Modul Praktikum LabAs Lanjut

Modul Praktikum

Pengukuran Parameter Atmosfer

Tim Dosen Pengampu Mata Kuliah Laboratorium Astronomi Lanjut
Program Studi Sains Atmosfer dan Keplanetan
Institut Teknologi Sumatera (ITERA)
Tahun 2022

Modul praktikum ini merupakan salah satu dari seri modul
praktikum mata kuliah Laboratorium Astronomi Lanjut (AK3231) di
Program Studi Sains Atmosfer dan Keplanetan. Modul praktikum ini
berfokus pada penjelasan metode pengukuran parameter atmosfer
dalam pengamatan astronomi. Parameter atmosfer dalam
pengamatan astronomi dibutuhkan untuk mengetahui besar
penyerapan cahaya bintang oleh atmosfer Bumi. Adapun parameter
atmosfer yang dijelaskan dalam modul praktikum ini adalah
kecerlangan langit dan ekstingsi atmosfer.

A. Tujuan
Tujuan praktikum pengukuran parameter atmosfer dalam mata

kuliah Laboratorium Astronomi Lanjut yaitu:
1. Mahasiswa memahami teknik pengukuran ekstingsi atmosfer.
2. Mahasiswa memahami teknik pengukuran kecerlangan langit (sky

brightness).

B. Instrumen Pengamatan dalam praktikum
Instrumen pengamatan yang digunakan

pengukuran parameter atmosfer yaitu:
1. ITERA Robotic Telescope (IRT)
2. Kamera CCD
3. Filter UBVRI
4. PC atau Laptop

C. Dasar Teori
1. Ekstingsi Atmosfer (Atmospheric Extinction)

Ekstingsi atmosfer merupakan salah satu parameter atmosfer
yang menyebabkan kecerlangan objek langit yang diamati
mengalami peredupan. Peredupan ini terjadi karena foton dari objek
langit yang melewati atmosfer Bumi mengalami penyerapan.
Besarnya penyerapan oleh atmosfer Bumi perlu diketahui untuk
melakukan pengamatan fotometri absolut.

Dalam pengukuran ekstingsi atmosfer, nilai koefisien ekstingsi
perlu dicari untuk setiap filter (UBVRI). Nilai koefisien ekstingsi ini
dapat dicari dengan melakukan fitting linear pada plot nilai
magnitudo instrumen terhadap air mass. Fungsi linear yang diperoleh
memiliki nilai gradien (slope) yang merupakan nilai koefisien ekstingsi
atmosfer untuk setiap filter yang berbeda. Besarnya nilai air mass
bergantung pada jarak zenith. Semakin besar jarak zenith, maka nilai
air mass semakin besar. Nilai air mass cukup kecil pada jarak zenith <
45°, mendekati 2 pada jarak zenith 60° dan semakin meningkat tajam
pada jarak zenith > 60° [1]. Berikut adalah ilustrasi plot data magnitudo
instrumen terhadap air mass untuk mendapatkan nilai koefisien
ekstingsi dan magnitudo instrumen di luar atmosfer Bumi.

Gambar 1. Plot Magnitudo Semu Terhadap Air Mass [1]
2. Kecerlangan Langit (Sky Brightness)

Dalam pengamatan astronomi, citra yang diperoleh tidak hanya
berupa objek langit, namun ada juga langit latar belakang. Langit latar
belakang ini memiliki nilai kecerlangan atau magnitudo yang
mempengaruhi kenampakan objek langit yang diamati. Nilai

kecerlangan langit ini diukur dalam luas area langit sebesar 1 detik
busur x 1 detik busur (arcsec2), sehingga satuan dari kecerlangan
langit yaitu magnitudo per detik busur kuadrat / magnitude per
arcsec square (mag/arcsec2).

