Fotometri

Fotometri adalah bagian dari astrofisika yang mempelajari kuantitas, kualitas dan arah pancaran radiasi elektromagnetik dari benda langit. Penggunaan kata ‘foto‘ yang berarti ‘cahaya‘ disebabkan pada awalnya pengamatan benda langit hanya terbatas pada panjang gelombang visual/optik.

Fotometri merupakan bagian dari optik yang mempelajari mengenai kuat cahaya (intensity) dan derajat penerangan (brightness). Cahaya adalah suatu bentuk energi yaitu energi pancaran dan diterima oleh indera penglihatan (retina mata). Secara eksperimental, mata sensitif terhadap panjang gelombang daerah rendah dari pancaran cahaya sehingga dapat membedakan intensitas antara dua sumber cahaya yaitu dengan mengukur jumlah daya yang dipancarkan oleh cahaya tampak. Jumlah fluks pancaran cahaya yang sama oleh mata diterima berbeda untuk tiap-tiap warna. Umumnya warna hijau paling sensitif untuk mata(λ= 5550Ǻ).  Pada λ = 5550Ǻ menghasilkan 1watt pancaran dari sinar monokromatik sesuai dengan 685 lumen. Untuk mata normal → 1lumen sesuai dengan 1/685 watt untuk cahaya hijau.

Fotometri didasarkan pada pemahaman atas hukum pancaran (radiation law). Kita menghipotesakan bahwa benda langit diangggap memiliki sifat sebuah benda hitam (black body).

Sifat benda hitam antara lain :

1)      pada kesetimbangan termal, temperatur benda hanya ditentukan oleh jumlah energi yang diserapnya per detik;

2)      benda hitam tidak memancarkan radiasi pada seluruh gelombang elektromagnetik dengan intensitas yang sama (ada yang dominan meradiasikan gelombang elektromagnetik pada daerah biru dengan intensitas yang lebih besar dibandingkan gelombang elektromagnetik pada panjang gelombang lainnya. Konsekuensinya, benda tersebut akan nampak biru).

Panjang gelombang yang dipancarkan dengan intensitas maksimum (λ_maks) oleh sebuah benda hitam dengan temperatur T Kelvin adalah :

λ_maks = 0,2898/ T …………………….. (pers. 1)

(λ_maks dinyatakan dalam cm dan T dalam Kelvin)

(Yang perlu diperhatikan bahwa λ_maks bukan berarti panjang gelombang maksimum tetapi panjang gelombang yang dipancarkan dengan intensitas maksimum.

Jumlah energi per satuan waktu yang dipancarkan sebuah benda hitam per satuan luas permukaan pemancar (benda hitam) disebut fluks energi yang dipancarkan. Besarnya fluks energi yang dipancarkan sebuah benda hitam (F) dengan temperatur T Kelvin adalah :

F = σT⁴ …………………….. (pers. 2)

(σ : konstanta Stefan-Boltzman : 5,67 x 10^-8 Watt/m²K⁴)

Sedangkan total energi per waktu / daya yang dipancarkan sebuah benda hitam dengan luas permukaan pemancar A dan temperatur T Kelvin disebut dengan Luminositas. Besarnya luminositas (L) dihitung dengan persamaan :

L = A σT⁴ …………………….. (pers. 3)

Untuk bintang, bintang dianggap berbentuk bola sempurna sehingga luas pemancar radiasinya (A) adalah 4πR² ; dengan R menyatakan radius bintang. Jadi, luminositas bintang (L) adalah :

L = 4πR² σT⁴ …………………….. (pers. 4)

Benda hitam memancarkan radiasinya ke segala arah. Kita bisa menganggap pancaran radiasi tersebut menembus permukaan berbentuk bola dengan radius d dengan fluks energi yang sama, yaitu E. Besarnya E :

E = L/(4πd²) …………………….. (pers. 5)

Fluks energi inilah yang diterima oleh pengamat dari bintang yang berada pada jarak d dari pengamat. Oleh karena itu, fluks energi ini sering disebut fluks energi yang diterima pengamat. (Warning : bedakan antara besaran E dan F).

Persamaan ini disebut juga hukum kuadrat kebalikan (invers square law) untuk kecerlangan (brightness, E) karena persamaan ini menyatakan bahwa kecerlangan (E) berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya (d). Jadi, makin jauh sebuah bintang, makin redup cahayanya.

Fotometri ialah ilmu yang mempelajari tentang pengukuran kwantitas cahaya. Ada beberapa kwantitas cahaya yaitu:

1)      Kuat/ intensitas cahaya (I)

Kuat cahaya merupakan jumlah arus cahaya yang dapat dipancarkan dari sumber cahaya tiap satuan sudut ruang. Satuan kuat cahaya adalah Iilin(I)/ candela (Cd). Satu iilin internasional ialah kuat cahaya yang memberikab cahaya sebanyak 1/20 kali banyaknya cahaya yang dipancarkan oleh 1cm² platina pada titik lebur.

pers 6

I = kuat cahaya (cd)

4π = sudut ruang seluruh permukaan bola.

F = fluks cahaya (lumen)

2)      Arus cahaya (fluks cahaya=F)

Banyaknya tenaga cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya tiap satu satuan waktu. satuan arus cahaya adalah Lumen (Lm) yang didefinisikan sebagai satu Lumena dalah arus cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya sekuat 1 kandela steradial. atau arus cahaya yang dipancarkan dari sumber cahaya yang menembus bidang seluas 1 m² dari kulit bola yang berjari-jari 1m dimana pusat bola terdapat 1 Iilin internasional.

pers. 7

3)      Kuat penerangan (E)

Jumlah arus cahaya tiap satuan luas. satuan penerangan adalah Luks, satu Luks didefinisikan sebagai kuat penerangan bidang yang tiap 1m² bidang tersebut menerima arus cahaya 1 Lumen. Jika arus cahaya (F) menerangi merata suatu bidang seluas A m² maka kuat penerangan bidang tersebut sebesar:

E =                                                          pers. 8

Kuat penerangan oleh sumber titik yang memncarkan cahayanya ke segala arah dan berjarak R dari sumbernya akan memenuhi persamaan:

                                    pers. 9

1)      Terang cahaya (e)

Besar kuat cahaya tiap cm² dari luas permukaan sumber cahaya yang dilihat (kalau sumber cahaya berupa bola maka luas permukaanya dapat dilihat berupa luas lingkaran).

                                                pers. 11

Apabila ada 2 bola lampu yang berpijar mempunyai kuat cahya yang sama tetapi lampu yang kecil kelihatan lebih terang dari pada lampu yang besar. Dalam Hal ini dikatakan terang cahaya (e) lampu kecil lebih terang dari pada lampu yang besar.