BADAI MATAHARI

Matahari, sinar dan panasnya tentu begitu penting bagi kelangsungan kehidupan di muka bumi ini sepanjang masa. Namun, di balik benderangnya benda langit itu tersembunyi sisi gelap yang mengganggu kondisi di bumi, yaitu bintik hitam (sunspot) yang diikuti badai dan flare.

Badai matahari atau solar storm adalah siklus kegiatan peledakan dahsyat dari masa puncak kegiatan bintik matahari (sunspot), biasanya setiap 11 tahun akan memasuki periode aktivitas badai matahari. Bila sampai ke bumi, pancaran partikel ini dapat mempengaruhi medan magnet bumi dan mengganggu frekuensi radio. Badai itu disebabkan oleh flare atau ledakan di atmosfer matahari yang melontarkan partikel atomik yang menyerupai jilatan api dan mengandung medan magnet. Solar storm merupakan fenomena alam yang terjadi pada matahari ketika terlemparnya proton dan elektron akibat aktifitas magnetik matahari. Akibat aktifitas magnetik tersebut, gelombang magnetik yang mengarah ke bumi menghalangi sinyal-sinyal komunikasi. Oleh karena itu seluruh alat komunikasi yang menggunakan sinyal elektromagnetik tidak bisa berfungsi dengan baik.

Ilmuwan Amerika baru-baru ini memperingatkan bahwa pada tahun 2012 bumi akan mengalami badai matahari dahsyat (Solar Blast), daya rusakanya akan jauh lebih besar dari badai angin “Katrina”, dan hampir semua manusia di bumi tidak akan dapat melepaskan diri dari dampak bencananya. Tanpa mempedulikan ramalan tentang datangnya kiamat pada tahun 2012, para ilmuwan awalnya sepakat bahwa pada tahun tersebut memang bakalan terjadi badai matahari. Namun, perkiraan itu belakangan bergeser, karena bintik hitam matahari sampai sekarang belum muncul.

Bintik hitam atau secara ilmiah dinamai sunspot adalah tanda-tanda adanya aktivitas matahari. Banyaknya sunspot yang mengandung medan magnet akan menciptakan ledakan sehingga aktivitas matahari dianggap telah mencapai puncaknya. Radiasi gelombang elektromagnetik yang disemburkan oleh ledakan itu dapat mencapai bumi yang berjarak 150 juta Km dari matahari.

Sesuai siklus 11 tahunan matahari, puncak aktivitas matahari akan sampai pada siklus ke-24 pada 2012 nanti. Karena itu, para ilmuwan memperkirakan sunspot akan mulai muncul pada 2007 lalu dan bertambah banyak pada tahun-tahun sesudahnya. Namun ternyata sebagian peneliti melihat sekarang ini belum muncul bintik hitamnya itu, kata Sri Kaloka Prabotosari, Kepala Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa (Pusfatsainsa) Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan).

Menurut ahli lain dari LAPAN, bahwa badai Matahari akan terjadi ketika adanya flare dan Corona Mass Ejection (CME). Flare adalah ledakan besar di atmosfer Matahari yang dahsyatnya menyamai 66 juta kali ledakan bom atom Hiroshima . Sedang CME adalah sejenis ledakan sangat besar yang menyebabkan lontaran partikel-partikel berkecepatan tinggi yakni sekitar 400 km/detik. Fenomena ini masih dipertanyakan kejelasannya. Apakah benar tanda titik hitam ini yang membuat matahari menjadi mempunyai gejala-gejala yang sulit untuk kita pelajari. Membuat para ahli astronomi bingung dibuatnya.

Gangguan cuaca Matahari ini dapat mempengaruhi kondisi muatan antariksa hingga mempengaruhi magnet Bumi, selanjutnya berdampak pada sistem kelistrikan, transportasi yang mengandalkan satelit navigasi global positioning system (GPS), dan sistem komunikasi yang menggunakan satelit komunikasi dan gelombang frekuensi tinggi (HF), serta dapat membahayakan kesehatan atau kehidupan manusia, misal karena magnet Bumi terganggu, maka alat pacu jantung juga akan terganggu. Menurut penelitiannya, solar storm berpotensi mengganggu 7 persen sambungan telekomunikasi. Bahkan solar storm dengan energi yang lebih kuat dapat menimbulkan kerusakan yang cukup parah. Apalagi terhadap perangkat GPS. Kabarnya solar storm juga berpotensi merusak sinyal satelit yang biasa digunakan untuk membantu pencarian lokasi karena GPS receiver tidak akan mampu mencari sinyal satelit yang terhalang oleh radiasi solar storm. Efek solar storm ini dikabarkan akan berlangsung hingga berhari-hari.

