SPEKTROSKOPI BINTANG I: Teori Dasar Spektroskopi Pembentukan Spektrum Bintang Klasifikasi Spektrum Bintang Kompetensi Dasar: Memahami spektroskopi bintang Judhistira Aria Utama, M.Si. Lab. Bumi & Antariksa Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

Teori Dasar Spektroskopi Apabila seberkas cahaya putih dilalukan ke dalam prisma, maka cahaya tersebut akan terurai dalam beberapa warna (panjang gelombang) Spektrum Cahaya putih R 6 000 Å O Prisma Y 5 000 Å G B 4 000 Å V Spektrum kontinu Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Selain dengan prisma, spektrum cahaya juga dapat diuraikan oleh kisi Digunakan dalam spektrograf Spektrum V 4 000 Å B G 5 000 Å Y Cahaya datang O 6 000 Å R Kisi Spektrum kontinu Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Apabila seberkas gas hidrogen dipijarkan akan memancarkan sekumpulan garis terang atau garis emisi dengan jarak antar satu dan lainnya yang memperlihatkan suatu keteraturan tertentu. Menurut Balmer, panjang gelombang garis emisi tersebut mengikuti hukum: Johann J. Balmer (1825 – 1898) 1  22 n2 = R . . . . . . (6-1)  = panjang gelombang, n = bilangan bulat 3, 4, 5, . . . . dan R = suatu tetapan Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

deret Balmer pertama : H pada  = 6563 Å n = 4 Untuk: n = 3 deret Balmer pertama : H pada  = 6563 Å n = 4 deret Balmer ke dua : H pada  = 4861 Å n = 5 deret Balmer ke tiga : H pada  = 4340 Å n = 6 deret Balmer ke empat : H pada  = 4101 Å . n =  limit deret Balmer pada = 3650 Å H H H H 4 000 5 000 6 000 (Å) Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

ditemukan deret Lyman dengan n = 2, 3, … Setelah ditemukan deret Balmer ditemukan deret hidrogen lainnya  Persamaan deret Balmer masih tetap berlaku dengan mengubah 22 menjadi m2 (m adalah bilangan bulat mulai dari 1, 2, 3, . . . .) 1  m2 n2 = R . . . . . . (6-2) Konstanta Rydberg Apabila  dinyatakan dalam cm maka R = 109678 1906 m = 1 ditemukan deret Lyman dengan n = 2, 3, … 1908 m = 3 ditemukan deret Paschen dengan n = 4, 5, … 1922 m = 4 ditemukan deret Bracket dengan n = 5, 6, … 1924 m = 5 ditemukan deret Pfund dengan n = 6, 7, … Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Tingkat Energi Atom Diagram tingkat energi atom Elektron bebas proton deeksitasi eksitasi proton 4 3 2 1 Tingkat energi h h eksitasi deeksitasi tingkat energi elektron Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Energi yang dimiliki elektron di tingkat tertentu adalah: Menurut Bohr, elektron hanya dapat bergerak mengelilingi proton pada orbit tertentu dan jarak orbit tersebut (r) memungkinkan momentum sudut elektron di sekitar inti mempunyai harga yang diberikan oleh kelipatan . 2 h konstanta Planck N.H.D. Bohr (1885 – 1962) Energi yang dimiliki elektron di tingkat tertentu adalah: En = eV 13,6 n2 . . . . . . (6-3) Sehingga apabila elektron berpindah dari tingkat n ke tingkat m (m > n): Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

