Upload
fadlygaulan
View
141
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
Pembelajaran Astronomi Bola
Via Internet
Suhardja D. WiramihardjaEndang Soegiartini
Yayan Sugianto
Program Studi Astronomi FMIPAInstitut Teknologi Bandung
2006
Fenomena LangitGerak LangitSistem WaktuSistem Koordinat dan TransformasinyaKoreksi Posisi Objek Langit (refraksi, aberasi, paralaks, presisi, dan nutasi) Teori Pergerakan Planet
Mata Kuliah AS 2210 Astronomi Bola (3 sks) untuk tingkat dua mahasiswa Program Studi Astronomi ITB.
Materi:
PENDAHULUAN
Menjelaskan posisi benda langit pada bola langit. Memilih sistem koordinat yang tepat untuk
menjelaskan sebuah situasi.Melakukan transformasi antar sistem koordinat
yang berbeda. Melakukan koreksi terhadap posisi pengamatan. Menjelaskan konsep gerak diri bintang, gerak
planet.
Buku acuan Astronomy: Principle and Practise, part 2, Roy,
A.E dan Clarke, D., 1988, Adam HilgerTextbook on Spherical Astronomy, Smart, W. M.,
1980, Cambridge Univ. PressA Workbook for Astronomy, Waxman J., 1986,
Cambridge University Press.Unfolding Our Universe, Nicolson, I., 1999,
Cambridge University Press.An Introduction to Astronomy, Huffer, C.M.,
Trinklein, F.E., Bunge, M., 1967, Holt, Rinehart and Winston Inc.
Objek langit tampak bergerak pada bola langit dengan jarak tak terbatas. Bola merupakan objek tiga dimensi, tetapi penggambarannya dalam dua dimensi. Geometri bola diperlukan untuk menggambarkan permukaan sebuah bola: baik cara memahami maupun hubungan antar mereka.
Apa yang disebut dengan Astronomi Bola?
Dilihat oleh mata, benda langit yang bertaburan di langit seolah melekat pada suatu setengah bola raksasa yaitu Bola Langit dengan diameter tak terhingga
Posisi sebuah benda langit dinyatakan dengan arah dan bukan jarak, maka diperlukan suatu tata koordinat: koordinat 2 dimensi pada permukaan bola
Bab I Gerak Langit1.1. Bola Langit
Dilihat dengan mata, bintang-bintang menempel pada permukaan dalam suatu bola raksasa yang berpusat di Bumi. Bola ini, yang radiusnya tak terhingga, disebut bola langit.
Posisi sebuah benda langit dinyatakan dengan arah, bukan dengan jarak. Diperlukan suatu tata koordinat: koordinat pada permukaan bola.
Dalam sistem koordinat langit, posisi bintang-bintang hanya ditentukan oleh arah mereka antara satu dengan lainnya. Umpamanya, bintang S1 dan bintang S2 terpisah atau berjarak sudut 20 derajat.
Z
N
O
G1 G'1
*S2
S'2*
S1
S'1
Jarak sudut antara dua bintang, S1 dan S2, didefinisikan sebagai sudut S1OS2 = sudut S'1OS'2 atau S2OG1 = S'2OG'1. Tampak bahwa jarak ke bintang-bintang itu tidak diperhitungkan, seakan-akan mereka diproyeksikan pada bola langit di S'1 , S'2 dan G'1.
Bola langit yang memperlihatkan jarak sudut
*
Polaris
Bumi
Bola langit yang berputar
Kutub Langit Selatan (KLS)
KLU
Ekuator langit
Bola langit yang menunjukkan KLU, KLS dan Equator langit.Bintang Polaris terletak dekat sekali dengan KLU
Jika kita memproyeksikan kutub-kutub Bumi pada bola langit kita akan memperoleh dua buah titik yang disebut Kutub Langit Utara (KLU) dan Kutub Langit Selatan (KLS).
