DIMENSI ILMU ASTRONOMI ABAD KE-21

SOUTHEAST A sa r a sOMY SEMINAR

SIA-REGIONAL ASTRON

saras

sSEemMINAR FALAK NUSANTARA

“SOUTHEAST ASIA-REGIONAL ASTRONOMY SEMINAR”

DIMENSI
ILMU ASTRONOMI

ABAD KE-21

Editor
NAZHATULSHIMA AHMAD
MOHD HAFIZ MOHD SAADON

Penerbit
INSTITUT TANAH DAN UKUR NEGARA

KEMENTERIAN TENAGA DAN SUMBER ASLI

DIMENSI ILMU
ASTRONOMI
ABAD KE-21



Sidang Editor
Nazhatulshima Ahmad
Mohd Hafiz Mohd Saadon

-2022-

Hak cipta terpelihara. Tidak dibenarkan mengeluar ulang mana-mana bahagian daripada
terbitan ini sama ada ilustrasi dan isi kandungannya dalam apa jua bentuk dan cara sama
ada secara elektronik, fotokopi, mekanikal, rakaman dan sebagainya sebelum mendapat
izin bertulis daripada pemilik hak cipta terlebih dahulu.

DIMENSI ILMU ASTRONOMI
ABAD KE-21

Penerbit INSTUN 2022

e-ISBN 9789671607763

Sidang Editor Nazhatulshima Ahmad
Susun Atur Huruf Mohd Hafiz Mohd Saadon
Penulis Transkrip Mohd Saiful Anwar Mohd Nawawi
Nur Izzatul Najihah Mohamad
Anis Maisarah Yassir Azlin
Nurul Syakirah Rahiman

Buku ini disusun atur dengan menggunakan font Garamond.

Diterbitkan oleh:
Institut Tanah dan Ukur Negara (INSTUN),
Kementerian Tenaga dan Sumber Asli,
Behrang 35950, Tanjong Malim,
Perak Darul Ridzuan, Malaysia.
https://www.instun.gov.my
Tel: 05-4542825
Faks: 05-4542837

Susun atur dan reka bentuk oleh:
Sr Rabiulkhair Mohd Nor (JUPEM)
Sr Siti Arifah Abdul Kader (INSTUN)
Wan Mohd Firdauz Wan Mohd Zahari (INSTUN)

SENARAI KANDUNGAN  i
 v

SENARAI KANDUNGAN
PRAKATA

Halaman

1. PENDIDIKAN ASTRONOMI DALAM ERA MASAKINI 1-10
Mohd Zambri Zainuddin

2. ENJOY THE UNIVERSE WITH DIVERSE PEOPLE: INCLUSIVE ASTRONOMY AND 11-17
CITIZEN SCIENCE
Kumiko Usuda-Sato

3. SCIENTIFIC ACTIVITIES WITH A 1.5 METER TELESCOPE AT GUNMA 19-30
ASTRONOMICAL OBSERVATORY
Osamu Hashimoto
Hikaru Taguchi
Hakim L. Malasan

4. ARKEOLOGI GALAKSI MELALUI BINTANG HALO 31-42
Mohd Hafiz Mohd Saadon

5. CABARAN PEMBINAAN BALAI CERAP MINI SAIZWAGAZER 43-64
Sairin Salleh

6. DATABASE DESIGN AND DEVELOPMENT ON ASTRONOMY ACTIVITIES AT 65-73
PUSAT GENIUS@Pintar NEGARA
Fathin Mohamad Amran
Asiatul Husna Amir
Nur Najihah Ramli Mohammad
Afiq Dzuan Mohd Azhar
Nor Sakinah Mohamad
Nur Adlyka Ainul Annuar

7. POTENSI KOMPLEKS BALAI CERAP AL-KHAWARIZMI DALAM 75-93
PEMBANGUNAN ASTRONOMI PELANCONGAN DI MALAYSIA
Nurulhuda Ahmad Zaki
Siti Syazwani Mustafar

8. OBSERVATORIUM ASSALAAM: SEJARAH DAN PERKEMBANGANNYA 95-110
DALAM ASPEK PENGURUSAN FALAK DI PERINGKAT NEGERI
AR Sugeng Riadi

i

9. AUTOMATED SUNSPOT NUMBER DETECTION ALGORITHM: A PRELIMINARY 111-121
STUDY
Aimi Azizan 123-139
Nur Najihah Ramli
Mohammad Afiq Dzuan Mohd Azhar 141-147
Nor Sakinah Mohamad
Nur Adlyka Ainul Annuar 149-162
163-171
10. AZIMUTH DETERMINATION OF REFERENCE MARKS USING GNSS STATIC AND 173-176
SOLAR OBSERVATION METHOD
Amir Hamzah Othman
Muhammad Naqib Halim
Noorazliza Sudar
Mohd Zulkifli Mohd Yunus
Shuib Rambat

11. COMPARISON STUDY BETWEEN SUNSPOT NUMBERS MEASUREMENT IN
PUSAT GENIUS@Pintar NEGARA WITH MULTIPLE INTERNATIONAL DATA
Asiatul Husna Amir
Fathin Mohamad Amran
Mohammad Afiq Dzuan Mohd Azhar
Nor Sakinah Mohamad
Nur Adlyka Ainul Annuar

12. REQUIREMENTS OF ASTRONOMICAL STUDIES IN POSTGRADUATE LEVEL
USING INSTRUMENTATION AND TECHNOLOGY IR 4.0 OF ASTRONOMY AT
UNIVERSITY TECHNOLOGY MALAYSIA
Othman Zainon

13. TEKNIK CERAPAN ASTROMETRI TERHADAP ASTEROID 1087 ARABIS
Abdullah Faiq Irfan Abdullah
Nazhatulshima Ahmad
Raihana Abdul Wahab

14. Sisi Pandang – Pembentang Utama

ii

PRAKATA




Alhamdulillah, segala puji-pujian kepada Allah SWT di atas segala kurniaan
nikmatNya. Selawat serta salam buat junjungan mulia Nabi Muhammad SAW
pembawa rahmat sekalian alam, salam dan sejahtera buat ahli keluarga dan
para sahabat baginda SAW.

Buku Dimensi Ilmu Astronomi Abad Ke-21 mengandungi 13 bab buku yang

telah dibentangkan dalam SARAS2021. Buku ini memuatkan pelbagai dimensi atau
sisi pandang ilmu astronomi samaada dari aspek pendidikan, sejarah, komuniti,
mahupun astronomi cerapan. Artikel-artikel yang dijadikan bab dalam buku ini telah
dibentangkan dalam Seminar Falak Nusantara/ Southeast Asia-Regional Astronomy
Seminar (SARAS) 2021. Seminar yang berlangsung pada 21-22 September 2021 ini
merupakan anjuran bersama 9 Agensi/ Jabatan kerjasama antaranya Institut Tanah
dan Ukur Negara (INSTUN) di bawah seliaan Kelab INSTUN, Universiti Malaya (UM),
Jabatan Mufti Negeri Perak, Jabatan Kemajuan Islam Malaysia (JAKIM), Jabatan
Mufti Negeri Selangor, Jabatan Mufti Kerajaan Negeri, Negeri Sembilan, Jabatan
Ukur dan Pemetaan Malaysia (JUPEM), Majlis Agama Islam Negeri Sembilan, Balai
Cerap Telok Kemang, Negeri Sembilan dan Persatuan Jurufalak Syar’ie (JUFAS).

Antara lain, seminar ini bertujuan memberikan peluang kepada golongan
sasaran untuk mendapatkan dimensi baru ilmu falak/astronomi khususnya di
Nusantara. Ia berjaya membantu menguatkan hubungan profesional, mahupun
pengiat astronomi yang menekuni pelbagai spektrum di Malaysia bagi bertukar idea
mengenai isu-isu terbaru, teknik penyampaian, dan perkembangan penyelidikan
terkini dalam bidang-bidang berkaitan. SARAS 2021 menyediakan peluang kepada
penyelidik-penyelidik ataupun pengiat ilmu dalam bidang ini berbincang dan
bertukar-tukar idea.

Di sebalik wabak COVID-19 yang melanda dunia tahun 2021, SARAS 2021
berjaya menarik minat ramai peserta dari dalam dan luar negara. SARAS 2021
menerusi platform secara dalam talian ini, telah mencapai sasaran penyertaan iaitu
sejumlah 326 penyertaan yang terdiri daripada kakitangan pihak Kerajaan, pihak
swasta, penyelidik di Institusi Pengajian Tinggi (IPT), pelajar, orang awam yang
berminat mendapatkan ilmu dalam bidang falak/ astronomi dan SARAS 2021 juga
menerima penyertaan daripada MABIMS iaitu Pertemuan Tahunan Tidak Rasmi
Menteri-Menteri Agama; Negara Brunei Darussalam, Republik Indonesia, Malaysia
dan Republik Singapura.

iii

Program ini dirasmikan oleh YB Senator Tuan Haji Idris bin Ahmad, Menteri
di Jabatan Perdana Menteri (Hal Ehwal Agama) manakala penutup SARAS 2021 telah
disempurnakan oleh YAB Dato' Saarani bin Mohamad, Menteri Besar Perak Darul
Ridzuan. Manakala ucapan aluan SARAS 2021 telah disampaikan oleh YBrs. Puan
Norehan binti Omar, Pengarah INSTUN merangkap Penaung Kelab INSTUN.

Dengan bertemakan “Ilmu Falak, Masyarakat dan Revolusi Industri 4.0”,
seminar ini telah menerima pembentang-pembentang yang mempunyai kepakaran
yang mahir dalam bidang ilmu falak/ astronomi dari Malaysia dan luar negara seperti
Turki, United Arab Emirates (UAE), Jepun dan Indonesia. 2 ucaptama, 7 kertas utama
dan 18 kertas kerja sidang selari telah berjaya dibentangkan pada seminar ini dan
pelbagai isu-isu berkaitan falak/astronomi dapat dibincangkan bersama pakar-pakar
dan tokoh ilmuan falak/astronomi disamping dapat menjadi platform dalam saling
bertukar idea dan pendapat akan bidang ilmu falak/ astronomi ini.

Pada SARAS 2021 ini, 6 kertas kertas telah dipilih sebagai Pemenang Kertas
Kerja Terbaik SARAS 2021. Tahniah dan syabas diucapkan kepada semua pemenang
kertas kerja terbaik SARAS 2021 di atas penghasilan kertas kerja penyelidikan yang
mempunyai nilai dan mutu karya berkualiti yang telah mendapat perhatian juri.

Akhir kalam, diharapkan segala perbahasan yang dipaparkan akan
memberikan sumbangan kepada masyarakat dan negara serta membangunkan ilmu
falak/astronomi dengan jayanya.
Wabillahi al-Tawfiq

Sidang Editor

iv

v

PENDIDIKAN ASTRONOMI DALAM ERA MASAKINI

Mohd Zambri Zainuddin
Jabatan Fiqh dan Usul, Akademi Pengajian Islam, Universiti Malaya

Abstrak: Astronomi adalah sebagai salah satu sains tertua dan dikenali
sebagai permaisuri sains. Ia telah diamalkan beribu tahun dahulu dalam
menangani banyak kehendak manusia secara praktikal dalam bidang
pertanian, perikanan, pelayaran, penjaga masa, merekod perjalanan
musim, keagamaan dan banyak lagi kegunaannya. Pada zaman dahulu
pengamalan astronomi adalah mudah dengan hanya mengaitkan dan
memahami kaedah-kaedah yang berkaitan kemunculan fenomena-
fenomena astronomi yang digunakan. Manakala era moden astronomi
hari ini menggunakan tahap pencapaian peralatan canggih dan
melakukan bahasa yang rumit dengan Matematik dan Fizik moden
untuk memahami secara sepintas lalu yang nyata dan tidak dapat
diterangkan sebab-sebabnya bahawa astronomi menumpukan ke atas
ilmu dan pemindahan teknologi adalah bahagian yang penting pada
masyarakat. Malangnya, penyelidikan astronomi tidak di terjemahkan
secara langsung kepada applikasi praktikal dan dapat digunakan
ciptaannya, namun begitu kita boleh katakan bahawa astronomi
mempunyai, tanpa keraguan, kesan jangka panjang yang besar ke atas
pendidikan, sains, kesejahteraan Bumi, industri, menjaga keselamatan
manusia dan membebaskan manusia. Kertas kerja ini akan menggariskan
lima sebab yang boleh memberi kesan jangka panjang yang besar kedua-
dua ketara dan tidak ketara bahawa astronomi adalah bahagian penting
dalam masyarakat. Lima sebab tersebut adalah kemudahan astronomi,
kemudahan astronomi di bumi dan angkasa, pengembangan kapasiti
teknologi untuk ekonomi angkasa global, selamatkan manusia di Bumi
dan peranan asas dalam mendorong minat manusia untuk penerokaan
angkasa lepas dan amalan agama. Mungkin sumbangan yang paling
penting adalah hakikat bahawa astronomi membuat kita memahami
persekitaran kita untuk tujuan pengetahuan untuk semua dan menyedari
bagaimana kita hadir ke dalam Alam Semesta yang luas.
Kata kunci: Astronomi, Matematik, Fizik, keselamatan manusia, Alam
Semesta.