Pengukuran kecerlangan langit perlu dilakukan untuk
mengetahui seberapa besar tingkat kecerlangan langit di suatu lokasi
pengamatan atau observatorium. Kecerlangan langit malam yang
semakin meningkat menunjukkan adanya peningkatan polusi cahaya
di sekitar lokasi pengamatan atau observatorium. Hal ini akan
mengurangi visibilitas objek-objek langit, sehingga pengamatan
astronomi akan menjadi terganggu. Berikut adalah contoh
kenampakan langit malam ketika ada polusi cahaya dan tidak
(Gambar 1).

Gambar 1. Kenampakan Langit Malam Sebelum dan Selama Peristiwa
Pemadaman Total di Northeast, Amerika Serikat pada tahun 2003 [2]
C. Prosedur Pengukuran Parameter Atmosfer
1. Pengukuran Ekstingsi Atmosfer

Pengukuran ekstingsi atmosfer dalam praktikum ini dilakukan
dengan melakukan pengamatan bintang-bintang standar fotometri

UBVRI di sekitar ekuator langit. Daftar bintang-bintang standar
fotometri UBVRI dapat diambil dari katalog bintang yang disusun oleh
Landolt [1] pada tahun 2009 (link katalog lihat pada Referensi). Berikut
prosedur pengukuran ekstingsi atmosfer:
a. Tentukan bintang standar fotometri UBVRI yang akan diamati.

Pastikan bintang yang diamati memiliki altitude (tinggi) maksimal
60°.
b. Lakukan pengambilan citra bintang untuk setiap filter (U,B,V,R, dan
I). Waktu integrasi yang digunakan harus menyesuaikan
magnitudo bintang yang diamati. Pastikan agar citra yang diambil
tidak mengalami over exposure.
c. Pengambilan citra bintang dilakukan pada ketinggian bintang
minimal 20° dan tinggi maksimalnya 60° dengan interval
pengambilannya setiap 5° untuk langit di sebelah timur dan barat
meridian.
d. Ambil citra bintang standar fotometri UBVRI untuk masing-masing
filter (U,B,V,R,I). Jumlah citra yang diambil untuk masing-masing
filter setiap jarak zenith yang telah ditetapkan minimal 5 buah.
Dengan demikian, jumlah citra untuk masing-masing filter adalah 5
x 8 = 40 citra. Total citra mentah yang diambil adalah 40 x 5 = 200
citra.
e. Setelah citra untuk masing-masing filter telah diambil, selanjutnya
ambil citra kalibrasi (dark, flat, dan bias). Jumlah masing-masing
citra kalibrasi yang diambil adalah minimal 10 buah. Khusus citra
kalibrasi flat harus diambil untuk masing-masing filter.
f. Kemudian, lakukan pemrosesan citra untuk mendapatkan citra
bintang standar fotometri yang sudah bersih.
g. Selanjutnya, gunakan metode aperture photometry untuk
mendapatkan nilai magnitudo instrumen bintang standar fotometri
yang telah diperoleh.
h. Setelah mendapatkan magnitudo instrumen untuk masing-masing
filter, buatlah tabel seperti berikut:

Tabel 1. Magnitudo Instrumen

Filter Magnitudo Jarak Zenith (z) Air Mass (χ)
U -10,32 70° ….
-9,76 65° ….
B -8,21 60°
V -8,05 ….
….

i. Untuk menghitung nilai air mass, gunakan persamaan berikut [2]:

χ = − 0, 0018167 ( − 1) − 0, 002875( − 1)2 − 0, 0008083( − 1)3

Di mana:
χ = air mass
z = jarak zenith

j. Kemudian, buatlah plot magnitudo instrumen vs air mass untuk
setiap filter dan lakukan fitting linear. Berikut adalah contoh plot
magnitudo instrumen vs air mass untuk salah satu filter (Gambar
2):