KLU dan KLS
Bola langit yang berputar
KLS
KLU
Bumi
Ekuator langitdan horizon
* Lingkaran harian bintang
Bola langit dilihat dari Kutub Utara (KU)
Di Kutub. Jika kita berdiri di salah satu kutub, sumbu rotasi benda langit (sebenarnya Bumi) adalah poros KLU-KLS ini. Bintang-bintang akan tampak berputar melingkar terhadap titik tepat di atas kepala. Bintang tidak terbit dan tidak terbenam. Lintasan yang ditempuh bintang dalam bola langit ini disebut lingkaran harian.
Gerak Langit
KLU KLSBumi
Ekuator langit
Bola langit
**
Di Ekuator. Jika kita berdiri di ekuator, ekuator langit membentang melintas kepala kita, dari Timur ke Barat dan sumbu rotasi langit adalah garis dari Utara ke Selatan. Dari ekuator, bintang tampak terbit tegak lurus di horizon timur dan terbenam di horizon barat. Dari ekuator kita bisa melihat semua bintang.
Bola langit dilihat dari Ekuator
lingkaran harian bintang
EkliptikaMaret
Juni
September
Desember
U
S
23½
Ekliptika
Revolusi Bumi mengitari Matahari
Dalam kenyataan sebenarnya, Bumi bergerak mengitari Matahari.
Gerak Matahari
Ekuator langit
Ekliptika
22 Jun
22 Des
21 Mar
23 Sep
Gerak tahunan Matahari pada bola langit
Dari titik pandang Bumi, Matahari seolah-olah bergerak padabola langit.
Bumi
Kutub Utara
Ekuator
Greenwich, England
Meridian GreenwichSuatu tempat
pada Bumi
Meridian suatutempat
bujur
lintang
Gambar 1.8 Sistem Lintang-Bujur
Sistem Koordinat
Ekliptika
Ekuator langit
Bola langit
KLU
Vernal equinox
Asensiorekta dan Deklinasi
*
Lingkaran jam bintang
*
Lintasan vertikal bintang
KLU
Meridian lokalpengamat
Zenith
Nadir
U S
Horizonpengamat
B
T
Azimuth
tinggi
Gambar 1.10 Sistem Horizon
Bab II Waktu
Ada tiga satuan dasar waktu.
• Hari, yaitu panjang waktu yang diperlukan bumi untuk menyelesaikan satu kali rotasi.
• Tahun, yaitu interval waktu yang diperlukan bumi untuk menempuh satu putaran terhadap matahari.
• Bulan (month), yaitu waktu yang diperlukan bulan (moon) untuk menyelesaikan satu putaran terhadap bumi.
2.1. Standar Waktu
Ada dua macam hari
Hari matahari (solar day), jika matahari sebagai acuan: interval waktu dari saat matahari terbit ke matahari terbit berikutnya atau matahari terbenam ke matahari terbenam berikutnya.
Hari sideris (sidereal day), jika bintang sebagai acuan: interval waktu dari saat suatu bintang tertentu berada di atas kepala kita sampai bintang tersebut kembali berada di atas kepala kita lagi.
Bumi pada t1
Bumi pada t2
ke bintang
Perbedaan antara hari matahari dan hari sideris
Satu hari matahari = 24 jam
Satu hari sideris = 23 jam 56 menit
~1
U S
B Horizon
KLU
♀Pengamat
Z Meridian pengamat
Ekuator langit
T
2.2. Sudut Jam
Sudut jam : seberapa jauh sebuah bintang sudah meninggalkan
meridian (titik sigma, ) ke arah Barat
2.3. Waktu Sideris
Titik acuan waktu sideris adalah vernal equinox (titik = Aries).
Waktu Sideris Lokal (WSL) didefinisikan sebagai sudut jam vernal equinox (SJ())
WSL = SJ()
Hari sideris dimulai ketika vernal equinox ada pada meridian lokal (SJ()=0) dan berakhir ketika vernal equinox kembali melintas meridian (23 jam 56 menit waktu hari kemudian)
Ekuator langitKLU
WSL =SJ ()
Vernal Equinox
()
Definisi Waktu Sideris Lokal
Lingkaran mencerminkan equator langit dan titik di pusat lingkaran adalah KLU. Panjang panah menyatakan sudut jam dari vernal equinox. Sudut jam diukur ke arah Barat (searah jarum jam bila dilihat dari Utara) dari titik sigma, , ke vernal equinox.
