Transcript Koleksi dan Analisis Informasi Astrofisika

Koleksi dan Analisis
Informasi Astrofisika
AS3100 Lab. Astronomi Dasar I
Prodi Astronomi 2007/2008
B. Dermawan
Karakteristik Utama Foton
Sifat-sifat foton
Strategi observasi
Energi, panjang gelombang,
frekuensi
- Liputan spektral
- Transmisi melalui atmosfer bumi
- Pemilihan detektor yang tepat
Jumlah foton yang diterima
(fluks)
Ukuran luas penampang penerima
(teleskop)
Intensitas radiasi
- Sensitivitas detektor
- Fotometri
Kebergantungan waktu (t  1/)
Koheren temporal
- Analisis spektral
- Resolusi spektral
Kebergantungan waktu (t >> 1/)
- Resolusi waktu
- Fotometri cepat (t  1 detik)
Kebergantungan spasial (sudut)
Pemetaan (mapping), pencitraan,
resolusi spasial
Spin
Polarimetri
Sistem Observasi (1)
Lena et al. 1996
• Flux foton dikumpulkan pada permukaan A
(aperture/bukaan) pada obyektif teleskop (primary mirror)
• Foton dikumpulkan dalam sudut ruang  (field of view
(f.o.v)/medan pandang)
• Kehadiran ‘parasit’ sidelobes (sinyal yang datang selain
sumber)
3
Sistem Observasi (2)
Lena et al. 1996
•
•
Sistem optik: kombinasi cermin & lensa untuk
mengkonsentrasikan energi yg diterima dan membentuk
citra di bidang fokus (image plane/focal plane)
 didekomposisikan ke elemen citra (pixel); masingmasing dengan elemen sudut ruang 
Peranti seleksi citra yang mengisolasi suatu domain
frekuensi  radiasi yang datang
Pilihan spektral ditentukan oleh: karakteristik fisis sistem
optik, atau detektor, atau penggunaan filter (penapis) 4
Sistem Observasi (3)
Lena et al. 1996
• Polarisasi radiasi dapat ditentukan oleh penapis
polarisasi (polarising filter/polarisator) untuk memilah
polarisasi (linier atau sirkular) dari radiasi yang datang
• Informasi yang datang ditransformasikan oleh detektor
atau penerima (receiver) menjadi kuantitas fisis yg dapat
diukur & disimpan (mis: arus listrik, tegangan)
• Detektor dilengkapi dengan sistem pendukung berupa
peranti elektronika yang membentuk sistem akuisisi data
5
untuk menganalisis & merekam informasi/sinyal
Liputan Spektral
Pengamatan spektrum EM
Sinar-
Sinar-X
UV
Visual
IR
mm
Radio
1990
1980
1970
1960
1950

1900
Malasan, priv. com.
6
Mengapa liputan spektral yang lebar penting?
 multiwavelength observation
M 81: Galaksi spiral
Ultraviolet
Emisi dari
daerah panas
Kasat mata
Radiasi bintang
anggota galaksi
Inframerah
Emisi dari debu
Radio
Radiasi dari gas
dingin
Saturnus
Ultraviolet
Kasat mata
Inframerah
Radio
Pengukuran Intensitas
– Jumlah foton yg diterima per satuan waktu bergantung
pada luas area kolektor
– Teleskop berfungsi mengoleksi radiasi dan membentuk
citra (angular resolution). Ada efek termal dan mekanik
yang membatasi kemampuan teleskop dalam
mengoleksi radiasi
– Kinerja detektor menentukan presisi dan sensitivitas
terbaik yang dapat dicapai
Fotometri: Pengukuran intensitas radiasi yang diterima
secara mutlak mengacu pada satuan fundamental fisika
Memerlukan kalibrasi mutlak (absolute calibration)
8
Evolusi
pertumbuhan
diameter
teleskop optik
Pertumbuhan
daya koleksi
foton
Reflektor
Refraktor
Sensitivitas
instrumen
astronomi
Perkembangan
sensitivitas
detektor kasat
mata
Lena et al. 1996
Analisis Spektral (1)
• Astrofisika hasil analisis spektral  komposisi
kimia dan isotop, medan kecepatan,
turbulensi, temperatur, tekanan, medan
magnet, gravitasi, dll
• Daya pisah spektral instrumen (/):
Kemampuan untuk mengukur dua garis
spektum yang berdekatan
Spektrograf, luas daerah kolektor, waktu
pengukuran dan sensitivitas detektor
10
Analisis
Spektral
(2)
Lena et al. 1996
• Spektroskopi dan fotometri cepat (< 1 ms)
Solar flares, eruptive variable stars, fenomena akresi, sumber sinar-X
• Spektroskopi dan Imaging (citra simultan berbagai panjang
gelombang)
Spectroheliogram, pemetaan sinar-X korona matahari, pemetaan sebaran
11
kecepatan hidrogen (garis 21 cm) di galaksi
Variabilitas waktu
• Lambat: Bintang variabel 
Mira Ceti (ancient times)
Cepat: Pulsar dg periode
1.377 ms (1968)
• Sensitivitas & respons waktu
detektor
1959
1989
1979
Lena et al. 1996
12
Imaging (Pencitraan)
• Tujuan: menera berkas radiasi e.m. yang tiba dari arah
berbeda di ruang
• Kapasitas peranti observasi dlm melakukan ini: Daya
pisah spasial  ukuran instrumen, panjang gelombang,
efek turbulensi atmosfer
Malasan, priv. com.
