Misi Cluster Mengurai Gelombang Magnet Dalam Angin Matahari

Tinuku
KeSimpulan.com - Dari Bumi, Matahari tampak seperti sosok tenang. Ketenangan yang menerangi langit berhias elektron dan proton.

Gambaran sedikit lebih dekat, tentu saja, berubah menjadi bola liar gas panas yang bisa melontarkan jari-jari panjang keluar ke angkasa, bahkan ini bukan keseluruhan cerita. Di sekitar Matahari bergejolak angin elektron dan proton yang menunjukkan turbulensi konstan pada setiap skala ukuran: jet panjang, sementara skala yang lebih kecil berputar-putar, bahkan gerakan mikroskopis sebagai lingkaran partikel bermuatan dalam orbit miniatur. Melalui semua itu, gelombang magnetik yang besar dan arus listrik bergerak, mengaduk partikel-partikel.

Angin Matahari ini bersuhu jutaan derajat Celsius dan bergerak secepat 750 kilometer (466 mil) per detik. Hingga kini membutuhkan teori yang secara lengkap untuk dapat penjelasannya. Satu sisi, ini lebih panas dari yang diperkirakan dan belum ada seorang ilmuwan pun yang sepakat terkait beberapa teori yang menawarkan penjelasan terbaik.

Setelah, NASA/ESA Cluster mission (Cluster II mission - NASA Science dan Cluster mission - ESA Science and Technology), menerbangkan empat pesawat ruang angkasa identik yang terbang dalam sebuah formasi untuk menyediakan snapshot struktur 3 dimensi dari Bumi, telah menyediakan informasi baru tentang bagaimana proton dalam angin surya dipanaskan.

"Kami memiliki jendela yang sempurna dalam 50 menit," kata Melvyn Goldstein, ilmuwan NASA dan Geospace Physics Laboratory di NASA's Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Md, dan rekan-rekannya melaporkan data baru di Physical Review Letters pekan lalu.

"Ini adalah waktu ketika 4 pesawat ruang angkasa Cluster secara bersama-sama begitu dekat dan bisa melihat gerakan-gerakan di dalam angin Matahari pada skala yang cukup kecil, mengamati pemanasan proton melalui turbulensi langsung untuk pertama kalinya," kata Goldstein.

Para ilmuwan tahu bahwa turbulensi besar cenderung "cascade" ke dalam turbulensi kecil (membayangkan ombak yang didefinisikan di atas gelombang laut yang panjang). Dalam gelombang laut, energi alami dari cascades seperti menambahkan sejumlah kecil panas dari gesekan shift partikel satu sama lain, sehingga memanaskan air sedikit demi sedikit. Dengan kecepatan, partikel bermuatan (dikenal sebagai "plasma") yang mengelilingi Matahari tidak mengalami gesekan. Tetapi memanas dengan cara yang sama.

"Berbeda dengan cairan biasa dalam kehidupan sehari-hari. Plasma memiliki medan listrik dan magnetik yang dihasilkan oleh gerakan proton dan elektron sehingga banyak perubahan intuitif," kata Fouad Sahraoui, spesialis angin Matahari dan ilmuwan di CNRS-Ecole Polytechnique-UPMC di Perancis.

Entah bagaimana medan magnet dan listrik dalam plasma harus berkontribusi untuk pemanasan partikel. Selama penelitian tentang angin Matahari dalam dekade terakhir telah mampu menyimpulkan panjang dan efek dari gelombang magnetik, tetapi pengamatan langsung belum mampu dilakukan sebelum misi Cluster dapat menyaksikan gelombang besar dari jauh.

Hal ini dimulai selama fluktuasi gelombang panjang, tetapi kehilangan energi dari waktu ke waktu. Kehilangan energi selama transfer gelombang partikel angin Matahari memanaskannya, tetapi metode dan sifat yang tepat mekanisme transfer energi dari gelombang dalam pemanasan ini belum sepenuhnya diketahui. Selain berusaha mencari mekanisme yang memanaskan angin matahari, ada misteri lain: Gelombang magnetik perpindahan panas ke partikel pada tingkat yang berbeda tergantung pada panjang gelombang.