Waktu Sideris
Sebuah bintang yang diperlihatkan dengan lingkaran jamnya, mempunyai asensiorekta (diukur ke arah Timur dari titik ) dan sudut jam, SJ (diukur ke arah Barat dari titik sigma, ). Kita lihat bahwa
WSL = SJ() + ()
Jika (bintang) diganti dengan , kita mendapatkan,
WSL = SJ() + ()
Karena ()=0, maka kita peroleh definisi pertama di atas, yaitu
WSL = SJ()
Ekuator langit
Matahari padaAutumnal Equinox
KLU
Pengamat
Horizon pengamat
ZMeridian
☼
Gambar 2.5 Siang sideris pada 23 September
Ekuator langit
Matahari padaVernal Equinox
KLU
Pengamat
Horizon pengamat
Z
☼
Gambar 2.6 Siang sideris pada 21 Maret
Orbit Bumi mengelilingi Matahari
Hukum II Keppler
Garis penghubung matahari-planet dalam selang waktu sama menyapu luas yang sama.
*
Lintasan vertikal bintang
KLU
Meridian lokalpengamat
Zenith
Nadir
U S
Horizonpengamat
B
T
Azimuth
tinggi
Geometri Bola dan Geometri Bidang Datar
Bidang Datar Bila 2 garis tegak lurus
garis ke 3, maka ke-2 garis tersebut sejajar
Bila 2 garis tak sejajar, maka ke-2 garis itu akan memotong di satu titik
Bidang Bola Bila 2 garis tegak lurus
garis ke 3, maka ke 2 garis tersebut belum tentu sejajar
Bila 2 garis tak sejajar, maka ke-2 garis itu belum tentu memotong di satu titik
Geometri Bola dibentuk oleh: lingkaran besar, lingkaran kecil, dan sudut-sudut bola
Lingkaran besar: Lingkaran pada permukaan bola yang pusatnya berimpit dengan pusat bola membagi bola menjadi 2 bagian sama besar
Lingkaran kecil: Lingkaran pada permukaan bola, tetapi pusatnya tidak berimpit dengan pusat bola
Titik potong garis tengah yang tegak lurus bidang lingkaran besar dengan bola disebut kutub
Bila 2 lingkaran besar berpotongan, maka sudut perpotongannya disebut sudut bola
Sudut bola adalah sudut yang dibentuk oleh perpotongan 2 lingkaran besar.
Jika 3 buah lingkaran besar saling berpotongan satu dengan yang lainnya sehingga membentuk suatu bagian dengan 3 sudut, maka terbentuklah segitiga bola, yang mengikuti ketentuan sebagai berikut:1. Jumlah 2 sudut bola selalu lebih besar dari sudut ke-32. Jumlah ketiga sudutnya selalu lebih besar dari 180 3. Tiap sudut besarnya selalu kurang dari 180
Sifat-sifat segitiga bola
Sudut A, B, dan C adalah sudut
bola; dan a, b, dan c adalah sisi-sisi segitiga bola ABC.
