fotometri pleiades menggunakan kamera dslr

Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 3, Desember 2015
FOTOMETRI PLEIADES MENGGUNAKAN KAMERA DSLR
Iman Firmansyah1,*), Rhorom Priyatikanto2, Judhistira Aria Utama1
1
Departemen Pendidikan Fisika FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia, Jl. Dr. Setiabudhi No. 229, Bandung
40154
2
Pusat Sains Antariksa (Pussainsa) LAPAN, Jl. Dr. Djunjunan No. 133, Bandung 40173
*) Email: [email protected]
Abstrak
Salah satu cabang penelitian dalam bidang astronomi adalah pekerjaan fotometri, yakni pengukuran
secara akurat kecerahan dari suatu objek langit pada panjang gelombang tertentu. Dengan semakin
populernya kamera Digital Single Lens Reflex (DSLR) sebagai alat perekam citra, maka sangat
memungkinkan melakukan pekerjaan fotometri berbasis kamera DSLR dengan sensor CMOS sebagai
instrumen alternatif selain kamera Charge Coupled Device (CCD). Objek yang diamati dalam
penelitian ini adalah gugus terbuka M45 (Pleiades Cluster), salah satu gugus terbuka yang paling
populer yang ada di rasi Taurus. Citra DSLR medan luas diolah menggunakan perangkat lunak IRIS
guna mendapatkan citra pita B, G dan R. Fitur fotometri bukaan IRIS juga digunakan untuk
memperoleh nilai magnitudo instrumen bintang-bintang yang ada dalam citra. Transformasi dari
sistem Bayer BGR menjadi sistem Johnson-Cousins BVR dilakukan menggunakan persamaan polinom
dengan koefisien yang ditentukan melalui regresi linear multivariat. Diagram warna magnitudo yang
dikonstruksi dari magnitudo hasil transformasi menunjukkan profil deret utama yang jelas. Dari hasil
ini, dapat dideduksi bahwa fotometri DSLR dapat digunakan untuk keperluan ilmiah setelah melalui
transformasi yang tepat.
Kata kunci : kamera DSLR, gugus terbuka M45, fotometri bukaan, transformasi magnitudo
Abstract
One branch of research in the field of astronomy is photometry, that is the measurements of the
brightness of astronomical object in specific wavelength. With the growing popularity of Digital
Single Lens Reflex (DSLR) cameras as instrument for image recording, it’s possible to do
photometrical works using DSLR cameras with CMOS sensors as the alternative instruments to
Charge Coupled Device (CCD) cameras. The object of this research is open cluster M45 (Pleiades
Cluster), one of the most popular open cluster in Taurus constelation. Wide field image taken using
DSLR camera was processed using IRIS software in order to get B, G and R frames. IRIS aperture
photometry tool was also used to obtain instrumental magnitude of stars in the image. Transformation
from Bayer BGR to standard Johnson-Cousins BVR system has been done using polinomial equation
with coefficients determined through multivariate linear regression. Color magnitude diagram
constructed using the transformed magnitudes shows a clear main sequence profile. From this result,
it can be deduced that DSLR photometry can be used for scientific purpose after going through proper
transformation.
Keywords: DSLR camera, M45 open cluster, aperture photometry, magnitude transformation
1. Pendahuluan
Fotometri merupakan cabang sains yang
berkenaan dengan pengukuran energi foton. Dari
sini, yang dimaksud dengan fotometri astronomi
adalah peneraan secara akurat radiasi elektromagnet
objek langit pada panjang gelombang tertentu
(monokromatik)[1].
Pada pekerjaan fotometri
astronomi secara profesional, umumnya digunakan
kamera berbasis CCD (Charge Coupled Device)
sebagai sensor yang dipasangkan pada teleskop optik.
Kamera CCD biasa dilengkapi dengan filter pita
sempit yang telah terbakukan, misalnya sistem filter
Johnson-Cousins UBVRI (UV, Blue, Visual, Red,
Infrared).
Saat ini penggunaan kamera DSLR (Digital
Single Lens Reflex) dalam pemotretan sudah semakin
populer. Bagian terpenting dari kamera DSLR yang
menyebabkan kamera jenis ini memiliki keunggulan
adalah sensor CMOS (Complementary Metal-Oxide
Semiconductor) yang dimilikinya. Dibandingkan
dengan detektor CCD, detektor CMOS ini lebih
kompak, lebih ringan dan lebih tahan terhadap radiasi
partikel[2]. Selain hal tersebut, keunggulan lain yang
dimiliki oleh kamera DSLR jika dibandingkan dengan
1
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 3, Desember 2015
kamera CCD adalah harganya yang relatif lebih
murah dan lebih mudah didapat.
