Matahari

MATAHARI DAN AKTIVITASNYA Clara Y. Yatini Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional Jl. Dr. Junjunan 133 Bandung email: [email protected] 1. Pendahuluan Sebagai pusat tata surya, matahari merupakan bintang yang paling dekat dengan bumi. Oleh sebab itu matahari merupakan sumber panas dan cahaya di bumi, sehingga perubahanperubahan yang terjadi di matahari akan memberikan dampak juga di bumi. Pengetahuan mengenai matahari sangat diperlukan karena sebagai bintang yang paling dekat dengan bumi, matahari relatif lebih ’mudah’ diamati dibandingkan bintang-bintang yang lain sehingga membuka jalan bagi manusia untuk mempelajari alam semesta. 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. Partikel berenergi yang terlontar dapat mempengaruhi orbit dan operasional satelit, dan dapat pula mempengaruhi umur (life time) satelit. 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. Berdasarkan akibat-akibat yang ditimbulkannya, maka sangat penting bagi manusia untuk mempelajari matahari, terutama untuk mengantisipasi dampak-dampak buruk yang dapat diakibatkan oleh aktivitasnya. 2. Bagian-Bagian Matahari Matahari terdiri dari bagian-bagian penting yaitu sebagai berikut: a. Bagian dalam matahari (solar interior) b. Fotosfer (permukaan matahari) c. Kromosfer d. Korona 2.1. Bagian dalam matahari (solar interior) Bagian dalam matahari terdiri dari inti matahari, daerah radiatif, lapisan antara (interface layer), dan daerah konvektif. Di bagian inti terjadi reaksi inti yang mengubah hidrogen 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.

1

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 5700°K dan kerapatannyapun menjadi sangat rendah, yaitu 0,0000002 g/cm3. Profil kerapatan dan temperatur di bagian dalam matahari diperlihatkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Profil kerapatan (kiri) dan temperatur (kanan) di bagian dalam matahari (sumber: Marshall Space Flight Center)

2.2. Fotosfer Permukaan matahari yang terlihat disebut sebagai fotosfer (gambar 2.2). Fotosfer in 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. 2.2.1. 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 2.3).

2

Gambar 2.2. Fotosfer (permukaan matahari) yang tampak (sumber: Solar and Heliospheric Observatory)

Gambar 2.3. Struktur bintik matahari

2.2.2. 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.

3

2.2.3. Granula dan Supergranula Granula tampakseperti sel-sel yang menutupi seluruh permukaan matahari (lihat gambar 2.4), 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 2.4. Struktur granula di fotosfer matahari (Sumber: Marshall Space Flight Center)

2.3. Kromosfer Terletak di atas fotosfer, lapisan ini mempunyai temperatur yang lebih tinggi, sekitar 20000°C. Kromosfer umumnya diamati dalam panjang gelombang Hα. 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. 2.4. 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. 3. Aktivitas Matahari Matahari mempunyai aktivitas yang terus menerus. Aktivitasnya bervariasi dari jam-an, hariaan, bahkan sampai bertahun-tahun. Aktivitas matahari yang paling umum dikenal adalah yang mempunyai periode 11 tahun-an. Dari semua aktivitasnya, yang tampaknya paling berperan adalah medan magnetik yang ada di matahari. 3.1. Medan Magnetik di Matahari Medan magnetik matahari dibangkitkan di bagian dalam matahari, di lapisan tachocline. Medan magnetik terbentuk akibat aliran ion dan elektron yang bermuatan. Medan magnetik ini dapat digunakan untuk menjelaskan berbagai fenomena di matahari. Misalnya, bintik matahari merupakan tempat medan magnetik yang kuat di permukaan matahari. Siklus bintik juga merupakan akibat dari medan magnetik matahari yang berubah. Prominens muncul dari permukaan matahari karena dibawa oleh medan magnetik. Fenomena di medium antar planet 4

juga berkaitan dengan medan magnetik dari matahari. Oleh karena itu pemahaman tentang medan magnetik ini akan menjadi sangat penting. 3.2. Bintik Matahari Bintikmatahari merupakan daerah di permukaan matahari yang tampak lebih gelap dari pada sekelilingnya. Banyaknya bintik bervariasi, tergantung pada tingkat aktivitas matahari. Pada saat matahari tenang, jumlah bintik sedikit, akan tetapi sebaliknya pada saat matahari aktivitasnya tinggi, jumlah bintik juga makin banyak. Jumlah bintik di permukaan matahari umumnya dinyatakan dengan bilangan sunspot (sunspot number) yang dihitung menggunakan persamaan R = k (10 g + f ) (3.1) dengan R : bilangan sunspot k : konstanta; bergantung pada peralatan dan pengamat g : banyaknya grup bintik f : banyaknya bintik individu Bintik matahari mempunyai siklus yang periodenya berkisar antara 9 – 12 tahun (gambar 2.4 kiri). Bintik matahari terbentuk di daerah lintang tinggi, dankemudian dalam perjalanannya akan makin mendekati ekuator. Gambaran ini terlihat jelas pada diagram kupu-kupu (butterfly diagram) pada gambar 2.4 sebelah kanan.