0 < (a + b + c) < 360 180 < (A + B + C) < 540 a + b > c, a + c > b, b + c >
a a > b A > B ; a = b A =
B Ekses sudut bola, yaitu selisih
antara jumlah sudut-sudut A, B, dan C sebuah segitiga bola dengan radians (180°) adalah: E = A + B + C (rad)
a
b
c
Formula Segitiga Bola
Empat buah formula yang biasa digunakan adalah:
• Formula cosinus
demikian pula
• Formula sinus
• Formula analog untuk cosinus
• Formula empat bagian
Acoscsinbsinccosbcosacos
Bcosasincsinacosccosbcos
csinCsin
bsinBsin
asinAsin
AcosccosbsincsinbcosBcosasin
BcotCsinbcotasinCcosacos
a
b
c
Tata Koordinat AstronomiKomponen-komponen dasar pada Tata Koordinat
Astronomi: Lingkaran Dasar Utama: yang membagi bola
menjadi 2 belahan, belahan utara dan belahan selatan Kutub-kutub: pada diameter bola yang tegak lurus
lingkaran dasar utama Lingkaran Dasar ke-2: lingkaran besar yang melalui
kutub-kutub lingkaran dasar utama, tegak lurus lingkaran dasar utama
Titik asal: titik acuan pengukuran besaran koordinat I
Koordinat I(“absis”): dihitung dari titik asal sepanjang lingkaran dasar utama
Koordinat II(“ordinat”): dihitung dari lingkaran dasar utama ke arah kutub
Tata Koordinat Bumi Lingkaran Dasar Utama: lingkaran Ekuator Kutub-kutub: Kutub Utara (KU) dan Kutub Selatan
(KS) Lingkaran Dasar ke-2: lingkaran besar yang melalui
meridian pengamat Titik asal: titik potong ekuator dengan meridian Greenwich Koordinat I: bujur, atau , dihitung dari meridian
Greenwich ke meridian pengamat: 0° < < 180° atau 0h < < 12h ke timur dan ke barat
Koordinat II: lintang , dihitung: 0° < < 90° ke arah KU, dan
-90° < < 0° ke arah KS
Tata Koordinat Horison Lingkaran Dasar Utama: Bidang Horison Kutub-kutub: Titik Zenit (Z) dan Titik Nadir
(N) Lingkaran Dasar ke-2: lingkaran besar yang
melalui meridian pengamat Titik asal: Titik Utara. Titik-titik Utara, Selatan,
Barat, dan Timur adalah titik kardinal Koordinat I: azimut, A diukur dari Utara ke
Timur, 0° < A < 360°
Koordinat II: tinggi bintang h, diukur dari lingkaran horison: 0° < h < 90° ke arah Z, dan
-90° < h < 0° ke arah N
Tata Koordinat Ekuatorial I (HA-DEC)
Lingkaran Dasar Utama: Ekuator Langit Kutub-kutub: Kutub Utara Langit (KUL) dan
Kutub Selatan Langit (KSL) Lingkaran Dasar ke-2: meridian pengamat Titik asal: Titik , yang merupakan perpotongan
meridian pengamat dengan lingkaran ekuator langit Koordinat I: sudut jam HA, diukur ke arah barat:
0h < HA < 24h
Koordinat II: deklinasi, , diukur: 0° < < 90° ke arah KUL, dan
-90° < < 0° ke arah KSL
Tata Koordinat Ekuatorial II (RA-DEC)
Lingkaran Dasar Utama: Lingkaran Ekuator Kutub-kutub: Kutub Utara Langit (KUL) dan
Kutub Selatan Langit (KSL) Lingkaran Dasar ke-2: meridian pengamat Titik asal: Titik , yang merupakan perpotongan
ekuator dan ekliptika Koordinat I: asensiorekta, , diukur dari titik ke
arah timur: 0h < < 24h
Koordinat II: deklinasi, , diukur 0° < < 90° ke arah KUL, dan
-90° < < 0° ke arah KSL
Tata Koordinat Ekliptika
Lingkaran Dasar Utama: Bidang Ekliptika Kutub-kutub: Kutub Utara Ekliptika (KUE)
dan Kutub Selatan Ekliptika (KSE)
Titik asal: Titik Koordinat I: bujur ekliptika, , diukur dari titik
ke arah timur: 0h < < 24h
Koordinat II: lintang ekliptika, , diukur dari bidang ekliptika ke bintang :
0° < < 90° ke arah KUE, dan -90° < < 0° ke arah KSE
Lintasan Harian Benda Langit Terbit, Terbenam, dan Kulminasi/TransitSetiap benda langit bergerak pada lingkaran kecil yang
sejajarekuator dan berjarak . Benda bergerak dari bawah horisonke atas horison di sebelah timur. Peristiwa ini disebut
sebagaiterbit. Lalu benda terbenam, yaitu bila benda bergerak dariatas horison ke bawah horison, di sebelah barat. Saat terbitatau terbenam, z = 90 dan h = 0.Besarnya HA (terbit/terbenam) menyatakan waktu yangditempuh benda langit dari terbit sampai transit atas (HA = 0h = 0 ), dan dari transit atas sampai terbenam. Jadi 2 HA adalah lama benda langit di atas horison.