Kamera DSLR dengan sensor CMOS semakin
banyak digunakan untuk keperluan ilmiah, termasuk
dalam bidang astronomi. Salah satunya dalam
pekerjaan fotometri. Namun sistem fotometri yang
dihasilkan berbeda dengan sistem fotometri baku
Johnson-Cousins. Atas dasar hal tersebut, Park et al.
[3] telah melakukan penelitian tentang persamaan
transformasi magnitudo dari sistem filter Bayer BGR
ke sistem filter Johnson-Cousins BVR hasil
pemotretan citra menggunakan kamera DSLR. Objek
yang dijadikan penelitiannya adalah gugus bintang
M52 dan IC4665. Dari hasil penelitian tersebut
diperoleh bahwa diagram warna magnitudo yang
dihasilkan dari persamaan transformasi magnitudo
ternyata mirip dengan diagram warna magnitudo yang
dihasilkan dari hasil observasi menggunakan kamera
CCD. Atas dasar hal tersebut, maka akan sangat
memungkinkan melakukan pekerjaan fotometri
profesional dengan menggunakan kamera DSLR.
Penelitian ini berfokus pada pengolahan citra
M45 hasil pemotretan menggunakan kamera DSLR
yang dilakukan oleh peneliti dari Pusat Sains
Antariksa (Pussainsa) LAPAN. Dari citra tersebut
dapat diekstrak data berupa intensitas dan magnitudo
instrumen bintang – bintang yang ada dalam citra.
Magnitudo
instrumen
tersebut
kemudian
ditransformasi menjadi magnitudo terkalibrasi dalam
sistem fotometri standar sehingga hasilnya dapat
dibandingkan dengan magnitudo baku yang ada
dalam katalog. Setelah nilai magnitudo terkalibrasi
didapatkan maka dapat dibangun diagram warna
magnitudo. Diagram warna magnitudo hasil
transformasi tersebut kemudian dibandingkan dengan
kurva model isochrone yang sesuai untuk melihat
seberapa baik kecocokan antara keduanya.
tiga filter warna yang berbeda yaitu filter B, G dan
R menggunakan perangkat lunak IRIS.
2. Ekstraksi Magnitudo Instrumen
Magnitudo
instrumen
diperoleh
dengan
menggunakan
metode
fotometri
bukaan
berbantuan perangkat lunak IRIS. Proses ini
dilakukan pada masing – masing citra dalam filter
warna B, G dan R sehingga setiap bintang
memiliki tiga buah nilai intensitas dan magnitudo
instrumen (Bins, Gins, Rins).
Teori
Citra M45
Decoding dan dekomposisi Citra M45
Fotometri bukaan
Magnitudo instrumen dalam filter Bayer
BGR (Bins,Vins,Rins)
Regresi linear
multivariat
Magnitudo instrumen terkalibrasi dalam
filter Johnson-Cousins BVR(Bcal,Vcal)
Diagram warna magnitudo hasil
observasi
2. Metode Penelitian
Secara umum penelitian ini berbasis pengolahan
data. Objek yang diamati adalah gugus terbuka M45
(Pleiades). Variabel terukur dalam penelitian ini
adalah data intensitas dan magnitudo semu dari
bintang yang kemudian diolah hingga menjadi
diagram warna magnitudo. Diagram alir penelitian
ditunjukkan oleh Gambar 1.
2.1 Data Observasi
Citra M45 yang digunakan dalam penelitian ini
adalah citra yang dipotret oleh peneliti dari Pusat
Sains Antariksa (Pussainsa) LAPAN menggunakan
kamera DSLR merk Canon EOS 700D dengan setting
exposure 2,5 detik dan ISO 3200 yang dipasangkan
pada teleskop William Optics 60 mm.
2.2 Prosedur Penelitian
1. Decoding dan dekomposisi citra M45
Pengolahan citra mentah menjadi citra yang siap
diolah (decoding) dan dekomposisi citra menjadi
Isochrone Fitting
Gambar 1. Diagram alir penelitian
3. Perolehan Magnitudo Terkalibrasi
Magnitudo terkalibrasi ini diperoleh dengan
menggunakan persamaan transformasi sebagai
berikut[3] :
(1)
(2)
Bcal dan Vcal merupakan magnitudo terkalibrasi
dalam sistem fotometri baku Johnson-Cousins
BVR, Bins, Gins dan Rins merupakan magnitudo
instrumen dalam sistem filter Bayer BGR
2
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 3, Desember 2015
sedangkan yang lainnya merupakan konstanta
yang nilainya dicari menggunakan metode regresi
linear multivariat dengan bantuan magnitudo baku
bintang standar dan chart pembanding. Adapun
data pembanding diperoleh dari katalog Tycho2
[4] dan dari katalog E. Hertzprung[6]. Di dalam
katalog Tycho2, terdapat 22 bintang yang
bersesuaian dengan bintang yang terdeteksi dalam
citra DSLR, sedangkan dari katalog E. Hertzprung
berisikan 15 bintang yang digunakan sebagai
pelengkap.
