Fenomena Alam: Aurora

Fenomena Alam: Aurora

          Pada bulan Januari yang lalu, diberitakan bahwa matahari akan memasuki siklus 11 tahunan dengan letupan-letupan lidah apinya.  Ledakan matahari ini  merupakan ledakan yang terkuat sejak tahun 2005 dan masuk dalam kelas M-9 alias sudah mendekati kelas tertinggi (X-Extreme). Akibat ledakan itu, terlepas partikel berenergi tinggi dan lontaran massa korona (CME) yang bergerak dengan kecepatan hingga 2.200 km per detik. Berita ini sempat membuat orang-orang panik karena badai matahari ini dikhawatirkan akan mengganggu teknologi di bumi, mengingat partikel bermuatan yang terpancar dan sampai bumi menciptakan medan magnetik. Badai matahari memang diketahui dapat mengganggu jaringan listrik, navigasi satelit, dan rute pesawat, namun, tidak ada insiden besar yang terjadi di hari itu. Tetapi pada malam harinya, terjadi sesuatu yang menarik perhatian banyak orang. 

Pancaran cahaya kehijauan muncul di berbagai belahan bumi. Rob Steenburgh, petugas dari Space Weather Prediction Center, Colorado mengatakan ada laporan bahwa pancaran cahaya itu muncul di Kanada dan tenggelam di lapisan utara bagian Amerika Serikat. Cahaya itu juga tampak di Australia. Pengemudi truk yang kembali dari tambang berlian di wilayah Northwest, Australia menikmati penampakan cahaya cantik itu di atas Prosperous Lake.

            Penampakan cahaya yang indah ini disebut Aurora. Aurora adalah fenomena alam yang menyerupai pancaran cahaya yang menyala-nyala pada lapisan ionosfer dari sebuah planet.Fenomena ini terjadi karena angin Matahari (solar wind), kumpulan partikel-partikel bermuatan listrik— seperti elektron (muatan listrik negatif) dan proton (muatan listrik positif) yang berasal dari lapisan atmosfer Matahari — berinteraksi dengan medan magnet Bumi (geomagnetik). Partikel-partikel tersebut terlempar dari matahari dengan kecepatan lebih dari 500 mil per detik dan terhisap medan magnet bumi di sekitar kutub Utara dan Selatan. Warna-warna yang dihasilkan disebabkan benturan partikel dan molekul atau atom yang berbeda. Misalnya, aurora hijau terbentuk oleh benturan partikel elektron dengan molekul nitrogen. Aurora merah terjadi akibat benturan antara partikel elektron dan atom oksigen.

Partikel bermuatan listrik dipengaruhi oleh medan magnet, yang dalam fisika disebut dengan gaya Lorentz,

dimana F adalah gaya magnet yang dirasakan partikel bermuatan listrik q (bernilai positif atau negatif), v adalah kecepatan partikel tersebut, dan B adalah medan magnet. Tanda panah di atas simbol (cetak tebal dalam paragraf) menandakan bahwa itu adalah besaran vektor, sehingga arah gaya ditentukan oleh arah hasil perkalian cross (aturan tangan kanan).

Jadi, ketika angin Matahari datang mendekati Bumi, mereka akan terbelokkan karena kehadiran medan geomagnetik. Karena arah medan geomagnetik keluar dari kutub Utara dan masuk ke kutub Selatan, maka gerakkan partikel angin Matahari terbelokkan baik ke Utara ataupun ke Selatan.

Partikel yang ke arah Utara, menurut gaya Lorentz, adalah partikel bermuatan listrik negatif (arah gaya berlawanan dengan arah medan magnet); sebaliknya untuk partikel bermuatan listrik negatif akan bergerak ke arah Selatan. Partikel-partikel ini kemudian mengalami percepatan menuju Bumi karena dipengaruhi oleh gaya gravitasi Bumi. Begitu mengenai molekul-molekul yang ada di lapisan atmosfer Bumi (seperti oksigen dan nitrogen), mereka bertabrakan (collision) dan sebagian besar molekul mengalami keadaan eksitasi. Keadaan eksitasi molekul tidak berlangsung lama karena keadaan ini tidak stabil. Elektron-elektron dalam molekul udara tersebut segera turun ke keadaan dasar disertai pelepasan energi berupa cahaya tampak. Inilah yang disebut aurora. Karena angin Matahari tadi hanya masuk dari arah langit Utara dan langit Selatan, maka aurora hanya dapat disaksikan di belahan Bumi Utara dan Selatan.