Bintang SirkumpolarBintang bisa diamati jika berada di atas horison. Ada bintangyang tidak pernah terbenam atau tidak pernah terbit. Bintangbintang ini disebut sebagai Bintang Sirkumpolar. Pada bintang sirkumpolar di atas horison, berlaku:
z(transit bawah) 90 ; jika: 90 - , untuk belahan bumi utara - 90, untuk belahan bumi selatan
Pada bintang sirkumpolar di bawah horison, berlaku:z(transit atas) 90 ; jika: - 90 , untuk belahan bumi utara 90 -, untuk belahan bumi selatan
Senja dan FajarPada saat Matahari terbenam, cahayanya masih
dapatmenerangi Bumi. Ketika Matahari berada 18 di
bawahhorison, pengaruh terang tersebut sudah hilang.
Selang antaramatahari terbit atau terbenam dengan saat jarak
zenitnya 108disebut sebagai fajar atau senja.* z = 90, h = 0 terbit/terbenam* z = 96, h = - 6 fajar/senja sipil* z = 102, h = -12 fajar/senja nautika* z = 108, h = -18 fajar/senja astronomis
Pergerakan Tahunan MatahariMatahari mengitari Bumi pada bidang
ekliptika posisinya dalam koordinat ekliptika berubah terhadap waktu posisi pada koordinat ekuator juga berubah
Dalam 1 tahun, berubah dari 0h sampai 24h dan berubah dari -23.27 sampai + 23.27
Posisi titik tetap
Posisi Matahari dalam koordinat ekuator II dan ekliptikaTanggal
(h)
( )
(h)
( )
lokasi
21 Maret 0 0 0 0 Titik musim semi
22 Juni 6 0 6 +23.27 Titik musimpanas
23 Sept. 12 0 12 0 Titik musimgugur
22 Des. 18 0 18 -23.27 Titik musimdingin
Posisi titik terhadap Matahari dalam peredaran harian dan tahunan Matahari
Tanggal (h) HA (h)
21 Maret 0 0
22 Juni 6 -6
23 Sept. 12 -12
22 Des. 18 -18
RefraksiPosisi benda langit yang tampak di langitsebenarnya berbeda dengan posisi fisiknya,salah satu sebab adalah karena efek refraksi.
Cahaya yang bergerak dengan kecepatan cahaya
akan mengubah bayangan benda yang melewati
suatu medium.
Definisikan:Indeks refraksi, n, setiap medium
transparan adalah1/kecepatan cahaya di dalam medium.
Kecepatan cahaya di udara bergantung kepada
temperatur dan tekanannya, sehingga indeks
refraksi udara bervariasi untuk tiap lapisan
atmosfer yang berbeda.
o
z
n Permukaan Bumi
Lapisan atmosfer terendah
150 km
800 km
i1
NA
X
Z
Refraksi Astronomi : yaitu refraksi terhadap sinarbintang akibat atmosfer bumi.
Refraksi di dalam atmosfer : Diandaikan atmosfer bumi terdiri dari n lapisansejajar yang seragam dari permukaan bumi, dan mempunyai kecepatan vi yang berbeda untuk
tiap lapisan (i dari 1 sampai n). Hukum Snelljuga berlaku bagi refraksi untuk tiap lapisan:
n1 sin i = n2 sin r,
dengan : n1 dan n2 adalah indeks bias medium 1 atau 2,
i adalah sudut datang, dan r adalah sudut bias.
Di batas permukaan pertama: 1
0
1
1
vv
rsinisin
Di lapisan berikutnya: 2
1
2
2
vv
rsinisin
, dan seterusnya.