standar sebanyak 37 buah, 22 bintang dari katalog
Tycho2 dan 15 bintang dari katalog E. Hertzprung
sedangkan sisanya adalah bintang non standar. Data
37 bintang standar tersebut digunakan untuk proses
regresi linear multivariat. Dari proses regresi linear
multivariat, diperoleh persamaan transformasi sebagai
berikut :
(3)
(4)
4. Isochrone Fitting
Setelah memperoleh nilai magnitudo terkalibrasi,
dapat dibangun diagram warna magnitudo.
Diagram warna magnitudo yang dibangun dari
proses
transformasi
kemudian
dilakukan
pencocokan dengan isochrone yang sesuai[5]
dengan parameter fisik gugus M45.
Persamaan (3) dan (4) diterapkan terlebih dahulu
pada 37 bintang standar dan dapat dirajah grafik
hubungan antara magnitudo instrumen dan magnitudo
terkalibrasi
3. Hasil dan Pembahasan
Magnitudo instrumen bintang – bintang yang
dianalisis diperoleh dari tiga filter warna yang
berbeda. Pada masing – masing citra dalam ketiga
filter tersebut, diambil data magnitudo instrumen dan
intensitas dari 86 bintang, termasuk didalamnya
bintang standar dan non standar. Hasil rajah diagram
warna magnitudo dari 86 bintang tersebut adalah
sebagai berikut :
Gambar 3. Grafik hubungan antara magnitudo baku
katalog dengan magnitudo terkalibrasi bintang
standar filter B
Gambar 2. Diagram warna magnitudo instrumen
Diagram warna magnitudo pada Gambar 2 belum
dapat dibandingkan dengan kurva isochrone karena
masih dalam sistem fotometri yang bukan standar dan
belum dikoreksi terhadap kondisi pengamatan seperti
ekstingsi atmosfer dan sebagainya.
Proses transformasi magnitudo instrumen (Bins,
Gins) menjadi magnitudo terkalibrasi (Bcal, Vcal) adalah
dengan menggunakan persamaan (1) dan (2). Untuk
memperoleh koefisien yang tidak diketahui dalam
kedua persamaan tersebut, digunakan metode regresi
linear multivariat berbantu perangkat lunak SPSS.
Dari 86 bintang yang sudah diambil data magnitudo
instrumen dan intensitasnya, terdeteksi bintang
Gambar 4. Grafik hubungan antara magnitudo baku
katalog dengan magnitudo terkalibrasi bintang
standar filter V
3
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 3, Desember 2015
Gambar 5. Grafik hubungan antara indeks warna
baku katalog dengan indeks warna terkalibrasi
Terlihat bahwa sebaran data pada Gambar 5 cukup
lebar jika dibandingkan dengan Gambar 3 dan
Gambar 4. Hal ini disebabkan karena untuk indeks
warna tidak dilakukan proses transformasi secara
langsung, sehingga nilai indeks warna yang diperoleh
bukanlah berdasarkan hasil model dari regresi linear
seperti halnya pada magnitudo terkalibrasi. Akibatnya
nilai indeks warna yang dihasilkan bersifat lebih
menyebar terhadap indeks warna magnitudo katalog.
Dihitung pula selisih antara nilai magnitudo baku
katalog dengan magnitudo terkalibrasi (residual
magnitudo) bintang standar dan diperoleh hasil
sebagai berikut :
Tabel 1. Residual magnitudo filter B, filter V dan
indeks warna bintang standar
Rata-rata
Residual
filter B
0,2472
Residual
filter V
0,2778
Residual
indeks warna
0,1554
Maksimum
1,0800
0,8892
0,5398
Minimum
0,0045
0,0076
0,0008
SD
0,2278
0,2171
0,1296
Parameter
Gambar 6. Diagram warna magnitudo terkalibrasi
untuk seluruh bintang
Diagram warna magnitudo terkalibrasi dicocokkan
dengan isochrone yang sesuai dengan parameter fisik
gugus M45. Berikut disajikan beberapa parameter
fisik yang digunakan dalam proses pencocokan
berdasarkan database dari Web Base Donnes Amas
(WEBDA).
