Para peneliti, termasuk tim dari Northwestern University, telah membuat terobosan dalam memahami medan magnet matahari, dengan menemukan bahwa medan magnet matahari berasal lebih dekat ke permukaan daripada yang diperkirakan sebelumnya. Wawasan ini dapat meningkatkan prediksi badai matahari, yang menimbulkan risiko terhadap infrastruktur teknologi bumi. Kredit: SciTechDaily.com
Sebuah studi baru mengungkapkan medan magnet matahari berasal lebih dekat ke permukaan, sehingga memecahkan misteri berusia 400 tahun yang pertama kali diselidiki oleh Galileo dan meningkatkan prakiraan badai matahari.
Tim peneliti internasional, termasuk Universitas Barat Laut para insinyur, semakin dekat untuk memecahkan misteri matahari berusia 400 tahun yang bahkan membingungkan astronom terkenal Galileo Galilei.
Sejak pertama kali mengamati aktivitas magnetik matahari, para astronom kesulitan menentukan asal muasal proses tersebut. Sekarang, setelah menjalankan serangkaian perhitungan rumit pada a NASA superkomputer, para peneliti menemukan medan magnet dihasilkan sekitar 20.000 mil di bawah permukaan matahari.
Temuan ini bertentangan dengan teori sebelumnya, yang menyatakan bahwa fenomena tersebut memiliki asal muasal yang dalam, yakni dimulai lebih dari 130.000 mil di bawah permukaan matahari.
Penelitian ini dipublikasikan pada 22 Mei di jurnal Alam.
Penemuan baru ini tidak hanya membantu kita lebih memahami proses dinamis matahari, tetapi juga membantu para ilmuwan memperkirakan badai matahari yang dahsyat dengan lebih akurat. Meskipun badai matahari yang kuat pada bulan ini memberikan pemandangan Cahaya Utara yang indah dan luas, badai serupa dapat menyebabkan kerusakan hebat – merusak satelit, jaringan listrik, dan komunikasi radio yang mengorbit Bumi.
Ilustrasi ini memberikan gambaran medan magnet matahari pada gambar yang diambil oleh Solar Dynamics Observatory milik NASA. Hamparan garis yang rumit dapat mengajarkan para ilmuwan tentang perubahan magnetisme matahari sebagai respons terhadap pergerakan konstan di dalam dan di dalam matahari. Kredit: NASA/SDO/AIA/LMSAL
“Memahami asal usul medan magnet matahari telah menjadi pertanyaan terbuka sejak zaman Galileo dan penting untuk memprediksi aktivitas matahari di masa depan, seperti semburan api yang dapat menghantam Bumi,” kata rekan penulis studi Daniel Lecoanet. “Pekerjaan ini mengusulkan hipotesis baru tentang bagaimana medan magnet matahari dihasilkan yang lebih sesuai dengan pengamatan matahari, dan kami berharap dapat digunakan untuk membuat prediksi aktivitas matahari yang lebih baik.”
Seorang ahli dalam dinamika fluida astrofisika, Lecoanet adalah asisten profesor ilmu teknik dan matematika terapan di Sekolah Teknik McCormick Northwestern dan anggota Pusat Eksplorasi dan Penelitian Interdisipliner dalam Astrofisika. Geoffrey Vasil, seorang profesor matematika di Universitas Edinburgh di Skotlandia, memimpin penelitian ini.
Sejarah yang Membingungkan
Selama berabad-abad, para astronom telah mempelajari tanda-tanda aktivitas magnetik matahari. Di antara mereka adalah Galileo, yang melakukan pengamatan rinci pertama terhadap bintik matahari pada tahun 1612. Dengan menggunakan teleskop awal dan bahkan mata telanjang, Galileo mendokumentasikan pergeseran bercak gelap yang disebabkan oleh medan magnet matahari yang selalu berubah.
Selama bertahun-tahun, para astronom telah mencapai kemajuan signifikan dalam memahami asal usul dinamo matahari – proses fisik yang menghasilkan medan magnet – namun masih ada keterbatasan. Teori-teori yang menyatakan bahwa dinamo mempunyai asal usul yang dalam, misalnya, memprediksi fitur-fitur matahari yang belum pernah diamati oleh para astronom, seperti medan magnet yang kuat di garis lintang tinggi.