Berdasarkan akibat-akibat yang ditimbulkannya, maka sangat penting bagimanusia untuk mempelajari matahari, terutama untuk mengantisipasi dampak-dampak buruk yang dapat diakibatkan oleh aktivitasnya.

Bagian-bagian matahari:

1. Inti

Bagian dalam matahari terdiri dari inti matahari, daerah radiatif, lapisan antara (interface layer), dan daerah konvektif. Di bagian inti terjadi reaksi inti yang mengubah hydrogen menjadi helium. Reaksi ini menghasilkan energi yang nantinya akan dilepaskan oleh matahari. Temperatur di inti mencapai 15.000.000 C dengan kerapatan yang sangat besar, yaitu mencapai 150 g/cm3. Energi yang dihasilkan di inti secara radiasi dipancarkan melalui zona radiatif. Di akhir daerah ini kerapatan turun dengan drastis hingga mencapai 0.2 g/cm3 dan temperaturnya menjasi 2.000.000 C. Setelah zona radiatif ini terjadi perubahan kecepatan aliran fluida yang akan memperkuat garis gaya medan magnetik. Penelitian memperlihatkan bahwa pada lapisan ini dibentuk medanmagnet yang ada di matahari. Lapisan ini disebut sebagai tachocline(lapisan antara). Bagian paling luar dari interior matahari adalah zona konvektif. Di sini energi dibawa ke permukaan matahari secara konveksi. Di permukaan matahari suhunya turun menjadi 5700K dan kerapatannyapun menjadi sangat rendah, yaitu 0,0000002 g/cm3.

2. Fotosfer

Permukaan matahari yang terlihat disebut sebagai fotosfer. Fotosfer ini berupa gas dan tebalnya hanya 100 km. Matahari berotasi dengan kecepatan yang tidak sama antara bagian kutub dan bagian ekuator, yang disebut dengan rotasi diferensial. Di bagian ekuator, matahari berotasi lebih cepat, yaitu dalam 27 hari, sedangkan di kutub periode rotasinya adalah sekitar 30 hari. Dengan menggunakan teleskop, fitur yang tampak di permukaan matahari ini antara lain adalah bintik matahari, fakula, granula, dan supergranula. Berikut in adalah beberapa fitur yang tampak di permukaan matahari.

2.1. Bintikmatahari (sunspot)

Bintik matahari merupakan tampakan gelap di permukaan matahari, karena temperaturnya yang lebih rendah dari sekelilingnya (sekitar 3600 K). Bintik matahari merupakan daerah di fotosfer yang mempunyai medan magnetik yang kuat. Bintik matahari dapat bertahan dengan kalahidup yang sangat bervariasi, dari beberapa hari hingga beberapa minggu. Pada umumnya bintik matahari terbentuk akibat puntiran medan magnet yang disebabkan oleh rotasi diferensial, dan terbentuk dalam suatu kelompok yang disebut daerah aktif yang mempunyai dua polaritas yang berlawanan. Bintik matahari terdiri dari bagian tengah yang gelap yang disebut umbra dan tepi yang kurang gelap yang disebut penumbra.

 

Gambar 1. Fotosfer matahari

 

Gambar 2. Struktu sunspot

2.2. Fakula

Fakula tampak seperti benang-benang gelap di permukaan matahari, seperti halnya bintik, fakula juga merupakan manifestasi medan magnetik, akan tetapi lebih lemah dari pada medan magnetik di bintik matahari.