Tabel 2. Parameter fisik gugus M45
Parameter fisik
8,131
Log Age (Log t)
5,97
Modulus jarak (mag)
0,03
Reddening (mag)
Dari Tabel 2 diperoleh nilai Log t = 8,131. Nilai ini
bersesuaian dengan model kurva isochrone gugus
bintang berusia 1,35 x 108 tahun. Kemudian dalam
proses pencocokan dimasukkan pula nilai modulus
jarak (m-M) sebagai acuan dalam menggeser kurva
isochrone pada sumbu Y dan reddening atau ekses
warna (E(B-V)) pada sumbu X. Dari proses
pencocokan ini diperoleh hasil sebagai berikut :
Setelah persamaan transformasi diterapkan pada
bintang – bintang standar, kemudian persamaan
transformasi tersebut diterapkan pada seluruh bintang
yang diamati dalam citra M45 (86 buah). Selanjutnya
dibangun diagram warna magnitudo dari seluruh
bintang.
Gambar 7. Perbandingan kurva isochrone (ungu)
terhadap data pengamatan (biru) dan magnitudo
baku katalog (kuning)
4
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 3, Desember 2015
Park, W et al. (2015). Photometry
Transformation from BGR Bayer Filter System
to Johnson-Cousins BVR Filter System. arXiV:
1501.04778v1
[3] Nick, W. (2010). CCD and CMOS Sensors. ISSI
Scientific Report Series, ESA/ISSI. ISBN 97892-9221-938-8, p.391-408
[4] Hogg, E et al. (2000). The Tycho-2 Catalogue of
The 2,5 Million Brightest Stars. Astronomy and
Astrophysics v.335 p.L27-L30
[5] Bressan, A et al. (2012). PARSEC : Stellar
Tracks and Isochrones with the PAdova and
Trieste Stellar Evolution Code. Monthly Notices
of The Royal Astronomical Society Volume 427
Issue 1 pp. 127-145
[2]
Berdasarkan Gambar 7, terlihat bahwa profil
diagram magnitudo baku katalog sebagian besar
bintang-bintangnya benar-benar mengikuti profil dari
kurva isochrone. Hal ini dapat digunakan sebagai
acuan bahwa kurva model isochrone yang dipilih
sesuai dengan gugus bintang yang diamati. Kemudian
secara umum terlihat bahwa data pengamatan
mengikuti profil yang serupa dengan kurva isochrone
yaitu pada bagian deret utama. Namun sebagian besar
bintang yang teramati ternyata berada pada sumbu
vertikal yang sedikit lebih atas dari kurva isochrone
sehingga secara umum bintang – bintang yang
teramati dalam citra nampak lebih terang daripada
seharusnya, terutama untuk 5 buah bintang hasil
pengamatan yang berada di posisi lebih kiri dari kurva
isochrone. Hal ini mungkin terjadi karena efek
blooming yang ada pada sensor CMOS, artinya terlalu
banyak foton yang membanjiri piksel dan
mengakibatkan kelima bintang yang paling terang
tersebut terekam lebih terang dari seharusnya.
Pencocokan data pengamatan dengan kurva
isochrone ini merupakan tahapan terakhir dalam
mengevaluasi pekerjaan fotometri berbasis kamera
DSLR. Kemiripan antara profil yang dihasilkan dari
data pengamatan dengan kurva isochrone menyatakan
bahwa pekerjaan fotometri berbasis kamera DSLR
yang dilakukan relatif benar.
Buku
[6] Henden, A.A & Kaitchuck, R.H. (1982).
Astronomical Photometry. Van New York :
Nostrand Reinhold.
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengolahan data fotometri
berbasis kamera DSLR yang dilakukan, maka dapat
disimpulkan bahwa profil diagram warna magnitudo
yang dibangun dari hasil transformasi memiliki
kecocokan yang cukup baik dengan kurva model
teoritis isochrone dengan dominasi bintang pada deret
utama. Dari hasil ini, dapat dideduksi bahwa fotometri
DSLR dapat digunakan untuk keperluan ilmiah
setelah melalui transformasi yang tepat.
Ucapan Terimakasih
Penulis berterima kasih kepada E.S. Mumpuni,
T. Dani, F. Mumtahana, N. Suryana, dan H. Sutastio
dari Pussainsa LAPAN yang turut serta dalam
pengambilan data yang digunakan dalam penelitian
ini.
Daftar Acuan
Jurnal
[1] Utama, J.A. (2006). Fotometri Gugus Terbuka
M67 dengan Metode Apperture Photometry.
(tidak dipublikasikan).
5