Jakarta –
Efek listrik dari badai petir tidak terbatas hanya di bagian atas atmosfer. Di dekat tanah, atmosfer Bumi berdengung dengan medan listrik kuat yang mempercepat partikel, melemparkan elektron dengan cara yang memaksa atom bersinar dengan sinar gamma.
Dari atas gunung di Armenia, para ilmuwan telah mengamati fenomena meteorologi misterius ini dari dekat.
Di fasilitas penelitian sinar kosmik di Alikhanyan National Science Laboratory, fisikawan Ashot Chilingarian dan rekan-rekannya telah berupaya memahami Thunderstorm Ground Enhancements (TGE).
Peningkatan elektromagnetik ini, kata Chilingarian, telah diabaikan dalam penelitian badai petir. Namun, hal ini bisa menjadi bagian dari teka-teki dalam pemahaman kita tentang Alam Semesta fisik, dari badai petir di Bumi, hingga sinar kosmik yang menempuh jarak yang sangat jauh melintasi ruang angkasa.
“Setiap hari, terjadi 40 ribu badai petir. Banyak jaringan yang mendeteksi pelepasan atmosfer dan satelit dengan instrumen optik yang presisi memantau kilatan petir. Namun, ketika kami memulai penelitian TGE, tidak ada yang memantau fluks besar elektron mega-elektronvolt (MeV) yang membombardir planet kita dan ruang di atasnya,” katanya seperti dikutip dari ScienceAlert, Selasa (29/10/2024).
Ia dan timnya mendirikan jaringan detektor partikel SEVAN sepuluh tahun lalu untuk memantau TGE di Eropa Timur, Jerman, dan Armenia. Akselerator elektron dengan energi puluhan MeV mencakup volume yang sangat besar di atmosfer dan beberapa kilometer persegi di permukaan Bumi.
“Fluks yang sangat besar ini disertai oleh kehidupan di Bumi melalui evolusi miliaran tahun dan tentunya memengaruhi semua aspek geospace dan biosfer,” ujarnya.
TGE terdiri dari medan listrik di atmosfer, yang dihasilkan oleh badai petir. Di dalam medan listrik ini, elektron dipercepat hingga kecepatan tinggi, kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya dalam ruang hampa, atau kecepatan relativistik.
Ini dikenal sebagai longsoran elektron lepasan relativistik, yang didorong oleh medan listrik baik ke tanah maupun ke atas ke atmosfer. Elektron inilah yang menghasilkan radiasi.
Ketika elektron melambat tiba-tiba, dibelokkan oleh tabrakan dengan inti atom di atmosfer, hilangnya energi terwujud sebagai sinar gamma, suatu bentuk radiasi yang dikenal sebagai radiasi bremsstrahlung.
Dengan menggunakan jaringan detektor mereka, Chilingarian dan rekan-rekannya mengumpulkan data tentang badai petir di seluruh Eropa pada tahun 2023, melakukan pengukuran terperinci terhadap elektron dan radiasi gamma yang terjadi selama 56 TGE intens yang mereka rekam.
TGE paling intens sebagian besar terjadi dari bulan Mei hingga Juli, dan yang paling kuat tercatat di Gunung Lomnický Stít di Slovakia pada bulan Mei. Untuk satu kejadian ini, fluks partikel adalah 100 kali lipat dari tingkat normal saat cuaca cerah. Secara total, ada tujuh kejadian yang melampaui fluks saat cuaca cerah lebih dari 75%.
“Kami mengukur fluks elektron yang stabil di permukaan Bumi, yang mencakup seratus ribu meter persegi. Beberapa mekanisme menyediakan stabilitas ini selama satu menit atau lebih,” jelas Chilingarian.
“Berkas elektron besar muncul di awan badai, tempat struktur muatan berubah pada skala waktu kedua. Pelepasan atmosfer membunuh perbedaan potensial, tetapi fluksnya stabil. Sangat mengasyikkan untuk diukur,” ujarnya.
Anehnya, para peneliti juga menemukan bahwa medan listrik jauh lebih dekat ke tanah daripada yang mereka duga. Mereka mengukur kekuatan medan listrik yang kuat hingga 50 meter di atas tanah.
“Penemuan ini mengejutkan para ahli meteorologi, yang tidak mempercayainya sampai kami menyajikan bukti yang lengkap,” kata Chilingarian.
Konsistensi percepatan, yang mampu mempertahankan fluks partikel hingga beberapa menit, serta ketinggian medan listrik yang rendah, mengungkap detail baru tentang struktur medan listrik atmosfer, dan badai petir, yang tidak kita ketahui sebelumnya.
Misalnya, TGE mungkin menyediakan jalur yang memungkinkan sambaran petir mencapai tanah. Dan perannya dalam geofisika perlu diselidiki. Para peneliti telah menyediakan basis data TGE akses terbuka bagi komunitas ilmiah untuk dijelajahi dan dianalisis.
Penelitian badai petir mereka hanyalah sebagian dari pekerjaan yang dilakukan di Aragats. Tahun ini, Matahari telah mencapai puncaknya saat mendekati maksimum Matahari, puncak siklus aktivitasnya, mengirimkan partikel yang menyembur ke luar angkasa yang ditenagai oleh lontaran massa koronal.
Chilingarian dan rekan-rekannya juga telah mendeteksi peristiwa Matahari dengan peralatan puncak gunung, menerbitkan tiga makalah dan makalah keempat sedang dalam proses.
“Ledakan dahsyat di galaksi kita juga mengirimkan partikel berenergi sangat tinggi ke Tata Surya. Baru-baru ini, Pevatron, sumber sinar gamma 1015 eV, ditemukan. Kami menganalisis penemuan ini secara kritis berdasarkan pengetahuan kami tentang fisika atmosfer,” kata Chilingarian.
“Sinergi akselerator atmosfer, antariksa, dan Matahari penting untuk memahami alam,” tutupnya.
(rns/rns)
