besaran mendasar dalam astrofisika
DESCRIPTION
Besaran Mendasar Dalam Astrofisika. Matahari adalah bintang terdekat dengan kita. Besaran fisis Matahari : jarak, radius dan massanya dapat ditentukan jauh lebih teliti daripada bintang lain. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
1DND-2006
2DND-2006
Matahari adalah bintang terdekat dengan kita Besaran fisis Matahari : jarak, radius dan massanya
dapat ditentukan jauh lebih teliti daripada bintang lain
Dalam astrofisika besaran Matahari sering digunakan sebagai satuan (untuk Matahari digunakan lambang ).
Contoh :
Massa bintang sering dinyatakan dalam massa Matahari (M)
Luminositas bintang dinyatakan dalam luminositas matahari (L)
Radius bintang dinyatakan dalam radius matahari (R) dan lainnya.
3DND-2006
Banyak cara untuk menentukan jarak Bumi-Matahari. Salah satu teknik yang paling modern yang cukup teliti adalah dengan menggunakan radar
Besaran MatahariBesaran MatahariJarak Matahari
Pengamatan dengan radar ini pertama kali dilakukan oleh Lincoln Laboratory, Massachusetts Institute of Technology pada tahun 1958 dengan mengirim gelombang radar berfrekuensi 440 Megahertz ke planet Venus
Untuk penentuan ini diandaikan orbit Bumi dan Venus berbentuk lingkaran
4DND-2006
Dari pengamatan diketahui bahwa periode orbit Bumi adalah,
PB = 365,25 hari
Periode orbit Venus adalah,
PV = 224,7 hari
Dari hukum Kepler ke-3 (a3 P2)
aV/aB = (PV/PB)23
Dari data di atas :
aV/aB = (224,7/365,25)2/3 = 0,72
atau, aV = 0,72 aB . . . . . . . . . . . . (3-1)
5DND-2006
aV2 = aB
2 + d2 2aB d cos
Subtitusikan pers. (3-1) : aV = 0,72 aB
Venus
Matahari
Bumi
d
aV
aB
. (3-2)
. . (3-3)dapat diamati, harga α bergantung pada posisi Bumi-Venus
ditentukan dengan radar
diambil pada saat jarak terdekat Bumi-Venus
t = 2d c kec. Cahaya
ke pers. (3-2), diperoleh,
waktu yang ditempuh oleh gelombang radar
Bumi-Venus-Bumi
0,4816 aB2 + d2 2aB d cos = 0
Perhatikan segitiga yang dibentuk oleh Bumi-Matahari-Venus. Dari rumus cosinus diperoleh,
6DND-2006
aB = 1,496 x 1013 cm = 1 AU
AU = Astronomical Unit (Satuan Astronomi)
. . . . . . . . (3-4)
Dengan memasukan harga d dan hasil pengamatan, diperoleh,
Orbit Bumi dan orbit Venus mengedari Matahari tidak berupa lingkaran sempurna, tapi berupa elips dengan eksentrisitasnya sangat kecil, Jadi orbit Bumi dan orbit Venus praktis dapat dianggap berupa lingkaran.
Selain itu juga bidang orbit Venus tidak sebidang dengan bidang orbit Bumi, tetapi membentuk sudut 3o
23’. Kemiringan bidang orbit ini cukup kecil.
1 AU = 1,496 x 1013 cm
7DND-2006
Massa Matahari
= Ma3
P2
G4
2Pers. (1-58) :
Hukum Kepler III untuk sistem Bumi – Matahari.
4 2 a 3
P 2G
M =
masukan harga
a = 1 AU = 1,496 x 1013 cm (Jarak Matahari-Bumi )
G = 6,668 x 10-8 dyne cm2/g2
P = 365,25 hari = 3,156 x 107 detik (Periode Bumi mengelilingi Matahari )
ke persamaan di atas, diperoleh
M = 1,989 x 1033 gr . . . . . . . . . . . (3-5)
8DND-2006
Energi Matahari yang diterima bumi setiap detik pada permukaan seluas 1 cm2 (fluks Matahari) adalah,
Diukur di luar atmosfer bumi.
E = 1,37 x 106 erg cm-2 s-1 (Konstanta Matahari)
Luminosita Matahari :
Luminositas Matahari
L = 3,86 x 1033 erg s-1
L = 4 d 2 E
Jarak Bumi-Matahari Dengan memasukan harga E dan d diperoleh,
= 3,9 x 1023 kilowatt
Jika diukur dipermukaan Bumi, harus dikoreksi terhadap penyerapan oleh atmosfer Bumi.
. . . . . . . . . (3-6)
9DND-2006
Radius Matahari dapat ditentukan dengan mengukur besar sudut bundaran Matahari yg dilihat dari Bumi.
R
d Matahari
Pengamat
sin = Rd
= R/d ( dlm radian)
Radius Matahari
Dari pengukuran = 960” = 4,654 x 10-3 radian.