h = Em – En = 13,6 m2 n2 = 13,6 1 . . . . . . (6-4) h c  1 m2 = 13,6 . . . . . . (6-4) h c  1 m2 = 13,6 n2 = 109678 1 m2 n2  Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Hukum Kirchoff tentang Pembentukan Spektrum Bintang Bila suatu benda cair atau gas bertekanan tinggi dipijarkan, benda tersebut akan memancarkan energi pada seluruh panjang gelombang. Gustav R. Kirchoff (1824 – 1887) Spektrum Kontinu Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Gas bertekanan rendah bila dipijarkan akan memancarkan energi hanya pada warna (panjang gelombang) tertentu. Spektrum yang diperoleh berupa garis-garis terang yang disebut garis pancaran atau garis emisi. Letak setiap garis atau panjang gelombang garis tersebut merupakan ciri dari gas yang memancarkannya. Spektrum Garis Gas panas Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Spektrum Kontinu & garis absorpsi Bila seberkas cahaya putih dengan spektrum kontinu dilewatkan melalui gas yang dingin dan renggang (bertekanan rendah), gas tersebut tersebut akan menyerap cahaya putih pada warna (panjang gelombang) tertentu. Akibatnya, akan diperoleh spektrum kontinu yang berasal dari cahaya putih yang dilewatkan yang diselang-seling garis-garis gelap yang disebut garis serapan atau garis absorpsi. Gas dingin Spektrum Kontinu & garis absorpsi Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Pembentukan Spektrum Bintang Foton Atmosfer bintang memiliki tempe- ratur lebih dingin sehingga akan menyerap foton Bintang Fotosfer merupakan sumber spektrum kontinum Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Klasifikasi Spektrum Bintang Pola spektrum bintang umumnya berbeda-beda. Angelo Secchi (1863) mengelompokkan spektrum bintang dalam empat golongan berdasarkan kemiripan susunan garis spektrumnya. Miss A. Maury dari Harvard Observatory menemukan bahwa klasifikasi Secchi dapat diurutkan secara kesinambungan hingga spektrum suatu bintang dengan bintang urutan sebelumnya tidak berbeda banyak. Antonia Maury (1866 – 1952) Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Klasifikasi Spektrum Bintang Klasifikasi spektrum bintang yang sekarang digunakan merupakan karya Miss Cannon yang merupakan perbaikan dari klasifikasi Miss Maury. Klasifikasi Miss Annie J. Cannon: O B A F G K M A. J. Cannon (1863 – 1941) Oh, Be, A, Fine, Girl, Kiss, Me Oh, Be, A, Fine, Guy, Kiss, Me Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Perjalanan Klasifikasi Spektrum Bintang Klasifikasi Secchi Tipe1, Tipe II, Tipe III, dan Tipe IV Klasifikasi Miss A. Maury Kelas A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P dan Q Klasifikasi Miss. Annie J. Cannon Kelas O, B, A, F, G, K, M Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Klasifikasi Spektrum Bintang Kls. Spek. : O Warna Biru Temperatur > 30.000 K Ciri Utama : Garis absorpsi yang tampak sangat sedikit. Garis helium terionisasi, garis nitrogen terionisasi dua kali, garis silikon terionisasi tiga kali dan garis atom lain yg terionisasi beberapa kali tampak, namun lemah. Garis hidrogen meskipun lemah juga tampak. Contoh : Bintang 10 Lacerta He II Hh Hz He Hd Hg Hb Ha He I Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Bintang Rigel dan Spica Kls. Spek. : B Warna Biru Temperatur 11.000 – 30.000 K Ciri Utama : Garis helium netral, garis silikon terionisasi satu dan dua kali serta garis oksigen terionisasi terlihat. Garis hidrogen lebih jelas daripada kelas O. Contoh : Bintang Rigel dan Spica Hq Hh Hz He Hd Hg Hb Ha He I He I He II Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Bintang Sirius dan Vega Kls. Spek. : A Warna Biru Temperatur 7500 – 11.000 K Ciri Utama : Garis hidrogen tampak sangat kuat. Garis magnesium silikon, besi, titanium dan kalsium terionisasi satu kali mulai tampak. Garis logam netral tampak lemah. Contoh : Bintang Sirius dan Vega Hq Hh Hz He Hd Hg Hb Ha Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Bintang Canopus dan Procyon Kls. Spek. : F Warna Biru keputih-putihan Temperatur 6000 – 7500 K Ciri Utama : Garis hidrogen tampak lebih lemah daripada kelas A, tapi masih jelas. Garis-garis kalsium, besi, dan kromium terionisasi satu kali dan juga garis besi dan kromium netral serta garis logam lainnya mulai terlihat. Contoh : Bintang Canopus dan Procyon Hq Hh Hz He Hd Hg Hb Ha K Lines H Lines G Band K line = Ca II (l 3934) H line = Ca II (l 3968) G Band = Molekul CH (l 4323) Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Putih kekuning-kuningan Temperatur 5000 – 6000 K Ciri Utama : Kls. Spek. : G Warna Putih kekuning-kuningan Temperatur 5000 – 6000 K Ciri Utama : Garis hidrogen lebih lemah daripada kelas F. Garis kalsium terionisasi terlihat. Garis-garis logam terionisasi dan logam netral tampak. Pita molekul CH (G-Band) tampak sangat kuat. Contoh : Matahari dan Capella H Lines Hz Hd Hg Hb Mg I Mg I Ha K Lines G Band Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Jingga kemerah-merahan Temperatur 3500 – 5000 K Ciri Utama : Kls. Spek. : K Warna Jingga kemerah-merahan Temperatur 3500 – 5000 K Ciri Utama : Garis logam netral tampak mendominasi. Garis hidrogen terlihat lemah sekali. Pita molekul TiO mulai tampak. Contoh : Bintang Acturus dan Aldebaran Ca I (4227) Hb (tidak tampak) Ha (sudah tidak tampak) H Lines Mg I Mg I K Lines G Band Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Bintang Betelgeus dan Antares Kls. Spek. : M Warna Merah Temperatur 2500 – 3000 K Ciri Utama : Pita molekul Tio (titanium oksida) terlihat sangat mendominasi. Garis logam netral juga tampak dengan jelas. Contoh : Bintang Betelgeus dan Antares K Lines Ca I (4227) Ti O Ti O Mg I Ti O Ti O Ha Tidak tampak H Lines G Band Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012

Subkelas O0, O1, O2, O3, ………, O9 B0, B1, B2, B3, . . . . . . . . ., B9 Klasifikasi spektrum bintang O, B, A, F, G, K, M masih dapat dibagi lagi ke dalam sub-subkelas, yaitu: O0, O1, O2, O3, ………, O9 B0, B1, B2, B3, . . . . . . . . ., B9 A0, A1, A2, A3, ...………, A9 F0, F1, F2, F3, ………….., F9 dst M0, M1, M2, M3, ………..., M9 Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya  Perbedaan komposisi kimia  Perbedaan temperatur permukaan  Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012