2.3. Granula dan Supergranula

Granula tampakseperti sel-sel yang menutupi seluruh permukaan matahari kecuali di daerah bintik matahari. Granula merupakan akibat dari proses konveksi. Fluida yang panas muncul ke matahari, kemudian mendingin dan kembali lagi ke bawah. Granula berdiameter sekitar 1000 km. Sedangkan supergranula mempunyai ukuran yang lebih besar,

yaitu sekitar 35000 km, dan mempunyai umur yang lebih panjang, yaitu sekitar 1 atau 2 hari, dibandingkan dengan granula yang hanya sekitar 20 menit.

 

Gambar 3. Struktur granula pada fotosfer matahari

3. Kromosfer

Terletak di atas fotosfer, lapisan ini mempunyai temperatur yang lebih tinggi, sekitar 20000C. Pada kromosfer tampak adanya chromospheric network, plage, fakula dan prominens. Plage tampak sebagai daerah yang terang, sedangkan fakula tampak seperti benang-benang gelap di permukaan matahari, dan bila terdapat di tepi disebut sebagai prominens.

4. Korona

Lapisan terluar dari atmosfer matahari adalah korona. Temperatur dilapisan ini mencapai lebih dari satu juta derajat. Perbedaan panas yang sedemikian besar dengan kromosfer merupakan pertanyaan yang sampai sekarang belum terjawab seluruhnya. Pada korona juga terdapat lubang korona (coronal hole) yang merupakan tempat medan magnetik yang terbuka. Angin matahari yang berkecepatan tinggi berasal dari lubang korona.

 

Gambar 4. Struktur matahari

PROSES TERJADINYA BADAI MATAHARI

Salah satu indikator aktivitas matahari adalah munculnya bintik-bintik hitam di permukaan matahari yang disebut sebagai bintik matahari atau sunspot. Bintik matahari adalah suatu daerah di fotosfer matahari yang mempunyai temperatur lebih rendah dari pada sekelilingnya sehingga tampak gelap. Banyaknya bintik matahari menunjukkan tingkat keaktifan matahari. Makin banyak bintik yang muncul menandakan bahwa matahari makin aktif. Walaupun para ahli tidak mengetahui persis penyebab Sun- Spot, dapat dipercaya bahwa mereka dibangkitkan oleh medan magnetik yang sangat besar yang berasal dari dalam matahari. Para ahli juga tidak mengetahui mengapa dapat terjadi medan magnet dekat pusat matahari itu berubah secara siklus atau berulang. Medan magnetik matahari dibangkitkan di bagian dalam matahari, di lapisan tachocline. Medan magnetik terbentuk akibat aliran ion dan elektron yang bermuatan. Siklus bintik juga merupakan akibat dari medan magnetik matahari yang berubah. Medan magnetik yang berhubungan dengan Sun-Spot mempunyai kecenderungan memegang partikel dan gas sekelilingnya yang menyebabkan pergerakan melingkar yang relatip stabil, yang sangat jauh berbeda dengan gerak gejolak gas-gas di bagian lain dari permukaan matahari. Akibat pergerakan yang relatip stabil ini temperatur Sun-Spot lebih rendah dari pada temperatur sekelilingnya sehingga membuat Sun-Spot kelihatan lebih gelap dibanding bagian tenang di matahari. Medan magnet pada sunspot menghalangi konveksi, sehingga transport energi secara konvektif dari bagian dalam matahari menjadi terhalang.

Medan magnetik dan gas gas yang terionisasi berinteraksi untuk membangkitkan daerah aktif matahari. Medan magnetik yang sangat kuat menyebabkan aliran gas difotosfir menyebabkan noda matahari. Tampak gelap yang telihat pada bintik hitam matahari disebabkan karena energi yang ada di sunspot itu tidak bisa dilepaskan. Karena kuatnya medan magnet pula, badai matahari akan berhembus dari daerah sunspot tersebut. Makin banyak bintik-bintik hitam di matahari, makin besar pula potensi terjadinya badai matahari.

Sebagai pusat peredaran planet-planet di tata surya, matahari merupakan sumber energi bagi makhluk di bumi. Energi itu dihasilkan dari reaksi termonuklir untuk mengubah hidrogen menjadi helium yang terjadi di dekat inti matahari. Suhu di bagian pusat matahari yang terdiri dari gas berkerapatan 100 kali kerapatan air di bumi itu, mencapai 15 juta derajat Celsius.