1

PENDAHULUAN

Astronomi adalah sebagai salah satu sains tertua. Ia muncul beribu tahun dahulu
dalam menangani kehendak/keperluan manusia secara praktikal dalam banyak
perkara dalam menjalani kehidupan seperti dalam bidang pertanian, perikanan,
pelayaran, penjaga masa, merekod perjalanan musim, keagamaan dan banyak lagi
kegunaannya. Sebelum melangkah lebih jauh lagi kita perlu mengimbas kembali
sejarah astronomi. Sejarah astronomi merangkumi tiga bidang yang ditentukan
secara umum yang telah mencirikan ilmu langit sejak awal. Pada tahap penekanan
yang berbeza-beza di antara tamadun-tamadun tertentu dan dalam tempoh
sejarah tertentu para ahli astronomi telah berusaha untuk memahami iaitu (i)
pergerakan objek-objek langit, (ii) untuk menentukan ciri-ciri fizikal mereka, dan
(iii) untuk mengkaji ukuran dan struktur alam semesta. Memahami pergerakan
objek-objek langit seperti Matahari, Bulan dan planet dinamakan astrometri.
Manakala untuk menentukan ciri-ciri fizikal mereka dikenali sebagai fotometri
dan spektroskopi. Mengkaji ukuran dan struktur alam semesta dikenali sebagai
kosmologi.

Sejak awal peradaban hingga zaman astronomi Copernicus dikuasai atau
didominasi oleh kajian mengenai gerakan objek-objek langit. Kerja sedemikian itu
sangat mustahak untuk astrologi, untuk menentukan kalendar, dan untuk ramalan
gerhana, dan itu juga didorong oleh keinginan untuk mengurangkan
penyelewengan untuk memerintahkan dan untuk meramalkan kedudukan objek-
objek langit dengan ketepatan yang semakin meningkat.

Hubungan antara kalendar dan peredaran objek langit sangat penting,
kerana ini bermaksud bahawa astronomi sangat penting untuk menentukan masa
untuk fungsi paling asas masyarakat awal, termasuk penanaman dan penuaian
tanaman dan perayaan-perayaan keagamaan. Fenomena cakerawala yang
diperhatikan oleh orang-orang kuno adalah sama seperti yang berlaku pada
zaman sekarang. Matahari terus bergerak ke arah barat dalam sehari dan bintang-
bintang dan lima planet yang kelihatan dengan mata kasar melakukan perkara
yang sama pada waktu malam. Matahari dapat dilihat saat matahari terbenam
bergerak ke arah timur sekitar satu darjah sehari dengan latar belakang bintang-
bintang, hingga dalam setahun ia benar-benar melintasi jalur buruj 360° yang
kemudian dikenal sebagai zodiak. Planet-planet tersebut juga bergerak ke arah
timur sepanjang zodiak dalam jarak 8° dari jalan tahunan yang nyata dari Matahari
(ekliptik), tetapi kadang-kadang mereka membuat pembalikan yang
membingungkan di langit sebelum meneruskan pergerakan normal ke arah timur.
Sebagai perbandingan, Bulan bergerak melintasi gerhana dalam sekitar 27.33 hari
dan melalui beberapa fasa.

2

Tamadun yang paling awal tidak menyedari bahawa fenomena ini
sebahagiannya adalah hasil gerakan Bumi itu sendiri; mereka hanya ingin
meramalkan gerakan nyata objek langit. Walaupun orang Mesir pasti sudah biasa
dengan fenomena umum ini, kajian sistematik mereka mengenai gerakan objek-
objek samawi terbatas pada hubungan banjir Sungai Nil dengan kenaikan pertama
bintang Sirius. Percubaan awal untuk mengembangkan kalendar berdasarkan fasa
Bulan ditinggalkan sebagai terlalu kompleks, dan sebagai hasilnya astronomi
memainkan peranan yang lebih rendah dalam peradaban Mesir daripada yang
mungkin ada. Begitu juga, orang Cina tidak berusaha secara sistematik untuk
menentukan gerakan objek-objek samawi. Bukti mengejutkan mengenai minat
yang lebih besar dalam astronomi dijumpai dengan adanya penjajaran batu kuno
dan lingkaran batu yang terdapat di seluruh Eropah dan Britain, yang paling
terkenal adalah Stonehenge di England. Seawal 3000 SM, koleksi batu-batu besar
di Stonehenge berfungsi sebagai balai cerap kuno, di mana para paderi mengikuti
gerakan tahunan Matahari setiap pagi di sepanjang cakerawala untuk menentukan
awal musim. Pada sekitar tahun 2500 SM, Stonehenge mungkin telah digunakan
untuk meramalkan gerhana bulan. Astronomi mencapai tahap tertinggi pertama
di kalangan orang Babilonia. Dalam kurun waktu sekitar tahun 1800 hingga 400
SM, orang Babilonia mengembangkan kalender berdasarkan gerakan Matahari
dan fasa Bulan. Selama 400 tahun berikutnya, mereka memusatkan perhatian
mereka pada ramalan waktu yang tepat Bulan sabit baru pertama kali dapat dilihat
dan menentukan awal bulan sesuai dengan peristiwa ini. Orang Yunani
menggunakan pendekatan geometri dan bukan numerik untuk memahami
gerakan cakerawala yang sama. Dipengaruhi oleh konsep metafizik Plato tentang
kesempurnaan gerakan bulat, orang Yunani berusaha untuk mewakili gerakan
benda langit ilahi dengan menggunakan sfera dan bulatan. Kaedah penjelasan ini
tidak terganggu sehingga Kepler menggantikan bulatan dengan elips pada tahun
1609.

Ia ditinggalkan untuk Ptolemy, sekitar tahun 100-65 SM, untuk
mengumpulkan semua pengetahuan tentang astronomi Yunani dalam Almagest
dan untuk mengembangkan teori-teori akhir bulan dan planet. Ptolemy
menggambarkan pergerakan setiap planet dalam Almagest yang berlalu, dengan
beberapa penjelasan penting, melalui peradaban Islam dan seterusnya ke
peradaban pembaruan Eropah yang memupuk Nicolaus Copernicus. Kita sedia
maklum bahawa tamadun kegemilangan Islam telah banyak merungkai dan
menyelesaikan masalah-masalah astronomi yang ada di dalam buku Almagest
Ptolemy sebelum diteruskan oleh sarjana Barat seperti Nicolaus Copernicus,
Johannes Kepler dan Isaac Newton. Astronomi seterusnya berkembang sehingga
ke hari ini dengan kemajuan sains dan teknologi ciptaan manusia. Memang
banyak sumbangan astronomi terhadap kehidupan manusia cuma di sini akan
diketengahkan enam perkara utama sumbangan astronomi kepada manusia dalam
era masakini untuk memastikan penyelidikan astronomi perlu diteruskan demi
kemajuan sains dan teknologi.

3

BALAI CERAP-BALAI CERAP ASTRONOMI MENYOKONG
BANYAK FUNGSI KRITIKAL PENEROKAAN ANGKASA DAN SAINS
ANGKASA

Banyak aspek penerokaan angkasa dan keupayaan angkasa bergantung ke atas
peranan balai cerap-balai cerap astronomi di atas Bumi untuk bergabung supaya
hasilnya menjadi lebih baik. Salah satu contoh aset angkasa tertentu iaitu satelit
Gaia kepunyaan Agensi Angkasa Eropah memerlukan kedudukan tiga dimensi
mereka untuk ketepatan yang sangat tinggi. Pada tahun 2013 Satelit GAIA Agensi
Angkasa Eropah (ESA), telah dilancarkan dan dijangka beroperasi sehingga tahun
2022. Ia mengamati lebih satu bilion bintang di Bima Sakti untuk menentukan
pergerakan dan kedudukan mereka dengan tepat dan jitu. Untuk mencapai data
astrometri ini maka bintang sasaran memerlukan kecepatan satelit GAIA
diketahui dalam jarak 2.5 milimeter sesaat, dan kedudukannya di langit dalam
jarak 150 m. Ini merupakan satu cabaran penting kerana satelit GAIA beroperasi
pada kedudukan jarak 1.5 juta kilometer dari Bumi. Apakah penyelesaiaan yang
perlu dibuat untuk cabaran ini? Penyelesaiaan kepada cabaran ini adalah
melakukan misi merangkumi kempen pengamatan atau penelitian secara berkala
oleh rangkaian teleskop optik di Bumi, termasuk Teleskop Pemeriksa VLT (VST)
ESO untuk ditentukan dengan tepat lokasi GAIA dengan bintang latar belakang.
Begitu juga data penting bagi posisi dan trajektori kapal angkasa diperolehi dari
balai cerap-balai cerap optik dan radio di Bumi untuk tentukan ephemerid iaitu
kedudukan-kedudukan objek-objek dalam sistem suria kita. Ini melibatkan
kempen pengamatan atau pemerhatian khusus yang mengambil tempoh masa
yang lama atau panjang tentang kedudukan-kedudukan objek-objek dalam sistem
suria. Satu lagi peranan penting dari balai cerap-balai cerap optik dan radio di
Bumi adalah untuk membolehkan pencirian terperinci objek-objek sistem suria
untuk menyokong reka bentuk misi angkasa dan juga untuk memberikan pujian
kepada penemuan saintifik. Banyak lagi peranan penting yang boleh dilakukan
oleh balai cerap-balai cerap optik dan radio di Bumi yang tidak dinyatakan disini.
Namun begitu apabila kadar misi angkasa di sistem suria kita meningkat,
keperluan untuk astronavigasi dan pemerhatian atau peninjauan dari Bumi akan
meningkat dengan ketara. Kita memerlukan kumpulan ahli astronomi yang mahir
dalam teknik dan instrumen pemerhatian yang diperlukan, baik untuk melakukan
kerja-kerja penerokaan ruang angkasa tetapi juga untuk melakukan inovasi dalam
sektor ini.

Begitulah betapa pentingnya peranan balai cerap-balai cerap optik dan
radio di Bumi beserta tenaga mahir ahli astronomi untuk memastikan
kelangsungan hidup manusia di atas Bumi menggunakan sains dan teknologi yang
canggih.

4

KEMUDAHAN-KEMUDAHAN ASTRONOMI DI BUMI DAN
ANGKASA

Astronomi dan sains planet, memerlukan balai cerap-balai cerap angkasa untuk
pemerhatian/penelitian dari di angkasa kerana tiada gangguan optik dari sifat
penyerapan cahaya oleh atmosfera Bumi. Kelebihannya ialah dapat melihat semua
panjang gelombang cahaya tanpa gangguan atmosfera Bumi, namun begitu ia
adalah agak mustahil atau sangat mahal perbelanjaan setelah ke balai cerap berada
di angkasa terutama jika hendak membuat pembaikan, penambahbaik atau
menukar peralatan-peralatan seperti yang pernah berlaku kepada teleskop angkasa
Hubble. Maka adalah wajar dan lebih jimat jika peralatan-peralatan yang berada di
angkasa dan di Bumi beroperasi secara sinergis iaitu menggembeleng keupayaan
secara kerjasama, berdasarkan kekuatan pelengkap setiap kemampuan balai cerap-
balai cerap di Bumi dan angkasa. Pemerhatian/penelitian astronomi
dikoordinasikan antara pemerhatian dari Bumi dan angkasa untuk memberikan
pulangan saintifik maksimum dengan memantau objek yang kabur dan/atau
sensitif pada masa terhad, dan memungkinkan penggunaan instrumen pakar yang
lebih cepat. Satu contoh yang melibatkan gabungan pemerhatian dari Bumi dan
angkasa ialah misi angkasa NASA iaitu kapal angkasa KEPLER. Kapal angkasa
ini secara rasmi telah dilancarkan yang pada 7hb. Mac 2009, objektif utamanya
ialah memerhatikan ribuan bintang untuk mengesan penurunan/perubahan
kecerahan mungkin disebabkan ada planet yang mengorbit di sekitar bintang.

Setiap "calon planet" memerlukan pemerhatian susulan terperinci dari
teleskop di Bumi menggunakan peralatan khusus untuk menentukan sama ada
lengkung cahaya mungkin disebabkan oleh faktor selain dari lintasan planet yang
mengorbit bintang itu seperti sistem bintang dedua atau aktiviti bintang
bolehubah. Begitu juga, tujuan saintifik banyak misi luar angkasa "eksoplanet"
yang dirancang sangat bergantung pada penyediaan pelbagai kemudahan peralatan
di Bumi di panjang gelombang yang berbeza. Jelaslah di sini bahawa gabungan
peralatan-peralatan di Bumi dan angkasa dapat menjayakan banyak misi-misi
penerokaan angkasa dan menjimatkan perbelanjaan. Kita boleh simpulkan di sini
bahawa mempunyai kemudahan peralatan-peralatan di Bumi dan angkasa yang
canggih dapat menghasilkan kajian saintifik yang terbaik.

ASTRONOMI ADALAH SUMBER PENTING TEKNOLOGI DAN
MEMENUHI KEUPAYAAN EKONOMI ANGKASA GLOBAL

Ahli-ahli astronomi dan ahli-ahli sains berpotensi di negara membangun
mengalami pendedahan pertama ke atas penerokaan alam semesta adalah melalui
astronomi di Bumi. Mereka ini bermula dengan menggunakan teleskop kecil yang
tersedia secara buatan sendiri atau komersial membina dan mengoperasi
kemudahan tersebut berfungsi untuk pemerhatian/penelitian kecil dari Bumi,
atau menggunakan data arkib yang tersedia untuk umum.