Gambar 2.4. Siklus bintik matahari sejak tahun 1700 (kiri) dan diagram kupu-kupu yang menunjukkan posisi bintik matahari dalam siklusnya (kanan) (sumber : Marshall Space Flight Center)

3.3. Flare Flare adalah ledakan besar di matahari yang memancarkan energi yang sangat besar (contohnya pada gambar 2.5). Pada umumnya flare terjadi di daerah aktif di matahari, yaitu di sekitar bintik matahari. Flare melepaskan energi dalam berbagai panjang gelombang, mulai dari orde 10-10cm sampai dengan orde 106 cm, dan dalam berbagai bentuk,

5

elektromagnetik, partikel energetik, dan aliran materi. Terjadinya flare sangat berkaitan dengan medan magnetik di matahari. Flare dikelompokkan dalam beberapa kelas. Secara optik flare dikelompokkan berdasarkan luasnya dalam Hα, yang sering disebut dengan importansi. Kelasnya adalah kelas S (subflare), 1, 2, 3, dan 4. Selain pengelompokan ini, flare juga dikelompokkan berdasarkan energi maksimumnya dalam sinar X, yaitu kelas B, C, M, dan X, dengan energi maksimumnya berturut-turut adalah 10-7, 10-6, 10-5, 10-4 Watt/m2.

Gambar 2.5. Flare (sumber: Marshall Space Flight Center)

3.4. Lontaran Masa Korona (CME) Lontaran massa korona (coronal mass ejection) yang sering disingkat sebagi CME adalah lontaran materi dari matahari dalam jumlah yang besar mengikuti garis-garis medan magnetik dan berlangsung selama beberapa jam. CME mulai dikenal sejak tahun 1973 dengan pengamatan yang dilakukan oleh 7th Orbiting Solar Observatory (OSO 7). Contoh CME dapat dilihat pada gambar 2.6. CME seringkali terjadi bersama-sama dengan flare atau prominens. Namun demikian ada juga yang terjadi tanpa flare. Jumlah kejadian CME sesuai dengan siklus sunspot. Pada saat matahari minimum kira-kira hanya ada 1 CME per minggu. Akan tetapi saat matahari maksimum dalam satu hari dapat terjadi rata-rata 2 sampai 3 CME per hari.

Gambar 2.6. CME pada tanggal 4 November 2003 (sumber: Solar and Heliospheric Observatory)..

6

CME juga memegang peranan penting dalam hubungan matahari-bumi, terutama untuk jangka pendek. CME dapat mempengaruhi medan magnetik bumi, yang mengakibatkna badai geomagnetik. CME juga dapat mengganggu orbit dan opersional satelit. Di ionosfer, CME dapat menyebabkan terganggunya bahkan putusnya komunikasi radio dan komunikasi satelit. 3.5. Angin Matahari Matahari memancarkan aliran partikel-partikel yang disebut sebagai angin matahari (solar wind). Partikel-partikelnya terutama adalah proton dan elektron dengan kecepatan rata-rata sekitar 400 km/detik. Kecepatannya bahkan bisa mencapai 800 km/detik bila berasal dari lubang korona. Sumber angin matahari adalah korona. Di korona temperaturnya sangat tinggi sehingga gravitasi matahari tidak dapat menahan partikel-partikel tersebut dan lepas bersama garis-garis medan magnetik matahari. Interaksi antara medan magnet bumi dengan angin matahari dapat menyebabkan timbulnya badai di magnetosfer bumi. Aurora yang tampak di kutub (aurora borealis dan aurora australis) adalah akibat dari partikel-partikel angin matahari ini. Di ruang angkasa angin matahari ini akan membentuk heliosfer. 4. Penutup Sebagai sumber energi dan gangguan di lingkungan bumi, matahari memang tetap harus diteliti lebih dalam. Variasi di matahari yang berlangsung dalam waktu singkatpun harus tetap mendapat perhatian, karena perubahan apapun yang terjadi matahari pasti akan mempengruhi lingkungan bumi. Masih banyak hal yang harus dipecahkan ataupun ditemukan jawabannya berkaitan dengan aktivitas matahari. Perubahan suhu dari kromosfer ke korona yang begitu drastis, proses terbentuknya flare, dan terjadinya siklus bintik matahari masih menunggu untuk ditemukan jawabannya. Proses penelitian ilmiah dengan observasi yang makin canggih diharapkan dapat menjawab permasalahan mengenai matahari ini. Pustaka Freeman, J.W., 2001, Storms in Space, Cambridge University Press. Friedmann, H., 1986, Sun and Earth, Scientific American Library Giovanelli, R., 1984, Secrets of the Sun, Cambridge University Press Marshall Space Flight Center, http://science.nasa.gov/ Phillips, K.J.H., 1992, Guide to the Sun, Cambridge University Press Solar and Heliospheric Observatory, http://sohowww.nascom.nasa.gov/ Zirin, H., 1988, Astrophysics of the Sun, Cambridge University Press

7