Gambar 2. Plot Magnitudo Instrumen vs Air Mass

k. Apabila plot magnitudo instrumen vs air mass beserta fungsi
linearnya sudah diperoleh, maka kita akan mendapatkan koefisien
ekstingsi untuk masing-masing filter dan magnitudo instrumen di
luar atmosfer Bumi. Fungsi linear y = ax + b dalam plot tersebut
adalah m = kχ + m0, di mana m merupakan magnitudo instrumen, k
adalah koefisien ekstingsi, χ adalah air mass, dan m0 adalah
magnitudo instrumen di luar atmosfer Bumi.

l. Untuk mendapatkan nilai magnitudo zero point (mzp), maka
persamaan yang digunakan adalah mzp = mstandar katalog - m0.

m. Dengan menggunakan mzp, kita juga dapat menghitung
magnitudo bintang lain dengan menggunakan persamaan mbintang
= mzp + m .instrumen0

2. Pengukuran Kecerlangan Langit (Sky Brightness)
Pengukuran kecerlangan langit dapat dilakukan dengan

menghitung nilai intensitas langit latar belakang dari suatu citra.
Berikut prosedur pengukuran kecerlangan langit:
a. Pengukuran kecerlangan langit dalam praktikum ini dilakukan

dengan menggunakan filter UBVRI untuk mendapatkan nilai
kecerlangan langit di masing-masing filter.

b. Setelah filter terpasang, lakukan pengamatan ke arah zenith. Ambil
citra untuk masing-masing filter minimal 5 buah citra.

c. Kemudian, ambil citra kalibrasi (dark, flat, dan bias). Jumlah
masing-masing citra kalibrasi yang diambil adalah minimal 5 buah.
Khusus citra kalibrasi flat harus diambil untuk masing-masing filter.

d. Lakukan proses reduksi citra hingga tidak ada noise pada citra.
e. Selanjutnya, dengan menggunakan perangkat lunak pengolahan

citra, buat Region of Interest (ROI) pada citra dengan ukuran 1 detik
busur x 1 detik busur. Pastikan dalam ROI tersebut tidak ada
bintang yang nampak.
f. Hitung nilai intensitas langit (Isky) pada ROI yang sudah dibuat. Nilai
intensitas yang digunakan adalah total intensitas.
g. Setelah mendapatkan Isky, maka dengan nilai magnitudo zero point
(mzp) yang telah diperoleh pada saat pengukuran ekstingsi
atmosfer, kita dapat menghitung kecerlangan langit dengan
persamaan SB = mzp - 2,5log10 Isky. Di mana SB adalah sky brightness
atau kecerlangan langit dan Isky adalah intensitas langit yang
diperoleh.
Latihan
1. Pilihlah 2 bintang standar fotometri UBVRI yang berada pada

deklinasi 0° dan -30°. Lakukan pengukuran ekstingsi atmosfer
dengan menggunakan 2 bintang standar fotometri UBVRI
tersebut!
2. Lakukan pengukuran kecerlangan langit dengan menggunakan
magnitudo zero point pada soal nomor 1. Bandingkan hasil
pengukuran kecerlangan langit dengan skala Bortle dan buatlah
analisis singkat tentang hubungan nilai kecerlangan langit
dengan polusi cahaya!

Referensi:
[1] Palmer, J. dan Davenhall, A.C., 2001, The CCD Photometric

Calibration Cookbook, Council for the Central Laboratory of the
Research Councils
(http://star-www.rl.ac.uk/docs/sc6.htx/sc6.html#XHARDIE62)
[2] International Dark-Sky Association, Light Pollution,
(https://www.darksky.org/light-pollution/)
[3] Arlo U. Landolt, 2009, UBVRI PHOTOMETRIC STANDARD STARS
AROUND THE CELESTIAL EQUATOR: UPDATES AND ADDITIONS,
The Astronomical Journal, 137:4186–4269, 2009 May.
Link katalog:
(https://vizier.cds.unistra.fr/viz-bin/VizieR?-source=J/AJ/137/4186)