Contoh Soal dan Pembahasan Materi Kebumian; Fotometri dan Spektrometri Bintang - (SMA/ MA/ SMK)

اَلسَّلاَمُ عَلَيْكُمْ وَرَحْمَةُ اللهِ وَبَرَكَاتُه

(Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakaatuh)

Puji Syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta'ala yang telah memberikan Rahmat, Karunia, Taufik dan Hidayah-nya kepada kita semua sehingga kita masih dapat hidup di Dunia ini, serta semoga kita semua selalu mendapat Inayah dan Lindungan dari Allah Subhanahu Wa Ta'ala. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Shalawat, Salam serta Taslim kepada sang Revolusioner Dunia, Junjungan Alam Nabi Besar Sayyidina Maulana Muhammad Shallawlahu ‘Alaihi Wasallam yang telah membimbing kita dari zaman Kegelapan dan Kebodohan menuju zaman Terang Benerang, sangat jelas perbedaan antara Hak dan Bathil serta penuh dengan Ilmu Pengetahuan seperti saat ini.

Pada Artikel ini kami akan berbagi Contoh Soal dan Pembahasan Materi Kebumian; Fotometri dan Spektrometri Bintang - (SMA/ MA/ SMK). Sebelum masuk ke Materi marilah kita membaca Ta‘awuz : أَعُوذُ بِاللَّهِ مِنَ الشَّيْطَانِ الرَّجِيمِ “A’udzu billahi minasy syaithonir rojiim” dan Basmalah : بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيم “Bismillahirraahmanirrahiim” Agar Bacaan yang dibaca menjadi Berkah dan Bermanfaat. آمِيْن يَا رَبَّ العَالَمِيْنَ “Aamiin ya Rabbal'alamin” ...

Spektroskopi Bintang

1. Informasi yang dapat diperoleh dari spektrum suatu objek antara lain ...

A. Temperatur objek

B. Komposisi objek

C. Kecepatan gerak objek

D. A dan B

E. Semua benar

Jawaban: E

Semua pernyataan benar. Temperatur objek dapat diketahui melalui puncak panjang gelombang spektrum. Komposisi objek dapat ditentukan dari keberadaan atau ketidakberadaan garis emisi unsur-unsur tertentu. Kecepatan gerak objek apakah mendekati atau menjauhi dapat diketahui melalui pergeseran Doppler.

2. Pilihlah pernyataan yang benar ...

A. Bintang kelas O menunjukkan garis helium terionisasi dan pita molekul titanium oksida.

B. Dalam kelas spektrum yang sama, garis spektrum bintang dengan kelas luminositas katai lebih lebar daripada kelas luminositas maharaksasa.

C. Dalam kelas spektrum yang sama, garis spektrum bintang dengan kelas luminositas katai lebih sempit daripada kelas luminositas maharaksasa.

D. Penampakan spektrum hanya bergantung pada kelimpahan elemen.

E. Penampakan hanya bergantung kepada temperatur permukaan bintang.

Jawaban: B

Makin besar luminositas bintang, makin tajam/sempit garis spektrum yang dihasilkannya.

3. Pilihlah pernyataan yang benar ...

A. Kelas spektrum bintang menunjukkan temperatur bintang tetapi tidak mencerminkan warna bintang.

B. Diagram dua warna adalah diagram yang menggambarkan hubungan antara magnitudo dalam daerah panjang gelombang biru dan magnitudo dalampanjang gelombang merah.

C. Diagram Hertzsprung – Russell adalah diagram yang menggambarkan antara energy yang dipancarkan bintang dengan temperatur bintang.

D. Dalam Diagram Hertzsprung – Russell, luminositas bintang kelas spektrum M selalu lebih tinggi daripada luminositas bintang kelas spektrum G.

E. Dalam Diagram Hertzsprung – Russell, luminositas bintang kelas spektrum A selalu lebih rendah daripada bintang kelas spektrum G.