5

Ini membina keupayaan, meningkatkan penglihatan angkasa sebagai pemacu
untuk pembangunan dan sering bertindak sebagai pintu masuk untuk
mengembangkan kemampuan nasional dalam sains angkasa. Untuk meningkat
kemampuan dan keupayaan sesebuah negara meneroka angkasa maka Kesatuan
Astronomi Antarabangsa (IAU) melalui Pejabat Pembangunan memainkan
peranan penting dalam memastikan dan memudahkan matlamat tersebut dicapai
di negara-negara membangun. Sebilangan besar perwakilan nasional dari negara-
negara membangun yang duduk di Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu COPUOS
adalah bekas ahli astronomi, dan sektor astronomi di negara ini sering menjadi
salah satu pendorong untuk mewujudkan sektor angkasa. Astronomi secara
tradisional telah sedia maklum sentiasa berada di barisan hadapan dalam
menyediakan data akses terbuka. Perolehan data ini dapat mengembangkan teknik
dan asas yang diamalkan sekarang oleh bidang ilmiah lain. Banyak balai cerap-
balai cerap memberikan data mereka kepada orang ramai iaitu setelah tempoh hak
milik bagi penyiasat utama telah selesai gunakan. Contohnya Balai cerap Selatan
Eropah (ESO) memberikan semua data yang diambil di teleskopnya melalui
Arkib Sains ESO yang boleh diakses oleh umum.

Untuk mengalakkan penyelidik-penyelidik astronomi dari seluruh dunia
memperolehi data dan membuat penyelidikan Pejabat Hal Ehwal Luar Angkasa
Pertubuhan Bangsa Bersatu (PBB) baru-baru ini menaja inisiatif “Open
Universe”, yang meningkatkan kesedaran mengenai peranan penting sumber data
yang tersedia secara terbuka dan global untuk sains astronomi. Pengembangan
instrumen astronomi sensitif untuk balai cerap berasaskan satelit dan Bumi
bergantung pada teknologi umum dalam optik, pengesan, dan kriogenik, dan
mengambil dari kumpulan kepakaran teknikal dan saintifik yang sama. Keupayaan
astronomi tidak hanya berkaitan dengan penerokaan angkasa lepas. Usaha untuk
memperluas pengetahuan manusia secara berterusan mendorong had teknikal
instrumen saintifik ke ketepatan, kepekaan dan kecekapan yang lebih tinggi, jitu
dan canggih. Ini memerlukan sejumlah besar kepakaran teknologi yang memberi
idea yang menarik pihak industri. Pihak industri dapat melihat potensi dan
keperluannya untuk digunakan dan dikomersial.

Untuk astronomi, keperluan saintifik dan teknikal menghasilkan banyak
kemahiran yang berkaitan dengan industri dan boleh dipindahkan dalam
pengaturcaraan komputer, matematik, elektronik, mekanik, optik, sains data,
visualisasi data, sistem kawalan dan pengeluaran dan pemuliharaan tenaga.
Keperluan, dan kemampuan, untuk menggabungkan banyak disiplin ilmu yang
berbeza dan pelbagai adalah merupakan ciri utama atau khusus kepada teknologi
astro.

6

Universiti kini menyokong sinergi ini dengan memasukkan unit
kemahiran industri dalam kurikulum astronomi supaya pelajar didedahkan dan
dilengkapi dengan teknologi astro. Astronomi dan sains angkasa penting kerana
mereka menarik perhatian, dan memupuk dan mendorong minat peringkat
pelajar sekolah, universiti, orang muda dan orang dewasa di seluruh dunia.
Mereka menjadi pendorong utama pengambilan pelajar dalam bidang sains,
teknologi, kejuruteraan dan matematik (STEM) akademik dan industri.
Astronomi adalah sangat bertuah kerana ia adalah bidang ilmiah dengan
kategorinya sebagai pusat jangkauan umum iaitu planetarium yang digunakan
untuk menunjukkan imejan yang menakjubkan dari alam semesta yang diambil
oleh Teleskop Hubble angkasa atau teleskop dari Bumi.

PENYELAMAT MANUSIA DI BUMI

Bermula dengan perubahan iklim hingga perang nuklear, umat manusia
menghadapi banyak ancaman yang disebabkan oleh perbuatan diri sendiri, namun
salah satu daripadanya kita bebas dari kesalahan adalah yang ditimbulkan oleh
asteroid atau komet, yang secara kolektif disebut objek dekat bumi (NEO). Kita
hanya perlu melihat permukaan Bulan yang banyak kawah, di mana ia tidak
mempunyai atmosfera untuk melindunginya dari hentaman meteor dan komet,
itu membuatkan kita berfikir dan dapat memahami masalahnya. Namun
memandangkan pengetahuan kita mengenai tentang populasi NEO tempatan
yang tidak lengkap, kita tidak tahu dengan tepat bila asteroid atau komet yang
bersaiz besar akan menghentam bumi dan mengakibatkan tsunami dan
kemusnahan besar ke atas Bumi. Kita perlu memanjatkan kesyukuran kepada
Allah swt, kerana hasil kerja ahli astronomi di dunia membolehkan kita berasa
hidup selamat dan berehat dengan tenang.

Sebagai hasil minat ilmiah untuk memahami bagaimana sistem suria kita
terbentuk, para saintis planet dan ahli astronomi telah mengkaji ciri-ciri fizikal dan
komposisi kimia asteroid dan komet. Untuk kajian sedemikian banyak misi-misi
angkasa telah dilaksanakan untuk melawat asteroid dan komet. Kajian ini
membolehkan kita mengetahui banyak tentang komposisi asteroid dan komet
tersebut. Maka terdapat beberapa agensi dan balai cerap bekerjasama dalam
Jaringan Amaran Asteroid Antarabangsa (IAWN) yang diamanatkan oleh
Pertubuhan Bangsa Bersatu (PBB) untuk memantau, mengesan, dan mencirikan
NEO secara fizikal, kimia dan trajektori untuk menentukan yang berpotensi
berbahaya bagi Bumi.

Kerjasama dan kemampuan komuniti astronomi dunia untuk berganding
bahu dan dengan cepat dapat mencirikan objek NEO yang berpotensi
mengancam, memberikan maklumat penting kepada agensi angkasa yang telah
diamanahkan dan bertanggungjawab untuk merancang misi untuk melencong
atau memusnahkan objek tersebut.

7

ASTRONOMI BERTERUSAN MENJADI PERANAN ASAS DALAM
MEMACU KEINGINAN MANUSIA UNTUK PENEROKAAN
ANGKASA DAN AKTIVITI KEAGAMAAN

Manusia telah melihat atau mendongak ke langit selama ribuan tahun untuk
mencari jawapan dan pemahaman tentang bagaimana Alam Semesta terbentuk
dan berfungsi. Perbatasan kosmos yang tidak nampak sempadan telah
mendorong rasa ingin tahu manusia untuk meneroka dan meningkatkan atau
menambahbaik kaedah saintifik untuk melakukannya, dengan lebih berkesan dan
meluas kepada masyarakat kita. Astronomi telah memberi kita pengetahuan
penting mengenai struktur asas pembentukan Alam Semesta selain pelbagai
teknologi yang memerlukan banyak kemahiran dan teknologi dalam optik,
pengesan, penerima radio dan komunikasi, yang penting untuk penerokaan
angkasa. Jelaslah disini kita tidak boleh meragui bahawa penemuan lebih lanjut
dari sifat badan berbatu sistem suria hingga pemahaman asas mengenai graviti,
akan menyumbang kepada kemungkinan lebih jauh dalam penerokaan ruang
angkasa. Sebaliknya, peningkatan keupayaan dalam penerokaan angkasa akan
membuka pintu kepada kemungkinan baru dalam penyelidikan astronomi.
Astronomi dan agama diseluruh dunia telah terjalin dengan rapat sejak lama
dahulu, terutama semasa awal sejarah astronomi. Bukti arkeologi dari banyak
budaya kuno menunjukkan bahawa objek-objek langit menjadi bahan pemujaan
pada Zaman Batu dan Gangsa. Tangkai azimat dan dinding batu di Eropah utara
menggambarkan susunan bintang dalam buruj yang sepadan dengan kedudukan
sejarahnya, terutamanya buruj-buruj lilit kutub.

Kita sedia maklum hampir semua perayaan-perayaan keagamaan di
sambut oleh seluruh agama di dunia ini sama ada bangsa Yahudi, Cina, India,
Eropah dan lain-lain akan mengaitkan objek-objek di langit terutamanya Bulan
dan Matahari sebagai rujukan. Itulah pentingnya ilmu astronomi kepada
kehidupan manusia di dalam dunia ini.

KESIMPULAN

Penemuan astronomi telah mengajar kita bahawa kita bukan pusat alam semesta,
bahawa undang-undang fizik adalah sama di seluruh Alam Semesta, bahawa Alam
Semesta mempunyai permulaan dan bermula dengan letupan besar (Big Bang),
bahawa pemahaman kita sekarang hanya dapat menjelaskan sekitar 4% perkara
yang terdapat di Alam Semesta, dan berkemungkinan bahawa ada sistem planet
lain, beberapa di antaranya termasuk planet yang difikirkan dapat dihuni seperti
planet Marikh. Pemahaman atau pengertian kita yang terhad tentang waktu,
musim, pelayaran, pertanian dan alam semulajadi, berasal dari kajian objek dekat
langit.

8

Pengetahuan astronomi mengenai tempat kita di alam semesta telah
menghasilkan beberapa perubahan paradigma transformasi, dengan disebabkan
masyarakat yang kadang-kadang dramatik, dengan memberi kita gambaran
objektif mengenai keberadaan, lokasi, dan kepentingan kita. Zaman moden
astronomi dan sains angkasa kini memuncak dengan penerokaan dunia di luar
sistem suria kita sendiri. Mungkin dalam waktu sedekad, balai cerap-balai cerap di
Bumi dan angkasa yang kian rancak dibina boleh memungkinkan pengimejan
langsung eksoplanet, dan analisis terperinci mengenai bahan kimia yang terdiri
daripada atmosfera eksoplanet, yang dapat menghasilkan jawapan kepada
persoalan utama – apakah kita sendiri?

Manusia telah pun mengambil langkah tentatif pertama keluar dari
atmosfera Bumi yang selesa untuk memulakan penerokaan angkasa. Adalah
sangat penting bahawa misi dan visi global untuk penerokaan ruang angkasa perlu
terpasak tetap dalam asal-usul ilmiahnya yang aman damai supaya kita dapat
memahami atau mengerti persekitaran kita untuk tujuan pengetahuan untuk
semua manusia.

Maka adalah wajar bahawa kerajaan memperuntukan sejumlah wang
untuk tujuan penyelidikan dalam bidang astronomi supaya usaha untuk misi
penerokaan angkasa tidak terbantut. Kalau bantuan penyelidikan hendak
diberikan berdasarkan pulangan ekonomi maka sudah tentulah bidang astronomi
tidak secara langsung akan diketepikan. Namun bidang astronomi memberi input
yang bernilai kepada misi penerokaan angkasa. Kita sedia maklum bahawa misi
penerokaan angkasa ada banyak spin-off kepada industri untuk tujuan
menyemarakkan ekonomi sesebuah negara dan dunia. Secara jujurnya saya
menyeru supaya peruntukan penyelidikan di dalam bidang astronomi hendaklah
diberikan supaya misi penerokaan angkasa lepas dapat terus diusahakan.

Ringkasnya, perkara paling penting yang perlu kita sampaikan kepada
pemerintah atau kerajaan bahawa kesan sains asas kita sangat sukar untuk diukur
secara kuantitatif dan objektif.

RUJUKAN

1. Krupp, Edwin C. (2003), Echoes of the Ancient Skies: The Astronomy of
Lost Civilizations, Astronomy Series, Courier Dover Publications, pp. 62–72,

2. Thurston, H, Early Astronomy. Springer, 1994, p. 178–188.

3. Bailer-Jones, C. A. L.; et al. (2013). "The Gaia astrophysical parameters
inference system (Apsis)". Astronomy & Astrophysics. 559: A74.

4. Chaisson, Eric; McMillan, Steve (2002). Astronomy Today, Fourth
Edition. Prentice Hall.

9

5. Saunders, Will; Lawrence, Jon S.; Storey, John W. V.; Ashley, Michael C.
B.; Kato, Seiji; Minnis, Patrick; Winker, David M.; Liu, Guiping & Kulesa, Craig
(2009). "Where Is the Best Site on Earth? Domes A, B, C, and F, and Ridges A
and B". Publications of the Astronomical Society of the Pacific. 121 (883): 976–
992.
6. Kennedy, Edward S. (1962). "Review: The Observatory in Islam and Its
Place in the General History of the Observatory by Aydin Sayili". Isis. 53 (2):
237–239.
7. Chaisson, Eric; McMillan, Steve (2002). Astronomy Today (4th ed.).
Prentice Hall.

10

ENJOY THE UNIVERSE WITH DIVERSE PEOPLE:
INCLUSIVE ASTRONOMY AND CITIZEN SCIENCE

Kumiko Usuda-Sato
Subaru Telescope National Astronomical Observatory of Japan 650 North

A'ohoku Place Hilo, HI 96720, U.S.A.

