Suplemen Modul

Panduan Demonstrasi dan Workshop

Optik dan Teleskop

Tujuan dari workshop ini adalah untuk memperkenalkan bagaimana manusia dapat memahami

bagaimana proses deteksi objek langit dilakukan guna memperoleh informasi fisis dari benda

langit. Hal ini dibangun dengan memahami karakteristik alam pancaran radiasi dan membangun

metode deteksi, dimulai dengan memahami bagaimana mata merespon sampai prinsip kerja

teleskop. Modul berisikan bagaimana rancangan program workshop dimulai dari latar belakang,

goal serta objektif yang ingin dicapai, peralatan yang digunakan, serta panduan aktivitas bagi

mentor/pemandu.

Teleskop memiliki sistem optik yang sangat sensitif dan biasanya berada di dalam

tabung dan tidak dapat disentuh sembarang. Dengan demonstrasi ini, peserta diberikan

kesempatan untuk melihat dan memegang serta menyentuh alat demo, hal ini bertujuan agar

mereka bisa melihat dan memahami berbagai bentuk permukaan lensa serta mengenal hal teknis

yang terlibat untuk mendapatkan sebuah instrumen yang bekerja dengan baik.

Goals:

Mengenal bentuk dan karakteristik lensa serta cermin dan interaksi yang terjadi dengan

cahaya,

Dengan memahami mata berkerja, dapat memahami bagaimana teleskop bekerja

membentuk bayangan,

Memahami susunan sistem optik pada teleskop yang berbeda menghasilkan bayangan

benda,

Memahami fungsi utama teleskop dalam menerima informasi cahaya.

Teleskop bekerja dengan memanfaatkan lensa atau cermin sebagai sistem optik utama.

Karena digunakan dalam mengamati objek langit yang redup, kita menginginkan teleskop yang

dapat mengumpulkan cahaya sebanyak mungkin. Pada lensa hal ini dilakukan dengan menambah

ukuran kolektor cahaya (apertur). Namun dalam kenyataannya, ukuran lensa untuk teleskop tidak

dapat dibuat semakin besar. Lensa objektif teleskop akan hanya disokong oleh tabung

disepanjang tepi lensa. Bentuk lensa yang tebal di tengah dan semakin tipis di pinggir akan

membuat lensa yang besar dan berat terdeformasi seiring waktu. Selain itu, fokus lensa objektif

yang semakin panjang memberikan dimensi fisis tabung yang semakin panjang; membuat urusan

menggerakkan teleskop menjadi tidak mudah.

Cermin di sisi lain, mendapatkan sokongan yang solid pada bagian belakang teleskop.

Cermin dapat dibuat dengan ukuran yang besar dalam bentuk segmentasi ukuran yang lebih

kecil. Panjang fokus yang besar dapat diatur dengan mekaukan multi refleksi dengan

menempatkan cermin sekunder sedemikian rupa sehingga memperpendek panjang fisis tabung

yang diperlukan.

Program tidak hanya berisikan satu rangkaian workshop namun juga berisi beberapa kegiatan

yang dapat dilakukan terpisah dengan objektif tertentu.

Judul Aktivitas Objektif Durasi

(menit)

1 Rambat cahaya melalui lensa dan

prinsip teleskop refraktor

Peserta dapat mengenal ragam bentuk dan

karakteristik lensa

30

Memahami rambat cahaya melalui lensa

dan pembentukan bayangan

Memahami karakteristik lensa: panjang

fokus, perbesaran

Memahami bidang fokus pada teleskop

2 Magnifikasi

Memahami bagaimana prinsip kerja

teleskop refraktor

15

Mendapatkan faktor penting yang

mempengaruhi kualitas instrumen

pengamatan astronomi

3 Cermin dan Teleskop Reflektor

Memahami rambat cahaya melalui cermin

dan pembentukan bayangan 15

Mengenal susunan optik pada teleskop

reflektor

Alat yang diperlukan

Aktivitas ini menggunakan seperangkat material optik yang sebagian besar sudah terdapat dalam

paket kit optik dasar yang sering digunakan sebagai alat laboratorium di sekolah. Alat tambahan

lain digunakan untuk membantu ilustrasi dan mencakupi objektif yang tidak diakomodir oleh kit

optik.