Jawaban: B

Luminositas dan temperatur tidak terkait secara bilateral, melainkan melibatkan variable radius bintang. Meskipun luminositas besar, jika radius juga sangat besar bisa saja temperaturnya rendah. Warna bintang tergantung hanya terhadap temperaturnya.

4. Pilihlah pernyataan yang salah ...

A. Spektrum bintang kelas O memperlihatkan kontinum ultraviolet yang kuat dan garis helium terionisasi satu kali

B. Garis hidrogen Balmer tampak kuat dalam spektrum bintang kelas A

C. Garis-garis metal tampak dalam bintang kelas F

D. Bintang-bintang kelas M memperlihatkan spektrum dari pita molekul

E. Dalam sebuah spektrum bintang bisa tampak garis helium terionisasi dan pita molekul titanium oksida

Jawaban: E

Garis helium terionisasi hanya terjadi pada bintang bersuhu tinggi (kelas O), sebaliknya pita molekul TiO hanya nampak pada bintang dingin (kelas K dan M).

5. Pilihlah pernyataan yang salah ...

A. Garis emisi yang tampak pada spektrum menunjukkan bahwa bintangnya memiliki selubung gas.

B. Bintang Wolf-Rayet adalah bintang kelas O yang memiliki garis emisi lebar.

C. Garis emisi yang lebar pada sebuah spektrum menunjukkan selubung gas asal dari garis emisi itu bergerak dengan kecepatan tinggi.

D. Daerah H II (hidrogen terionisasi) memberikan spektrum emisi.

E. Elektron yang berpindah tempat dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi menimbulkan garis emisi.

Jawaban: E

Elektron yang berpindah dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi akan menyerap energi, bukan memancarkan energi.

6. Pilihlah pernyataan yang salah ...

A. Jika Matahari dipindahkan ke jarak 100 kali lebih jauh dari semula, maka terangnya akan menjadi 10000 kali lebih lemah.

B. Jika bintang Alpha Centauri dipindahkan ke jarak 1/10 kali jarak semula maka terangnya akan menjadi 100 kali lebih kuat.

C. Terang bintang bermagnitudo 2 sama dengan 2 kali terang bintang bermagnitudo 1.

D. Magnitudo semu (atau magnitudo) didefinisikan sebagai ukuran terang bintang sebagaimana kita lihat.

E. Magnitudo mutlak (absolut) didefinisikan sebagai ukuran terang bintang kalau bintang tersebut ditempatkan pada jarak 10 parsek.

Jawaban: C

Bintang dengan selisih magnitudo 1 memiliki perbedaan kecerlangan 2,5 kali.

7. Pilihlah pernyataan yang salah ...

A. Diagram H-R (Hertzsprung-Russell) menunjukkan hubungan antara umur dengan temperatur bintang.

B. Diagram H-R menunjukkan hubungan antara luminositas dengan temperature bintang.

C. Temperatur bintang dalam diagram H-R dapat juga dinyatakan dengan kelas spektrum atau harga warna bintang.

D. Dalam Diagram H-R, sebagian besar (sekitar 90%) bintang terdistribusi pada pita yang disebut deret utama (main sequence).

E. Bintang dengan kelas spektrum A dan kelas luminositas III mempunyai harga magnitudo mutlak yang lebih kecil dibanding bintang dengan kelas spektrum A dan kelas luminositas V.

Jawaban: A

Diagram H-R membandingkan antara luminositas dan temperatur. Adapun umur bintang bergantung pada massa awalnya.

8. Pilihlah pernyataan yang benar ...

A. Di Kutub Selatan dalam bulan Desember, Matahari berada di atas horizon paling singkat.

B. Di Kutub Utara pada tanggal 23 Desember, elevasi maksimum Matahari dari horizon adalah 23.5°.

C. Di daerah ekuator, lamanya siang sama dengan lamanya malam terjadi pada tanggal 21 Maret dan 23 September.

D. Di daerah ekuator, lamanya siang sama dengan lamanya malam terjadi pada tanggal 21 Maret saja.

E. Kalau kita berada di Kutub Utara, kita masih bisa melihat bintang Alpha Centauri.

Jawaban: C

Pada bulan Desember Matahari berada di BBS, Juni di BBU, Maret dan September di ekuator. Jadi pada bulan Desember siang lebih panjang di belahan Bumi selatan dan lebih pendek di belahan Bumi utara (malah tak terbit di kutub utara). Sebaliknya pada bulan Juni siang lebih panjang di belahan Bumi utara dan lebih pendek di belahan Bumi selatan (tak terbit di kutub selatan). Bagi pengamat di kutub utara, bintang dengan deklinasi kurang dari 0° tidak akan terlihat.

