Membuat teleskop radio dengan resolusi 100 kali dari teleskop radio Reber memerlukan aperture sebesar satu kilometer. Cara langsung dengan membuat antena sebesar ini bukanlah perkara yang mudah, tapi akhirnya dapat dicapai dengan kecerdikan. Alih-alih membuat satu buah antena raksasa, para Fisikawan eksperimental mempergunakan teknik interferometri.
1. Interferometer Optik
Secara singkat, interferensi adalah peristiwa penggabungan beberapa gelombang, sedangkan interferometri berarti pengukuran efek interferensi ini. Albert A. Michelson merupakan Fisikawan yang dianggap sebagai pelopor penggunaan efek interferensi didalam pengukuran.
Pada awal karirnya, riset yang paling sering dilakukan oleh Michelson adalah pengukuran kecepatan cahaya. Terobosan pertama dari hasil penelitian ini terjadi ketika pada tahun 1887, bersama dengan Morley, Michelson memperlihatkan sifat isotropik perambatan cahaya terhadap gerakan bumi. Ini berarti bahwa medium hipotetik bernama ether itu tidak ada dan fakta ini mendukung berlakunya Relativitas Khusus. Terobosan selanjunya terjadi ketika pada tahun 1920-1921 Michelson berhasil mengukur diameter bintang.
Bintang sebenarnya adalah matahari yang letaknya sangat jauh–sedemikian jauhnya hingga hanya nampak sebagai benda titik. Ini akibat mata manusia, atau teleskop optik saat itu, memiliki daya pisah yang rendah. Supaya diameter bintang dapat diukur, maka resolusi alat ukur harus ditingkatkan, misalnya dengan memperbesar ukuran lensa/cermin utama pada teleskop. Pembuatan cermin/lensa berukuran besar dengan permukaan halus bukanlah hal yang mudah.
Gambar 1. Teleskop dengan interferometer untuk memperbesar apertur
Michelson menemukan pemecahan masalah ini dengan cara memasang dua cermin berjauhan sebagai pemantul cahaya bintang sebelum masuk ke teleskop, seperti diperlihatkan pada Gb.1. Kedua berkas dari cermin ini selanjutnya dipadukan sehingga membentuk gambaran interferensi atau citra (kompleks) visibility. Dengan cara ini, apertur efektif dari teleskop dapat ditingkatkan dan Michelson-Pease dapat memperkirakan diamater sebuah bintang raksasa merah alpha-orionis (betelguese/ yad al-jawza) yang letaknya 427 tahun cahaya dari bumi, yaitu sebesar 0.047 arcseconds.
2. Interferometer Radio
Secara prinsipil, teknik interferometri radio mirip seperti pada interferometer optik Michelson. Fungsi dari cermin dan pemadu berkas digantikan oleh antena yang tersebar. Setiap antena seolah-olah merupakan cuplikan ruang (spasial) dari sebuah antena raksasa.
Gambar 2. Ekivalensi antenna (apertur) tunggal yang sangat besar dengan hasil sintesis apertur antena tersebar di cakupan yang sama (diadopsi dari [2]).
Pada dasarnya, setiap antena dalam teleskop interferometri mengukur koefisien transformasi Fourier dimensi dua pada kawasan frekuensi ruang, atau disebut juga kawasan k atau kawasan u-v, yang bernilai kompleks. Dengan demikian, setiap stasiun pengamat harus mampu mengukur baik magnitudo maupun fasa gelombang yang jatuh pada saat bersamaan di setiap titik. Gelombang yang datang di setiap antena selanjutnya disalurkan ke suatu tempat untuk dikorelasikan satu dengan yang lain. Untuk apertur yang sangat besar, cara ini tidak mudah dilakukan karena memerlukan saluran transmisi yang sangat panjang. Cara yang lain adalah mencatat cuplikan gelombang disetiap antena dan juga waktu kedatangannya. Cara seperti ini membutuhkan pencatat waktu yang sangat presisi sehingga digunakanlah jam atom.
Gambar 3. Rotasi bumi mengakibatkan sapuan berbentuk elips pada bidang u-v
Peningkatan apertur lebih lanjut dapat dilakukan, tidak dengan memperluas daerah pencuplikan, tetapi dengan mengikuti perputaran bumi. Dua buah antena yang diam dalam arah Utara-Selatan akan membentuk apertur sangat besar jika pengamatan dilakukan sehari penuh karena antena ini ”dibawa” bumi berputar pada porosnya, seperti diperlihatkan pada Gb.3. Dengan asumsi letak benda yang diamati sangat jauh, rotasi bumi akan memberikan sapuan berbentuk elips pada bidang u-v. Data visibility yang diperoleh selanjutnya dipakai untuk membentuk citra benda langit pemancar radio dengan inversi transform Fourier. Karena tidak seluruh bidang u-v terisi, harus ada pengolahan data dengan cara tertentu untuk melengkapi bidang ini, supaya hasil inversi memberikan citra yang berkualitas tinggi.
Daftar Pustaka
-
A.A. Michelson and F.G. Pease, “Measurement of the diameter Alpha-Orionis by the interferometer,” Proc. Nat. Acad. of Sci., Vol.7, 1921, pp.143-146.
-
K.S. Thorne, Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy, W.W. Norton & Company.
