ANTARIKSA -- Pada Jumat, 4 Februari 2022, SpaceX meluncurkan 49 satelit sebagai bagian dari proyek internet Starlink Elon Musk. Sebagian besar satelit terbakar di atmosfer beberapa hari kemudian. Penyebab kegagalan satelit senilai Rp 720 miliar itu adalah badai geomagnetik yang disebabkan oleh matahari.

Badai geomagnetik terjadi ketika cuaca antariksa menghantam dan berinteraksi dengan Bumi. Cuaca luar angkasa disebabkan oleh fluktuasi di dalam matahari yang meledakkan elektron, proton, dan partikel lain ke luar angkasa. Menurut Asisten Profesor Teknik Mesin dan Dirgantara, Universitas Virginia Barat, Piyush Mehta, ia telah mempelajari bahaya yang ditimbulkan cuaca antariksa terhadap aset berbasis ruang angkasa dan bagaimana para ilmuwan dapat meningkatkan model dan prediksi cuaca antariksa untuk menghindari bahaya ini.

"Ketika cuaca luar angkasa mencapai Bumi, itu memicu banyak proses rumit yang dapat menyebabkan banyak masalah untuk apa pun di orbit. Dan insinyur seperti saya bekerja untuk lebih memahami risiko ini dan mempertahankan satelit darinya," kata dia dalam tulisannya di Conversation pada 2 Maret 2022, pekan lalu.

Apa yang menyebabkan cuaca luar angkasa?

Matahari selalu melepaskan sejumlah partikel bermuatan ke ruang angkasa. Ini disebut angin matahari. Angin matahari juga membawa medan magnet matahari. Kadang-kadang, fluktuasi lokal pada matahari akan melemparkan ledakan partikel yang luar biasa kuat ke arah tertentu. Jika Bumi kebetulan berada di jalur angin matahari yang ditingkatkan oleh salah satu peristiwa di atas, maka Bumi akan mendapatkan badai geomagnetik.

Dua penyebab paling umum dari badai geomagnetik adalah lontaran massa koronal, yaitu ledakan plasma dari permukaan matahari dan angin matahari yang keluar melalui lubang koronal, yaitu titik-titik dengan kepadatan rendah di atmosfer luar matahari. Kecepatan di mana plasma yang dikeluarkan atau angin matahari tiba di Bumi merupakan faktor penting. Demakin cepat kecepatannya, semakin kuat badai geomagnetiknya. Biasanya, angin matahari bergerak dengan kecepatan sekitar 900.000 mph, namun peristiwa matahari yang kuat dapat melepaskan angin hingga lima kali lebih cepat.

Badai geomagnetik terkuat yang pernah tercatat disebabkan oleh lontaran massa korona pada September 1859. Ketika massa partikelnya menghantam Bumi, mereka menyebabkan lonjakan listrik di saluran telegraf yang mengejutkan operator. Dalam beberapa kasus ekstrem, badai itu benar-benar membakar instrumen telegraf. Penelitian menunjukkan bahwa jika badai geomagnetik sebesar ini menghantam Bumi hari ini, itu akan menyebabkan kerusakan hebat yang setara dengan nilai 2 triliun dolar AS, sekitar Rp 28,8 kuadriliun.

Perisai Magnet

Emisi dari matahari, termasuk angin matahari, akan sangat berbahaya bagi bentuk kehidupan apa pun yang cukup sial karena terpapar langsung dengannya. Untungnya, medan magnet bumi melakukan banyak hal untuk melindungi umat manusia. Terima kasih, Bumi.

Hal pertama yang terkena angin matahari saat mendekati Bumi adalah magnetosfer. Wilayah yang mengelilingi atmosfer bumi ini dipenuhi dengan plasma yang terbuat dari elektron dan ion. Itu didominasi oleh medan magnet planet yang kuat. Ketika angin matahari menyentuh magnetosfer, ia mentransfer massa, energi, dan momentum ke lapisan ini.

Magnetosfer selalu menyerap sebagian besar energi dari tingkat angin matahari setiap hari. Tetapi selama badai yang kuat, ia bisa kelebihan beban sehingga harus mentransfer energi berlebih ke lapisan atas atmosfer Bumi di dekat kutub. Pengalihan energi ke kutub inilah yang menghasilkan peristiwa aurora yang fantastis, tetapi juga menyebabkan perubahan di atmosfer atas yang dapat merusak aset luar angkasa.