9. Bagaimana kita melakukan pengamatan untuk menentukan gerak diri bintang, tanpa dipengaruhi oleh efek paralaks trigonometri ?

A. Kita lakukan pengamatan paralaks trigonometri secara terpisah, kemudian hasil pengamatan gerak diri dikoreksi terhadap paralaks yang diamati secara terpisah.

B. Kita hanya cukup mengamati bintang tersebut pada tanggal yang sama selama bertahun-tahun untuk memperoleh data gerak diri.

C. Kita hitung jarak bintang dengan menggunakan metode sekunder, diperoleh paralaks yang akan menjadi faktor koreksi pengamatan gerak diri.

D. Butuh informasi kecepatak radial bintang agar kecepatan tangensial, dalam hal ini gerak diri, dapat kita tentukan secara terpisah dari paralaks.

E. Tidak mungkin mengamati gerak diri terpisah dari efek paralaks trigonometri bintang.

Jawaban: B

Cara termudah untuk mengoreksi gerak diri bintang dari paralaks trigonometrinya adalah dengan memotret bintang itu minimal dalam selang waktu setahun pada tanggal yang sama. Karena menurut geometri dari paralaks trigonometri, pada tanggal yang sama maka bintang terlihat pada posisi yang sama (pergeseran paralaksnya nol) sehingga pergeseran bintang hanya dari gerak dirinya saja. Pengamatan yang lebih teliti untuk gerak diri tentu harus memotret bintang pada tanggal yang sama secara berulang-ulang.

10. Apa yang dapat kamu simpulkan dari sebuah bintang dengan kelas temperatur M3 Ib ?

A. Bintang temperatur tinggi

B. Bintang M deret utama

C. Anggota populasi I

D. Anggota populasi II

E. Bintang cabang horizontal raksasa

Jawaban: D

Kelas M adalah bintang dengan suhu yang rendah (temperaturnya lebih kecil dari 3,500 K) dari pembagian kelas spektrum Miss Annie J. Cannon. Angka 3 menyatakan pembagian subkelas dari kelas M (dari angka 0 sampai 9, semakin besar angkanya semakin kecil suhunya). Ib menyatakan kelas Maha Raksasa yang kurang terang dari pembagian kelas jari-jari dan luminositas dari Morgan-Keenan. Artinya, bintang M3 Ib adalah bintang Maha Raksasa Merah yang pasti sudah dalam tahapan evolusi lanjut (anggota bintang Populasi II).

11. Tujuh buah bintang masing-masing dari kelas temperatur A, B, F, G, K, M, dan O. Manakah dari pernyataan tentang bintang-bintang tersebut berikut ini yang benar ...

A. Bintang kelas A dan B memiliki tempertar permukaan yang lebih rendah dari bintang kelas M dan O

B. Urutan kelas temperatur A, B, A, F, G, K, M dan O menunjukkan urutan semakin rendahnya temperatur permukaan bintang

C. Bintang-bintang kelas temperatur G dan K lebih panjang kala hidupnya dibandingkan kelas temperatur A dan B

D. Urutan kelas temperatur A, B, F, G, K, M, O menunjukkan urutan semakin besarnya radius bintang

E. Bintang-bintang kelas temperatur O adalah yang paling panjang usia hidupnya

Jawaban: C

Urutan kelas spektrum dari suhu tinggi ke suhu rendah adalah: O B A F G K M. Biasanya, semakin tinggi suhu, maka semakin tinggi luminositas, dan semakin tinggi luminositas maka massanya akan semakin besar sehingga usianya akan semakin pendek (lihat pembahasan No. 14).

