FISIKA: AURORA

Jika diuraikan dengan kata-kata, keindahan langit memang  tidak akan pernah ada habisnya. Sungguh Maha Besar bagi Dia yang menciptakan langit dengan segala isinya.

Kali ini kita akan bersama-sama menguraikan rasa penasaran tentang cahaya yang berpendar luar biasa anggun dalam dinginnya atmosfer lintang tinggi. Kemilau cahayanya yang terang menyerupai fajar di pagi hari, mampu menimbulkan mitos di kalangan Bangsa Yunani. Mereka menyebut pendar cahaya itu sebagai kehadiran Sang Dewa Fajar. Namun demikian, seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, mitos Dewa Fajar itu telah tersisihkan dengan nama Aurora.

Aurora merupakan pancaran cahaya pada langit daerah lintang tinggi, sebagai akibat atas pembelokan partikel angin matahari oleh magnetosfer ke arah kutub, serta adanya reaksi dengan molekul-molekul atmosfer.

Matahari, atau Bintang merah yang menjadi pusat orbit planet-planet wilayah tatasurya ternyata hanyalah satu diantara milyaran bintang lainnya di galaksi bimasakti. Pada inti pusatnya, ia memiliki suhu 14 juta kelvin dengan tekanan 100 milyar kali lipat tekanan atmosfer di bumi. Cahaya yang dipancarkan matahari berasal dari reaksi fusi termonuklir yang terjadi pada inti bintang. Secara konveksi, energi hasil reaksi fusi tersebut dialirkan ke permukaan. Dari aliran konveksi tersebut, tercipta medan magnet yang sangat kuat di permukaan matahari. Daerah-daerah medan magnet tersebut relatif gelap (lebih dingin) dari pada sekitarnya, sehingga ia dinamakan bintik matahari atau sunspot.

Menurut Pak Ma’rufin, sunspot ini dianggap sebagai bendungan pasir pada arus air yang liar, nah ketika kekuatannya sudah tak sanggup lagi menahan tekanan arus, maka ia akan ‘jebol’. ‘Jebol’nya sunspot ini akan memuntahkan kandungan energi yang disalurkan sebagai arus proton atau elektron. Energi yang dilontaran keluar matahari tersebutlah  yang disebut sebagai angin matahari. Jika dengan intensitas yang besar maka dinamakan badai matahari.

Proses terjadinya angin matahari. Dimulai dengan terbentuk nya sunspot yang menciptakan medan magnet. Karena kekuatan sudah tak sanggup lagi menahan tekanan arus, maka ia akan ‘jebol’. Jebol nya sunspot ini akan memuntahkan kandungan energi yang disalurkan sebagai arus proton atau elektron. Image Credit : UIO Oslo university

Perjalanan angin matahari menuju bumi, dapat ditempuh selama 18 jam hingga 2 hari perjalanan antariksa. Ketika melewati Merkurius dan Venus, angin matahari akan langsung begitu saja menerpa atmosfernya, sehingga planet tersebut mengalami peningkatan suhu yang luar biasa akibat dari terpaan aliran proton dan elektron yang dibawanya. Namun demikian, lain halnya ketika angin matahari itu menghantam bumi.

Bumi ini bagaikan magnet yang berukuran sangat besar, dengan kutub-kutub magnetnya hampir berdekatan dengan kutub geografis bumi. Sehingga bumi ini dilapisi oleh medan magnet (magnetosfer) yang berbentuk sebuah perisai yang mirip dengan buah apel, dimana bumi berada pada inti buahnya dan magnetosfer berada pada kulit buah apel.magnetosfer ini terdiri dari beberapa lapisan, dengan lapisan terbawahnya, sabuk radiasi van allen yang berada di sekitar ekuator (khatulistuwa). Layaknya sebuah perisai, magnetosfer dan sabuk van allen melindungi bumi dari terpaan partikel angin matahari.

Angin matahari ditunjukkan pada garis kuning sedang medan magnet bumi ditunjukkan pada garis biru.

Ketika angin matahari menerpa magnetosfer, partikel-partikel angin matahari dibelokkan dan tertarik menuju kutub medan magnet bumi. Semakin tinggi energi partikel, maka semakin dalam lapisan magnetosfer yang berhasil ditembus olehnya. Aliran partikel yang tertarik ke kutub medan magnet bumi akan bertumbukan dengan atom-atom yang ada di atmosfer. Energi yang dilepaskan akibat reaksi dari proton dan elektron yang bersinggungan dengan atom-atom di atmosfer, dapat dilihat secara visual melalui pendar cahaya yang berwarna-warni di langit, atau yang kita kenal sebagai Aurora. Di kutub utara bumi, aurora ini disebut sebagai aurora borealis, dan di kutub selatan, disebut sebagai aurora australis.

Interaksi antara angin matahari dengan medan magnet bumi. Sebagian partikel-partikel matahari tertarik menuju kutub.

Reaksi antara partikel angin matahari dengan atmosfer bumi, menghasilkan berbagai macam warna pada aurora. Perbedaan warna ini dipengaruhi oleh jenis atom yang berinteraksi dengan proton dan elektron, mengingat pada ketinggian-ketinggian tertentu, jenis atom penyusun atmosfer tidaklah sama. Pada ketinggian di atas 300 km, partikel angin matahari akan bertumbukan dengan atom-atom hidrogen sehingga terbentuk warna aurora kemerah-merahan. Semakin turun, yakni pada ketinggian 140 km, partikel angin matahari bereaksi dengan atom oksigen yang membentuk cahaya aurora berwarna biru atau ungu. Sementara itu, pada ketinggian 100 km proton dan elektron bersinggungan dengan atom oksigen dan nitrogen sehingga aurora tervisualisasikan dengan warna hijau dan merah muda.

Cahaya Aurora yang berwarna warni mengandung arti ketinggian.

Jika teman-teman berniat dan berminat untuk melihat keelokan aurora secara langsung, bisa langsung saja berkunjung ke daerah-daerah lintang tinggi, seperti Kanada, New Zeland, Antartika, dll. Ketika aktivitas matahari dalam keadaan stabil, maka frekuensi terbentuknya aurora lebih sering pada bulan-bulan ekuinoks. (ekuinoks musim semi jatuh pada tanggal 23 Maret, dan ekuinoks musim gugur adalah tanggal 21 September). Namun demikian ketika aktivitas matahari sedang meningkat, atau dengan kata lain intensitas angin matahari tinggi, maka cahaya aurora pun akan terbentuk semakin terang.

Potret Aurora di kutub utara