Jadi : R = (4,654 x 10-3)(1,496 x 1013) . . . . . . . . . . . . . . . . (3-7)= 6,96 x 1010 cm
10DND-2006
Luminositas Matahari :
atau :
Maka diperoleh,
. . . . . . . . . . . . . . . . (3-8)
Temperatur Efektif Matahari
Tef = 4 R
2
L
14
Masukan harga L = 3,86 x 1033 erg s-1, = 5,67 x 10-5 erg cm-2 K-4 s-1, dan R = 6,96 x 1010 cm
Tef = 4 (5,67 x 10-5)(6,96 x 1010)2
3,86 x 103314
5785 K
L = 4 R 2 Tef
4
11DND-2006
Luminositas sebuah bintang 100 kali lebih terang daripada Matahari, tetapi temperaturnya hanya setengahnya dari temperatur Matahari. Berapakah radius bintang tersebut dinyatakan dalam radius Matahari ?
Contoh :
Jawab : L = 4 R 2 Tef4Untuk bintang :
L = 4 R2 Tef
4Untuk Matahari :
L
L =4 R
2 Tef4
4 R2 Tef
4=
R2 Tef
4
R2 Tef
4
atau, =R R L
L Tef Tef
1/2 2
12DND-2006
Karena L = 100 L , Tef = 0,5 Tef
Maka,
R R
=L
L Tef Tef
1/2 2100 L
1/2
= 0,5 Tef
Tef2
L
Jadi R = 40 R
= (100)1/2 0,51
= (10)(4) = 402
13DND-2006
Bumi
Jarak BintangJarak Bintang
Jarak bintang-bintang dekat dapat ditentukan dengan cara paralaks trigonometri Bintang
Matahari
p
d
d
Elips paralaktik
d = Jarak Matahari-Bumi
= 1,50 x 1013 cm = 1 AU
(AU = Astronomical unit)
d = Jarak Matahari - Bintang
p = Paralaks Bintang
tan p = d/ d . . . . . (3-9)
14DND-2006
Karena p sangat kecil, maka persamaan (3-9) dapat dituliskan,
p = d/ d . . . . . . . . . . . . . (3-10)
p dalam radian
Apabila p dinyatakan dalam detik busur dan karena 1 radian = 206 265 , maka
p = 206 265 d/d . . . . . . . . . . . . (3-11)
Jika jarak dinyatakan dalam AU, maka d = 1 AU sehingga pers. (3-11) menjadi,
p = 206 265/d . . . . . . . . . . . . . (3-12)
15DND-2006
Selain AU, dalam astronomi digunakan juga satuan jarak lainnya yaitu satuan parsec disingkat pc.
Satu parsec (parallax second) didefi-nisikan sebagai jarak sebuah bintang yang paralaksnya satu detik busur.
Bintang
Matahari
p = 1
d = 1 pc
d =1 AU
Dengan demikian, jika p = 1 dan d* = 1 pc, maka dari persamaan (3-12) yaitu p = 206 265/d* diperoleh,
1 pc = 206 265 AU
= 3,086 x 1018 cm . . . . (3-13)
16DND-2006
Satuan lain yang sering digunakan dalam astronomi utk menyatakan jarak adalah tahun cahaya (ly = light year)
Kecepatan cahaya per detik = 2,997925 x 1010 cm/s
Jadi 1 ly = (3,16 x 107)(2,997925 x 1010)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3-14)
Dari persamaan (3-13) : 1 pc = 3,086 x 1018 cm
1 pc = 3,26 ly . . . . . . . . . . (3-15)
= 9,46 x 1017 cm
dan persamaan (3-14) didiperoleh,
17DND-2006
Apabila paralak dinyatakan dalam detik busur dan jarak dinyatakan dalam pc, maka dari
p = 1/d*
Pers. (3-12) : p = 206 265/d*
Animasi paralakshttp://instruct1.cit.cornell.edu/courses/astro101/java/parallax/parallax.html
http://www.astronomynotes.com/starprop/trig-anim.gif
Pers. (3-13) : 1 pc = 206 265 AU , dan
. . . . . . . . . . . . . . . (3-16)
diperoleh,
18DND-2006
Bintang-bintang yang terdekat dengan matahari yang sudah ditentukan paralaksnya
BintangParalaks
()Jarak (pc)
Jarak (ly)
Proxima Centauri 0,76 1,31 4,27
Alpha Centauri 0,74 1,35 4,40
Barnard 0,55 1,81 5,90
Wolf 359 0,43 2,35 7,66
Lalande 21185 0,40 2,52 8,22
Sirius 0,38 2,65 8,64
19DND-2006
Dengan teleskop yang paling besar dan paling moderen saat ini, parallaks bintang yang bisa diukur hanya sampai sekitar 0,01”. Dengan teleskop tersebut hanya sekitar 3000
bintang yang bisa ditentukan paralaksnya
Untuk bisa mengukur lebih banyak lagi parallaks bintang, pada tahun 1989 Eropean Space Agency meluncurkan satelit HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite). bisa mengukur parallaks 120 000
bintang dengan ketelitian yang tinggi sampai 0,002”.
Satelit HIPPARCOS
20DND-2006
3. Eclipsing binaries (need distance)
Untuk menentukan garis tengah bintang dapat digunakan beberapa cara diantaranya adalah dengan
1. Interferometry (single stars) 2. Lunar Occultation (single stars)
Garis tengah sudut bintang tidak bisa ditentukan secara langsung dengan mengukur sudut bentangnya seperti halnya Matahari.