Gambar yang diambil tanggal 20 Juni 2013, pukul 23.15 EDT ini menunjukkan cahaya terang jilatan api matahari di sisi kiri matahari dan letusan material matahari yang menembus atmosfer matahari, yang disebut letusan menonjol. Kredit: NASA/Goddard/SDO
Potongan yang Hilang
Untuk memecahkan teka-teki ini, tim peneliti mengembangkan simulasi numerik canggih untuk memodelkan medan magnet matahari. Berbeda dengan model sebelumnya, model baru ini memperhitungkan osilasi torsional, suatu pola siklus bagaimana gas dan plasma mengalir di dalam dan mengelilingi matahari. Karena matahari tidak padat seperti bumi dan bulan, maka matahari tidak berputar sebagai satu benda. Sebaliknya, rotasinya bervariasi menurut garis lintang. Seperti siklus magnet matahari 11 tahun, osilasi puntir juga mengalami siklus 11 tahun.
“Karena gelombang memiliki periode yang sama dengan siklus magnet, fenomena ini diperkirakan ada kaitannya,” kata Lecoanet. “Namun, ‘teori mendalam’ tradisional tentang medan magnet matahari tidak menjelaskan dari mana osilasi torsi ini berasal. Petunjuk yang menarik adalah bahwa osilasi torsi hanya terjadi di dekat permukaan matahari. Hipotesis kami adalah bahwa siklus magnet dan osilasi torsi merupakan manifestasi berbeda dari proses fisik yang sama.”
Ketika Kyle Augustson, rekan pascadoktoral di laboratorium Lecoanet di Northwestern, menjalankan simulasi numerik, para peneliti menemukan model baru mereka memberikan penjelasan kuantitatif untuk sifat-sifat yang diamati dalam osilasi torsional. Model tersebut juga menjelaskan bagaimana bintik matahari mengikuti pola aktivitas magnetik matahari – detail lain yang hilang dari teori asal mula.
Meningkatkan Prediksi
Dengan pemahaman yang lebih baik tentang dinamo matahari, para peneliti berharap dapat meningkatkan perkiraan badai matahari. Ketika jilatan api matahari dan lontaran massa koronal meluncur menuju Bumi, hal tersebut dapat menyebabkan kerusakan parah pada infrastruktur kelistrikan dan telekomunikasi, termasuk GPS alat navigasi. Badai matahari yang terjadi baru-baru ini, misalnya, melumpuhkan sistem navigasi peralatan pertanian – tepat pada puncak musim tanam.
Namun para peneliti melihat badai matahari yang lebih dahsyat yang melanda Kanada pada bulan September 1859 sebagai kisah peringatan. Dijuluki Peristiwa Carrington, badai hebat ini merusak sistem telegraf yang masih baru di negara itu. Dengan peringatan yang memadai, para insinyur dapat mengambil langkah-langkah untuk mencegah kerusakan besar di masa depan.
“Meskipun badai matahari baru-baru ini sangat dahsyat, kami khawatir akan terjadinya badai yang lebih dahsyat seperti Peristiwa Carrington,” kata Lecoanet. “Jika badai dengan intensitas serupa melanda Amerika Serikat saat ini, maka kerugian yang ditimbulkan diperkirakan mencapai $1 triliun hingga $2 triliun. Meskipun banyak aspek dinamika matahari masih diselimuti misteri, pekerjaan kami membuat kemajuan besar dalam memecahkan salah satu masalah tertua yang belum terpecahkan dalam teori fisika dan membuka jalan bagi prediksi yang lebih baik mengenai aktivitas matahari yang berbahaya.”
Untuk informasi lebih lanjut tentang penelitian ini:
Referensi: “Dinamo surya dimulai di dekat permukaan” oleh Geoffrey M. Vasil, Daniel Lecoanet, Kyle Augustson, Keaton J. Burns, Jeffrey S. Oishi, Benjamin P. Brown, Nicholas Brummell dan Keith Julien, 22 Mei 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07315-1
Penelitian ini didukung oleh NASA (nomor hibah 80NSSC20K1280, 80NSSC22K1738, dan 80NSSC22M0162). Komputasi dilakukan dengan dukungan Program Komputasi High End NASA melalui Divisi Advanced Supercomputing (NAS) NASA di Ames Research Center.
