Perisai Radiasi Bumi yang Dianggap Tak Tertembus Ternyata Jebol dari Dalam

Perisai radiasi Bumi yang selama ini dianggap tidak bisa ditembus ternyata pernah ditembus dari dalam. Temuan itu diungkap dari data satelit Arase milik Jepang yang menyaksikan badai Matahari besar pada Mei 2024, dan hasilnya mengubah pemahaman ilmuwan tentang perlindungan alami planet kita.

Lingkungan radiasi di sekitar Bumi didominasi oleh sabuk Van Allen, yang ditemukan pada awal era antariksa oleh satelit Explorer 1. Sabuk ini adalah pertahanan utama Bumi terhadap elektron berenergi tinggi dan ion-ion lain yang disemburkan Matahari. Para ilmuwan selama ini membaginya menjadi dua kategori: sabuk dalam yang terutama berisi proton, dan sabuk luar yang dipenuhi elektron berenergi tinggi.

Pada 2014, misi Van Allen Probes milik NASA menemukan batas yang mencolok: elektron ultra-relativistik yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, yang dijuluki elektron pembunuh, tampaknya menabrak semacam dinding kaca pada ketinggian sekitar 11.500 kilometer di atas permukaan Bumi. Bagi para ilmuwan, perisai itu seolah melindungi wilayah tepat di sekitar planet dari bentuk radiasi yang paling berbahaya.

Keadaan itu bertahan sampai Mei 2024. Satelit Arase milik Jepang, yang juga dikenal sebagai misi Exploration of Energization and Radiation in Geospace (ERG) dan telah terbang melintasi magnetosfer Bumi sejak 2017, menyaksikan perubahan itu secara langsung. Selama masa tugasnya hingga titik itu, Arase mencatat elektron berenergi tinggi selalu tertahan di luar perisai tersebut.

Selama badai Mei 2024, hembusan angin Matahari yang mencapai kecepatan lebih dari 1.200 kilometer per detik menekan medan magnet Bumi dan memicu gangguan geomagnetik paling kuat sejak badai Halloween 2003 yang terkenal. Saat badai mencapai puncaknya, Arase menghitung elektron ultra-relativistik pada level 5.000 kali lebih tinggi dari latar belakang biasanya.

Mengapa temuan ini begitu penting? Karena data Arase menunjukkan elektron-elektron itu tidak datang dari luar, melainkan dipercepat tepat di tempat mereka terdeteksi. Para peneliti menggunakan metode kerapatan ruang fase elektron, yang melacak sebaran partikel berdasarkan energi dan gerakannya. Jika elektron itu datang dari luar perisai, metrik tersebut seharusnya menunjukkan penurunan dari luar angkasa menuju Bumi. Namun, Arase justru melihat puncak yang sangat jelas tepat di tempat perisai itu dulu berada, yang menjadi bukti kuat terjadinya percepatan lokal.

Menurut makalah penelitian yang dirujuk, penyebabnya adalah gelombang chorus, yaitu gelombang elektromagnetik frekuensi rendah yang terdengar seperti siulan bila diubah menjadi audio. Biasanya, sabuk radiasi dalam diselimuti plasma yang meredam gelombang frekuensi tinggi. Namun saat badai Mei 2024 menghantam, plasmasfer itu terdorong kembali ke arah Bumi dan badai ionosfer negatif menguras kerapatan plasma setempat, sehingga tercipta lingkungan elektromagnetik yang sangat kosong.

Dalam lingkungan yang kosong itulah, gelombang chorus bisa mentransfer energinya dengan sangat efisien ke elektron berenergi rendah di sekitarnya, mendorongnya dari energi di bawah satu mega elektron volt menjadi rentang multi-MeV. Dengan kata lain, radiasi elektron berenergi tinggi tercipta di dalam zona yang selama ini dianggap sebagai zona larangan. Radiasi baru itu kemudian menyebar ke arah Bumi maupun menjauhinya, dan efeknya bertahan selama berbulan-bulan hingga terlihat oleh Arase sampai badai Matahari berikutnya menghantam lima bulan kemudian, pada Oktober 2024.

Temuan ini menjadi peringatan bagi dunia antariksa: perisai yang dianggap tidak bisa ditembus ternyata bisa ditembus dari dalam saat badai Matahari ekstrem, sehingga muatan elektronik dan biologis yang sensitif di masa depan mungkin membutuhkan perlindungan tambahan.

Apa poin penting dari berita ini?

• Perisai radiasi Bumi yang selama ini dianggap tidak bisa ditembus ternyata pernah ditembus dari dalam, berdasarkan data satelit Arase milik Jepang selama badai Matahari besar pada Mei 2024.
• Sabuk Van Allen yang ditemukan oleh satelit Explorer 1 adalah pertahanan utama Bumi terhadap elektron berenergi tinggi dari Matahari, dengan batas pada ketinggian sekitar 11.500 kilometer yang ditemukan misi Van Allen Probes pada 2014.
• Selama badai Mei 2024, angin Matahari lebih dari 1.200 kilometer per detik menekan medan magnet Bumi dan memicu gangguan geomagnetik paling kuat sejak badai Halloween 2003, dengan elektron ultra-relativistik 5.000 kali lebih tinggi dari latar belakang.
• Data Arase menunjukkan elektron itu dipercepat secara lokal oleh gelombang chorus di lingkungan plasma yang kosong, sehingga radiasi berenergi tinggi tercipta di dalam zona larangan dan efeknya bertahan berbulan-bulan hingga Oktober 2024.