TELAAH EFEK RADIASI TERMAL PADA ASTEROID: Tes Evolusi Orbit Asteroid Berukuran 1 Km TUGAS AKHIR ADELIA FERMITA NIM : Program Studi Astronomi

Transkripsi

1 TELAAH EFEK RADIASI TERMAL PADA ASTEROID: Tes Evolusi Orbit Asteroid Berukuran 1 Km TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana dari Institut Teknologi Bandung Oleh ADELIA FERMITA NIM : Program Studi Astronomi FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007

2 TELAAH EFEK RADIASI TERMAL PADA ASTEROID: Tes Evolusi Orbit Asteroid Berukuran 1 Km Oleh: Adelia Fermita NIM : Program Studi Astronomi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung Menyetujui, Pembimbing Tanggal. Dr. Budi Dermawan NIP

3 ABSTRAK TELAAH EFEK RADIASI TERMAL PADA ASTEROID: Tes Evolusi Orbit Asteroid Berukuran 1 Km Oleh Adelia Fermita NIM : Prediksi model klasik evolusi asteroid (gravitasi dan tumbukan) mempunyai beberapa ketidakcocokan dengan hasil observasi. Model klasik menyatakan bahwa sering terjadi tumbukan sesama asteroid di sabuk utama. Tumbukan katastropik menghasilkan asteroid kecil (fragmen) yang mengelompok menjadi famili asteroid. Fragmen-fragmen ini memiliki kecepatan lontar yang kemudian memasuki daerah resonansi, untuk kemudian dapat melontarkannya ke daerah lain di tata surya. Namun demikian, ditemui ketidakcocokan prediksi model klasik dengan hasil pengamatan. Pada dekade terakhir ini ketidakcocokan tersebut dapat secara menyakinkan dijelaskan dengan melibatkan efek non-gravitasi. Efek non-gravitasi ada beberapa macam, tetapi yang paling tepat untuk dapat menjelaskannya adalah efek radiasi termal. Efek radiasi termal ini terdiri dari efek Yarkovsky dan efek YORP. Efek Yarkovsky terjadi jika ada perbedaan antara panas yang diterima suatu benda dengan panas yang dikeluarkan kembali oleh permukaan asteroid yang selanjutnya bisa mengubah nilai sumbu semimajor asteroid. Efek YORP bisa mengubah obliquity dan kecepatan rotasi asteroid, dan dominan untuk asteroid yang memiliki bentuk tidak beraturan (irregular shape). Untuk melihat efek Yarkovsky dan YORP pada asteroid sabuk utama, dilakukan tes evolusi orbit dengan cara simulasi menggunakan software integrasi swift_rmvsy yang berbasis konservasi energi sistem. Perhitungan dilakukan untuk 100 juta tahun pada sejumlah asteroid program berukuran km yang ditempatkan pada beberapa daerah di sabuk utama dengan melibatkan parameter fisis asteroid. Hasil simulasi memperlihatkan proses terlemparnya sejumlah asteroid dari tempatnya di sabuk utama, melalui daerah resonansi dan interaksi dengan planet, hingga ke daerah dekat bumi, dapat encounter dengan planet, atau terlempar ke luar tata surya. Sebagiannya ada pula mengalami drift kecil dari tempatnya semula. Secara umum efek Yarkovsky berperan pada evolusi awal yang menyebabkan jejak evolusi orbit asteroid berbeda dengan kasus tanpa melibatkan efek Yarkovsky. Keywords: asteroid, efek non-gravitasi, radiasi termal. i

4 ABSTRACT The classical evolutionary model (Classical Model, CM) of asteroids is collisional and gravitational perturbations among asteroids in the main belt. The CM suggests frequent collisional events occurred in the main-belt. Catastrophic collisions result in small fragments grouped in asteroid s families. The fragments are ejected out from a parent body with their own escape velocities. Then they would be injected into resonances that may transfer them to different regions in the solar system. However, predictions of this model show inconsistencies compared to the recent observational results. The last decade these inconsistencies have been convincingly explained by the non-gravitational effects. There are some variants of non-gravitational effect, and the most appropriate one is the thermal radiation effect. This effect consists of the so-called Yarkovsky and YORP effects. Yarkovsky effect occurs when there is a difference between absorption and radiation of sunlight on the surface of asteroid. This effect may change the semimajor axis of asteroid. On the other hand, YORP effect may change the obliquity and spin rates of asteroid, and dominant for asteroids whose shapes are irregular. Orbital evolution tests have been done to show qualitatively the influences of Yarkovsky and YORP effects for km-sized asteroids originally located at some regions in the main belt. The integration software, namely swift_rmvsy, was run to calculate the evolutionary orbits of the asteroids for 100 Myr taking into account the typical physical parameters. Results of the integrations show three delivery processes of asteroids from the main belt (to the near-earth region, encountering the planets, or ejected out from the solar system) with the help of resonances and planetary perturbations. In addition, some of them show small drift on semimajor axis along the entire integration. In general, Yarkovsky effects play as an important role in the early evolution that guides the asteroids to track different evolutionary paths than that of without involving the Yarkovsky effects. Keywords: asteroids, non-gravitational effects, thermal radiation. ii