12. Galaksi Andromeda diamati memiliki pergeseran biru, bukan pergeseran merah. Berkaitan dengan hal ini manakah pernyataan yang benar ...

A. Andromeda diamati memiliki pergeseran biru karena efek pengamatan. Jika dikoreksi dengan gerak diri Bima Sakti sebenarnya Andromeda mengalami pergeseran merah.

B. Tipe-tipe morfologi tertentu mengalami pergeseran biru, bukan pergeseran merah. Andromeda adalah salah satu tipe galaksi yang mengalami pergeseran biru.

C. Untuk galaksi spiral raksasa seperti Andromeda, perlu berbagai koreksi internal gerak bintang di dalamnya. Jika semua koreksi internal bintang dalam Andromeda dilakukan, akan dideteksi bahwa Andromeda mengalami pergeseran merah.

D. Jarak Andromeda terlalu dekat ke Bima Sakti sehingga efek pengembangan alam semesta tidak teramati, dan yang teramati dominan adalah gerak dirinya dalam ruang, yang arahnya menuju ke Bima Sakti.

E. Ketidakakuratan detektor menyebabkan pergeseran merah terdeteksi sebagai pergeseran biru. Jika menggunakan peralatan yang lebih teliti, akan diperoleh ternyata Andromeda mengalami pergeseran merah.

Jawaban: D

Galaksi Andromeda adalah galaksi yang terdekat dari galaksi Bima Sakti dengan jarak sekitar 2.2 tahun cahaya, karena itu efek pengembangan alam semesta untuk galaksi Bima Sakti dan galaksi Andromeda tidak terlalu berbeda jauh (Ingat Hukum Hubble: v = H.d), maka gerak diri galaksi Andromeda dalam ruang yang lebih besar efeknya dari pengamatan di Bumi. Pergeseran biru (menurut efek Doppler) artinya benda langit sedang menuju ke arah pengamat di Bumi, karena itu panjang gelombangnya memendek atau bergeser ke arah biru. Pergeseran merah artinya benda langit sedang menjauh dari pengamat di Bumi, karena itu panjang gelombangnya memanjang atau bergeser ke arah merah.

13. Pusat galaksi Bima Sakti sulit diamati karena banyaknya kandungan debu antar bintang. Untuk mengamatinya, dilakukan pengamatan pada panjang gelombang ...

A. Cahaya tampak, ultraviolet, dan sinar-X

B. Sinar gamma, sinar-X, inframerah, dan radio

C. Ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma

D. Cahaya tampak, radio, dan sinar gamma

E. Inframerah, ultraviolet, dan sinar-X

Jawaban: B

Pengamatan pada panjang gelombang tampak tidak terlalu banyak memberikan informasi tentang bagian pusat galaksi. Hal ini disebabkan pengamatan dari Bumi harus menembus materi antar bintang yang sangat rapat di piringan galaksi untuk dapat mencapai pusat galaksi. Seperti diketahui, materi antar bintang menghalangi, menyerap, dan menghamburkan cahaya bintang di belakangnya. Karena itu pengamatan dialihkan pada panjang gelombang lain, yaitu panjang gelombang inframerah dan radio (karena lebih panjang dari gelombang tampak sehingga efek hamburan dapat berkurang) dan juga pada panjang gelombang sinar X atau sinar gamma (karena energinya sangat tinggi). Pengamatan pada keempat panjang gelombang yang lain tersebut memberikan sangat banyak informasi berharga untuk menganalisis pusat galaksi Bima Sakti.

14. Pilihlah pernyataan yang benar ...

A. Kalau kita mengamati galaksi, kita melihat pergeseran merah dalam spektrumnya. Ini berarti jagat raya mengembang.

B. Terdapat hubungan linier antara kecepatan menjauh dari galaksi dengan jaraknya dari kita.

C. Beberapa Quasar memiliki pergeseran merah yang paling besar yang berarti bahwa Quasar ini adalah objek yang paling jauh yang bisa kita amati.