Dari hasil penelitian para ilmuwan tampak bahwa makin tinggi aktivitas matahari, yang ditunjukkan dengan makin banyaknya bintik, makin besar pula iradiasi matahari, dan sebaliknya. Padahal bintik matahari ini merupakan penghalang aliran panas dari lapisan di bawahnya, sehingga mestinya radiasi yang terpancar makin kecil. Karena hal yang terjadi adalah sebaliknya, maka mestinya aliran panas ini dialihkan ke tempat lain dan muncul di daerah-daerah yang temperaturnya menjadi lebih tinggi. Fotometri daerah aktif yang dilakukan oleh ilmuwan Hirayama dan Okamoto tidak berhasil melakukan pencarian daerah-daerah ini di sekitar bintik matahari. Bila aktivitas matahari dikaitkan dengan fluks magnetik, maka sebenarnya ada dua tampakan di permukaan matahari yang berbeda. Dari titik pandang fisika matahari, fluks magnetik muncul dalam dua struktur yang berbeda, satu gelap dan satunya lagi terang, dengan kerapatan fluks yang berbeda pula. Tampakan gelap disebut sebagai sunspot, seperti yang telah disinggung sebelumnya, sedangkan tampakan terang disebut sebagai fakula. Berlawanan dengan bintik matahari, fakula adalah tampakan terang yang berhubungan dengan medan magnetik di matahari. Sebuah penelitian menyebutkan bahwa bahwa pada umumnya luas fakula yang teramati lebih besar dari pada luas total bintik matahari. Satuan luasnya adalah sepersejuta hemisfer (permukaan) matahari.

Ini yang menyebabkan iradiasi matahari makin tinggi walaupun jumlah bintik matahari yang muncul makin banyak. Disebutkan juga bahwa defisit energi oleh bintik matahari ternyata lebih kecil dari pada ekses energi yang diberikan oleh fakula. Oleh sebab itu makin banyak bintik yang muncul, iradiasi matahari juga lebih tinggi. Secara fisis proses pemindahan energi ini masih belum diketahui secara pasti, apakah ada selang waktu antara emisi energi oleh bintik dan fakula.

Pada saat puncak aktivitas tersebut, bintik matahari meningkat jumlahnya akibat aktivitas magnetiknya dan mendadak berpengaruh terhadap ruang antar planet. Pada saat-saat itu frekuensi kejadian lontaran partikel berenergi tinggi dan emisi gelombang elektromagnetik berupa percikannya juga meningkat sehingga terjadi badai matahari. Pelontaran partikel disebabkan oleh garis-garis gaya magnetik matahari yang tidak teratur. Badai Matahari terjadi ketika muncul flare dan Coronal Mass Ejection (CME). Flare adalah ledakan besar di atmosfer Matahari yang dayanya setara dengan 66 juta kali ledakan bom atom Hiroshima. Pada umumnya flare terjadi di daerah aktif di matahari, yaitu di sekitar bintik matahari.

Ketika badai matahari terjadi, partikel kecepatan tinggi serta aliran ion yang terbentuk oleh partikel bermuatan listrik yang dipancarkan secara besar-besaran oleh matahari akan berpengaruh terhadap lapisan medan magnit bumi, ionosfir serta kondisi atmosfir netral. Ledakan ini dapat menyebabkan timbulnya awan masif yang sangat panas sering disebut sebagai CME (Coronal Mass Ejection). Timbulnya awan masif ini menyemburkan medan magnetik yang amat sangat tinggi. Pada saat bintik ini muncul, maka bisa dipastikan bahwa aktivitas medan magnetik menjadi sangat tinggi dan efeknya dapat mencapai bumi. Fenomena ini dapat muncul dengan pola 11 tahun sekali, dan CME dapat menyembur dengan kecepatan hingga jutaan mil per jam. berdasarkan perhitungan para ahli, waktu agar partikel partikel tersebut mencapai bumi adalah sekitar 5 hari dari waktu kejadian. Partikel itu sendiri tidak dapat dengan mudah untuk memasuki permukaan bumi, hal ini dikarenakan bumi masih memiliki lapisan magnetosfer yang berlapis lapis. sehingga partikel ini hanya dapat masuk melalui celah kecil di kutub utara dan kutub selatan. jika partikel itu masuk ke bumi maka ia akan terionisasi di atmosfer dan membentuk tirai cahaya raksasa yang warna-warni dan dikenal sebagai aurora. Memang sangat indah bentuknya, namun efek yang ditimbulkan sangat besar.