Cara langsung
sudut bentang bintang terlalu kecil
Radius BintangRadius Bintang
21DND-2006
Di depan teleskop dipasang empat buah cermin A, B, U dan V. Cermin A dan B berjarak sama ke sumbu utama teleskop, dan jarak cermin A dan B dapat diubah-ubah
Prinsip interferometer Michelson
Interferometer bintang pertama kali digunakan oleh Michelson pada tahun 1920. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :
A BU V
O
M
N
Teropong
22DND-2006
Cahaya bintang yang jatuh di cermin A dipantulkan ke cermin U, dan dipantulkan lagi ke objektif teleskop
D
Cahaya dari Bintang
A BU V
O
M
N
Teropong
Demikian juga cahaya yang jatuh di cermin B dipantulkan ke cermin V, dan dipantulkan lagi ke objektif teleskop
23DND-2006
D
Cahaya dari Bintang
A BU V
O
M
N
Teropong
Apabila kita mengamati bintang tunggal yang berupa sumber cahaya titik, bayangan yang diperoleh berupa garis-garis gelap terang.
Garis ini terjadi karena gelom-bang cahaya yang datang dari A dan B saling berinterferensi
Garis interferensi dari A
Garis interferensi dari B
Garis interferensi
24DND-2006
D
Cahaya dari Bintang
A BU V
O
M
N
Teropong
Garis interferensi dari A
Garis interferensi dari B
Apabila jarak D diperbesar, maka pada suatu saat pola interferensi yang berasal dari setiap bagian permukaan bintang akan saling meniadakan, sehingga pola gelap terang akan lenyap
25DND-2006
D
Cahaya dari Bintang
A BU V
O
M
N
Teropong
Garis interferensi dari A
Garis interferensi dari B
Dari jarak D yang diperlukan untuk melenyapkan pola gelap terang itu kita dapat menentukan garis tengah sudut bintang yaitu,
. . . . (3-17) = 2D
26DND-2006
Jika ‘ = garis tengah bintang, maka dari perhitungan diperoleh bahwa
= 0,41 ’
Sehingga
atau
. . . . . . . . . . . . . . . (3-18)
. . . . . . . . .. . . . . . (3-19)
’ = 1,22 2D
0,41 ’ =
2D
27DND-2006
Interferometer Michelson seperti ini digunakan di Observatorium Mount Wilson yang bergaris tengah 2,54 m. Jarak maksimum antara cermin A dan B adalah 10 m. Dengan cara ini dapat diukur garis tengah sudut bintang sampai 0,”01.
Selain interferometer Michelson, dikenal juga interferometer lainnya.
Garis tengah bintang dapat juga ditentukan secara tidak langsung dari fluks dan temperatur efektifnya (akan dibicarakan dalam bab selanjutnya)
Tugas : Carilah interferometer bintang lainnya dan buatlah ringkasan prinsip interferometer tersebut!
28DND-2006
BintangDiameter
SudutJarak (pc)
Diameter Linier (dlm 2 R)
Antares 0,040 150 640
Aldebaran 0,020 21 45
Betelgeus 0,034 150 500
0,042 750
Arcturus 0,020 11 23
Diameter sudut beberapa bintang yang diukur dengan interferometer
29DND-2006
http://planetquest.jpl.nasa.gov/SIM/Demo/simford7.html
Demo ini mensimulasikan interferometer Michelson kecil yang mirip dengan aslinya yang digunakan untuk menentukan posisi bintang di langit.Pekerjaan yang harus dilakukan adalah menyelaraskan semua cermin yang ada pada meja sampai kita melihat garis-garis gelap dan terang (garis interferensi) pada monitor yang ada di sudut bawah.
DEMO INTERFEROMETER
30DND-2006
Soal-soal LatihanSoal-soal Latihan
2. Parallaks sebuah bintang yang diukur dari Bumi adalah 0,”5, sedangkan jika diukur dari pesawat ruang angkasa yang mengorbit di sekeliling Matahari, parallaksnya adalah 1,”0. Berapakah jarak pesawat ruang angkasa tersebut ke Matahari?
1. Parallaks sebuah bintang yang diukur dari Bumi adalah 0,”1. Berapakah besarnya parallaks bintang tersebut apabila diukur dari Mars? (Jarak Matahari-Mars = 1,5 AU).
31DND-2006
3. Sebuah bintang yang mirip dengan Matahari (temperatur dan luminositasnya sama), berada pada jarak 100 juta kali lebih jauh daripada Matahari.
a. Tetukanlah jarak bintang ini dalam parseks.b. Tentukanlah parallaks bintang ini.c. Mungkinkah kita mengukur parallaks bintang ini?d. Apabila bintang ini tiba-tiba cahayanya lebih
terang 10 kali (radiusnya tetap tidak berubah), berapakah magnitudo semunya? (Pertanyaan d bisa dijawab setelah mempelajari magnitudo)
32DND-2006
Lanjut ke Bab IV
Kembali ke Daftar Materi