Bagaimana Aurora Terbentuk? (Interaksi Partikel Matahari dan Medan Magnet Bumi)

Pernahkah kalian mendengar fenomena aurora? Cahaya yang berpendar di langit saat malam, membentang seperti menari-nari di langit. Berwarna hijau, dan terkadang memiliki warna lain seperti merah, kuning, biru hingga ungu. Tetapi, kita baru bisa melihatnya melalui foto-foto di internet karena aurora sangat jarang - bahkan tidak pernah- muncul di langit kita. Mengapa demikian? Mari kita bahas lebih dalam fenomena aurora!

Gambar 1. Aurora.

Saat musim dingin, negara-negara di kutub utara memiliki waktu malam hari yang lebih panjang daripada waktu siang hari. Di malam-malam yang panjang tersebut, seringkali cahaya cantik yakni aurora muncul di tengah kegelapan langit malam yang panjang. Tetapi, aurora bisa terjadi sepanjang tahun. Berikut penjelasan mekanisme terjadinya aurora.

Kita akan membahasnya mulai dari matahari. 

Matahari ternyata memiliki aktivitasnya sendiri! Matahari adalah bola gas raksasa yang terdiri dari berbagai lapisan. Unsur yang paling banyak menyusun matahari adalah hidrogen (H) dan helium (He). Di intinya, terdapat reaksi fusi yang menjadikan matahari menghasilkan energi. Pada lapisan terluarnya yaitu korona, materialnya berbentuk plasma. Plasma adalah gas yang partikel-partikelnya bermuatan listrik. Partikel-partikel bermuatan listrik tersebut terpanaskan sehingga bergerak sangat cepat dan memiliki energi yang cukup untuk lepas dari gravitasi matahari, sehingga keluar dari matahari dan membentuk angin matahari (solar wind). Partikel tersebut bergerak ke luar matahari, termasuk ke arah bumi.

Gambar 2. Lapisan-lapisan matahari. (Sumber: NASA)

Selain dari korona, matahari memiliki daerah aktif yang mengeluarkan plasma melalui sebuah ledakan besar yang melepaskan plasma dan medan magnet matahari. Hal ini disebut CME (Coronal Mass Ejection). CME memiliki kecepatan lebih tinggi daripada angin matahari sehingga lebih cepat sampai ke bumi. 

Hebatnya, bumi memiliki mekanisme pertahanannya sendiri untuk melindungi diri dari partikel bermuatan yang dilepaskan matahari, yaitu melalui medan magnet bumi. Medan magnet Bumi dihasilkan oleh gerakan dari inti bumi. Untuk memahaminya, kita bisa membandingkan dengan magnet batang. Bisa dibilang bahwa bumi adalah magnet terbesar yang bisa kita jangkau. Terdapat kutub utara magnet dan kutub selatan magnet. Arah garis-garis medan magnetnya adalah dari kutub selatan magnet bumi ke kutub utara magnet bumi (bukan kutub geografi bumi) seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Gambar 3. Ilustrasi Medan Magnet Bumi. (Sumber: NASA)

Medan magnet bumi ini selanjutnya menciptakan "tameng" bagi partikel bermuatan yang datang dari luar termasuk dari matahari. "Tameng" tersebut merupakan magnetosfer seperti yang terlihat pada gambar di bawah. Bentuknya lebih kecil di arah bumi yang berhadapan matahari dan menjadi lebih besar di arah sebaliknya karena pengaruh angin matahari.  

Gambar 4.  Magnetosfer bumi.
(Graphic by Michael Osadciw/University of Rochester)

Partikel-partikel bermuatan dari angin matahari, CME, dsb yang menuju bumi dipantulkan oleh medan magnet bumi -magnetosfer- yang menghadap matahari. Tetapi tidak semuanya bisa ditolak oleh magnetosfer. Ada yang terbawa ke tempat yang medan magnetnya lemah yaitu di daerah kutub. Partikel bermuatan dapat masuk hingga ke atmosfer bumi dan berinteraksi dengan partikel-partikel di atmosfer.

Pada lapisan atmosfer bumi, terdapat sebuah lapisan bernama ionosfer yang berisi ion (partikel bermuatan listrik). Radiasi matahari mengionisasi molekul dan atom di atmosfer, mengubahnya menjadi ion (partikel bermuatan). Ketika radiasi ultraviolet dan sinar-X dari matahari mengenai atmosfer bagian atas, atom dan molekul terpecah menjadi ion positif dan elektron bebas.

Gambar 5. Ilustrasi lapisan atmosfer berdasarkan ketinggian. (Sumber: NASA)

Ketika partikel bermuatan dari matahari tadi memasuki atmosfer, maka akan berinteraksi dengan atom-atom atau molekul (misalnya atom/molekul oksigen dan nitrogen) yang ada di ionosfer. Mereka saling bertumbukan sehingga elektron tereksitasi dan tingkat energinya menjadi lebih tinggi. Ketika akan kembali ke keadaan dasarnya, harus ada energi yang dilepas (emisi), dalam hal ini energi dilepas dalam bentuk cahaya. Cahaya inilah yang disebut sebagai AURORA. Warnanya berbeda-beda, bisa hijau, merah dan lainnya tergantung gas yang berinteraksi dengan partikel. 

Aurora yang ada di langit kutub utara disebut Aurora Borealis, sedangkan aurora yang ada di langit kutub selatan disebut Aurora Australis. Biasanya orang-orang juga menyebutnya sebagai Northern Light dan Southern Light. 

Saat aktivitas matahari sedang tinggi, semakin banyak partikel dari matahari yang kelaur, artinya gangguan pada magnetosfer bumi akan meningkat.  Hal ini disebut sebagai badai geomagnetik. Partikel-partikel bermuatan akan masuk atmosfer dengan kuantitas lebih banyak karena banyak hal yang terjadi di matahari yang akhirnya melepas materinya ke luar. Kehadiran aurora saat badai geomagnetik dapat meningkat. Dengan kata lain, aurora juga dapat menjadi tanda bahwa ionosfer bumi sedang terganggu.

Sayangnya, sulit bagi kita yang berada di Indonesia menyaksikan aurora secara langsung. Karena lokasi kita di ekuator bumi, yang mana medan magnet sangat melindungi kita dari gangguan angin matahari, CME, dsb (seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4). Namun, partikel-partikel dari matahari masih bisa mengganggu lapisan ionosfer kita meski tidak sampai menghasilkan aurora. 

Share this post