Abstract: Some barriers exist for the general public to access astronomy
resources. This paper introduces two projects at the National
Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), making astronomy
resources accessible to diverse people. One is the “Touch the Universe”
tactile exhibition set that both sighted and blind and visually impaired
(BVI) people can enjoy and understand. The other is NAOJ’s first
citizen science project, GALAXY CRUISE, that engages non-
professionals to explore the vast cosmic images and participate in
classifying galaxies.
Keywords: Inclusive astronomy, tactile exhibition, citizen science,
public engagement

INTRODUCTION

Curiosity about the Universe is one of the fundamental desires of humankind,
and the Universe is not only for professional astronomers. “Everybody has the
right to discover and learn about the Universe, and nobody should be cast aside
or left behind” (Usuda-Sato et al. 2019a). In the International Astronomical
Union (IAU) Strategic Plan 2020-2030, IAU sets five goals
(https://www.iau.org/administration/about/strategic_plan/) to promote
astronomical education (Goal 5), public outreach (Goal 4), and astronomy for
development (Goal 3) as well as research (Goal 1). IAU also fosters the inclusive
advancement of the field of astronomy (Goal 2). As seen in the IAU Strategic
Plan, many professional researchers, educators, and communicators of astronomy
seem to recognize the importance of making teaching resources and astronomy
data accessible to diverse people.

However, some situations still exist that some people do not have the
opportunity to engage with astronomy. For example, beautiful images of celestial
bodies can fascinate sighted people, but blind and visually impaired (BVI) people
cannot see them. Some alternative materials like tactile images and models are
necessary to make astronomy accessible to them. The sighted people also have
barriers to access observational data taken by a professional telescope because
many data require professional skills to handle them.

11

This paper introduces two NAOJ projects, making astronomy resources
accessible to diverse people.
“TOUCH THE UNIVERSE” TACTILE EXHIBITION
Tactile models of the Subaru Telescope created with a 3D printer
We developed tactile models of the Subaru Telescope with a 3D printer to
explain its cutting-edge technologies and how it works for both BVI and sighted
people. The Subaru Telescope is an 8.2-m optical-infrared telescope on
Maunakea, Hawai‘i, operated by NAOJ. Based on communications with BVI
people and a science teacher of special needs, we created two types of models: a
detailed model for sighted people and BVI people with excellent haptic observing
skills, and a simplified model for students at special needs schools for the visually
impaired who are learning how to touch samples and tactile models in science
classes (Usuda-Sato et al. 2019b). The rough dimensions of the approximately
1/110th scale models are 27-cm width × 17-cm depth × 25-cm height. The
diameter of the primary mirror is 7.4 cm, which is large enough for everyone to
touch with one’s fingers and recognize the concave shape. The primary mirror is
made from a vinyl-chloride transparency half-sphere. It has a different texture
from the other parts, making it easy to identify this part.

We made the 3D-printable (STL) files and a manual downloadable on our
official website (http://prc.nao.ac.jp/3d/index_e.html) so that anyone can
duplicate the models. However, using a 3D printer can be a barrier for many
astronomy communicators because enough skills and know-how are required.

Figure 1. The detailed version (left) and the simplified version (right) of the 3D
models of the Subaru Telescope. Credit: NAOJ

12

Creation of the “Touch the Universe” exhibition set

Using the Subaru Telescope 3D models and other tactile resources, the Japan
Braille Library (JBL) held the “Touch the Universe” special exhibition at its
tactile museum Tactus Museo from August 17 to December 22, 2018, and the
author (Usuda-Sato) supervised the exhibition and provided tactile resources.

In 2019, planetarians at Akashi Municipal Planetarium (AMP), a science
museum in the western part of Japan, contacted us. With similar resources with
Tactus Museo, AMP held “The Universal Design Astronomy Exhibition” from
October 19 to December 8, 2019. In 2020, Sendai Astronomical Observatory
(SAO), a science museum in the northeast part of Japan, contacted us. They are
planning a similar exhibition after the COVID-19 pandemic.

The four institutions, NAOJ, JBL, AMP, and SAO, made the “Touch the
Universe” project team. We won a JAPAN Science Museum Association grant in
2020 (Primary Investigator: Yasuhito Suzuki, AMP) to reproduce a whole set of
the tactile exhibition so that science museums in Japan can borrow it and hold
their special exhibition without using a 3D printer. We believe that the whole set
can break a barrier for many museums to disseminate astronomical tactile
models.
The whole set includes existing tactile resources inside and outside of Japan that
we used at the previous exhibitions at JBL and AMP. For example, we used A
Touch of the Universe (https://www.uv.es/astrokit/) STL files to reproduce the
Moon and Mars 3D models. The scale model of the Sun and eight planets of EU-
Universe in a Box (https://www.unawe.org/resources/universebox/) are also
included. Under the supervision of the Japan Braille Library, we put each small
planet ball in a transparent bag and added a printed and braille label on it. Both
sighted, and BVI people can touch the balls without losing a small one and
recognize the relative size of the planets. We added another scale model of the
Solar System representing the relative distances made by AMP. The rope knots
represent the locations of the Sun and planets. Each knot has a printed and
braille label.

13

Figure 2. The two tactile scale models of the planets of the Solar System.
Relative size of the planets (left) and distance from the Sun (right).

CITIZEN SCIENCE PROJECT “GALAXY CRUISE”

HSC-SSP big data

Another approach to make astronomy data accessible is to initiate a citizen
science project. With Hyper Suprime-Cam (HSC), the wide-field imaging camera,
the Subaru Telescope is conducting an unprecedented, extensive survey program
called the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP). HSC
mounted on the primary focus of the telescope has 870 million pixels and covers
nine times the full moon's area in each exposure. The first and second datasets
were released to the public in February 2017 (Aihara et al. 2018) and May 2019
(Aihara et al. 2019), respectively.

GALAXY CRUISE, NAOJ's first citizen science project, makes the
HSC-SSP big data accessible to non-professionals and encourages the general
public to participate in scientific research. In the vast cosmic images captured
with HSC, diverse shapes of galaxies are captures, and many interacting galaxies
are found affecting each other's shapes through their mutual gravitation.
Interacting and merging events of galaxies are thought to be the key to
understand galaxy evolution. In GALAXY CRUISE, Citizen Astronomers
classify galaxies captured by the Subaru Telescope on their PC or tablet after the
three training sessions. They log in to the classification site of GALAXY
CRUISE (https://galaxycruise.mtk.nao.ac.jp/en/) to classify and identify
interacting galaxies in the second released dataset of HSC-SSP. As of August 1,
2021, 6931 Citizen Astronomers from 83 countries and regions are "on board",
and the total classification results have exceeded 1.6 million.

14

Benefits for the public and researchers

The Oxford English Dictionary defines “citizen science” as “scientific work
undertaken by members of the general public, often in collaboration with or
under the direction of professional scientists and scientific institutions.” This
collaboration benefits both the general public (Citizen Astronomers) and the
scientists. The public can appreciate the wonders of astronomy by working with
the latest big data of the Subaru Telescope, and scientists, on the other hand, can
collect much more data with the help of the participants and disseminate it their
scientific research.

Figure 3. The image of the collaboration between the public and scientists
(astronomers) through GALAXY CRUISE. Credit: NAOJ

Our project is likened to a cruise ship where many crew members sail
together in the cosmic ocean. With the cruise map or the nautical chart
developed from the observation map of HSC-SSP, we created the original world
view of GALAXY CRUISE. To enhance two-way interactions with Citizen
Astronomers, we public monthly NEWS articles on the website and provide
additional information on interacting galaxies and updates of the latest scientific
analysis report by the "Captain" Masayuki Tanaka a galaxy scientist of NAOJ.

As Captain Tanaka reported on the NEWS article on March 1, 2021

(https://galaxycruise.mtk.nao.ac.jp/en/news_e/20210301.html), sufficient
classification results from Citizen Astronomers are being amassed for scientific

analysis. Many spiral galaxies in GALAXY CRUISE (GC) were found to be
classified as elliptical galaxies in the previous citizen science project Galaxy Zoo 2

(GZ2) using the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) data
(https://data.galaxyzoo.org). This discrepancy comes from the difference in the

image quality between the two data sets. As shown in Figure 4, spiral patterns are
fainter than the central parts in many cases, and a telescope requires a high spatial

resolution to capture spiral arms. In Galaxy Zoo 2, the spiral structure is hard to
see, but it is clearly seen in GALAXY CRUISE. The data quality from the

viewpoint of depth and spatial resolution is one of GALAXY CRUISE's
advantages. GALAXY CRUISE could point out the need to redo some previous

studies with the SDSS data with "Subaru quality" images.

15

Figure 4. An example of a galaxy two classifications between GZ2 and GC do
not match. The image from SDSS (left, Credit: SDSS) and the same galaxy

imaged with HSC (right, Credit: HSC-SSP/NAOJ). It is obvious that this galaxy
has spiral arms in the HSC image.

CONCLUSION
Two activities led by the author and NAOJ that can break the general public's
barrier to access astronomy resources are introduced. One is to provide the
whole set of the tactile exhibition that both sighted and BVI people can
understand and enjoy the Universe. The other is the NAOJ citizen science
project that Citizen Astronomers can explore the latest, high-quality cosmic
images captured by the Subaru Telescope and participate in galaxy classifications.
Both activities are recommended in the IAU Strategic Plan 2020-2030.
ACKNOWLEDGEMENT
The 3D-printer work was supported by JSPS KAKENHI (grant no. 16K01050).
The tactile exhibition set work is supported by JAPAN Science Museum
Association.

16

REFERENCES
1. Aihara, H. et al. (2018) First data release of the Hyper Suprime-Cam
Subaru Strategic Program, Publications of the Astronomical Society of Japan
70:S8(1-34).
2. Aihara, H. et al. (2018) Second data release of the Hyper Suprime-Cam
Subaru Strategic Program, Publications of the Astronomical Society of Japan
71:114(1-25).
3. Usuda-Sato, K., Mineshige, S., Canas, L. (2019a) Astronomy networks
and best practices for inclusion in Japan, nature astronomy 3:1032-1034.
4. Usuda-Sato, K., Nakayama, H., Fujiwara, H., Usuda, T. (2019b) Touch
the Universe: Developing and Disseminating Tactile Telescope Models Created
with a 3D Printer, Communicating Astronomy with the Public Journal
(CAPjournal), 26:24-30

17

18

SCIENTIFIC ACTIVITIES WITH A 1.5 METER TELESCOPE
AT GUNMA ASTRONOMICAL OBSERVATORY

Osamu Hashimoto1, Hikaru Taguchi1, and Hakim L. Malasan2
1 Gunma Astronomical Observatory, 6860-86 Nakayama, Takayama, Agatsuma,

Gunma 377-0702, Japan
2 Astronomy division and Bosscha Observatory, FMIPA, Institut Teknologi

Bandung, Jl. Ganesa 10 Bandung 40132, Indonesia

Abstract: Practical possibilities and capabilities of middle size
telescopes of 1-2 m aperture size in the studies of astronomy and
astrophysics are discussed on the basis of our experiences of scientific
activities at Gunma Astronomical Observatory (GAO) in Japan. The
main telescope of GAO is a 1.5 m reflector, which was commissioned
in 1999. We have been carrying out a number of scientific studies using
this telescope, realizing that some spectroscopic works are quite useful
and powerful for some fields of cutting-edge studies of astrophysics,
though the location of GAO is not ideal in weather and seeing
conditions for the astronomical observations. In particular, studies
which need large samples of homogeneous data, or time dependent
studies of some certain targets of limited number for long periods are
the most suitable. We have found in addition that our 1.5 m telescope
is not useful only in such research observations, but also in the science
education for students and public people. Thanks to its large light
gathering power it can provide a unique opportunity for intuitive and
effective understanding of the essences of spectroscopy in the
astrophysics by directly feeling the colors and spectra of various
astronomical objects in natural color with own eye.

Keywords: middle size telescope, spectroscopy, stellar astrophysics,
science education

INTRODUCTION

The largest telescopes in the world today are reflectors with an 8-10 m aperture
size. They have been built since the end of last century. Before the appearance of
those telescopes the largest ones were 3-6 m class while the number of such
telescopes were smaller than that of the 8-10 m class telescopes of today.
Naturally, 1-2 m class telescopes at that time were regarded as much more
valuable observation resources than they are today. It was the 1.88 m reflector at
Okayama Astrophysical Observatory (OAO) of National Astronomical
Observatory, Japan (NAOJ) that had been the largest telescope in Japan since it
was built in 1960 until the Subaru telescope of an 8.2m reflector was built in 1999
at the summit of Mauna Kea in Hawaii by NAOJ.

19

Gunma Astronomical Observatory (GAO) was established in 1999 by the
local government of Gunma prefecture almost at the same time of the

completion of the Subaru telescope (Hashimoto et al., 2018; Hashimoto &
Malasan, 2019). The main telescope of GAO is a 1.5 m reflector mounted on an
alt-azimuth mounting (Fig.1). It was manufactured by Mitsubishi Electric
Corporation as a scaled down model of the Subaru telescope. Its aperture size of
1.5 m was the second largest in Japan when it was commissioned since the
Subaru telescope was not located in Japan but in Hawaii.

Nowadays telescopes with an aperture size of 1 - 2 m class do not seem
significantly outstanding if we compare them with the world largest telescopes.
However, the telescopes of such a medium scale are still very useful and powerful
for the scientific studies of the modern astronomy and astrophysics as long as
they are used for suitable subjects with a good strategy. They are not too small at
all. We discuss practical possibilities and capabilities of the middle size telescopes
of 1-2 m aperture size based on our experiences of scientific activities at GAO.