Gelombang besar kehilangan energi secara terus menerus hingga panjang gelombang di bawah sekitar 100 kilometer. Kemudian kehilangan energi bahkan lebih cepat sebelum panajang gelombang menyusut menjadi 2 kilometer. Untuk menyelesaikan teka-teki ini, para ilmuwan menggunakan data Cluster ketika angin Matahari dalam posisi tidak terpengaruh magnetosfer Bumi.

Empat pesawat antariksa Cluster mengirim data rekaman 50 menit pada saat kondisi yang tepat yaitu pesawat ruang angkasa berada di area yang homogen dengan angin Matahari, berdekatan dan memiliki tetrahedral yang sempurna, sehingga instrumen bisa mengukur gelombang elektromagnetik skala kecil yang mempengaruhi proton dalam struktur 3 dimensi.

Hasil pengukuran menunjukkan bahwa riam turbulensi terjadi melalui jenis perjalanan gelombang khusus, dinamakan gelombang Alfvén setelah ditemukan oleh pemenang hadiah Nobel, Hannes Alfven pada tahun 1941.

Hal yang mengejutkan tentang gelombang yang diamati oleh Cluster yaitu gelombang menunjuk tegak lurus terhadap medan magnet. Hal ini berbeda dari pengamatan sebelumnya dari pesawat ruang angkasa Helios yang diterbangkan pada tahun 1970-an untuk meneliti gelombang magnetis secara lebih dekat ke Matahari. Waktu itu ditemukan gelombang magnetik berjalan sejajar dengan medan magnet dimana gerakan pengiriman partikel dalam orbit lingkaran (sebuah proses yang dikenal sebagai cyclotron resonance), sehingga memberi tendangan baik energi dan suhu.

Di sisi lain, gelombang tegak lurus yang ditemukan kali ini menciptakan medan listrik yang secara efisien mentrasfer energi ke partikel, pada dasarnya mendorong untuk bergerak lebih cepat.

Memang, studi sebelumnya, Cluster menyarankan bahwa proses ini (dikenal sebagai Landau damping) membantu pemanasan elektron. Tetapi karena banyak perubahan suhu dalam jarak matahari yang berakibat pada perubahan suhu proton. Ini penting untuk dipahami bagaimana mereka memperoleh energi, karena elektron panas tidak memanaskan proton dengan baik, maka tidak bisa disebut mekanisme.

Landau damping yang menambah energi (baik proton dan elektron, setidaknya di dekat Bumi) juga akan membantu menjelaskan perubahan aneh tingkat fluktuasi gelombang. Ketika panjang gelombang sekitar 100 kilometer atau sedikit lebih pendek, bidang listrik proton yang tegak lurus dengan gelombang maka panas menjadi sangat efisien. Jadi, gelombang memindahkan energi secara cepat ke proton di sekitarnya. Menawarkan penjelasan mengapa gelombang magnetik tiba-tiba mulai kehilangan energi pada tingkat lebih cepat.

Gelombang dengan panjang sekitar 2 kilometer, bagaimanapun tidak berinteraksi secara efisien dengan proton karena medan listrik berosilasi terlalu cepat untuk mendorong mereka. Sebaliknya gelombang lebih pendek mulai mendorong dan efesiensi pemanasan elektron dan kecepatan menguras seluruh energi dalam gelombang.

"Kita bisa melihat tidak semua energi didisipasikan oleh proton. Energi yang tersisa dalam gelombang terus menempuh perjalanan menuju skala yang lebih kecil, panjang gelombang sekitar 2 kilometer. Pada saat itu, elektron pada gilirannya menjadi panas," kata Sahraoui.

Rencana misi masa depan NASA seperti Magnetospheric Multiscale mission, dijadwalkan meluncur pada tahun 2014 untuk mengamati pergerakan angin Matahari pada skala yang lebih kecil lagi. Cluster telah melampaui satu dekade dalam merekam keluar-masuknya medan magnet planet kita, menjadi data yang berharga bagi para ilmuwan di seluruh dunia. Selain mempelajari angin Matahari, pengamatan Cluster lainnya termasuk mempelajari komposisi aurora Bumi dan magnetosfer.
  1. Cluster II mission - NASA Science ~ http://science.nasa.gov/missions/cluster
  2. Cluster mission - ESA Science and Technology ~ http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=8
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment