 |
| Ilustrasi Parker Solar Probe. Kredit: NASA/Johns Hopkins APL |
Pada bulan Agustus 2018, NASA meluncurkan Parker Solar Probe yang saat ini telah menjadi
pesawat antariksa pemecah rekor terbang lintas terdekat dari Matahari. Dipersenjatai
dengan instrumen-instrumen ilmiah tercanggih untuk mengukur lingkungan ruang
angkasa di sekitar Matahari, Parker Solar
Probe telah menyelesaikan tiga dari 24 jadwal penerbangan ke korona
Matahari yang belum pernah dieksplorasi. Pada tanggal 4 Desember 2019, empat
makalah baru yang dipublikasikan di jurnal Nature,
menggambarkan apa saja yang telah dipelajari oleh para ilmuwan dari misi penjelajahan
bintang kita, dan apa yang akan dipelajari selanjutnya.
Temuan-temuan ini mengungkap informasi baru
tentang perilaku material dan partikel yang melesat dari Matahari, membawa para
ilmuwan lebih dekat untuk menjawab pertanyaan mendasar tentang fisika Matahari.
Sebagai upaya melindungi teknologi dan para astronot di ruang angkasa,
informasi yang diperoleh Parker tentang bagaimana Matahari secara terus-menerus
melepaskan material dan energi, akan sangat membantu para ilmuwan untuk menulis
ulang model yang digunakan dalam memahami dan memprediksi cuaca antariksa,
termasuk memahami proses pembentukan dan evolusi bintang.
“Data pertama yang dikirim Parker mengungkap fakta
tentang Matahari dengan cara baru dan mengejutkan,” kata Thomas Zurbuchen, seorang
pejabat yang membidangi sains di Markas Besar NASA, Washington. “Mengamati
Matahari dari dekat memberikan kita visi terbaik tentang fenomena Matahari dan
pengaruhnya terhadap Bumi, serta memberi kita wawasan baru yang relevan dengan
pemahaman terhadap bintang aktif di seluruh galaksi. Temuan ini hanyalah awal
menarik bagi heliofisika, dengan Parker berada di garda terdepan penemuan-penemuan
baru.”
Meskipun kelihatan tenang bagi kita di Bumi,
Matahari aktif secara magnetis, karena melepaskan semburan cahaya kuat,
menghamburkan milyaran awan material magnetis dan partikel yang merambat mendekati
kecepatan cahaya. Semua aktivitas semacam ini memengaruhi planet kita, sebab
Matahari mengirim partikel yang merusak ke ruang angkasa, lokasi satelit dan
astronot kita ditempatkan, mengganggu komunikasi dan sinyal navigasi, bahkan
bisa menyebabkan pemadaman listrik. Aktivitas Matahari telah berlangsung selama
5 miliar tahun, dan akan tetap terus menentukan takdir Bumi beserta planet-planet
tata surya lainnya di masa depan.
Misi Parker Solar Probe telah mengembalikan
data studi Matahari dari jarak paling dekat yang pernah dicapai pesawat
antariksa, dan berujung pada penemuan sebagaimana dilaporkan oleh makalah studi
yang dipublikasikan di jurnal Nature edisi 4 Desember 2019. Di antara
temuan-temuan tersebut adalah pemahaman baru tentang perilaku angin surya, atau
aliran material konstan dari Matahari.
Angin surya yang relatif seragam
sebenarnya bisa dilihat di dekat Bumi, ketika berinteraksi dengan medan magnet
alami planet kita dan menyebabkan efek cuaca antariksa yang mengganggu
teknologi. Tetapi, observasi Parker Solar Probe mengungkap sistem aktif nan
kompleks yang tidak terlihat dari Bumi.
Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard
NASA
“Matahari telah memesona umat manusia di
sepanjang sejarah peradaban kita,” kata Nour E. Raouafi, seorang ilmuwan proyek
Parker Solar Probe di Laboratorium
Fisika Terapan Universitas Johns Hopkins di Laurel, Maryland, yang membuat dan mengelola
misi untuk NASA. “Kami telah mempelajari Matahari selama beberapa dekade
terakhir, tetapi kami benar-benar membutuhkan misi seperti Parker Solar Probe untuk masuk ke atmosfer Matahari. Hanya di
sanalah kita dapat mempelajari proses surya yang rumit secara mendetail. Dan
apa yang telah kita pelajari hanya dalam tiga kali orbit ini saja, telah banyak
mengubah apa yang kita ketahui tentang Matahari.”