Bahaya terhadap apa yang ada di orbit

Ada beberapa cara bagaimana badai geomagnetik mengancam satelit yang mengorbit, yang melayani orang-orang di darat setiap hari. Ketika atmosfer menyerap energi dari badai magnet, ia memanas dan mengembang ke atas. Ekspansi ini secara signifikan meningkatkan kepadatan termosfer, lapisan atmosfer yang membentang dari sekitar 80 kilometer hingga sekitar 1.000 km di atas permukaan bumi. Kepadatan yang lebih tinggi berarti lebih banyak hambatan, yang dapat menjadi masalah bagi satelit.

Situasi inilah yang menyebabkan kematian satelit SpaceX Starlink pada bulan Februari. Satelit Starlink dilepaskan oleh roket Falcon 9 ke orbit ketinggian rendah, biasanya di suatu tempat antara 100 dan 200 km di atas permukaan bumi. Satelit kemudian menggunakan mesin onboard untuk secara perlahan mengatasi gaya tarik dan mengangkat diri ke ketinggian akhir sekitar 550 km.

Satelit Starlink terbaru mengalami badai geomagnetik saat masih berada di orbit Bumi yang sangat rendah. Mesin mereka tidak dapat mengatasi hambatan yang meningkat secara signifikan, dan satelit mulai perlahan jatuh ke Bumi dan akhirnya terbakar di atmosfer.

Itu hanyalah satu bahaya yang ditimbulkan oleh cuaca luar angkasa terhadap aset berbasis ruang angkasa. Peningkatan signifikan dalam elektron berenergi tinggi di dalam magnetosfer selama badai geomagnetik yang kuat berarti lebih banyak elektron akan menembus perisai pada pesawat ruang angkasa dan terakumulasi di dalam elektroniknya. Penumpukan elektron ini dapat melepaskan apa yang disebut sambaran petir kecil dan merusak elektronik.

Radiasi yang menembus atau partikel bermuatan di magnetosfer, bahkan selama badai geomagnetik ringan, juga dapat mengubah sinyal dari perangkat elektronik. Fenomena ini dapat menyebabkan kesalahan di bagian manapun dari sistem elektronik pesawat ruang angkasa, dan jika kesalahan terjadi pada sesuatu yang kritis, seluruh satelit bisa gagal. Kesalahan kecil sering terjadi dan biasanya dapat diperbaiki, tetapi kegagalan total, meskipun jarang, memang terjadi.

Terakhir, badai geomagnetik dapat mengganggu kemampuan satelit untuk berkomunikasi dengan Bumi menggunakan gelombang radio. Banyak teknologi komunikasi, seperti GPS, misalnya, mengandalkan gelombang radio. Atmosfer selalu mendistorsi gelombang radio dalam jumlah tertentu, dan para insinyur telah mengoreksi distorsi ini saat mulai membangun sistem komunikasi. Namun selama badai geomagnetik, perubahan ionosfer Bumi akan mengubah cara gelombang radio melewatinya. Kalibrasi di tempat dalam suasana yang tenang menjadi salah satu yang terjadi selama badai geomagnetik.

Hal itu misalnya akan mempersulit penguncian sinyal GPS dan dapat melewati posisi beberapa meter. Untuk banyak industri seperti penerbangan, maritim, robotika, transportasi, pertanian, militer, dan lainnya, kesalahan penentuan posisi GPS beberapa meter tidak dapat dipertahankan. Begitu juga sistem mengemudi otonom yang membutuhkan posisi yang akurat.

Lindungi sistem dari cuaca antariksa

Satelit sangat penting bagi keberlangsungan sebagian besar dunia modern sehingga harus dipastikan terus berfungsi. Melindungi aset luar angkasa dari cuaca antariksa merupakan bidang penelitian yang penting.

Beberapa risiko dapat diminimalkan dengan melindungi elektronik dari radiasi atau mengembangkan bahan yang lebih tahan terhadap radiasi. Tetapi menghadapi badai geomagnetik yang kuat membutuhkan bahan yang hebat. Kemampuan untuk meramalkan badai secara akurat juga memainkan peran penting untuk peringatan dini.

Matahari seperti anak kecil yang sering membuat ulah. Ia sangat penting bagi kehidupan di Bumi, tetapi wataknya yang selalu berubah membuat segalanya menjadi menantang.

Sumber: The Conversation/Phys.org