Untuk melakukan aktivitas, dibutuhkan ruangan yang gelap karena melibatkan sumber cahaya

yang cukup redup. Dengan perangkat alat ini, workshop dirancang untuk perserta maksimum 10

orang.

Material:

1. Kit Optik Pudak

Kotak Cahaya 1 Cermin Cekung f +75 mm bertangkai 1

Pemegang Kotak Cahaya 1 Cermin Cekung f +150 mm bertangkai 1

Diafragma Anak Panah 1 Tumpakan berpenjempit 5

Model Lensa Plan Konkaf 1 Kaki Rel 2

Model Lensa Plan Konveks 1 Penyambung Rel 1

Cermin Kombinasi 1 Rel Presisi 2

Lensa f +50 mm bertangkai 1 Layar Putih 1

Lensa f +100 mm bertangkai 1 Pemegang slide diafragma 1

Lensa f +300 mm bertangkai 1 Prisma 1

2. Catu Daya

3. Beragam Lensa

4. Laser pointer

5. Kotak lubang kamera

6. Potongan busa

7. Tusuk sate

8. Model Teleskop Refraktor

Aktivitas 1

Rambat cahaya melalui lensa dan prinsip teleskop refraktor

Guide Ekspektasi

Pengunjung Alat

Dilakukan Dikatakan

Mempersilahkan Pengunjung

untuk melihat contoh teleskop

yang ada

Silahkan perhatikan beberapa teleskop dan

model teleskop yang ada. Teleskop yang

berada di sini merupakan teleskop yang

pernah digunakan aktif di Observatorium

Bosscha. Apa yang dapat kita amati dari

teleskop-teleskop dan model teleskop yang

ada?

Ada yang menjawab,

ada yang tidak

Teleskop-teleskop dan

model teleskop yang ada

pada ruangan

Bagaimana Teleskop dibuat?

Bagian apa yang harus ada pada teleskop?

Mengumpulkan Pengunjung di

Ruang Tengah/Ruang

Demonstrasi

Pada dasarnya, teleskop dibuat dari lensa

dan cermin Meja

Menunjukkan apa yang ada di

atas meja

Silahkan perhatikan benda-benda yang ada

di atas meja. Kita akan mengeksplorasi

sedikit tentang bagaimana teleskop bekerja

dan apa yang dihasilkan oleh teleskop

box lensa, lensa

pembesar, cermin

Galileo Scope

Menunjukkan sebuah lensa Bagaimana lensa/cermin berfungsi terhadap

pengamatan benda langit? Lensa f+50 d=50

Posisikan lensa diatas teks atau

gambar

Pada awalnya lensa ditemukan, lensa

dimanfaatkan sebagai alat yang dapat

melihat benda yang jauh seolah dekat.

Benarkah demikian? (ijinkan peserta untuk

mencoba menggunakan lensa yang

bermacam-macam, apakah semuanya

memberikan fitur yang sama?)

Peserta mencoba lensa Lensa dan kertas teks

Menunjukkan dua buah lensa

Ternyata, lensa memang memiliki sifat

alami untuk membuat teks yang kita lihat

semakin besar, seolah kita lihat lebih dekat.

Sekarang, pada dua buah lensa ini, apakah

kedua lensa ini menghasilkan perbesaran

yang sama?

Jawaban Ya dan Tidak

mungkin akan muncul

Lensa berdiameter sama

berfokus berbeda ( d=25

f1+40, f2+100)

Menunjukkan perbesaran yang

dihasilkan kedua buah lensa dia

atas kertas dengan teks (hanya

setelah tahap sebelumnya selesai

dilakukan dan pengunjung

memberikan jawaban)

Bila kita letakan pada jarak yang sama dari

teks, mana yang menghasilkan perbesaran

yang lebih besar?

Lensa1 menghasilkan

perbesaran lebih besar kertas dengan teks

Menunujukkan lensa pembesar Sekarang dengan lensa pembesar yang

memiliki 2 buah lensa, apakah hal yang

serupa dapat terjadi?

Perbesaran yang terjadi tidaklah sama.

Kedua perbandingan memberikan

perbesaran yang berbeda. Karakteristik apa

saja yang terdapat pada sebuah lensa yang

dapat memberikan hasil perbesaran yang

berbeda?