            Aurora yang terjadi di daerah sebelah Utara dikenal dengan nama Aurora Borealis. Aurora Borealis dinamai bersempena Dewi Fajar Rom, Aurora, dan nama Yunani untuk angin utara, Boreas. Ini karena di Eropa, aurora sering terlihat kemerah-merahan di ufuk utara seolah-olah Matahari akan terbit dari utara. Orang Eskimo atau suku Inuit percaya fenomena alam yang terkenal dengan sebutan Aurora Borealis atau Cahaya Utara itu muncul karena para arwah sedang bermain bola memakai tengkorak singa laut di angkasa. Mereka juga percaya orang yang terlalu sering menonton "pertandingan" itu akan menjadi gila. Aurora borealis selalu terjadi di antara September dan Oktober dan Maret dan April. Adapun fenomena aurora di sebelah Selatan yang dikenal dengan Aurora Australis. Aurora Australis mempunyai sifat-sifat yang serupa dengan Aurora Borealis, tetapi kadang-kadang aurora muncul di puncak gunung di iklim tropis.

Fenomena Aurora ini juga telah lama menarik perhatian para Ilmuwan. Andres Celcius, antara rentang tahun 1716-1732 mengamati Aurora Borealis dan menghasilkan sekitar 316 pengamatan dipublikasikannya. Celcius adalah seorang Professor Astronomi yang namanya diabadikan sebagai satuan pengukur suhu. Bersama dengan asistennya Olof Hjorter, ia menjadi orang pertama yang menyadari bahwa fenomena Aurora memiliki penyebab magnetis dengan mengamati kemiringan jarum kompas dan menemukan bahwa penyimpangan yang lebih besar berkorelasi dengan aktivitas aurora kuat. Selain Celcius, ada juga seorang penerima nobel asal Belanda bernama Pieter Zeeman, mempublikasikan laporan tentang Aurora Borealis yang terlihat di Zonnemaire. Elias Loomis juga menerbitkan serangkaian laporan mengenai Aurora di American Journal of Science. Namun, ada juga beberapa teori yang diajukan untuk menjelaskan fenomena ini, dan sebagian dari teori-teori tersebut sudah tidak relefan pada masa sekarang. Contohnya seperti teori Benjamin Franklin, bahwa “Misteri Cahaya Utara” itu disebabkan oleh konsentrasi muatan listrik di daerah kutub yang didukung oleh salju dan uap air. Ada juga Kristian Birkeland yang berteori bahwa Auroral Elektron terjadi dari sinar yang dipancarkan sinar matahari, dan elektron tersebut dibimbing menuju kutub utara.

Selain bumi, planet-planet lain di dalam tata surya pun memiliki medan magnetik. Pancaran angin matahari (solar wind) yang mencapai medan magnetik planet-planet ini akan menyebabkan terbentuknya Aurora di planet tersebut dengan proses yang sama dengan proses terjadinya Aurora di bumi.

Aurora juga akan terbentuk pada daerah dengan medan magnetik tinggi, contohnya planet Jupiter dan Saturnus. Kedua planet ini memiliki magnet yang lebih kuat dan sabuk radiasi yang lebih besar dari bumi. Selain kedua planet itu, Aurora juga terjadi pada Planet Uranus. Namun, astronom mengungkapkan bahwa aurora Uranus memiliki keunikan. Hal ini berkaitan dengan orientasi planet tersebut. Tak seperti 7 planet lainnya, sumbu magnetik Uranus 60 derajat dari axis putarannya. Sementara, sumbu putarannya 98 derajat secara relatif terhadap orientasi sistem orbit Tata Surya. Dengan kata lain, Uranus seperti berputar dengan poros bagian sampingnya. Selain itu, Aurora di Uranus punya umur sangat singkat. Menurut Laurent Lamy, astronom dari Observatoire de Paris di Meudon, Perancis, ini berkaitan dengan perbedaan orientasi datangnya partikel bermuatan dari matahari dan medan magnet planet yang tak biasa.

Tanggal 14 Agustus 2004, Pesawat Mars Express mendeteksi terjadinya Aurora di planet Mars, para Ilmuwan mempelajari dengan memasukkan data-data yang dihasilkan Mars Global Surveyor, dimana daerah emisi berhubungan dengan suatu daerah yang memiliki medan magnet paling kuat, dan menunjukkan bahwa asal-usul emisi cahaya adalah aliran elektron. Mars tidak memiliki medan magnet mirip dengan Bumi, tetapi memiliki medan lokal yang mengakibatkan munculnya aurora di planet ini.

Pada sebuah fenomena Aurora, satelit menangkap gambar Aurora yang terlihat seperti “cincin api”. Aurora-aurora jenis lain juga diamati dari luar angkasa, misalnya "Poleward Busur".

 Teleskop yang digunakan untuk menangkap terjadinya Aurora di planet lain adalah Teleskop Huble, sebuah teleskop luar angkasa yang berada di orbit bumi. Nama Hubble diambil dari nama ilmuwanterkenal Amerika, Edwin Hubble yang juga merupakan penemu hukum Hubble. Sebagian besar dari benda-benda angkasa yang telah berhasil diidentifikasi adalah merupakan jasa teleskop Hubble.