Outside view of GAO GAO 1.5 m reflector

Figure 1. Gunma Astronomical Observatory (GAO) and its 1.5 m main
telescope.

HOW TO USE A MIDDLE SIZE TELESCOPE?

We need some strategic choices in both the observation methods and scientific
subjects in order to make the full use of the observation performance of the
middle size telescopes as long as their performances are limited due to their scale.
There are some critical factors that must be taken into account for making such
selections. At least, observation environments such as the seeing condition and
the manner of telescope operation must be reflected in the scientific strategy of
observations. As a result, we could have found that spectroscopic studies of
stellar objects are some of the most suitable ways in practice.

20

For realizing a good observation efficiency, the dimension of a well-
designed spectrograph is in principle proportional to the aperture size of
telescope, spectral resolution and the size of stellar image which is defined by the
seeing condition (e.g.: Hashimoto et al., 2006). Thus, all the high- resolution
spectrographs for the big telescopes tend to be very large naturally. The reason
why the world largest telescopes are built at the sites of ideal observation
environment with an excellent seeing condition is not only for getting good
imaging data of high spatial resolution, but also taking the advantage to be able to
make the designs of high-resolution spectrographs as small as possible. On the
other hand, it is much easier to realize a spectrograph with a high spectral
resolution as an instrument of a reasonable size with sufficiently good
observation efficiency for the smaller telescopes thanks to the smaller size of
aperture even at a site of somewhat poorer seeing condition. In fact, we could
realize a good design of a high-resolution spectrograph for the GAO 1.5 m
telescope even though the observation condition at GAO is far from the ideal
one as realized at the top of Mt. Mauna Kea in Hawaii. Moreover, such a
reasonable size of the spectrograph makes it possible to make its optical system
much simpler without introducing extremely special technology. It makes the
spectrograph more stable and easier to use in the practical observations.

It is noted in addition that the light pollution does not affect the
astronomical measurements so much in the spectroscopic observations since the
photons coming into a spectrograph are divided into a large number of pixels on
the detector of different wavelengths. Though GAO is not located at a site with
the ideal condition for the astronomical observations, spectroscopic
measurements with a sufficiently high spectral resolution can overcome the poor
observation condition of us.

It must be noted as well that the photon gathering power of the 1-2 m
class telescopes is still useful enough for the detailed studies of stellar
astrophysics, even with the high-resolution spectroscopy thanks to the
development of modern detectors such as cooled CCD devices. Provided some
suitable spectrographs a middle size telescope like the GAO 1.5 m reflector can
be a very powerful tool for the cutting-edge studies of stellar astrophysics, since
there a lot of interesting stars that are bright enough for the detailed studies by
the telescope of such a scale, while galaxies in the cosmological distances may be
too faint.

It is another important factor how to operate the telescope in the
practical use. Smaller telescopes tend to be operated more flexible in general. It is
not always easy to get much observation time of very large telescopes. It would
be very rare in practice that observations for a long period are carried out by
some of the world largest gigantic telescopes. On the other hand, we can easily
expect more observation time for smaller telescopes. With a plenty of
observation times for longer periods with some medium size telescopes, we can
obtain statistically valuable data of large samples, or time-dependent information

21

of a number of variable events for long periods. It is no doubt that spectroscopic
studies with a middle size 1-2 m telescope can provide unique and promising
opportunities for the astronomical research.

GAO is operated by the board of education of the local government of
Gunma prefecture and not attached to any universities and other institutions
(Hashimoto et al., 2018; Hashimoto & Malasan, 2019). We can use all the
observation times of our telescopes flexibly based on our own decision. It allows
us to make ourselves focus on a limited number of specific scientific subjects.
GAO has definite advantages in making the best use of our middle size
telescopes in the field of scientific researches of stellar astrophysics. Various
unique observational studies can be carried out with the use of our 1.5 m
telescope and its instruments based on the abovementioned points of view. In
practice this telescope has published not a few papers based on its observations.
Collaborations with other scientific teams throughout the nation could be easily
pursued, and further enhance scientific productivity.

There are a lot of objects which can be well studied by the spectroscopic
observations with such medium size telescopes. In particular spectroscopic
studies of stellar objects is one of the most suitable observation works.

GAOES AND GLOWS

Two optical spectrographs were developed in order to make full use of the
performance of the GAO 1.5 m telescope based on the strategic concepts
discussed in the previous section. One is a high-resolution spectrograph named
GAOES (Gunma Astronomical Observatory Echelle Spectrograph) and the
other is a low-resolution spectrograph GLOWS (Gunma LOW resolution
Spectrograph).

(a) GAOES (b) GLOWS

Figure 2. (a) high resolution spectrograph GAOES on the Nasmyth focus of the
GAO 1.5m telescope, and (b) low resolution spectrograph GLOWS at the bent-

Cassegrain focus.

22

GAOES (Fig.2a) is the largest and most complicated instrument of GAO.
Namely it is the most powerful observation tool of us that provides a stellar
spectrum of high quality with a very high spectral resolution up to R = λ/δλ ~ 105.
An échelle grating with a blaze angle of 71 degrees, and a sensitive cooled CCD
detector of 2048 4096 pixels covering a 3 cm 6 cm area are used in GAOES
(Hashimoto et al., 2006; 2009). GAOES is reasonably compact in its dimension
because the aperture size of 1.5 m of our telescope is not too large. Even with
such a aperture size we can obtain a spectrum of signal to noise ratio about S/N
~ 50, covering a wavelength range about 180 nm with a spectral resolution of
70000 for a stellar object of about 10th magnitude (V =10 mag) by an exposure
of 2 hours. In fact, there are a lot of stars that can be well studied by this
instrument.

GLOWS is a simple and compact spectrograph using a grism (Fig.2b). A
wide range spectrum covering full optical wavelengths from 400 nm to 780 nm
with a spectral resolution about R ~ 400 can be obtained on a 1250 1152 pixel
cooled CCD detector by one exposure. We can observe much fainter objects up
to about 16th magnitude with GLOWS, although its spectral resolution is much
less than that of GAOES. GLOWS can be used as well as an imager covering a
10 arcmin 10 arcmin field on sky using a band pass filter instead of the grism
for the spectroscopic mode.

OBSERVATIONS WITH THE GAO 1.5 METER TELESCOPE

Funayama et al., (2009) made careful measurements of the metallicity of the stars
in the Pleiades open cluster M45 by the spectroscopic observations with the
GAO 1.5 m telescope. It would be a typical example of a study based on the
observation strategy of a large sample obtained by the middle size telescopes. We
could confirm the homogeneity of metallicity in M45, by measuring the chemical
abundances in the high-resolution spectra of a number of stars in the cluster
taken by GAOES on the 1.5 m telescope. The number of observational
evidences to definitely ensure the homogeneous chemical composition in the
clusters has been limited, while such a nature has been regarded as quite natural
from the view point of cluster evolution that all the stars in a cluster were born
from the same interstellar matter of homogeneous chemical composition. A large
sample of the chemical abundances measured for a number of stars in the
Pleiades cluster by the GAOES observations has provided some important
suggestions about Galaxy evolution as well. We found the abundances of carbon
and oxygen of field stars nearby the Sun are significantly different from those of
the stars in some open clusters. Such a difference should indicate their different
evolutions in the different places in the Galaxy (Takeda et al., 2017).

23

Our 1.5 m telescope of GAO could be a more powerful and effective
tool for the stellar astrophysics if it is used for the observational studies of time
dependent phenomena of variable targets. For instance, some details of the
dynamic structure of an X-ray emitting binary system, which consists of a hot star
and an evolved compact neutron star, have been made clear by the continuous
repetition of high-resolution spectroscopic observations by GAOES for a long
period. We detected direct evidences of the non-axisymmetric features of the
eccentric disc around one star in the system (Moritani et al., 2010; 2011; 2013).
Also, GAOES observations for several years could have made a significant
contribution to the most advanced studies of a strange eclipsing binary system of
ε Aurigae which is well known by its extremely long variation period of about 27
years. We found a complex structure of the rotating disc around the visibly
unseen companion star (Sadakane et al., 2013). Our observational study of a
unique binary system of α Aurigae (Capella) is another case of time dependent
study made by GAOES (Takeda et al., 2018). Capella consists of two similar G-
type giant stars. One is a normal G-type giant star while the secondary is a rapid
rotating star. Using the high-resolution spectra obtained by GAOES for a period
of several months, individual spectra of those two stars were clearly separated by
the spectrum disentangling technique (Ilijić, 2009). We could suggest that more
careful treatment of the chromospheric effect is necessary for the abundance
analysis of the fast-rotating giant stars of high activity as the conventional model
atmosphere analysis does not work well any longer.

Transient phenomena such as novae, supernovae, gamma-ray bursters are
very suitable targets as well for the small to middle size telescopes since rapid
responses by the flexible operation and time dependent continuous follow up
observations for certain periods are essentially important for the studies of them.
We have made a number of observations of such transient targets using the
GAO 1.5 m telescope (e.g.: Maeda et al., 2016; Kimura et al., 2018). GLOWS is
very useful and suitable in such observations, since it can observe much fainter
objects than by GAOES, covering wider wavelengths, while its spectral
resolution is not very high. In most cases, overall characteristics of the faint
targets, which can be derived from the low-resolution spectra, are required in the
practical studies of those transient phenomena. Not a few observation reports
have been published from our observations at GAO in addition to the usual
papers in journals.

It is noted that cooperative observations with various telescopes and
observatories are effective for the studies of the time varying objects. It makes us
possible to get more observation points in time for a longer period with higher
density. In addition, it can minimize the observation loss due to bad weather
condition at each individual observation site. In fact, most of our studies of the
transient and variable targets have been carried out as collaboration works with
various telescopes at various observatories in the world. While many of them are
international collaborations, GAO has been intensively contributing to the
Japanese collaboration network the Optical and Infrared Synergetic Telescopes

24

for Education and Research (OISTER; Yamanaka et al., 2016) in the
observations of the transient events. Since the first detection of the gravitation
waves from stars (Abbott et al., 2016), quick responses in the follow up
observations to the very transient phenomena caused in the sources of
gravitation waves have become more and more important in order to solve the
most essential enigmas of the universe, such as the origin of heavy elements and
the universe itself. It is certain that the middle size telescopes of 1-2 m class are
still useful and effective in the most advanced studies of astronomy and
astrophysics.

EDUCATION AND OUTREACH

As long as a telescope is well used in the real scientific research it can play a
valuable role also in the education activities for the university students both in
undergraduate and graduate levels. Naturally our observation system of the 1.5 m
telescope has been used in such educational activities. Not a few students have
made their observations at GAO. Their observation data obtained there were
used in their studies for their degrees from bachelor grade to PhD.

GAO is not an observatory devoting only for the pure scientific research
but a public observatory. It has a mission of education and outreach of
astronomy and astrophysics for all kinds of people from children to graduate
students (Hashimoto et al., 2016; Hashimoto et al., 2018; Hashimoto & Malasan,
2019). Public activities with star gazing are regarded as one the most important
tasks of us. It is the very reason why even its main telescope of the 1.5 m
reflector has an eyepiece optic system for the star gazing in addition to the
observation instruments for the scientific studies. Our 1.5 m reflector was the
world largest telescope far beyond the second one with which people can watch
stars by their own eyes, when it was built. It should give some unique
opportunities in the activities for the education and outreach.

Stellar images are not always excellent in the star gazing with the 1.5 m
telescope since the image quality for the larger telescope is much more distorted
by the seeing effect in the atmosphere of the earth. In fact, Saturn may not be
seen more beautiful than by a smaller telescope in many cases. However, the light
collecting power of a telescopes always works well almost regardless of the seeing
condition. We can always expect brighter images by the larger telescope. A lot of
photons gathered by the telescope with a sufficiently large aperture can provide
good opportunities to see the interesting aspects of the astrophysics in the stellar
light even by a human eye which is not very sensitive to the faint light.
Differences of colors from star to star can be easily sensed as a real experience by
the own eye of the observer. Moreover, even various features in the stellar
spectra can be seen directly through a telescope as large as 1-2 m aperture size if a
suitable spectroscope is used.

25

We have developed a unique spectroscopic eyepiece system (Fig.3) for
the GAO 1.5 m telescope (Hashimoto & Taguchi., 2018; Hashimoto & Malasan,
2019) in order to utilize the strong light collecting power of this telescope for the
star gazing as much as possible in the educational activities of the astronomy and
astrophysics. It provides a direct image and a spectrum of target star at two
separate viewing points at the same time. We expect its observers can understand
the meanings of the spectrum and the color in the astrophysics much more easily
by the direct comparison between them using their own eyes.

The spectroscopic eyepiece system is made as small and light as it can be
easily used at the star gazing focus by replacing an ordinary 50.8-mm eyepiece for
usual star gazing events. It has two viewing points. One provides a direct image
on the slit of the spectroscope, and the other shows the spectrum of the same
target processed in the spectroscope in the system. We can easily see the color of
the target in the direct image because a lot of photons gathered by the large
aperture of the telescope are focused on it. Also, the strong light collecting power
of the 1.5 m telescope allows us to see some spectroscopic features in the
colorful image of the spectrum. Observers can compare the color and spectrum
directly at the same time. It should lead to a good understanding of the basics of
astrophysics where spectroscopic observations work very important roles.

Figure 3. Spectroscopic eyepiece system set at the star gazing focus of the GAO
1.5 m telescope. Spectrum and direct images of the target can be seen at the two

separate viewing points respectively at the same time.