 

Gambar 5. Diagram proses terjadinya badai matahari

PENGARUH BADAI MATAHARI TERHADAP KEHIDUPAN DI BUMI

Matahari membangkitkan energinya dipusatnya, dengan melakukan rekasi nuklir, merubah inti hidrogen menjadi helium dan seterusnya, sehingga dapat dikatakan sebagai laboratorium fisika yang sangat besar. Energi yang dibangkitkan ini kemudaian akan dipancarkan keluar. Energi ini juga akan sampai di bumi, dan akan sangat mempenaruhi lingkungan bumi. Perubahan iklim dalam jangka panjang ditengarai juga merupakan akibat aktivitas matahari ini.

Sejumlah partikel berenergi yang dilepaskan dari matahari, baik itu berupa angin surya, lontaran massa korona (CME), maupun flare dapat mempengaruhi lingkungan bumi, baik secara langsung maupun tidak langsung. Komunikasi yang memanfaatkan lapisan ionosfer bumi, yaitu komunikasi radio frekuensi tinggi dan navigasi berbasis satelit, juga akan terganggu. Survey geomagnet yang seringkali digunakan untuk mencari sumber-sumber mineral juga terpengaruh. Aurora yang terjadi di kutub juga merupakan akibat dari aktivitas matahari.

Flare yang mengeluarkan partikel kecepatan tinggi dalam badai matahari menyebabkan timbulnya tekanan pada magnetosfer bumi hingga mengakibatkan badai magnetik di bumi terganggu. Fenomena ini mengganggu komunikasi radio dan membuat jarum kompas berputar liar di bumi. Bintik hitam matahari dan flare, menurut Sri Kaloka, Kepala Pusat Pengamatan Dirgantara Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan), telah menimbulkan dampak berarti di beberapa wilayah di bumi, terutama di lintang tinggi karena meningkatnya elektron di lapisan ionosfer. Tahun 1980-an, misalnya, pembangkit listrik di Quebec, Kanada, padam akibat terpengaruh badai matahari. Partikel matahari yang masuk ke bumi menyebabkan induksi pada trafo. Induksi, atau peningkatan muatan listrik tiba-tiba, membakar trafo secara masif sehingga jaringan listrik mati total. Menurut Thomas, sejauh ini, belum ada laporan pengaruh badai itu pada peralatan elektronik selain trafo listrik.

Badai matahari tidak berdampak langsung pada manusia, namun tetap berdampak pada benda-benda astronomi yang berada di sekitarnya. Gangguan yang perlu dicermati hanya pada sistem teknologi yang ditempatkan di antariksa seperti satelit komunikasi dan navigasi serta sistem teknologi di bumi yang rentan terhadap induksi partikel energetik dari matahari yang masuk ke bumi lewat kutub. Bila terjadi badai matahari potensi bahaya kemungkinan rusaknya atau terganggunya satelit yang mengakibatkan antara lain gangguan telepon, siaran TV yang memanfaatkan satelit, serta jaringan ATM. Selain itu, navigasi pada sistem penerima global positioning system (GPS) frekuensi tunggal dan siaran radio gelombang pendek juga bakal terganggu akibat adanya gangguan ionosfer.

Gangguan di lapisan ionosfer di ketinggian 60 km-6.000 km dari permukaan bumi ini juga menyebabkan kekacauan dalam penyampaian sinyal komunikasi frekuensi tinggi, yang menggunakan lapisan itu sebagai media pemantul sinyal. Sistem navigasi dengan satelit global positioning sistem menjadi tidak akurat.

Cara hidup modern secara berlebihan yang sangat tergantung pada ilmu pengetahuan dan teknologi, secara tidak sengaja membuat kita lebih banyak terperangkap dalam suatu kondisi yang super berbahaya. Plasma balls yang dipancarkan dalam letusan permukaan matahari mungkin bisa menghancurkan jaringan listrik kita, sehingga mengakibatkan bencana dahsyat.