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah SWT, karena berkah dan rahmat- Nya lah saya bisa menyelesaikan tugas akhir ini tepat pada waktunya. Dalam tugas akhir ini saya membahas mengenai efek radiasi termal pada asteroid, dan secara khusus membahas mengenai efek Yarkovsky dan efek YORP. Pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberi semangat dalam pengerjaan tugas akhir ini. Pertama-tama terima kasih yang tak terhingga saya ucapkan pada Ibu dan Ayah yang selalu menyayangi dan mendoakan saya. Juga untuk Yuni, Sinta, Bucek, dan Mama yang selalu memberi semangat dalam hidup saya. Kepada dosen pembimbing saya Bapak Budi Dermawan yang bersedia memberikan bimbingan dalam pengerjaan tugas akhir ini dari awal hingga akhir serta telah memperkenalkan saya pada efek Yarkovsky, saya ucapkan terima kasih. Kemudian terima kasih saya untuk Bapak Mahasena Putra, dosen wali selama berkuliah di ITB, serta seluruh dosen Astronomi yang telah banyak memberikan ilmunya selama ini. Terima kasih juga saya ucapkan kepada teman-teman, khususnya angkatan 2003, yang telah berjuang bersama dalam perkuliahan. Untuk Himastron ITB dan MUSI ITB yang telah memberi banyak pengalaman berharga pada saya. Juga untuk Ivan Osipovich Yarkovsky yang telah menemukan efek yang sangat bermanfaat dalam dunia Astronomi. Terakhir ucapan terima kasih kepada orang yang memberi saya motivasi untuk terus belajar - Grazie mille - dan pihak-pihak lain yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat. Grazie. Bandung, Juni 2007 Adelia Fermita iii

6 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK...i ABSTRACT...ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...iv DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR TABEL...vii Bab I Pendahuluan... 1 I.1 Latar Belakang Masalah...1 I.2 Rumusan Masalah...2 I.3 Hipotesis...3 I.4 Metodologi...3 I.5 Sistematika Penulisan...3 Bab II Efek Radiasi Termal Pada Asteroid... 4 II.1 Efek Non Radiasi Termal...5 II.2 Efek Radiasi Termal...6 II.2.1 Efek Yarkovsky...7 II.2.2 Efek YORP...12 Bab III Aplikasi Efek Radiasi Termal Pada Asteroid III.1 Aplikasi Efek Yarkovsky...17 III.1.1 Transfer Meteorit...17 III.1.2 Penyebaran Dinamis Famili Asteroid...18 III.1.3 Transfer Asteroid Berukuran Km dari Sabuk Utama...21 III.2 Aplikasi Efek YORP...22 III.2.1 Resonansi Spin-orbit...22 III.2.2 Hasil Radar Astronomi Pada Asteroid...23 III.3 Aplikasi Efek Yarkovsky dan Efek YORP...25 Bab IV Tes Evolusi Orbit Asteroid IV.1 Software Integrator SWIFT_RMVSY...27 IV.2 Rincian Data Masukan...29 IV.3 Hasil Keluaran...32 IV.4 Analisis Hasil dan Diskusi...35 iv

7 Bab V Kesimpulan dan Telaah Lanjut V.1 Kesimpulan...41 V.2 Telaah Lanjut...41 DAFTAR PUSTAKA Lampiran A. Manual SWIFT_RMVSY Lampiran B. File Input SWIFT_RMVSY v

8 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar II.1 Ivan Osipovich Yarkovsky ( ). 7 Gambar II.2 Komponen efek Yarkovsky Gambar II.3 Efek YORP yang bekerja pada suatu benda..14 Gambar III.1 Contoh resonansi ν 6 dan 3:1 di daerah sabuk utama Gambar III.2 Grafik usia CRE meteorit.18 Gambar III.3 Simulasi yang dilakukan pada famili Koronis.20 Gambar III.4 Model asteroid dan vektor rotasi dari famili Koronis..23 Gambar III.5 Grafik kecepatan rotasi asteroid 2000 PH5..24 Gambar III.6 Penetuan usia famili Karin Gambar IV.1 Resonansi di daerah sabuk utama 30 Gambar IV.2 Distribusi a-e asteroid sebenarnya dan masukan.31 Gambar IV.3 Distribusi a-i asteroid sebenarnya dan masukan..32 Gambar IV.4 Cuplikan jejak evolusi a-e-i asteroid untuk 0.1 dan 1 Myr 33 Gambar IV.5 Cuplikan jejak evolusi a-e-i asteroid untuk 10 dan 100 Myr 34 Gambar IV.6 Jejak evolusi orbit asteroid dengan drift kecil.37 Gambar IV.7 Jejak evolusi asteroid yang masuk ke daerah planet dalam.38 Gambar IV.8 Jejak evolusi asteroid yang terlempar langsung ke luar tata surya..39 vi

9 DAFTAR TABEL Halaman Tabel II.1 Nilai pendekatan dari akselerasi radial dan transversal... 6 Tabel IV.1 Parameter termal berbagai permukaan asteroid vii