26

For example, it should be easy to understand the fact that planets are not
shining by themselves but reflecting solar light essentially. Figure 4 shows the
spectra of Jupiter, Mars and the Moon in addition to the spectrum of a carbon
star V466 Cygni. Although the colors of the direct images of Mars and Jupiter are
not resembled so much, their spectra seem quite similar to the spectrum of the
Moon, which is reflecting the solar light. It shows quite clearly that the origin of
all their light is coming from the Sun. On the other hand, the spectrum of the
carbon star, which is a kind of evolved red giant star, is completely different from
that of Mars while both colors of them in their direct images look quite similar. It
indicates that the carbon star is not reflecting the solar light but shining by itself.
We should be able to estimate the surface temperature of V466 Cyg as about
2500 K from its spectrum. We can see the existence of a lot of carbon molecules
in this star as well, even though we can never touch the stellar body directly, as
some structures in the spectrum such as absorption features indicate the chemical
and physical characteristics of the stellar atmosphere.

Such observational experiences with the spectroscopic eyepiece system re
quite effective for the good understanding of the very basics of the astrophysics
strongly related with the spectroscopic observations. It is not only effective for
the entry level of university students and school teachers but also for the
advanced level of high school students. It is noted in any activities of education
and outreach of the astronomy and astrophysics that the students and all the
people are much impressed and activated through their own experiences using
the real telescopes and instruments that are really used in the active scientific
research. The middle size telescopes which are usually used for the scientific
studies can be the idea tools as well for the education and outreach.

Figure 4. Spectral images of the Moon, Jupiter, Mars and a carbon star V460
Cygni seen at the spectroscopic eyepiece system using the GAO 1.5 m telescope.
Direct images split by the gap of slit in the system are also presented at the right

side, except Jupiter.

27

CONCLUSIONS

From our practical experiences of the scientific activities using the GAO 1.5 m
telescope we have found that such a middle size telescope is not useful and
powerful only in the scientific research of astronomy and astrophysics but also in
the education and outreach in those field. Spectroscopic studies of stars are the
most reasonable choices to utilize the full capability of the middle size telescope,
even if its location may not be ideal for the weather and seeing conditions for the
astronomical observations. Especially, statistical studies which need large samples
of homogeneous data, or time dependent studies of some certain targets of
limited number for long periods are the most suitable. Collaborations with
various observatories can make such studies more effective to get more data and
cover more observation points in time for longer periods. It is not only limited in
the optical wavelengths, but collaborative observations of wider wavelengths
from gamma rays to radio make the studies more fruitful. Moreover, cooperative
observations of transient phenomena using various media other than
electromagnetic waves such as gravitation waves and cosmic particles are getting
more and more important in the most advanced studies of modern astronomy. It
is certain that the middle size telescopes of 1-2 m class are still useful and
effective in the most advanced studies of astronomy and astrophysics in such a
trend.

Since the light gathering power of the middle size telescope whose
aperture exceeds one meter is remarkably strong for the star gazing by the human
eyes, a telescope of such a middle size equipped with a star gazing focus can
provide unique opportunities for the intuitive and effective understanding of the
essences of spectroscopy in the astrophysics by directly feeling the colors and
spectra of various astronomical objects in natural color with own eyes of
observers. Education programs using the spectroscopic eyepiece system
developed for the GAO 1.5 m telescope are useful and effective for the entry
level of university students and school teachers as well as for the advanced level
of high school students. It is noted in addition that the students and all the public
people are much impressed and activated through their own experiences using
the real facilities and instruments which are really used for the active research of
science. It is essentially important for the effective education and outreach to
make the full use of the telescopes also for the scientific research in practice. The
middle size telescopes that are practically used in the studies of cutting edge have
a great potential to became extremely powerful tools for the unique education
and outreach of astronomy and astrophysics.

28

ACKNOWLEDGEMENT

This paper is based on our keynote presentation at the Southeast Asia-
Regional Astronomy Seminar 2021. We are grateful to Saadan Bin Man, Mohd
Saiful Anwar Bin Mohd Nawawi, Mohd Hafiz Bin Mohd Saadon and
Nazhatulshima Binti Ahmad for their kind invitation to this seminar. Osamu
Hashimoto and Hikaru Taguchi are supported by JSPS KAKENHI Grant
Numbers JP16K00996, JP20K03244 and JP20K03266 for the development and
applications of the spectroscopic eyepiece system. A substantial grant on the
period 2002-2008, has been provided by the Hitachi Global Foundation to whom
Hakim L. Malasan would like to record his deepest gratitude.

REFERENCES

1. Abbott B P. et al. (2016) Observation of gravitation waves from a binary
black hole merger, Phys. Rev. Lett. 116: 061102.

2. Funayama H., Itoh Y., Oasa Y., Toyota E., Hashimoto O., Mukai T.
(2009) Metallicity measurements of Pleiades young dwarfs”, Publ. Astron. Soc.
Japan 61: 930-939.

3. Hashimoto O., Malasan H L., Taguchi H., Kurata T., Yamamurao T.,
Takeyama N., Shimizu M. (2006) A high resolution Echelle spectrograph
GAOES on the 150 cm reflector of Gunma Astronomical Observatory, Proc.
Asian-Pacific Regional Meeting 2005 (ARIM2005): 295-296.

4. Hashimoto O., Malasan H L., Taguchi H., Honda S. (2009) Gunma
Astronomical Observatory Echelle Spectrograph (GAOES) in GAO-ITB
collaboration, Proc. ITB-GAO Joint Workshop in Astronomy and Science Education: 45-
49.

5. Hashimoto O., Yamano S., Igarashi A. (2016) Gunma Astronomical
Observatory, a public observatory with a large telescope, Proc. International
Symposium on the NAOJ Museum: 58-64.

6. Hashimoto O., Malasan H L., Kozai Y. (2018) Gunma Astronomical
Observatory and its international activities with south-east Asian countries, J.
Tech. Soc. Sci. 2: No.1:1-10.

7. Hashimoto O., Taghuchi H. (2018) A spectroscopic eyepiece system for
large telescopes at public observatories, Proc. Communicating Astronomy with the
Public 2018 (CAP2018): 56-57.

29

8. Hashimoto O., Malasan H L. (2019) Twenty years of the Gunma
Astronomical Observatory, experimental trials of how to use a 1.5-m telescope at
a public observatory, Journal of Physics. Conf. Series 1231: 012015 (8p.).

9. Ilijić S. (2004) Thoughts about disentangling in wavelength and in
Fourier-space, ASP Conf. Ser. 318: 107-110.

10. Kimura M. et al. (2018) On the nature of long-period dwarf novae with
rare and low-amplitude outbursts, Publ. Astron. Soc. Japan 70: 78 (17p.).

11. Maeda K. et al. (2016) Sodium absorption systems toward SN Ia 2014J
originated in interstellar scale, Astrophys. J. 816: 57 (17p.).

12. Moritani Y., Nogami D., Okazaki A T., Imada A., Kambe E., Honda S.,
Hashimoto O., Ishino Y., Suzuki Y., Tanaka J. (2010) High-dispersion
spectroscopic monitoring of a Be/X-ray binary A0535+26/V725 Tau I: The
long-term profile variability, Mon, Roy. Astron. Soc. 405: 467-476.

13. Moritani Y., Nogami D., Okazaki A T., Imada A., Kambe E., Honda S.,
Hashimoto O., Ichikawa K. (2011) Drastic spectroscopic variability of the Be/X-
ray binary A0535+26/V725 Tau during and after the 2009 giant outburst, Publ.
Astron. Soc. Japan 63: L25-L29.

14. Moritani Y., Nogami D., Okazaki A T., Imada A., Kambe E., Honda S.,
Hashimoto O., Mizoguchi S., Kanda Y., Sadakane K., K Ichikawa K. (2013)
Precessing warped Be disk triggering the giant outbursts in 2009 and 2011 in
A0535+26/V725 Tau, Publ. Astron. Soc. Japan 65: 83 (23p.).

15. Sadakane K., Kambe E., Hashimoto O., Honda S., Sato B. (2013) Disk
origin narrow metallic absorption lines observed during the 2009-1011 eclipse of
ε Aur, Publ. Astron. Soc. Japan 65: L1-L4.

16. Takeda Y., Hashimoto O., Honda S. (2017) Photospheric carbon and
oxygen abundances of F-G type stars in Pleiades cluster, Publ. Astron. Soc. Japan
69: 1 (17p.).

17. Takeda Y., Hashimoto O., Honda S. (2018) Spectroscopic determination
of Capella's photospheric abundances: possible influence of stellar activity,
Astrophys. J. 862: 57 (19p.).

18. Yamanaka M. et al. (2016) OISTER optical and near-infrared
observations of the super-Chandrasekhar supernova candidate SN 2012dn: Dust
emission from the circumstellar shell, Publ. Astron. Soc. Japan 68: 68 (24p.).

30

ARKEOLOGI GALAKSI MELALUI BINTANG HALO

Mohd Hafiz Mohd Saadon
Jabatan Fiqh dan Usul, Akademi Pengajian Islam, Universiti Malaya, 50603

Kuala Lumpur, Malaysia

Abstrak: Melalui kajian dan tinjauan berskala besar seperti Gaia, RAVE,
LAMOST, K2, WEAVE, GALAH dan sebagainya, maklumat sejarah,
perkembangan dan evolusi Bima Sakti lebih mudah diperhati melalui
corak-corak tingkah laku kimia melalui kajian spektroskopi astronomi
dan dinamik bintang-bintang. Dalam kes bintang-bintang halo yang
terletak di halo galaksi iaitu pinggir luaran galaksi, ia dapat memberi
gambaran tentang sejarah galaksi. Antaranya, halo galaksi juga menerima
kemasukan entiti luar melalui proses tokokan dan juga menyaksikan
bintang-bintang hanyut yang pernah menjadi ahli kelompok globul.
Dengan mengulas sorotan literatur daripada pelbagai kajian tinjauan
berskala besar, kertas ini mengulas bagaimana bintang halo menjadi
aspek penting dalam kajian arkeologi galaksi
Kata kunci: Arkeologi galaksi, pembentukan galaksi, evolusi bintang,
kelimpahan kimia, tinjauan berskala besar.

ARKEOLOGI GALAKSI

Konsep “arkeologi galaksi” bukanlah suatu yang asing bagi ahli astronomi tetapi
istilah ini masih kurang dipelopori dan dikenali. Dalam konteks astronomi masa
kini, arkeologi galaksi biasa digunakan untuk menggambarkan penyelidikan
mengenai pembentukan dan sejarah Bima Sakti dan populasi bintangnya.
Sebelum istilah arkeologi galaksi ditempa, bidang kajian ini tidak mempunyai
nama khusus. Antara perintis bidang ini ialah Eggen et al. (1962) dan Searle &
Zinn (1978), serta Tinsley (1980) secara lebih umum mengenali galaksi dan
sejarahnya.

Dalam bentuk yang lebih terkini, gagasan di sebalik “arkeologi galaksi”
memerihalkan tentang bagaimana kita menggunakan sifat bintang tua ataupun
bintang purba untuk membina semula sejarah dengan cara yang sama seperti ahli
arkeologi menggunakan artifak atau "runtuhan", untuk belajar tentang masa lalu.

Mungkin salah satu catatan pertama yang dicetak mengenai penggunaan
kata "arkeologi" dalam konteks astronomi adalah artikel dalam The ESO
Messenger oleh Spite & Spite (1979), iaitu terdapat rujukan untuk "astro-
arkeologi". Istilah "arkeologi galaksi" dalam konteks yang lebih dinamik
digunakan dalam Laporan Suruhanjaya Kesatuan Astronomi Antarabangsa (IAU)
33: Struktur dan dinamik sistem galaksi (Burton 1988), dalam Bahagian 13:

31

“Perhaps it is not too fanciful to imagine a field of galactic archaeology opening up, in
which painstaking sifting of the contents of each element of phase-space will enable us to piece
together a fairly complete picture of how our Galaxy grew to its present grandeur and
prosperity”.

Matlamat arkeologi galaksi adalah untuk mengungkap sejarah Bima Sakti,
yang merupakan galaksi lingkaran yang unik, dengan mengkaji strukturnya dan
menentukan usia dan komposisi kimia bintang-bintangnya. Sebanding dengan ahli
arkeologi yang menafsirkan adat istiadat peradaban kuno berdasarkan artifak,
arkeologi galaksi pula mengumpulkan petunjuk yang ditinggalkan oleh peristiwa
dalam sejarah galaksi berdasarkan sisa-sisa yang dapat dilihat hari ini.

Sepanjang hayat galaksi kita, gas telah diambil dari persekitaran berskala
lebih besar, terkondensasi menjadi bintang, kembali ke medium antara najam, dan
dikitar semula menjadi generasi bintang baru. Keseluruhan populasi bintang pada
masa kini adalah campuran pelbagai peringkat umur dan tahap pengayaan bahan
kimia. Bintang-bintang yang berumur panjang pula yang terbentuk pada masa
awal dahulu masih membawa banyak kekayaan yang terbentuk keika itu,
memberikan catatan arkeologi yang jelas tentang bagaimana bintang-bintang
berjisim rendah terbentuk dari masa ke masa.