Apa yang terjadi di sana dianggap sangat
penting untuk memahami bagaimana Matahari membentuk lingkungan ruang angkasa di
sekitar kita. Sebagian besar materi yang terlepas dari Matahari merupakan bagian
dari angin surya, aliran material yang terus menerus “membasuh” seluruh tata
surya. Gas terionisasi yang disebut plasma, membawa medan magnet Matahari dan merentangkannya
ke seluruh tata surya dalam gelembung raksasa yang membentang lebih dari 10
miliar mil.
Dinamika Angin Surya
Bila diamati di dekat Bumi, angin surya adalah
aliran plasma yang relatif seragam. Tetapi pada titik itu, angin surya telah menempuh
jarak lebih dari sembilan puluh juta mil, dan mekanisme Matahari yang
memanaskan dan mempercepat angin surya tak bisa dideteksi. Jadi, karena berada
lebih dekat ke sumber angin surya, Parker
Solar Probe melihat gambaran yang jauh berbeda: sistem aktif yang kompleks.
“Kompleksitas angin surya mengejutkan kami ketika
data dinalisis,” kata Stuart Bale, penanggung jawab rangkaian instrumen FIELDS Parker Solar Probe dari Universitas California,
Berkeley, yang mempelajari skala dan bentuk medan listrik dan magnet. “Sekarang,
saya sudah terbiasa dengan itu. Tetapi ketika saya menunjukkannya kepada para kolega,
mereka turut terpesona.” Dari sudut pandang Parker yang berada 15 juta mil dari
Matahari, Bale menjelaskan, angin surya jauh lebih impulsif dan lebih tidak
stabil daripada apa yang kita lihat di dekat Bumi.
Seperti Matahari itu sendiri, angin surya terdiri
dari plasma, yakni elektron bermuatan negatif yang telah terpisah dari ion
bermuatan positif dan menciptakan lautan partikel yang mengambang bebas dengan
muatan listrik masing-masing. Partikel yang mengambang bebas ini menunjukkan
plasma yang membawa medan listrik dan magnet, dan perubahan dalam plasma sering
kali menghasilkan tanda khusus pada medan tersebut. Instrumen FIELDS mensurvei
keadaan angin surya dengan mengukur dan menganalisis dengan cermat bagaimana
medan listrik dan magnet di sekitar pesawat antariksa berubah seiring waktu, sekaligus
mengukur gelombang di plasma terdekat.
Pengukuran ini menunjukkan pembalikan yang
terjadi secara cepat di medan magnet dan semburan jet material yang tiba-tiba
bergerak lebih cepat, semua karakteristik yang membuat angin surya sebenarnya lebih
bergejolak. Detail karakteristik menjadi kunci untuk memahami bagaimana angin surya
menyebarkan energi saat mengalir menjauh dari Matahari dan ke seluruh tata
surya.
Ada salah satu jenis peristiwa yang menarik
perhatian tim sains, yaitu pembalikan arah medan magnet yang mengalir keluar
dari Matahari, yang tertanam di dalam angin surya. Peristiwa pembalikan yang
disebut “switchbacks”, berlangsung di
mana saja dari beberapa detik hingga beberapa menit saat mengalir di dekat Parker Solar Probe. Selama switchback, medan magnet berbalik dengan
sendirinya hingga mengarah langsung ke Matahari. Rangkaian instrumen angin
surya FIELDS dan SWEAP, di bawah pimpinan Universitas Michigan dan dikelola Smithsonian Astrophysical Observatory,
mengukur rangkaian peristiwa switchback
pada dua terbang lintas pertama Parker
Solar Probe.