Resolusi
Jumlah piksel utk
meliput 4 sr
1
4104
1
Informasi yg diperoleh
Daerah spektral
Radiasi latar belakang
Survei langit
milimeter
sinar-
1.5108
Survei langit
IR (10-100 m)
1
5.41011
Survei langit
Obyek spesifik
Kasat mata
mm, IR, UV, sinar-X
0.01
5.41015
Obyek spesifik
IR, kasat mata
10-3 
5.41017
Obyek spesifik
Radio [cm]
10-6 
5.41021
Obyek spesifik
Radio [cm,mm]
13
1959
1990
Lena et al. 1996
Polarisasi
Karakteristik khusus untuk keadaan fisis yang berkaitan dgn
• Emisi: scattering, adanya medan magnet, bremsstrahlung
• Jejak: adanya medium anisotropik (orientasi
makroskopik) seperti materi antar bintang
Kerangka Acuan Space-Time
• Agar dapat menggunakan dengan benar informasi
astrofisika
• Lokasi obyek pada kerangka ruang acuan
• FK5: accuracy 0.02 (posisi), 1.5 x 10-3 /yr (proper motion)
VLBI: 10-4 
15
Pemrosesan dan Penyimpanan Informasi
• Informasi astrofisika  data yang dikumpulkan
dari seluruh rentang sumber
– Selalu meningkat kecermatannya
– Memiliki nilai historis yang amat tinggi
• Penambahan volume data yang dikumpulkan
meningkat sangat tajam:
– 107 bintang telah dikatalogkan posisi, magnitudo dan
warnanya
– Laju informasi dlm radio astronomi dari angkasa luar:
108 bits per tahun (1972)  1010 bits per tahun (1982),
HST (1989): 1013 bits per tahun
Source signal
Malasan, priv. com.
Observing
system
Raw data
Data
archive
Preliminary reduction
Commands,
optimization
Quick-look data
Images, spectra …
Interactive analysis
Publication
Statistical
analysis,
modelling
Images,spectra …
Full analysis
Data
bank
Tahapan Pemrosesan Data Astronomi &
Peranan Sistem Komputer (1)
• Akuisisi informasi secara real-time
Fasilitas quick-look: optimasi observasi
• Laju akuisisi: deteksi foton individual dari
sumber redup (t ~ jam, hari) hingga deteksi
cepat (108  109 bits per detik)
• Penanganan data real-time: pengurangan
volume data mentah dan fasilitasi penyimpan
permanen (kompresi dan penapisan)
• Analisis interaktif: astronom-data-komputer
–Ekstraksi dan analisis informasi
–Program untuk kalibrasi
–Program untuk viewing & manipulasi
Tahapan Pemrosesan Data Astronomi &
Peranan Sistem Komputer (2)
• Data yang telah diproses meliputi taksiran galat
 Nisbah sinyal terhadap noise/derau (S/N)
• Disampaikan ke komunitas ilmiah melalui
 Publikasi
 Bagian dari data bank yang dilengkapi
proses standarisasi dan homogenisasi
format
• Analisis rinci
 Ekstraksi volume besar data dari data bank
untuk pemodelan atau deskripsi statistika
19