Namun demikian, ada beberapa ahli yang menyatakan pandangan yang berbeda, mereka mempertimbangkan dampak badai matahari terutama terkonsentrasi di luar ruang angkasa, dan karena efek rintangan medan magnetik bumi dan atmosfir, pengaruh gangguannya tidak akan terlalu nyata terhadap kehidupan di bumi. Para ahli mengatakan, ketika aktivitas badai matahari aktif, akan terus menerus terjadi pembakaran dan peledakan pada sunspot, pada saat sejumlah besar sinar ultraviolet dilepaskan akan menyebabkan densitas lapisan ionosfir di atas angkasa bumi meningkat mendadak, menyerap habis energi gelombang pendek, sehingga gelombang pendek sinyal radio terganggu. Tetapi ponsel yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, termasuk transmisi sinyal radio tidak melalui lapisan ionosfir, sehingga pada umumnya dampak badai matahari terhadap komunikasi di permukaan bumi tidak akan signifikan. Secara teori, pada umumnya intensitas badai matahari tidak akan bisa menerobos perlindungan atmosfer dan medan magnetik bumi, hingga secara fatal mengancam spesies yang berada di bumi. Tetapi untuk badai matahari tahun 2012 para ahli khawatir mungkin menjadi pengecualian.

Para ahli yang mengeluarkan peringatan mengatakan, dampak badai matahari pada bumi kemungkinan adalah efek domino. Coba pikirkan, bila jaringan listrik menjadi rapuh dan tidak stabil, hal-hal yang berhubungan dengan bisnis pasokan listrik juga akan menjadi korban: peralatan refrigeration berhenti, makanan dan obat-obatan yang tersimpan dalam ruang berpendingin dalam jumlah besar akan kehi-langan kondisi penyimpanan dan rusak; pompa tiba-tiba berhenti berfungsi, air minum pada masyarakat akan menjadi masalah. Selain itu, karena gangguan pada sinyal satelit, sistem posisi GPS akan menjadi sampah. Sebenarnya pada awal 1859 pernah terjadi kasus serupa, peledakan badai matahari saat itu bahkan me-ngakibatkan jaringan telegram terbakar rusak. Tentu saja sekarang ini di bumi sudah dipenuhi oleh fasilitas kabel dan nirkabel, tetapi fasilitas ini sulit menahan ujian badai matahari.

Ketika badai matahari kuat menyerang, umat manusia di bumi akan menghadapi dua masalah besar. Pertama, adalah tentang masalah jaringan listrik modern sekarang. Jaringan listrik modern sekarang pada umumnya menggunakan tegangan tinggi untuk mencakup daerah lebih luas, ini akan memungkinkan operasi jaringan listrik lebih efisien, Anda bisa mengurangi kerugian selama transmisi listrik, juga kerugian listrik karena produksi yang berlebihan. Namun, secara bersama ia juga menjadi lebih rentan terhadap serangan cuaca ruang angkasa. transmisi jaringan akan menjadi sangat rentan dan tidak stabil, atau bahkan mungkin menyebabkan terhenti secara total. Dan ini hanya merupakan efek domino yang pertama, selanjutnya mungkin juga akan menyebabkan lalu lintas lumpuh, komunikasi terputus, industri keuangan runtuh dan fasilitas umum kacau; pompa berhenti menyebabkan pasokan air minum terputus, kurangnya fasilitas pendingin, makanan dan obat-obatan sulit disimpan secara efektif. Para ilmuwan telah memperkirakan bila ada intensitas badai matahari kuat mungkin dapat menyebabkan kerugian sosial dan ekonomi manusia, hanya pada tahun pertama saja kerugiannya mencapai 1-2 triliun dollar AS, sementara pemulihan dan rekonstruksinya diperlukan setidaknya 4-10 tahun.

Isu yang kedua adalah tentang masalah sistem jaringan listrik yang saling ketergantungan yang dukungan kehidupan modern kita, seperti masalah air dan penanganan limbah, masalah infrastruktur logistik supermarket, masalah pengendalian gardu listrik, pasar keuangan dan lainnya yang tergantung pada listrik.