D. Model jagat raya terbuka (open universe) mengatakan bahwa jagat raya akan terus berkembang.

E. Pengamatan menunjukkan bahwa galaksi yang jauh semuanya menjauhi kita. Dapat disimpulkan bahwa galaksi Bima Sakti kita merupakan pusat keseluruhan jagat raya.

Jawaban: D

· Pilihan A: Kurang tepat, pergeseran merah terjadi pada semua galaksi jauh, tetapi untuk galaksi dekat, gerak diri galaksi memiliki pengaruh yang cukup besar, sehingga bisa saja galaksi dekat memiliki pergeseran biru.

· Pilihan B: Pernyataan ini benar untuk galaksi-galaksi jauh, karena berlaku hokum Hubble, tetapi untuk galaksi dekat harus dikoreksi dengan gerak diri. Jika ditinjau dari ekspansi alam semesta, kecepatan menjauh galaksi ternyata tidak bertambah besar meskipun jarak galaksi itu semakin menjauh dari pengamat, tetapi nilainya selalu tetap terhadap pusat alam semesta.

· Pilihan C: Quasar adalah objek yang tampaknya mirip bintang tetapi merupakan pemancar gelombang radio yang sangat kuat sehingga diberi nama quasi stellar radio source (sumber gelombang radio yang mirip bintang, disingkat: Quasar). Pergeseran merah yang sangat besar menyatakan Quasar bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi dan juga jaraknya yang sangat jauh dari kita. Meskipun sangat jauh, tetapi tetap cemerlang dalam panjang gelombang optik, artinya kecerlangannya mencapai 50 – 100 kali lebih cerlang dari galaksi Bima Sakti! Saat ini ribuan Quasar sudah ditemukan, tetapi yang memiliki pergeseran merah terbesar bukanlah Quasar, tetapi pada saat ini ditemukan galaksi yang sangat jauh dengan pergeseran merah mencapai 10.3 yang setara dengan jarak 13.2 milyar tahun cahaya dari analisis foto Hubble Ultra Deep Field. Pernyataan ini salah.

· Pilihan D: pernyataan tersebut benar

· Pilihan E: Salah. Dalam pandangan kosmologi, alam semesta tidak memiliki pusat di ruang alam semesta itu sendiri, karena pusat alam semesta berada di daerah yang berdimensi empat, dimana jarak setiap titik dalam ruang di alam semesta adalah sama terhadap pusat alam semesta itu.

15. Ketika terjadi pembakaran hidrogen di selubung, lapisan luar bintang menjadi panas. Ini menyebabkan lapisan terluar bintang … serta temperaturnya … dan luminositas … Setelah itu bintang akan berevolusi menuju tahap Raksasa Merah.

A. Mengerut; bertambah; bertambah

B. Mengerut; bertambah; berkurang

C. Mengembang; menurun; bertambah

D. Mengembang; menurun; berkurang

E. Mengembang; tetap sama; tetap sama

Jawaban: C

Pembakaran hidrogen sudah tidak di pusat bintang, tetapi di selubung, artinya tekanan gravitasi dari luar selubung hidrogen bukan berasal dari massa keseluruhan bintang, jadi tekanan gravitasi lebih kecil dari tekanan radiasi sehingga selubung bintang akan mengembang, karena mengembang, maka temperaturnya menurun, tetapi luminositas akan bertambah besar karena pengembangan jari-jari jauh lebih besar daripada penurunan suhu (sesuai hukum Stefan-Boltzman).

16. Bintang A mempunyai ukuran yang sama dengan bintang B. Jika luminositas bintang A tersebut makin besar, maka … daripada bintang B.

A. Sudut paralaksnya lebih kecil

B. Sudut paralaksnya lebih besar

C. Temperaturnya lebih rendah

D. Temperaturnya lebih tinggi

E. Tidak ada pernyataan yang benar karena besaran fisis kedua bintang akan selalu sama

Jawaban: D

Menurut Hukum Radiasi Stefan Boltzman, jika ukurannya sama tetapi luminositas lebih besar maka temperaturnya akan lebih tinggi.

