Apabila kita memandang langit malam, bintang kelihatan seperti titik cahaya yang bertaburan pada permukaan langit. Ada yang kelihatan terang, manakala yang lain sangat malap. Namun, kecerahan sahaja tidak cukup untuk menentukan jaraknya kerana bintang mempunyai kecerahan sebenar yang berbeza.
Untuk mengukur jarak bintang yang relatif dekat, ahli astronomi menggunakan suatu kaedah geometri yang dikenali sebagai paralaks bintang.
Mengapakah kedudukan sesuatu objek kelihatan berubah?
Cuba angkat ibu jari di hadapan muka. Tutup mata kiri dan perhatikan kedudukan ibu jari berbanding objek yang jauh di belakangnya, kemudian tutup mata kanan dan buka mata kiri tanpa menggerakkan ibu jari. Ibu jari akan kelihatan beralih kedudukan berbanding latar belakang, walhal ia sebenarnya tidak bergerak. Perubahan itu berlaku kerana kedudukan mata yang digunakan untuk memerhatikannya telah berubah, dan fenomena ini dikenali sebagai paralaks.
Semakin dekat ibu jari dengan mata, semakin besar perubahan kedudukan yang kelihatan. Apabila ibu jari dijauhkan, perubahan tersebut menjadi semakin kecil. Prinsip yang sama digunakan untuk mengukur jarak bintang.
Bagaimanakah Bumi membantu pengukuran?
Bumi bergerak mengelilingi Matahari dan melengkapkan satu orbit dalam kira-kira setahun. Oleh itu, kedudukan Bumi pada bulan Januari berbeza daripada kedudukannya pada bulan Julai. Dua kedudukan yang dipisahkan kira-kira enam bulan ini terletak hampir pada sisi bertentangan orbit Bumi, dengan jarak antara kedua-duanya kira-kira 300 juta kilometer, iaitu hampir dua kali jarak purata Bumi dengan Matahari.
Apabila ahli astronomi memerhatikan bintang yang sama dari kedua-dua kedudukan tersebut, bintang itu boleh kelihatan beralih sedikit berbanding bintang latar yang jauh. Perubahan ini bukan bermaksud bintang tersebut bergerak ulang-alik mengikut pergerakan Bumi. Sebaliknya, perubahan kedudukan yang kelihatan itu berlaku kerana pemerhati melihat bintang dari dua lokasi yang berlainan. Semakin jauh sesuatu bintang, semakin kecil sudut paralaksnya.
Apakah yang dimaksudkan dengan sudut paralaks?
Ahli astronomi menggunakan sudut untuk mengukur perubahan kedudukan bintang. Sudut paralaks tahunan, biasanya dilambangkan dengan huruf p, ditakrifkan berdasarkan jarak purata Bumi dengan Matahari, iaitu satu unit astronomi. Dalam gambaran ringkas yang membandingkan pemerhatian dari dua sisi bertentangan orbit Bumi, sudut paralaks bersamaan separuh daripada jumlah perubahan sudut maksimum yang kelihatan.
Sudut ini sangat kecil. Satu darjah mengandungi 60 minit arka, manakala satu minit arka mengandungi 60 saat arka, maka satu saat arka bersamaan 1/3,600 darjah. Bagi bintang yang jauh, sudut paralaks boleh menjadi jauh lebih kecil daripada satu saat arka, sehingga ahli astronomi menggunakan unit milisaat arka dan mikrosaat arka untuk menyatakannya.
Bagaimanakah sudut ditukarkan kepada jarak?
Pengukuran paralaks melibatkan geometri segi tiga. Ahli astronomi mengetahui panjang asas segi tiga, iaitu jarak purata Bumi dengan Matahari, dan mereka juga mengukur sudut paralaks bintang. Daripada dua maklumat tersebut, jarak bintang boleh dihitung.
Dalam astronomi, unit parsek digunakan untuk memudahkan pengiraan ini. Satu parsek ialah jarak yang sepadan dengan sudut paralaks satu saat arka apabila garis asasnya satu unit astronomi, dan ia bersamaan kira-kira 3.26 tahun cahaya. Bagi pengukuran yang mempunyai ketidakpastian kecil, hubungan jarak dengan sudut paralaks boleh ditulis sebagai d = 1/p, dengan d ialah jarak dalam parsek dan p ialah sudut paralaks dalam saat arka.
Sebagai contoh, jika sebuah bintang mempunyai sudut paralaks 0.1 saat arka, jaraknya ialah d = 1/0.1 = 10 parsek, iaitu kira-kira 32.6 tahun cahaya. Contoh ini menunjukkan bahawa sudut yang lebih kecil menandakan jarak yang lebih besar. Namun, pengiraan songsang yang mudah ini hanya sesuai apabila ukuran paralaks mempunyai ketidakpastian yang cukup kecil.
Mengapakah pengukuran bintang jauh lebih sukar?
Apabila jarak bintang bertambah, sudut paralaksnya semakin kecil. Pada suatu tahap, perubahan kedudukan yang ingin diukur menjadi hampir sama besar dengan ralat pengukuran. Selain itu, bintang juga bergerak melalui angkasa, dan gerakan sebenar ini menghasilkan perubahan kedudukan yang dikenali sebagai gerakan wajar.
Ahli astronomi perlu membezakan gerakan wajar daripada perubahan kedudukan berkala akibat paralaks, dan pemerhatian berulang sepanjang beberapa tahun membantu memisahkan kedua-dua kesan tersebut. Jika ketidakpastian sudut paralaks terlalu besar, pengiraan jarak menggunakan persamaan mudah tadi boleh memberikan anggaran yang mengelirukan. Dalam keadaan sedemikian, penyelidik menggunakan kaedah statistik yang turut mempertimbangkan ketidakpastian pengukuran dan maklumat lain yang berkaitan.
Bagaimanakah teleskop moden meningkatkan ketepatan?
Teleskop angkasa membolehkan kedudukan bintang diukur dengan ketepatan yang sangat tinggi. Salah satu contoh penting ialah misi Gaia yang dikendalikan oleh Agensi Angkasa Eropah (ESA), yang mengukur kedudukan, paralaks dan gerakan sejumlah besar bintang dalam galaksi Bima Sakti. Misi pemerhatian Gaia telah berakhir dan kapal angkasanya dinyahaktifkan pada 27 Mac 2025, tetapi data yang dikumpulkan terus digunakan untuk penyelidikan.
Pengukuran tersebut membantu ahli astronomi membina gambaran tiga dimensi tentang taburan bintang di galaksi kita. Dengan mengetahui jarak bintang, penyelidik juga boleh mengkaji kecerahan sebenar, sifat fizikal dan taburan bintang dengan lebih tepat. Paralaks menunjukkan bahawa perubahan sudut yang terlalu kecil untuk dilihat dengan mata kasar boleh memberikan maklumat tentang jarak yang luar biasa besar.
Bagaimanakah ahli astronomi memastikan perubahan kedudukan itu benar-benar paralaks?
Dua bintang diperhatikan menggunakan kaedah paralaks. Bintang A mempunyai sudut paralaks yang lebih besar daripada Bintang B. Jika kedua-dua ukuran mempunyai ketidakpastian yang kecil, apakah kesimpulan yang paling tepat?