Peserta mungkin

sudah ada yang

menjawab, tetapi kita

tahan jawaban dan

lanjutkan

Bila diperhatikan lensa pada lensa pembesar

jelas memiliki ukuran lensa yang berbeda

jauh, namun pada perbandingan pertama,

kedua lensa beukuran sama namun

memberikan perbesaran yang berbeda.

Karakteristik apa yang mempengaruhi?

Jawaban "panjang

fokus" akan muncul.

Tanyakan darimana

kita

mengkarakterisasikan

panjang fokus?

Baik, sebelum kita mendapatkan kesimpulan

kedua, kita lakukan percobaan berikut agar

menjadi jelas bagaimana lensa bekerja

terhadap cahaya

Mendemokan bagaimana cahaya

difokuskan oleh kaca pembesar

Kita mengenal salah satu manfaat yang

lensa pembesar sering didemokan adalah

digunakan untuk membakar kertas di bawah

sinar matahari

Kaca pembesar

Apa yang terjadi? Bila kita amati lensa yang

diletakan dibawah sumber cahaya, kita dapat

melihat adanya area di bawah lensa yang

menjadi sangat terang saat kita ubah

posisinya, semakin kecil area ini semakin

terang

Lensa akan mengumpulkan cahaya sehingga

memperkuat terang yang dilihat Kaca pembesar

Artinya, lensa berkerja mengumpulkan

cahaya yang dilewatkan dan

menkonsentrasikannya ke satu luasan

permukaan

Bagaimana lensa mengumpulkan cahaya?

Kita demokan dengan alat sederhana tusuk

kayu dan potongan busa ini

Menunjukkan lensa, dan minta

peserta untuk merasakan

kurvatur permukaan lensa

Perhatikan bentuk lensa yang cembung

Ambil alat demo

Coba bayangkan sebuah kaca yang tembus

pandang, seperti pada jendela. Kita dapat

melihat benda yang berada di sebrang kita

dengan jelas, bukan?

Ya Tusuk kayu dan foam

Demokan bagaimana berkas

cahaya pada permukaan busa

yang datar

Kira bayangkan setiap tusuk kayu ini adalah

berkas cahaya. Pada permukaan kaca yang

datar, berkas cahaya akan dapat diteruskan

dan dipantulkan relatif

Namun permukaan lensa ini melengkung,

bentuk permukaan ini akan mengubah arah

dari cahaya yang melewatinya. Cahaya yang

dilewatkan akan berkumpul dan bertemu

disatu titik

Lensa ini memiliki sifat konvergen,

mengumpulkan cahaya

Siapkan alat demo Baiklah, kita lihat apa yang terjadi dengan

menggunakan peralatan demonstrasi

dihadapan kita

Kit Optik Pudak (sumber

cahaya, diagram anak

panah, lensa konveks

f+100, layar)

Coba amati bagaimana bayangan anak

panah terbentuk pada layar

Bayangan akan terbentuk kabur, namun

dengan mengatur posisi lensa kita bisa

mendapakan bayangan yang jelas

Kita dapatkan bayangan akan kabur bila

difokuskan di depan posisi sebelumnya.

Cahaya akan menyebar dan gambar

terproyeksikan tidak jelas

Bila kita mundurkan ke posisi sebelumnya,

apa yang terjadi?

Jadi, hanya ada satu posisi dimana bayangan

akan fokus, yaitu titik dimana semua cahaya

dikumpulkan. Titik ini dikenal sebagai titik

fokus

Lensa mengumpulkan cahaya dan

menfokuskannya ke dalam area yang kecil

dengan mengubah arah jalan cahaya

pada jarak berapakah bayangan akan memberikan posisi paling jelas. Ubah posisi layar sedikit demi sedikit, sejauh apakah bayangan akan mulai kabur dari posisi paling tajam?

Posisikan lensa pada jarak tidak

fokus

Pada posisi ini, cahaya dikumpulkan pada

area yang besar dibandingkan dengan saat

gambar yang paling tajam. Pada posisi ini,

gambar juga teramati tidak tajam.