Memandangkan bintang dengan jisim yang lebih besar mempunyai jangka
hayat yang lebih pendek, untuk mengkaji mereka kita mesti menyimpulkan sifat-
sifat mereka dengan mengkaji pengayaan kimia yang mereka sumbangkan ke
persekitaran galaksi dan daripada sisa-sisa mereka. Pendekatan yang sama juga
dibuat dengan kawasan luar galaksi yang mempunyai ketumpatan rendah dan
tempoh pergerakan yang panjang. Ia memungkinkan struktur kinematik
dipelihara untuk kebanyakan orbit, berbanding di kawasan bonjolan dan cakera
galaksi yang aktif pergerakan dinamiknya.

Pembentukan dan evolusi galaksi adalah kompleks. Terdapat banyak
faktor penting yang dapat diperhatikan dan banyak proses fizikal yang relevan
untuk dijejaki. Memandangkan kita sudah dapat mencerap Bima Sakti dengan
sangat terperinci, ini adalah fokus usaha yang intensif untuk menggunakan sifat-
sifatnya yang ada kini untuk menguraikan masa lalunya. Oleh itu, kajian arkeologi
galaksi sangat sesuai jika memfokuskan pada populasi bintang tua dalam Bima
Sakti, khususnya kelompok globul dan bintang halo, untuk memberi penerangan
mengenai Bima Sakti dalam perkembangan awalnya.

Terdapat sejumlah pendekatan khusus yang dapat digunakan untuk
membuat kesimpulan mengenai masa lalu Bima Sakti, termasuk penandaan kimia,
pengenalpastian jaluran halo dan sistem leluhurnya, mencari corak dalam
kelimpahan kimia dan kinematik kluster globul dan bintang halo, serta pemetaan
corak kelimpahan unsur bintang miskin logam. Kertas kerja ini akan
memfokuskan bahagian-bahagian yang melibatkan bintang halo untuk menjejaki
sejarah Bima Sakti.

32

PENANDAAN BINTANG

Salah satu pencapaian terbesar astrofizik ialah penemuan bahawa sebahagian
besar unsur kimia adalah terbentuk dalam bintang. Nukleosintesis ialah proses
kompleks yang mengubah nukleus unsus sedia ada menjadi unsur yang lebih
berat. Proses ini berlaku dalam sesebuah bintang apabila unsur paling ringan akan
terbakar atau terlakur di terasnya, dan proses ini berterusan sehingga suhu yang
diperlukan untuk rantaian tindak balas kepada unsur lebih tinggi yang seterusnya
dapat dihasilkan oleh bintang. Dengan menggunakan kaedah spektroskopi, kita
dapat mengesan komposisi kimia yang berada di dalam atmosfera sesebuah
bintang, dan pada masa yang sama mengenal pasti ciri-ciri fizikalnya.

Seperti yang telah dinyatakan dalam bahagian sebelum ini, gagasan di
sebalik arkeologi galaksi adalah bahawa bintang mempunyai ingatan tentang asal
usulnya. Bintang berjisim rendah hidup lebih lama daripada usia alam semesta
yang tercerap, oleh itu, terdapat beberapa buah bintang telah terbentuk pada
masa-masa awal pembentukan alam semesta dan masih bertahan hingga hari ini.
Bintang-bintang tersebut menyimpan catatan fosil dalam atmosfera mereka
terutamanya mengenai persekitaran tempat mereka dilahirkan. Ini kerana
komposisi kimia atmosfera bintang, terutama jika ia belum berkembang dari
jujukan utama, mencerminkan komposisi kimia awan molekul tepat ia terbentuk.

Dalam populasi bintang, tindak balas dari supernova dan kehilangan jisim
semasa evolusi bintang menyumbangkan unsur berat kepada medium antara
bintang. Ia kemudian digabungkan ke dalam generasi bintang seterusnya, maka
setiap generasi bintang muda membina unsur-unsur yang lebih berat dan corak
kelimpahannya pula bergantung kepada persekitaran pembentukannya. Bintang
kuno di dalam Bima Sakti pula merangkumi bintang miskin logam yang paling
ekstrem, yang menunjukkan sejarah awal galaksi kita dengan unsur primitif.

Makanya, pendekatan ini jugai bermaksud akses kepada keadaan fizikal
yang ada pada masa pembentukan bintang. Bagi bintang-bintang yang sangat tua,
keadaannya mungkin sangat berbeza daripada hari ini (seperti contohnya fungsi
jisim awal yang berbeza, dan lain-lain), dan oleh kerana itu bintang-bintang seperti
itu memberi kita ruang menuju awal Alam Semesta (Frebel & Norris 2015).
Sebaliknya, bintang dengan corak kelimpahan kimia serupa mungkin mempunyai
asal usul yang sama. Pencarian "DNA" ini memungkinkan kita mengenalpasti
bintang dengan sejarah yang serupa, dan kaedah dikenali sebagai "penandaan"
kimia.

Kita dapat menggunakan kaedah penandaan kimia peringkat populasi
(Freeman & Bland-Hawthorn, 2002) untuk mengenal pasti bintang-bintang yang
pada awalnya terbentuk dalam galaksi kerdil dan kemudian ditelan oleh Bima
Sakti, kerana kemajuan evolusi kimia amat bergantung terhadap persekitaran
berskala galaksi.

33

Kelimpahan bintang boleh digunakan untuk memahami pelbagai aspek
bintang atau populasi bintang. Freeman dan Bland-Hawthorn (2002)
mengusulkan "penandaan kimia" sebagai cara untuk menggunakan kelimpahan
kimia bintang bagi mengenal pasti kumpulan bintang yang pada awalnya
terbentuk di tempat dan masa yang sama, yang selaras dengan pemahaman kita
bahawa bintang terbentuk secara berkelompok daripada gas yang bercampur
aduk. Sebilangan besar tapak pembentukan bintang dijangka tersebar dengan
masa, tetapi jika bintang dari satu tapak mempunyai corak kelimpahan yang saling
berkaitan antara satu sama lain dan berbeza dari tempat pembentukan bintang
yang lain, ia dapat dihubungkan kembali dalam bentuk ruang kelimpahan. Ting,
Conroy, and Goodman (2015) dan Ting, Conroy, dan Rix (2016) menunjukkan
bahawa katalog data kelimpahan kimia yang besar, homogen dan tepat adalah
sangat penting untuk melaksanakan penandaan kimia terperinci ini di dalam
galaksi, seperti kaedah yang kuat untuk menilai bagaimana corak kelimpahan
bintang yang serupa.

Kedua-dua keseragaman dan keunikan kelimpahan bintang dari satu-satu
tapak pembentukan telah menjadi subjek penyelidikan terkini, dan begitu juga
pengembangan kaedah untuk penandaan kimia. Kajian menarik mengenai
persamaan kimia telah dilakukan oleh Ness et al. (2018), yang membincangkan
fenomena “doppelgänger” atau "pelanduk dua serupa", iaitu pasangan bintang yang
mempunyai corak kelimpahan kimia yang sangat serupa, tetapi tidak terbentuk
bersama-sama. Maka, kaedah ini sangat berguna dalam mengenalpasti bintang-
bintang yang mempunyai asal-usul yang sama, dan lalu merungkai sejarah keadaan
Bima Sakti masa silam.

BINTANG HALO

Galaksi Bima Sakti mempunyai beberapa substruktur yang membentuk
keseluruhan binaanya. Halo najam merujuk kepada komponen halo Bima Sakti
yang mengandungi bintang. Kawasan halo menjangkau jauh di luar daripada
kawasan galaksi paling terang. Bintang halo pula ialah nama yang diberikan
kepada bintang kuno yang mengelilingi bahagian luar Galaksi Bima Sakti, yang
mewakili gugusan bintang terakhir yang akan dijumpai sebelum memasuki
kegelapan dan kekosongan antara galaksi yang sangat luas. Bintang halo
dipercayai bintang tertua di galaksi, paling miskin logam, dan kelilingnya meluas
sekitar 200,000 tahun cahaya di sekitar Bima Sakti, biasanya dikelompokkan
dalam bentuk berkelompok.

Dalam model hirarki pembentukan galaksi yang diterima secara meluas,
halo najam ialah kumpulan pelbagai yang terdiri daripada pembentukan bintang
in situ bersama dengan peristiwa tokokan besar dan kecil dan evolusi dinamik.
Model hierarki pembentukan galaksi ini menentukan bahawa galaksi terbentuk
daripada struktur yang lebih kecil, bergabung sebagai blok bangunan lalu
mengembangkan sistem yang lebih besar, dan akhirnya, seluruh galaksi terbentuk.

34

Rajah 1. Struktur Bima Sakti menunjukkan bahagian halo, yang kebanyakan
penghuninya terdiri daripada bintang tua, kelompok globul dan jaluran bintang.

Ratusan bilion bintang Bima Sakti kita terbentuk selepas melibatkan
percampuran banyak galaksi yang lebih kecil, kerana tarikan graviti mereka.
Kejadian seperti itu disebut peristiwa penggabungan, kerana galaksi kerdil secara
harfiah digabungkan menjadi yang lebih besar. Pada suatu ketika, Bima Sakti
sendiri menjadi begitu besar sehingga peristiwa penggabungan mulai kelihatan
seperti raksasa yang besar menelan yang lebih kecil. Telah diramalkan bahawa
proses penggabungan tersebut akan meninggalkan apa-apa struktur
kemodinamik, termasuk jaluran bintang, di halo galaksi. Jaluran bintang yang
dikaitkan dengan galaksi kerdil Sagittarius, yang ditemui secara kebetulan pada
tahun 1994, adalah contoh utama dari substruktur jenis ini. Walaupun serpihan
terkumpul daripada peristiwa tokokan tersebar, jaluran bintang di kawasan halo
dapat mengekalkan struktur yang koheren dalam jangka masa yang panjang, yang
berpotensi membolehkan kita melihat sejarah penggabungan kecil Bima Sakti.
Jaluran bintang adalah bukti arkeologi utama dari proses pembentukan halo.
Pengembangan tinjauan fotometri, spektroskopi dan astrometri yang berterusan
akan membolehkan kita memperdalam pemahaman kita mengenai bintang halo
dan sejarahnya, akhirnya menjurus kepada pemahaman pembentukan Bima Sakti
secara menyeluruh.

35

Rajah 2. Jaluran bintang di bahagian halo memberi petunjuk akan peristiwa
penggabungan oleh Bima Sakti. (Kredit: NASA)

KELOGAMAN DAN KELIMPAHAN KIMIA BINTANG
Hidrogen, H, dan helium, He, ialah produk utama nukleosintesis Letupan Besar,
dan mereka selalu membentuk sebahagian besar unsur alam semesta. Ahli
astronomi memanggil semua unsur lebih berat daripada helium sebagai "logam"
dan kelimpahan logam berat tersebut dipanggil sebagai kelogaman (metallicity), Z.
Kelogaman, sebagai ukuran bersepadu unsur-unsur yang lebih berat dalam
bintang, adalah petunjuk yang munasabah tentang sejauh mana pengayaan kimia
telah berkembang sebelum pembentukan sesebuah bintang.

Dalam sesebuah bintang pula, kita boleh gunakan pecahan jisim untuk
memahami nisbah kelogaman berbanding unsur H dan He. Kita boleh letakkan
X sebagai pecahan jisim H, Y sebagai pecahan jisim He, dan Z sebagai pecahan
jisim dari semua unsur kimia yang lain (selain H dan He). Oleh itu, dalam bintang,
kita boleh nyatakan:

36

X+Y+Z=1 (1)

Sebagai contoh pula, kita ambil matahari. Matahari mempunyai pecahan

jisim H, X⊙ = 0.738, pecahan jisim He, Y⊙ = 0.2485 dan pecahan jisim yang

lain-lain/kelogaman, Z⊙ = 0.0134. Walau bagaimanapun, kelogaman ini sukar
untuk memperincikan setiap unsur dan membandingkan dengan bintang lain.
Daripada mengukur dan menjumlahkan kelimpahan setiap elemen dalam bintang,
kita menggunakan kelimpahan besi [Fe/H] sebagai proksi untuk keseluruhan
logam. Mempunyai satu proksi tunggal untuk kelimpahan unsur yang berat adalah
suatu tindakan yang wajar kerana banyak unsur, termasuk besi, mempunyai
kelimpahan yang berbeza-beza dalam banyak bintang. [Fe/H] digunakan sebagai
proksi kerana ia mempunyai banyak garis spektrum, dan digunakan sebagai
ukuran kelogaman pada zaman fotometrik awal yang lebih peka pada panjang
gelombang biru iaitu tempat garis-garis spektrum besi menjadi kuat (Wheeler,
Sneden, dan Truran, 1989). Memandangkan peranan utama yang dimainkan oleh
Supernova Jenis Ia dalam evolusi kimia dan terutamanya pembentukan unsur-
unsur berhampiran besi dalam jadual berkala, corak ini juga cenderung berlaku
untuk bintang normal juga.

Sebelum meneruskan perbincangan tentang kelogaman dan kelimpahan
unsur kimia lain dalam bintang-bintang, untuk memudahkan pemahaman, notasi
kelimpahan bintang biasanya dinyatakan sebagai suatu yang relatif atau
perbandingan dengan sesuatu yang lain.

Rajah 3. Jadual berkala unsur kimia menjadi panduan asas bagi pemahaman
sesuatu unsur kimia.

