KEMUNCULAN SINTILASI IONOSFER DI ATAS PONTIANAK TERKAIT FLARE SINAR-X MATAHARI DAN BADAI GEOMAGNET Sri Ekawati 1), Asnawi 1), Suratno 2) 1) Bidang Ionosfer dan Telekomunikasi, Pusat Sains Antariksa, LAPAN 2) Peneliti Matahari dan Antariksa, Pusat Antariksa, LAPAN Jl. Dr. Djundjunan No.133, Bandung, 40173 Telp : (022) 6012602, Fax : (022) 6014998 E-mail: ekawa_srie@bdg.lapan.go.id ABSTRAK Lapisan Ionosfer bumi akan memberikan respon terhadap ledakan Matahari. Pada makalah ini dianalisis dampak ledakan sinar-x Matahari terhadap kemunculan sintilasi ionosfer. Di daerah ekuator dan lintang rendah geomagnet bumi, fenomena sintilasi ionosfer umumnya terjadi setelah matahari terbenam yaitu sekitar 19:00 WIB (12:00 UT) dengan durasi sekitar 2 jam. Fenomena sintilasi ionosfer yang merupakan ketidakteraturan ionosfer ini akan menyebabkan berfluktuasinya amplitudo dan phasa pada gelombang radio yang melalui ionosfer pada frekuensi beberapa GHz. Data kejadian ledakan sinar-x Matahari yang dianalisis pada makalah ini sebanyak 18 kejadian dari bulan Juli 2011 sampai dengan Maret 2012. Data ionosfer yang digunakan adalah data indeks S 4 (Indeks Amplitudo Sintilasi) dan data ROT (Rate of Total Electron Content) dari GISTM GSV4004B di atas Pontianak (0.2 o LU 109.20 o BT, lintang geomagnet 6.09 o LS). Data indeks S 4 dan ROT selama 24 jam dibandingkan dengan kejadian ledakan sinar-x Matahari. Hasil menunjukkan kejadian ledakan sinar-x Matahari yang berdampak pada kemunculan sintilasi ionosfer sedang (indeks S 4 0.25) adalah kejadian ledakan sinar-x Matahari pada siang hari (sebelum matahari terbenam). Namun, tidak semua kejadian tersebut berdampak pada kemunculan sintilasi ionosfer. Bila terjadi badai geomagnet (indeks Dst -30nT), maka ledakan sinar-x Matahari tidak akan berdampak pada kemunculan sintilasi ionosfer. Kata kunci : Ionosfer, Indeks S 4, GPS, Ledakan Sinar-X Matahari. ABSTRACT Earth s Ionosphere will give a response to Solar X-Rays Flare. In this paper we analyzed the impact of Solar X-ray flare to the occurrence of ionospheric scintillation. In the equatorial and low latitude regions, ionospheric scintillation generally occurs after sunset at around 19:00 pm (12:00 UT) with duration of about 2 hours. Ionospheric scintillation is a phenomenon that ionospheric irregularities will cause fluctuation in the amplitude and phase of radio waves through the ionosphere at a frequency of several GHz. Data Solar X-ray flares used are 18 events from July 2011 to March 2012. And Ionospheric data used is the S4 index data (amplitude scintillation index) and ROT data (Rate of Total Electron Content) derived from GISTM GSV4004B over Pontianak (0.2oN 109.20oE, latitude geomagnet 6.09oS). Data S4 index and ROT are plotted and compared with the incident Solar X-ray flares. The results showed that the incidence of solar X-ray flares that have an impact on the occurennce of moderate ionospheric scintillation (S4 index 0.25) is the incident solar X-ray flares on day side (before sunset). However, not all of these events have an impact on the occurrence of ionospheric scintillation. When the storm geomagnet (Dst -30nT index) occurs in that days, the Solar X-ray flares will not affect the occurrence of ionospheric scintillation. Keywords: Ionosphere, S 4 Index, GPS, Solar X-rays Flare. 57
PENDAHULUAN Ionosfer, lapisan atmosfer terluar bumi yang berisi elektron-elektron, ion-ion dan partikelpartikel bermuatan, akan memberikan respon terhadap ledakan matahari (solar flare). Ledakan Matahari yang diamati pada gelombang sinar-x dengan rentang panjang gelombang λ = 1 8 A o disebut ledakan sinar-x (X-rays flare) [1]. Ledakan sinar-x Matahari ini akan berdampak pada ionosfer yaitu meningkatnya ionisasi dan kerapatan elektron di lapisan ionosfer. Gangguan ionosfer tersebut dinamakan Sudden Ionospheric Disturbance (SID). Bentuk nyata dari SID ini dapat berupa gangguan komunikasi radio High Frequency (HF) yang dinamakan Short Wave Fadeout (SWF), yang kemudian kejadian SWF ini dibagi menjadi Sudden SWF bila terjadi secara tiba-tiba dan Gradual SWF