Tetapi dengan geometri sederhana: r1 = i2 , r2 = i3 , dan seterusnyaSehingga kita peroleh:
11
01 rsin
vv
isin
21
0 isinvv
22
1
1
0 rsinvv
vv
22
0 rsinvv
= ..........
nn
0 rsinvv
Dari rumus di atas, ada indikasi bahwa masing-masing lapisan saling meniadakan, sehingga yang berperan hanyalah perbandingan antara v0 (yang sama dengan c, yaitu kecepatan cahaya dalam ruang hampa) dan vn (kecepatan cahaya di udara pada lapisan terbawah). Bila rn adalah jarak zenit semu bintang z', dan i1 adalah jarak zenit benar z. Refraksi tidak memberikan pengaruh bagi bintang yang ada di zenith. Tetapi untuk posisi lain, efek refraksi ini mengakibatkan bintang akan tampak lebih tinggi, dan efek terbesar adalah bila bintang ada di horison. Definisikan sudut refraksi dengan R, dimana R = z - z', atau z = R + z'. Maka: sin(z) = sin(R) cos(z') + cos(R) sin(z'). Jika dianggap R sangat kecil, maka dapat didekati dengan :
sin(R) = R (dalam radians), dan cos(R) = 1. Sehingga,
sin(z) = sin(z') + R cos(z'). Bila dibagi dengan sin(z') akan memberikan
ztan
R1
zsinzsin
, atau
ztan
R1
vv
n
0
Sehingga,
R = ztan1v
v
n
0
= k tan(z')
Nilai v0 adalah c, yaitu kecepatan cahaya dalam ruang hampa, yang harganya konstan.Tetapi vn bergantung kepada temperatur dan tekanan udara pada lapisan terbawah.
Pada temperatur (0°C = 273K) dan tekanan standard (1000 millibars), k = 59.6 detik busur.
Di dalam The Astronomical Almanac, harga k adalah:k = 16.27" P(millibars)/ (273+T°C)
Pada jarak zenit besar, model ini tidak berlaku. Besar refraksi di dekat horison ditentukandari pengamatan di atas permukaan bumi. Pada temperatur dan tekanan standard, refraksi dihorison (refraksi horisontal) sebesar 34 menit busur.
Efek refraksi pada saat Matahari atau Bulan terbit/terbenam
Saat Matahari atau Bulan terbit/terbenam, jarak zenit dari
pusat kedua benda tersebut adalah 90. Refraksi yangterjadi saat itu disebut sebagai refraksi horisontal.Refraksi horisontal saat benda langit terbit/terbenamadalah 35. Jika jarak zenit = 90, maka jarak zenit benaradalah 9035.Misalkan H adalah sudut jam bila jarak zenit pusatMatahari 90, maka H+H adalah sudut jam pusatMatahari ketika pusat Matahari yang tampak, berada dihorison, jadi z = 90 , dan z = 9035.
Bila Matahari dianggap terbenam ketika tepiatasnya berada di horison, dan semi diameterMatahari adalah 16, maka:
Tabel 1. Lintang tampak dan sudut refraksi
Lintang tampak Sudut refraksi
0 35211 24452 18243 14244 114310 51830 14160 03490 000
ecHcos.sec.sec1551
H
Koreksi Semi diameterPada saat Matahari terbenam, z = 90, h = 0, maka:
jarak zenit piringan Matahari adalah: z 90 R(z=90)
tinggi pusat Matahari adalah : h 0 R(z=90)
Matahari dikatakan terbit jika batas atas piringan mulaimuncul di horison, dan terbenam jika batas piringan
sudahterbenam di horison, maka z dan h harus dikoreksi olehsemidiameter piringan Matahari , S , sehingga:
z 90 R(z=90) S
h 0 R(z=90) S
Jadi saat Matahari atau Bulan terbit atau terbenam:h = 050
h = +008
Koreksi ketinggian di atas muka lautBidang horison pengamat di Bumi bergantung kepadaketinggian pengamat. Jika pengamat berada pada
ketinggian l(meter) dari muka laut, maka sudut kedalaman (angle
of dip), ,adalah : = 1.93l (dalam satuan menit busur).Jika efek refraksi diperhitungkan, maka:
= 1.78l (dalam satuan menit busur).
Jarak ke horison-laut, dituliskan dengan:d = 3.57l (dalam km).
Jika efek refraksi diperhitungkan, maka: d = 3.87l (dalam km).