Sinar-X

Sinar-X dan Energi

Energi sinar-X jauh lebih tinggi, namun panjang gelombangnya jauh lebih pendek daripada cahaya ultraviolet. Para ilmuwan biasanya merujuk sinar-X dalam hal energi daripada panjang gelombangnya. Hal ini karena memang panjang gelombang sinar-X sangat pendek, antara 0,03 hingga 3 nanometer, sangat kecil bahkan ukuran beberapa sinar-X tidak mencapai satu atom tunggal pada beberapa unsur.

panjang-gelombang-sinar-x-informasi-astronomi

Mosaik wilayah pusat galaksi Bima Sakti yang dirakit dari beberapa gambar observatorium sinar-X Chandra ini mengungkap ratusan bintang katai putih, bintang neutron dan lubang hitam. Secara terpisah, Solar and Heliophysics Observatory (SOHO) mengabadikan gambar-gambar siklus Matahari dari tahun 1996 hingga 2006.
Kredit: NASA/UMass/D.Wang dkk.Gambar Matahari dari SOHO-EIT Consortium: NASA/ESA

Penemuan Sinar-X

Sinar-X pertama kali diamati dan didokumentasikan pada tahun 1895 oleh ilmuwan Jerman Wilhelm Conrad Roentgen. Dia melakukan eksperimen untuk terus menerus memancarkan sinar-X ke lengan manusia yang ternyata menciptakan gambar detail tulang-tulang di dalam lengan.

Ketika melakukan rontgen, lembaran film sensitif sinar-X akan diletakkan di belakang tubuh yang ditembus oleh sinar-X. Karena tulang lebih padat dan menyerap lebih banyak sinar-X daripada kulit, maka bayangan tulanglah yang tercetak pada lembaran film sinar-X, sedangkan kulit terlihat transparan.

Gambar sinar-X gigi. Bisakah Anda melihat isinya?

Foto sinar-X dari seorang bayi berusia satu tahun yang menelan jarum jahit. Bisakah Anda menemukannya?

Puncak radiasi Matahari terletak pada rentang cahaya kasat mata, tetapi korona Matahari sebenarnya jauh lebih panas dan justru memancarkan sebagian besar sinar-X. Untuk mempelajari korona, para ilmuwan menggunakan data yang dikumpulkan oleh instrumen detektor sinar-X di satelit yang mengorbit Bumi. Pesawat antariksa Hinode Jepang menghasilkan gambar sinar-X Matahari yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati dan merekam aliran energi di dalam korona.

Kredit: Hinode JAXA/NASA/PPARC

Suhu dan Komposisi

Suhu fisik suatu benda menentukan panjang gelombang radiasi yang dipancarkan. Semakin panas objek, semakin pendek panjang gelombang emisi ketika mencapai puncak. Sinar-X bersumber dari benda-benda atronomi yang suhunya mencapai jutaan derajat Celcius, seperti pulsar, sisa-sisa supernova dan piringan akresi lubang hitam.

Dari luar angkasa, teleskop sinar-X mengumpulkan foton dari sebuah wilayah tertentu di langit. Foton diarahkan ke detektor dan diserap, sedangkan energi, waktu, dan arah masing-masing foton direkam. Pengukuran semacam itu dapat memberikan petunjuk tentang komposisi, suhu dan kepadatan lingkungan wilayah langit jauh.

Karena sifat sinar-X yang menembus dan berenergi tinggi, sinar-X tidak bisa terpantul jika mengenai cermin dari depan (sama seperti peluru yang menembus dinding). Teleskop sinar-X memfokuskan sumber sinar-X ke detektor menggunakan cermin pengarah (seperti halnya peluru yang memantul ketika mengenai dinding).

Spirit, rover besutan NASA yang menjelajahi permukaan Mars juga menggunakan sinar-X untuk mendeteksi tanda-tanda spektral dari seng dan nikel di bebatuan Mars. Instrumen Alpha Proton X-Ray Spectrometer (APXS) Spirit menggabungkan dua teknik sekaligus, yang pertama untuk menentukan struktur sedangkan yang kedua untuk menentukan komposisi. Kedua teknik ini ideal diterapkan untuk unsur-unsur berat seperti logam.

Supernova

Karena atmosfer Bumi memblokir radiasi sinar-X, teleskop detektor sinar-X harus ditempatkan di atas lapisan atmosfer yang menyerap sinar-X. Sisa-sisa supernova Cassiopeia A dicitrakan oleh tiga Observatorium Besar NASA, dan data dari ketiga observatorium digunakan untuk menghasilkan gambar di bawah ini. Data inframerah dari Teleskop Antariksa Spitzer berwarna merah, data optik dari Teleskop Antariksa Hubble berwarna kuning, dan data sinar-X dari Observatorium Sinar-X Chandra berwarna hijau dan biru.

Data sinar-X mampu mengungkap gas panas dengan suhu sepuluh juta derajat Celcius yang dihasilkan ketika material yang terlontar dari supernova menerjang gas dan debu di sekitarnya dengan kecepatan sekitar sepuluh juta mil per jam. Dengan membandingkan gambar inframerah dan sinar-X, para astronom mempelajari bagaimana butiran debu yang relatif dingin bisa eksis berdampingan bersama gas penghasil sinar-X yang sangat panas.

Kredit: Sinar-X: NASA/CXC/SAO; Optik: NASA/STScI; Inframerah: NASA/JPL-Caltech/Steward/O.Krause dkk.

Aurora Bumi dalam Sinar-X

Badai surya mengeluarkan awan partikel energik yang mengarah ke Bumi. Partikel berenergi tinggi ini kemudian disapu oleh magnetosfer Bumi dan menciptakan badai geomagnetik yang terkadang menghasilkan aurora. Partikel energik bermuatan dari Matahari yang menyebabkan aurora juga menyalurkan energi kepada elektron di magnetosfer Bumi.

Elektron ini berseluncur di sepanjang medan magnet Bumi dan akhirnya menghantam ionosfer Bumi dan menghasilkan emisi sinar-X. Sinar-X ini tidak berbahaya bagi kita karena diserap oleh lapisan terbawah atmosfer Bumi. Berikut ini adalah gambar aurora sinar-X yang diambil oleh instrumen Polar Ionospheric X-ray Imaging Experiment (PIXIE) di satelit Polar.