Tunjukkan gambar cahaya yang

melalui lensa

Dari gambar ini kita dapa melihat bagaiman

sebaran cahaya yang melewati lensa

cembung memiliki bentuk kerucut. Pada

daerah yang semakin mendekati titik pusat,

cahaya semakin dikonsentrasikan ke area

yang kecil, sehingga semakin terang

bendanya dapat kita lihat, sampai pada di

posisi koleksi area yang paling kecil, benda

paling terang, tetapi juga paling tajam

Ambil teleskop Galileo

Ini adalah contoh desain dasar teleskop

refraktor. Teleskop digunakan pertamakali

400 tahun yang lalu oleh Galileo untuk

mengamati objek langit seperti Permukaan

Bulan, Planet Venus, Planet Jupiter.

Teleskop ini merupakan replika ukuran dari

teleskop yang digunakan Galileo. Apa yang

kira-kira dilihat Galileo saat itu?

Dalam kasus pengamatan astronomi, kita

banyak berhadapan dengan bintang yang

jaraknya terlampau jauh, astronomi

mengandalkan cahaya sebagai kurir

informasi benda langit, sehingga fungsi

utama yang diperlukan dari teleskop adalah

untuk mengumpulkan dan menguatkan

cahaya bintang, dibandingkan dengan fungsi

perbesaran. Besaran apa pada lensa yang

mempengaruhi kekuatan menumpulkan

cahaya ini?

Ambil alat demo tusuk sate dan

potongan foam

Betul sekali, diameter atau ukuran lensa,

sehingga kita berlomba untuk dapat

membuat ukuran objektif teleskop yang

semakin besar. Seperti potongan busa ini,

semakin panjang tentu semakin banyak

potongan tusuk kayu yang dapat muat

Kekuatan lensa mengumpulkan cahaya akan sebanding dengan luas permukaan lensa, sehingga teleskop galileo berukuran objektif 40 mm ini akan berkekuatan berapa kali dibandingkan dengan mata kita (diameter pupil 7 mm)?

Aktivitas 2

Magnifikasi

Guide Ekspektasi

Pengunjung Alat

Dilakukan Dikatakan

Atur alat demo dengan urutan

sumber cahaya, diafragma anak

panah, lensa objektif 100mm,

layar

Pada susunan ini kita dapat melihat gambar

anak panah berukuran kecil pada layar

Rel Presisi, Kaki Rel,

Lensa f 50 mm, lensa 100

mm, lensa 300mm, meja

prisma, layar tembus

cahaya,diafragma anak

panah, sumber cahaya

Tempatkan lensa f 50 mm setelah

lensa 100mm kemudian baru

layar, lihat gambar melalui layar

Apakah gambar terlihat lebih besar? Pengunjung melihat

melalui lensa

Pindahkan layar Teleskop tidak memiliki layar sehingga kita

lihat melalui lensa okuler yang kita sebut

eyepiece

Apa yang dilihat?

Sekarang bayangkan susunan lensa di

hadapan kita berada di dalam sebuah tabung

silinder. Apa yang kita punyai?

Sebuah teleskop!

Itulah bagaimana teleskop bekerja.

Menggunakan lensa untuk mengumpulkan

cahaya kemudian menggunakan lensa lain

sebagai pembesar agar bayangan terlihat

membesar dan lebih detail.

Aktivitas 3

Cermin dan Teleskop Reflektor

Guide Ekspektasi

Pengunjung Alat

Dilakukan Dikatakan

Pegang Sebuah Cermin

Selain menggunakan lensa, teleskop

menggunakan cermin sebagai alat optiknya.

Bahkan kebanyakan teleskop yang ada di

bumi merupakan teleskop reflektor

Beberapa jenis cermin

Gunakan busa dan tusuk kayu

untuk mendemokan bagaimana

cermin bekerja

Bila kita memiliki cermin datar, cahaya

akan jatuh mengenai permukaan cermin dan

dipantulkan lurus, namun dengan cermin

melengkung, cahaya dipantulkan dan

dikumpulkan

Cermin datar

Ingat bagaimana saat kita bercermin Alat demo busa dan

tusuk sate

Tempatkan Cermin pada ujung rel

bersebrangan dengan sumber

cahaya dan difragma anak panah

Mari kita tempatkan cermin pada posisi ini.