17. Ketika Matahari berevolusi menjadi rakasa merah, pusatnya akan …

A. Mengembang dan memanas

B. Mengembang dan mendingin

C. Mengerut dan memanas

D. Mengerut dan mendingin

E. Mengembang dengan temperatur tetap seperti sebelumnya

Jawaban: C

Ketika bintang ada di deret utama, pembakaran hidrogen (reaksi proton-proton) adalah reaksi yang utama di pusatnya. Reaksi ini menghasilkan helium, dan ketika helium sudah bertumpuk di pusat bintang dan telah mencapai 10% - 20% massa bintang (disebut batas Schonberg Chandrasekar) maka yang terjadi adalah pusat helium runtuh dengan cepat karena tekanan dari radiasi pembakaran hidrogen tidak dapat lagi menahan tekanan gravitasi ke dalam. Keruntuhan pusat helium menyebabkan terjadinya reaksi triple alpha yang membakar helium menjadi karbon (disebut helium flash, yang terjadi dengan sangat cepat – dalam orde jam). Bagian luar bintang mengembang keluar dan karena itu temperatur permukaan mendingin dan gelombang cahaya yang dipancarkannya bergeser ke arah merah, disebut bintang raksasa merah atau maharaksasa merah.

18. Tipe radiasi mana yang memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dibanding cahaya tampak?

A. Gelombang mikro

B. Gelombang radio

C. Sinar X

D. Radiasi gamma

E. Radiasi cahaya biru

Jawaban: B

Cahaya tampak memiliki rentang panjang gelombang sekitar 3800 Å sampai 7500 Å. Sementara gelombang radio memiliki rentang panjang gelombang beberapa mm sampai 20 m.

19. Matahari termasuk ke dalam kelas spektrum bintang ...

A. O

B. F

C. G

D. K

E. M

Jawaban: C

Matahari termasuk kelas spektrum G, dengan warna putih kekuningan, dan temperature 5000 - 6000 K.

20. Medan magnet dapat menyebabkan suatu tingkat energi sebuah atom terpecah menjadi dua atau lebih sehingga garis spektrum terpecah menjadi dua garis atau lebih. Dalam spektrum bintang, komponen garis ini umumnya tidak dapat dipisah sehingga akibatnya tampak seperti pelebaran garis. Peristiwa tersebut disebut sebagai ...

A. Pelebaran Doppler

B. Pelebaran tumbukan

C. Efek Zeeman

D. Pelebaran alamiah

E. Pengembangan selubung bintang

Jawaban: C

Peristiwa tersebut adalah efek Zeeman.

21. Bintang yang lebih panas dari Matahari adalah ...

A. Spica

B. Antares

C. Betelgeuse

D. Capella

E. Aldebaran

Jawaban: A

Spica termasuk ke dalam kelas bintang B yang bersuhu 11,000-30,000 K sementara Matahari termasuk ke kelas G bersuhu 5,000-6,000 K.

22. Hal-hal yang dapat diketahui dari pancaran gelombang, yaitu ...

A. Gerak benda

B. Polarisasi pancaran

C. Kecerahan pancaran

D. A dan C

E. Semua benar

Jawaban: E

Semua pilihan benar. Yang dapat diketahui dari pancaran gelombang, yaitu:

· Arah pancaran: letak dan gerak benda yang memancarkannya

· Kuantitas pancaran: mengukur kuat dan kecerahan pancaran

· Kualitas pancaran: mempelajari warna, spektrum, dan polarisasinya

Demikian Artikel mengenai Contoh Soal dan Pembahasan Materi Kebumian; Fotometri dan Spektrometri Bintang - (SMA/ MA/ SMK), kita akhiri dengan membaca Hamdallah : الحَمْدُ لِلّٰهِ رَبِّ العَالَمِيْنَ “Alhamdulillahirabbil ’Alamin”.