37

Pada asasnya, ϵ(A), iaitu nilai kelimpahan bagi unsur A, dinyatakan secara
berlogaritma dan dibandingkan dengan nilai kelimpahan hidrogen, H, dengan
definisi log ϵ(H) = 12. Oleh itu, ia dinyatakan sebagai:

log ϵ(A) = log(NA/NH) + 12 (2)

Bagi kelimpahan unsur mana-mana bintang, ia biasanya disajikan secara
relatif terhadap nilai-nilai Matahari, dengan menggunakan notasi "kurungan"
tersebut. Dalam notasi ini, [A/H] untuk bintang tertentu mewakili perbezaan
logaritmik antara kelimpahan unsur A berbanding hidrogen dalam bintang itu,
dan kuantiti yang sama diukur untuk Matahari.

[A/H] = log(NA/NH)✱ - log(NA/NH)⊙ = log ϵ(A)✱ - log ϵ(A)⊙ (3)

Kelimpahan "kurungan" ini diukur dalam unit eksponen perpuluhan atau
dex. Sekiranya nisbah nisbah kelimpahan sesuatu unsur A dalam bintang sama
dengan unsur A dalam Matahari, maka [A/H] = 0, dan jika dua bintang berbeza
sebanyak 1 dex dalam [A/H], ini bermaksud bilangan ketumpatan atom A
berbanding dengan H atom dalam dua bintang tersebut berbeza dengan faktor
10.

Contoh lebih mudah, jika bintang ✱ mempunyai kelogaman [Fe/H]✱ = -
1 dex, ia bermaksud bintang ✱ mempunyai kelimpahan besi hanya 1/10
berbanding matahari. Jika bintang itu mempunyai [Fe/H]✱ = 0.5 pula, bintang
tersebut mempunyai 3.16 kali lebih besi daripada Matahari. Jadi, jika [Fe/H]✱ =
0, kedua-dua bintang ✱ dan matahari mempunyai kadar besi yang sama banyak.

Jadual 1. Pengelasan jenis bintang mengikut populasi dan kadar
kelimpahan besi yang ditakrifkan oleh Frebel and Norris (2013).

Jenis bintang Takrifan
Populasi I
Populasi II bintang muda (cakera) kaya logam
Populasi III bintang tua (halo) terbentuk daripada gas rendah
logam
Jenis Suria dianggarkan bintang terawal, terbentuk daripada gas
Miskin logam sifar logam
Sangat miskin logam
Terlampau miskin logam [Fe/H] = 0.0
Ultra-miskin logam -2.0 [Fe/H] < -1.0
Hiper miskin logam -3.0 [Fe/H] < -2.0
-4.0 [Fe/H] < -3.0
-5.0 [Fe/H] < -4.0

[Fe/H] <-5.0

38

Evolusi kelogaman dalam Bima Sakti, atau mana-mana galaksi secara
umum, disebut sebagai evolusi kimia mereka (walaupun unsur-unsur dihasilkan
secara tindak balas nuklear yang tidak melibatkan kimia). Kelogaman sesuatu
bintang pula boleh dijangkakan mempunyai kaitan dengan keadaan ketika ia
terbentuk. Malah, bintang-bintang yang sangat tua terbentuk sebelum ada banyak
generasi bintang, dan oleh itu sebelum banyak letusan supernova, dan begitu juga
terbentuk dari gas yang mengandungi kebanyakan hidrogen dan helium. Tetapi
bintang-bintang yang terbentuk sekarang, akan berkontraksi dari gas yang telah
tercemar oleh supernova, dan oleh itu akan lebih kaya logam. Di dalam Bima
Sakti, bintang-bintang kelompok globul lama, misalnya, biasanya mempunyai
[Fe/H] ~ -1 sehingga sedikit di bawah nilai matahari. Dan kebanyakan bintang
lama di halo juga mempunyai tahap logam yang rendah. Ini dipanggil bintang
populasi II. Sebaliknya, bintang dalam cakera biasanya mempunyai tahap logam
yang lebih tinggi, dan disebut populasi I. Walau bagaimanapun, tiada
pembahagian jelas antara kedua-dua kategori cakera dan halo kerana antara
mereka, beberapa bintang cakera juga mempunyai Z yang rendah.

Baru-baru ini, ahli astronomi mula memburu bintang generasi pertama
yang terbentuk selepas Letupan Besar, yang juga digelar sebagai populasi III.
Bintang halo dengan logam yang paling rendah ketika ini diketahui, mempunyai
[Fe/H] ≈ -5, dan mungkin merupakan salah satu bintang pertama yang terbentuk
di dalam Bima Sakti.

KELOGAMAN DAN KELIMPAHAN KIMIA BINTANG

Pemahaman kita tentang Bima Sakti telah lama didorong oleh kemajuan teknologi
pencerapan. Bima Sakti adalah satu-satunya galaksi yang kita dapat mempelajari
bintang-bintang individu pada semua fasa evolusi secara terperinci. Malah, setiap
peningkatan kemampuan teknologi kita dalam pengumpulan dan analisis data
telah menyebabkan kemajuan yang sesuai dalam pemahaman teori kita mengenai
proses fizikal yang mengatur evolusi galaksi. Kemajuan dalam pengesan dan
optik, peralatan yang mampu multipleks, medan pandangan yang lebih luas, dan
kaedah canggih untuk analisis data yang memanfaatkan peningkatan daya
pengkomputeran yang ketara, semuanya memungkinkan para ahli astronomi
untuk "melihat" gambaran Bima Sakti yang lebih lengkap.

Kajian pemerhatian sebelum era tinjauan besar hanya terbatas pada paling
banyak sampel beberapa ratus bintang, dan akan memusatkan perhatian pada
komponen Bima Sakti tertentu seperti kejiranan Suria atau kelompok globul.
Eggen, Lynden-Bell, dan Sandage (1962), Bond (1970), dan Searle dan Zinn
(1978) ialah penerbitan awal yang sangat penting yang menggunakan sampel
berpuluh hingga beberapa ratus bintang untuk meneroka pembentukan galaksi
melalui analisis kelimpahan kinematik dan kimia.

39

Sejak tahun 1990-an, projek tinjauan berskala besar dan kemudahan
pemerhati khusus telah memainkan peranan yang semakin penting dalam
astronomi. Sloan Digital Sky Survey adalah langkah utama pertama ke arah ini,
diikuti oleh Two Micron All Sky Survey dan banyak lagi sejak itu. Kemajuan
pemerhatian yang besar dalam projek seperti ini memungkinkan pemodelan yang
lebih canggih dan analisis kompleks mengenai struktur Bima Sakti.

Terdapat juga lonjakan pengembangan instrumen untuk memungkinkan
operasi tinjauan skala besar ini. Kemajuan teknologi dalam spektroskopi
multipleks sangat penting bagi arkeologi Galaksi. Tinjauan utama yang mendapat
manfaat daripada kemajuan ini termasuk GALAH (Galactic Archaeology with
HERMES), Gaia-ESO, APOGEE (Apache Point Observatory Galactic
Evolution Experiment), dan RAVE (Radial Velocity Experiment). Setiap projek
ini bertujuan untuk mengumpulkan spektrum untuk sebilangan besar bintang di
dalam Bima Sakti untuk membolehkan penemuan baru dalam arkeologi galaksi,
dan masing-masing mempunyai pengkhususan masing-masing berkat perincian
garis lintang, penyediaan instrumen, dan strategi pemilihan sasaran mereka, yang
kemudiannya berkeupayaan untuk melengkapi satu sama lain.

Contoh yang paling baik bagi tinjauan berskala besar ini ialah Gaia. Gaia
ialah misi satelit Agensi Angkasa Eropah yang mengumpulkan gambar dan
spektrum di seluruh langit untuk menghasilkan katalog astrometri dan fotometri
yang sangat besar dan tepat untuk Bima Sakti dan jiran terdekatnya, dan untuk
menentukan parameter bintang asas. Ia memungkinkan kita untuk mengira jarak
dan orbit, dan memilih bintang halo secara kinematik.

Pelancaran data Gaia terbaru eDR3 pada tahun 2020 merangkumi data
fotometri, kedudukan, gerakan wajar dan paralaks untuk sekitar 1.3 bilion buah
bintang dengan katalog yang diperluas dan ketepatan yang lebih baik. Data Gaia
membolehkan para ahli astronomi menyiasat struktur dan dinamik Bima Sakti
dengan lebih terperinci daripada sebelumnya. Kajian seperti Belokurov et al.
(2018) dan Helmi et al. (2018) dapat menyiasat peristiwa tokokan utama dalam
sejarah Bima Sakti, dan menggabungkan data Gaia dengan spektroskopi
membolehkan kajian lebih dekat termasuk untuk jaluran bintang dan galaksi
kerdil Kumpulan Tempatan.

Dalam dekad berikutnya ini, generasi baru tinjauan beresolusi tinggi dan
berskala lebih besar akan dimulakan, dengan menggunakan teleskop yang lebih
besar, multipleks yang lebih tinggi, dan reka bentuk instrumen baru untuk
mengumpulkan lebih banyak data dan menjawab pertanyaan dalam arkeologi
galaksi dengan lebih terperinci. Projek termasuk WEAVE (William Herschel
Telescope Enhanced Area Velocity Explorer), 4MOST (4-metre Multi-Object
Spectroscopic Telescope), DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), MSE
(Maunakea Spectroscopic Explorer) dan PFS (Subaru Prime Focus Spectrograph)
akan membolehkan pandangan yang lebih luas dan mendalam mengenai tingkah
laku dan sejarah Bima Sakti berbanding yang mungkin dapat dilakukan kini.

40

KESIMPULAN

Arkeologi galaksi ialah bidang kajian astronomi yang menyelidik sejarah galaksi
melalui bintang-bintang individu dan juga substruktur galaksi yang menjadi
peninggalan daripada peristiwa pembentukan silam. Kemajuan teknologi cerapan
dan pembangunan komputer berkuasa tinggi yang semakin canggih mampu
menggalakkan bidang arkeologi galaksi dengan melihat pelbagai aspek dan
mempelopori perbatasan yang mungkin tidak mampu dicapai sebelum ini. Dalam
pada masa yang sama, bintang halo merupakan subjek kajian yang paling sesuai
untuk kita mengkaji sejarah pembentukan dan perkembangan Bima Sakti, di
samping memahami peristiwa-peristiwa penggabungan yang pernah berlaku suatu
masa dahulu.

RUJUKAN

1. Belokurov, V., Erkal, D., Evans, N. W., Koposov, S. E., & Deason, A. J.

(2018). Co-formation of the disc and the stellar halo★. Monthly Notices of the

Royal Astronomical Society, 478(1), 611–619.

https://doi.org/10.1093/mnras/sty982

2. Bond, H. E. (1970). A Search for Metal-Deficient Stars. The
Astrophysical Journal Supplement Series, 22, 117.
https://doi.org/10.1086/190220

3. Eggen, O. J., Lynden-Bell, D., & Sandage, A. R. (1962). Evidence from
the motions of old stars that the Galaxy collapsed. The Astrophysical Journal,
136, 748. https://doi.org/10.1086/147433

4. Frebel A., Norris J.E. (2013) Metal-Poor Stars and the Chemical
Enrichment of the Universe. In: Oswalt T.D., Gilmore G. (eds) Planets, Stars
and Stellar Systems. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-007-
5612-0_3

5. Frebel, A., & Norris, J. E. (2015). Near-Field Cosmology with Extremely
Metal-Poor Stars. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 53(1), 631–
688. https://doi.org/10.1146/annurev-astro-082214-122423

6. Freeman, K. and J. Bland-Hawthorn (Sept. 2002). “The New Galaxy:
Signatures of Its Formation”. In: Annual Reviews of Astronomy & Astrophysics
40, 487–537.
7. Helmi, A., Babusiaux, C., Koppelman, H. H., Massari, D., Veljanoski, J.,
& Brown, A. G. A. (2018). The merger that led to the formation of the Milky
Way’s inner stellar halo and thick disk. Nature, 563(7729), 85–88.
https://doi.org/10.1038/s41586-018-0625-x

41

8. Ness, M., Rix, H. W., Hogg, D. W., Casey, A. R., Holtzman, J.,
Fouesneau, M., Zasowski, G., Geisler, D., Shetrone, M., Minniti, D., Frinchaboy,
P. M., & Roman-Lopes, A. (2018). Galactic Doppelgängers: The Chemical
Similarity Among Field Stars and Among Stars with a Common Birth Origin.
The Astrophysical Journal, 853(2), 198. https://doi.org/10.3847/1538-
4357/aa9d8e
9. Searle, L., & Zinn, R. (1978). Compositions of halo clusters and the
formation of the galactic halo. The Astrophysical Journal, 225, 357.
https://doi.org/10.1086/156499
10. Ting, Y. S., Conroy, C., & Rix, H. W. (2015). APOGEE CHEMICAL
TAGGING CONSTRAINT ON THE MAXIMUM STAR CLUSTER MASS
IN THE α-ENHANCED GALACTIC DISK. The Astrophysical Journal,
816(1), 10. https://doi.org/10.3847/0004-637x/816/1/10
11. Ting, Y. S., Conroy, C., & Goodman, A. (2015). PROSPECTS FOR
CHEMICALLY TAGGING STARS IN THE GALAXY. The Astrophysical
Journal, 807(1), 104. https://doi.org/10.1088/0004-637x/807/1/104
12. Wheeler, J. C., & Sneden, C. (1989). Abundance Ratios as a Function of
Metallicity. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 27(1), 279–349.
https://doi.org/10.1146/annurev.aa.27.090189.001431

42