Ingat bahwa cahaya datang dari sisi depan

cermin dan akan dipantulkan. Ke arah mana

kita harus melihat bayangan pantulnya? Di

depan cermin atau di belakang cermin?

di sini, di depan

cermin

Tempatkan layar di depan cermin,

menutupi semua cahaya yang

datang

Baiklah, mari kita lihat apakah kita bisa

mendapati bayangannya. Kita tempatkan

layar di sini apakah cahaya dari anak panah

bisa mencapai permukaan cermin?

tidak

Baiklah, mari kita pindahkan layarnya agar

ada sebagian cahaya yang sampai di

permukaan cermin (geser layar ke pinggir)

Ternyata kita bisa mendapati bayangannya

pada layar. Coba kita fokuskan

Atur posisi layar agar

memungkinkan untuk gambar

akan terlihat saat kita menyusun

cermin berikutnya

Tempatkan lensa di antara layar

dan cermin dan minta pengunjung

untuk melihat melalui lensa

diantara cermin dan lensa dengan

menempatkan kepala tepat di

depan lensa

Dapatkan kita melihat bayangan anak panah

melalui lensa?

Tidak, terhalangi oleh

kepala

Jadi, kita harus meliha pada arah yang lain

agar bayangan dapat teramati, betul?

Ambil cermin Apakah dengan menggunakan cermin kita

dapat memantulkan bayangan untuk dapat

kita lihat dari pinggir?

ya

Tempatkan cermin di depan layar,

dan pastikan tingginya sama

dengan bayangan pada layar.

Atur posisi cermin agar bayangan

pantul dapat dilihat dari tempat

yang dituju

Bila kita tempatkan sebuah cermin

berukuran lebih kecil pada posisi ini, kita

dapat memantulkan bayangan ke arah

pinggir

Sekarang bayangan dipantulkan ke arah

pinggir di sini. Ingat bahwa saat cahaya

jatuh di permukaan cermin pada sudut

tertentu, akan dipantulkan dengan sudut

yang sama besar, jadi kita akan dapat

melihat pada arah sebelah sini

Pengunjung melihat ke

arah cermin kecil

Apakah kita dapat melihat bayangannya? Ya

Berikan kaca pembesar kepada

pengunjung

Sekarang pegang lensa pembesar ini

diantara mata dan bayangan yang dilihat

pada cermin kecil. Atur posisi agar sejajar

sehingga bayangan terlihat jelas melalui

lensa. Lensa inilah yang kita sebut seebagai

lensa okuler atau eyepiece

Sekali bayangkan, dengan komposisi cermin

dan lensa seperti ini di dalam sebuah

tabung, makan kita akan mendapatkan

teleskop reflektor yang berfungsi untuk

mengkoleksi cahaya oleh cermin utama dan

memfokuskannya untuk menghasilkan

gambar yang lebih terang

Tambahan Materi

Bayangan yang terbentuk akan memiliki ketajaman dan ukuran yang berubah bergantung kepada jarak

layar. Akan ada posisi di mana bayangan yang terbentuk merupakan bayangan yang paling tajam.

Bayangan yang paling tajam ini berukuran paling kecil dibandingkan bayangan yang jatuh di tempat

lain. Hal ini teramati juga merupakan bayangan yang paling terang, disebabkan cahaya difokuskan

hanya pada area yang paling sedikit. Hanya terdapat satu tempat di belakang lensa di mana kita

mendapatkan bayangan tajam ini, yaitu pada bidang fokus lensa. Bidang fokus ini merupakan bidang

yang sempit, sehingga untuk mendapatkan bayangan tajam, dibutuhkan akurasi dalam menempatkan

layar.

Teleskop bekerja dengan cahaya yang sangat redup kualitas lensa dan cermin, semakin besar aperture

akan memberikan kedalaman fokus yang sempit, artinya lensa atau cermin harus bekerja sebaik

mungkin menjatuhkan semua berkas cahaya ke bidang fokus. Teleskop astronomi sudah melibatkan

lensa dan cermin berukuran hingga orde 10 m. ukuran ini memberikan dimensi kedalaman optik

hanya dalam orde mikro meter sehingga sistem teleskop, terutama penggerak fokus harus dirancang

seakurat mungkin agar bekerja dengan baik. Teknologi gerinda lensa dan penggosokan serta pelapisan

ceramin yang sempurna dibutuhkan untuk menghasilkan permukaan optik yang bebas cacat.

Hasil pengamat Galileo dengan teleskop 4 cm

dengan perbesaran hingga 12 kali

Pembuatan sistem optik Teleskop James Webb