoh Soal

Dari hasil eksperimen di laboratorium garis Balmer Hβ

semestinya muncul pada panjang gelombang 4861,3 Ǻ. Pada spektrum sebuah bintang, garis ini muncul padapanjang gelombang 4863,7 Ǻ. Berapakah kecepatanradial bintang itu terhadap pengamat ? menjauh ataumendekat?

TPOA, Kunjaya 2014

JawabΔλ = 4863,7 – 4861,3 = 2,4 Ǻ.

cv

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

TPOA, Kunjaya 2014

Gerak BintangDengan mengacu pada hukum Doppler, pola pergeseran garisspektrum dapat diketahui menggambarkan pola gerakan bintang

TPOA, Kunjaya 2014

TPOA, Kunjaya 2014

TPOA, Kunjaya 2014

Model alam semesta Dari pengamatan spektrum galaksi oleh Edwin Hubble,

yang dianalisis dengan bantuan hukum Doppler telah lahirteori ledakan besar (big bang)

Garis-garis serapan/emisi pada spektrum galaksi umumnyabergeser ke arah panjang gelombang lebih panjang karenaefek Doppler

Hal ini mengindikasikan bahwa galaksi-galaksi umumnyabergerak menjauhi Bumi

Semakin redup galaksi, semakin besar pergeseran garisnya

Hal ini diinterpretasikan bahwa alam semesta inimengembang, dan bermula dari suatu ledakan besar

TPOA, Kunjaya 2014

Hdv TPOA, Kunjaya 2014

Soal-soal(OSN 2008) Puncak spektrum pancaran bintang A terdeteksi pada panjang gelombang 2000 Angstrom, sedangkan puncak spektrum bintang B berada padapanjang gelombang 6500 Angstrom, berdasarkandata 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

e. Bintang A sama terangnya dengan bintang B

TPOA, Kunjaya 2014

Soal-soal(OSN 2008) Sebuah galaksi yang sangat jauh terdeteksioleh 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

TPOA, Kunjaya 2014