Peran Elektron dalam Pembentukan Aurora

Peran Tak Terduga Elektron Dalam Menciptakan Aurora

Dalam penelitian yang diterbitkan di Journal of Geophysical Research, para ilmuwan membandingkan video aurora yang berdenyut di darat jenis aurora tertentu yang muncul sebagai tambalan kecerahan yang berkedip secara teratur. Dengan melalui pengukuran satelit terhadap sejumlah energi elektron yang. turun menuju ke permukaan dari dalam gelembung magnet bumi, magnetosfer. Tim menemukan sesuatu yang tidak terduga: Penurunan sejumlah elektron berenergi rendah, yang telah lama dianggap sedikit berpengaruh atau tidak berpengaruh sama sekali yang berhubungan dengan perubahan yang sangat cepat terhadap bentuk dan struktur aurora yang berdenyut.

"Tanpa adanya kombinasi pengukuran tanah dan satelit, kami tidak akan dapat memastikan bahwa peristiwa ini saling terhubung," kata Marilia Samara, fisikawan luar angkasa di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, dan penulis utama studi tersebut.

Disebutkan bahwa aurora berdenyut karena fitur mereka yang bergeser dan mencerahkan di tambalan yang berbeda, daripada busur memanjang di langit seperti aurora aktif. Namun, penampilan mereka bukan satu-satunya yang menjadi perbedaan. Meskipun semua aurora disebabkan oleh partikel energi, dimana biasanya elektron yang melaju cepat ke atmosfer bumi dan bertabrakan dengan atom dan molekul di udara, sumber elektron ini berbeda untuk aurora yang berdenyut dan aurora aktif.

Aurora aktif terjadi ketika adanya gelombang padat material dari matahari seperti aliran angin matahari dengan kecepatan tinggi atau awan besar yang meledak dari matahari yang disebut coronal mass ejection, mengenai medan magnet bumi yang menyebabkannya bergetar. Derak ini melepaskan elektron yang telah terperangkap di ekor medan magnet itu, yang terbentang menjauhi matahari. Setelah dilepaskan, elektron-elektron ini akan berpencar menuju kutub, kemudian berinteraksi dengan partikel di atmosfer atas bumi untuk menciptakan cahaya bercahaya yang membentang di langit dengan tali panjang.

Di sisi lain, elektron yang memicu terjadinya aurora berdenyut dikirim secara berputar ke permukaan melalui gelombang yang rumit di magnetosfer. Gelombang ini dapat terjadi kapan saja, tidak hanya ketika gelombang material matahari menggetarkan medan magnet. "Belahan bumi terhubung secara magnetis, artinya setiap kali ada aurora berdenyut yang muncul di dekat kutub utara, maka aurora yang berdenyut di dekat kutub selatan juga akan muncul," kata Robert Michell, fisikawan luar angkasa di NASA Goddard dan salah satu penulis studi tersebut. "Elektron tersebut secara terus-menerus berpencar dengan bolak-balik di sepanjang garis medan magnet ini selama peristiwa aurora."

Elektron yang bergerak di antara belahan bukanlah elektron yang berenergi tinggi yang berasal dari magnetosfer. Sebaliknya, elektron ini yang disebut sebagai elektron sekunder berenergi rendah, yang berarti bahwa mereka adalah partikel yang lebih lambat yang ditendang keluar ke segala arah hanya setelah tumbukan dari set pertama elektron berenergi lebih tinggi. Ketika itu terjadi, maka beberapa elektron sekunder menembak kembali ke atas sepanjang garis medan magnet, kemudian meluncur menuju belahan bumi yang berlawanan.

Saat mempelajari video aurora yang berdenyut, para peneliti menemukan bahwa perubahan paling jelas dalam struktur dan bentuk aurora terjadi pada saat jauh lebih sedikit elektron sekunder yang ditembakkan di sepanjang garis medan magnet hemisfer. "Ternyata elektron sekunder bisa menjadi bagian besar dari teka-teki bagaimana, mengapa, dan kapan energi yang menciptakan aurora ditransfer ke atmosfer atas," kata Samara.

Namun, sebagian besar simulasi terkini tentang bagaimana aurora terbentuk tidak memperhitungkan elektron sekunder. Ini karena energi partikel individu jauh lebih rendah daripada elektron yang datang langsung dari magnetosfer, sehingga membuat banyak orang berasumsi bahwa kontribusi mereka terhadap cahaya utara yang bersinar dapat diabaikan. Namun, pada kenyataannya efek kumulatif mereka kemungkinan jauh lebih besar.

“Kami membutuhkan pengamatan yang ditargetkan untuk mengetahui dengan tepat bagaimana menggabungkan elektron sekunder berenergi rendah ini ke dalam model kami,” kata Samara. "Tetapi tampak jelas bahwa mereka mungkin memiliki peran yang lebih penting daripada yang diperkirakan sebelumnya."

Pengukuran jumlah dan energi elektron ini dilakukan oleh dua satelit yang kebetulan melintas di atas selama peristiwa aurora yang berdenyut ini: terjadi, yaitu  Reimei, satelit JAXA yang ditugaskan untuk mempelajari aurora, dan satelit dari Program Satelit Meteorologi Pertahanan Departemen Pertahanan AS. Kamera langit-langit berbasis darat yang digunakan untuk mempelajari aurora dan meteor dioperasikan di Poker Flat Research Range di Fairbanks, Alaska dan Fasilitas Radar Asosiasi Ilmiah Penyebaran Inkoheren Eropa di Troms, Norwegia.


Journal Reference:

M. Samara, R. G. Michell, R. J. Redmon. (2015). Low-Altitude Satellite Measurements Of Pulsating Auroral Electrons. Journal of Geophysical Research: Space Physics; DOI: 10.1002/2015JA021292


Lebih baru Lebih lama