 |
| Parker Solar Probe mengamati switchbacks, atau gangguan saat angin surya merambat yang membalik medan magnet, sebuah fenomena yang belum dapat dijelaskan dan kemungkinan membantu para ilmuwan untuk mengungkap informasi lebih lanjut tentang bagaimana angin surya dipercepat dari Matahari. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA/ Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez |
“Gelombang telah terlihat di dalam angin surya
sejak manusia mencapai peradaban antariksa, dan kami memiliki asumsi bahwa semakin
dekat ke Matahari, gelembang akan semakin kuat, tetapi kami tak pernah berharap
melihat mereka terorganisir dalam lonjakan kecepatan terstruktur yang koheren
ini,” kata Justin Kasper, peneliti utama SWEAP, (Solar Wind Electron Alphas and Proton) dari Universitas Michigan di
Ann Arbor. “Kami mendeteksi sisa-sisa struktur dari Matahari yang dilepaskan ke
ruang angkasa, dan mengubah aliran dan medan magnet. Temuan ini akan secara
dramatis mengubah teori kami tentang pemanasan korona dan angin surya.”
Penyebab switchback
belum bisa dipastikan, tetapi pengukuran Parker
Solar Probe memperbolehkan para ilmuwan untuk mempersempit perkiraan.
Di antara sekian banyak partikel yang
terus-menerus mengalir dari Matahari, salah satunya adalah sinar konstan
elektron yang merambat cepat di sepanjang garis medan magnet Matahari ke seluruh
tata surya. Elektron selalu mengalir ketat di sepanjang garis medan yang merambat
keluar dari Matahari. Tetapi Parker Solar
Probe mengukur aliran elektron yang bergerak ke arah berlawanan dan membalik
ke Matahari. Hal ini mengindikasikan pembalikan medan magnet. Parker Solar Probe menemukan bahwa peristiwa switchback adalah belitan-belitan dalam
medan magnet, gangguan terlokalisasi saat menjauhi Matahari.
Observasi
menunjukkan peristiwa switchback
akan terjadi lebih sering ketika Parker
Solar Probe berada semakin dekat dari Matahari. Misi terbang lintas jarak
dekat berikutnya direncanakan terwujud pada tanggal 29 Januari 2020. Jarak Parker Solar Probe dari Matahari akan
lebih dekat daripada sebelumnya, dan diharapkan dapat memecahkan proses switchback.
Para ilmuwan tak sekadar memperoleh informasi
baru yang membantu mengubah wawasan tentang proses yang menggerakkan angin
surya dan cuaca antariksa, namun juga untuk memahami proses mendasar tentang
bagaimana bintang bekerja dan bagaimana bintang melepaskan energi ke lingkungan
kosmik di sekitarnya.
Rotasi Angin Surya
Beberapa pengukuran yang dilakukan Parker Solar Probe juga membantu para
ilmuwan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan klasik. Salah satunya adalah
tentang bagaimana angin surya mengalir keluar dari Matahari.
Di dekat Bumi, angin surya mengalir hampir
secara radial, atau mengalir langsung dari Matahari ke segala arah. Tetapi,
karena Matahari juga berotasi saat menghembuskan angin surya, maka sebelum terlepas,
angin surya turut berputar bersamanya. Layaknya wahana bermain komidi putar,
lapisan atmosfer berputar di bagian tepi komidi putar. Jadi semakin jauh dari
pusat, maka putaran akan semakin cepat. Seorang anak yang berdiri di pinggiran
komidi putar mungkin tak akan mampu bertahan dan terlempar saking cepatnya
putaran. Dengan cara yang sama, ada beberapa titik di antara Matahari dan Bumi
yang transisi angin surya mengalir langsung keluar, atau secara radial,
sebagaimana kita lihat dari Bumi.
Lokasi pasti transisi angin surya dari aliran
rotasi ke aliran radial sempurna memiliki implikasi pada bagaimana Matahari
melepaskan energi. Menemukan lokasi itu dapat membantu para ilmuwan untuk lebih
memahami siklus hidup bintang-bintang lain atau pembentukan cakram protoplanet gas
dan debu di sekitar bintang-bintang muda yang menjadi tempat kelahiran planet.
Parker Solar Probe mampu
mengamati angin surya ketika masih berputar. Instrumen mendeteksi rotasi saat Parker terpisah sekitar 20 juta mil dari
Matahari. Dan pada saat berada lebih dekat, Parker mendeteksi peningkatan kecepatan
putaran. Kekuatan sirkulasi dan transisi angin surya ternyata lebih kuat daripada
perkiraan banyak ilmuwan, yang menutupi efek bila dilihat dekat dari Bumi, atau
sekitar sekitar 93 juta mil dari Matahari.
“Aliran rotasi besar dari angin surya yang
terlihat selama terbang lintas pertama benar-benar mengejutkan,” kata Kasper. “Sementara
kami berharap untuk akhirnya bisa mengamati gerakan rotasi lebih dekat dari Matahari,
kecepatan tinggi yang kami lihat pada terbang lintas pertama ini hampir sepuluh
kali lebih besar daripada perkiraan model standar.”
Debu di Dekat Matahari
Pertanyaan lain yang akan segera terjawab
adalah zona bebas debu yang sulit dipahami. Tata surya kita dipenuhi debu, “remah-remah”
kosmik sisa tabrakan yang membentuk planet, asteroid, komet, dan benda-benda
langit lainnya miliaran tahun yang lalu. Para ilmuwan telah lama menduga bahwa debu
di dekat Matahari akan dipanaskan dan berubah menjadi gas, sehingga zona di
dekat Matahari diperkirakan bebas debu. Tapi, tidak ada yang pernah
mengamatinya.
Dan, untuk pertama kalinya, instrumen pencitraan
WISPR Parker Solar Probe melihat penipisan
debu kosmik. WISPR, instrumen yang dikelola oleh Naval Research Lab, mampu mengamati petak luas korona dan angin surya,
termasuk daerah-daerah di dekat Matahari. Gambar-gambar yang ditangkap WISPR
mengungkap penipisan debu di daerah yang berjarak sekitar 7 juta mil dari
Matahari, yang terus menipis hingga batas pengukuran WISPR sekitar 4 juta mil
dari Matahari.
 |
| Ilustrasi debu kosmik yang diamati Parker Solar Probe. Tersebar di seluruh tata surya, debu mulai menipis di dekat Matahari, mendukung gagasan zona bebas debu di dekat Matahari. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA/Scott Wiessinger |
“Zona bebas debu telah digagas beberapa
dekade lalu, tetapi belum pernah ada yang mampu mengamatinya,” kata Russ
Howard, peneliti utama instrumen WISPR (Wide-field
Imager for Solar Probe) di Naval
Research Laboratory di Washington, D.C. “Kini kami bisa mengamati apa yang
terjadi terhadap debu di dekat Matahari.”
Para ilmuwan memperkirakan zona bebas debu
terletak sekitar 2-3 juta mil dari Matahari, berarti Parker Solar Probe dapat mengamati zona bebas debu setidaknya pada
terbang lintas keenam tahun 2020.
Studi Cuaca Antariksa
Pengukuran yang dilakukan Parker Solar Probe telah memberikan perspektif
baru bagi para ilmuwan tentang dua jenis peristiwa cuaca antariksa: badai
partikel energik dan pelepasan massa koronal.
Partikel-partikel kecil, baik elektron dan
ion, dipercepat oleh aktivitas Matahari yang menciptakan badai partikel energik.
Aktivitas di Matahari dapat mengirim partikel-partikel ini ke seluruh tata
surya mendekati kecepatan cahaya, berarti mereka dapat mencapai Bumi dalam
waktu kurang dari setengah jam. Partikel-partikel ini memuat banyak energi,
sehingga dapat merusak komponen elektronik pesawat antariksa dan membahayakan
astronot, terutama yang berada di luar angkasa (di luar perlindungan medan
magnet Bumi), dan jeda peringatan dini yang singkat membuatnya sulit dihindari.
Memahami secara mendetail bagaimana partikel-partikel
ini dipercepat dianggap sangat penting. Meskipun mencapai Bumi hanya hitungan
menit, proses yang menggerakkan mereka tetap tak terdeteksi. Dengan berada hanya
beberapa juta mil jauhnya dari Matahari, Parker
Solar Probe dapat mengukur partikel-partikel ini tepat setelah meninggalkan
Matahari, dan memberikan wawasan baru tentang proses yang menggerakkan mereka.
 |
| Parker Solar Probe telah melakukan observasi terbaru terhadap partikel-partikel energik, seperti yang dideteksi oleh detektor Solar and Heliospheric Observatory, yang akan membantu para ilmuwan untuk lebih memahami akselerasi peristiwa ini. Kredit: ESA/NASA/SOHO |
Instrumen ISʘIS Parker Solar Probe, yang dikelola oleh Universitas Princeton, telah
mengukur beberapa peristiwa partikel energik yang belum pernah terlihat
sebelumnya. Skala peristiwa semacam ini sangat kecil, sehingga semua proses
yang menggerakkan telah menghilang sebelum mencapai Bumi. ISʘIS juga mengukur
jenis ledakan partikel langka dengan jumlah elemen yang lebih berat, yang menunjukkan
bahwa kedua jenis peristiwa itu lebih umum daripada yang diperkirakan para
ilmuwan sebelumnya.
“Sungguh menakjubkan, bahkan ketika aktivitasnya
sangat minim, Matahari menghasilkan lebih banyak peristiwa partikel energik skala
kecil daripada yang pernah kita duga,” kata David McComas, peneliti utama ISʘIS
(Integrated Science Investigation of the
Sun) di Universitas Princeton New Jersey. “Pengukuran ini akan membantu
kita mengungkap sumber, akselerasi, dan proses yang memindahkan partikel surya berenergi,
dan pada akhirnya untuk melindungi satelit dan astronot di masa depan.”
Data dari instrumen WISPR juga memberikan
detail tentang struktur di korona dan angin surya, termasuk pelepasan massa
koronal, atau jutaan ton awan material surya yang dilepaskan Matahari ke seluruh
tata surya. Pelepasan massa koronal dapat memicu terjadinya aurora, hingga mendorong
arus listrik yang dapat merusak jaringan listrik dan jaringan pipa. Visi unik WISPR,
yang mampu mengamati peristiwa pelepasan massa koronal, telah memberikan wawasan
baru pada berbagai peristiwa yang disebabkan oleh aktivitas Matahari.
Instrumen pencitraan Parker Solar Probe mengintip
dari balik perisai panas pesawat antariksa untuk mengamati struktur korona.
Kredit: NASA/JHUAPL/ Naval Research Lab/Parker Solar Probe
“Karena Parker
Solar Probe mampu menyesuaikan diri dengan rotasi Matahari, kita bisa
menyaksikan aliran material selama berhari-hari dan melihat evolusi struktur,”
kata Howard. “Observasi di dekat Bumi telah membuat kita menduga struktur halus
korona merupakan aliran lembut, dan ternyata tidak benar. Parker Solar Probe akan membantu kita untuk membuat pemodelan yang
lebih baik tentang bagaimana peristiwa ini berlangsung di antara Matahari dan
Bumi.”
Seiring 21 misi terbang lintas, Parker Solar Probe akan mendekati
permukaan Matahari dari jarak hanya 3,83 juta mil.
“Matahari adalah satu-satunya bintang yang
dapat kita periksa dengan teliti,” kata Nicola Fox, direktur Divisi Heliofisika
di Markas Besar NASA. “Mendapatkan data langsung dari sumbernya, telah merevolusi
pemahaman kita tentang bintang induk kita sendiri dan bintang lain di seluruh
alam semesta. Pesawat antariksa kecil kami bagaikan prajurit tangguh di baris
terdepan medan brutal untuk mengirim kembali informasi mengejutkan dan menarik.”
Data dua terbang lintas pertama Parker Solar
Probe telah tersedia secara online untuk diakses oleh publik.
Parker Solar Probe merupakan bagian dari
program Living with a Star NASA untuk
mengeksplorasi aspek sistem Matahari-Bumi, yang secara langsung dapat memengaruhi
kehidupan dan masyarakat luas. Program Living
with a Star dikelola oleh Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA di
Greenbelt, Maryland, untuk Direktorat Misi Sains NASA di Washington. Pesawat
antariksa dirancang, dibuat dan dioperasikan oleh Laboratorium Fisika Terapan Universitas
Johns Hopkins.
Ditulis oleh: Sarah Frazier, Pusat Penerbangan
Antariksa Goddard NASA, www.nasa.gov, editor: Rob Garner
Pelajari lebih lanjut di artikel:
- Hujan Tak Terduga di Matahari Menghubungkan Dua Misteri Surya
- Menuju Matahari: Mengapa Parker Solar Probe Tidak Meleleh
- Misi Antariksa Menyentuh Matahari
Komentar
Posting Komentar