bila terjadi gangguan secara bertahap[2]. SWF atau kejadian black out pada komunikasi radio HF terjadi karena meningkatnya ionisasi dan kerapatan elektron di lapisan D ionosfer, yang berperilaku menyerap energi gelombang radio HF, sehingga energi gelombang radio terserap oleh lapisan D [3]. Adapun bentuk lainnya dari SID adalah Sudden Phase anomaly (SPA), Sudden Frequency Deviation (SFD), Sudden Cosmic Noise Absorption (SCNA), Sudden Enhancement/decrease of Atmospherics (SES) dan Sudden Increase of Total Electron Content (SITEC)[4]. Dampak ledakan matahari terhadap ionosfer dari data Global Positioning System (GPS) yaitu data Total Electron Content (TEC) menunjukkan peningkatan TEC terkait dengan kejadian ledakan sinar-x Matahari [5]. Parameter ionosfer lainnya selain TEC adalah data indeks S 4 (indeks amplitudo Sintilasi). Indeks S4 ini adalah parameter untuk mengukur aktivitas sintilasi ionosfer yang merupakan fenomena ketidakstabilan ionosfer. Sintilasi ionosfer umumnya terjadi karena ketidakteraturan ionosfer pada saat pergantian siang ke malam. Indeks S 4 umumnya akan tinggi beberapa saat setelah matahari terbenam yang dapat mengganggu propagasi gelombang radio yang melalui ionosfer dengan frekuensi beberapa GHz. Aktivitas sintilasi ionosfer di atas Indonesia dimulai pada pukul ~13:00 UTC (~20:00 WIB) dengan durasi beberapa menit sampai ~ 2 jam [6]. Sintilasi ionosfer ini penting diketahui karena pengaruhnya yang cukup signifikan pada gelombang radio yang melaluinya khususnya pada gelombang dengan frekuensi di sekitar beberapa GHz atau di daerah L-band. Gambar 1 menunjukkan aktivitas sintilasi ionosfer cukup besar pengaruhnya terhadap frekuensi L-band. Sistem komunikasi satelit dan sistem navigasi pada umumnya bekerja pada frekuensi L-band. Oleh karena itu, fenomena sintilasi ionosfer akan berpengaruh pada sistem komunikasi satelit dan sistem navigasi. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui dampak kejadian ledakan sinar-x Matahari pada kemunculan sintilasi ionosfer di atas Pontianak dikaitkan dengan kemunculan badai geomagnet. 58
Gambar 1. Pengaruh sintilasi ionosfer terhadap frekuensi [7]. METODE DAN DATA Data kejadian ledakan sinar-x Matahari diperoleh dari Solar Influences Data analysis Center (SIDC), Royal Observatory of Belgium. Data tersebut dapat diperoleh dari situs : http://www.sidc.be/products/flaremail/. Pada makalah ini digunakan 18 kejadian ledakan sinar-x Matahari dari bulan Juli 2011 sampai dengan Maret 2012. Parameter yang diperlukan adalah informasi waktu (tanggal, bulan, tahun, jam dan menit) dan kelas flare. Sedangkan data sintilasi ionosfer diperoleh dari GISTM GSV4004B di Pontianak yang lokasinya berada di koordinat geografis 0.2 o LU ; 109.20 o BT dan berada di lintang geomagnet 6.09 o LS. Data yang diolah adalah data indeks S 4 pada kejadian flare. Data indeks S 4 di-plot dan dibandingkan dengan peristiwa kejadian flare. Kemudian dipilah berdasarkan ada atau tidaknya kemunculan sintilasi ionosfer dengan indeks S4 0.25. Selain indeks S4 juga diplot data ROT (Rate of TEC) untuk mengetahui perubahan nilai TEC. Satuan dari ROT adalah TEC Unit/menit. Setelah itu, dilakukan analisis mengapa dampak flare tidak sama terhadap sintilasi ionosfer ada yang terlihat dampaknya ada yang tidak terlihat dampaknya. Sintilasi ionosfer dipengaruhi badai geomagnet [8]. Maka data sintilasi ionosfer tersebut dibandingkan dengan data indeks Dst geomagnet untuk mengetahui pengaruh dari sumber lain. Data Dst yang akan digunakan sebagai indikator badai geomagnet diperoleh dari Data Center for Geomagnetism Kyoto, diunduh dari situs : http://wdc.kugi.kyotou.ac.jp/dst_realtime/201107/index.html. HASIL DAN PEMBAHASAN Peristiwa Flare 25 September 2011 Gambar 2 menunjukkan data indeks amplitudo sintilasi (indeks S 4 ) pada tanggal 25 September 2011 dalam satuan waktu UT (Universal Time) dibandingkan dengan kejadian ledakan 59
sinar-x Matahari kelas M 7.4 terjadi pada tanggal 25 September 2011 pukul 04:50 UT atau 11:50 WIB. Pada pukul ~12:30 UT terlihat peningkatan indeks S 4 yang menunjukkan ketidakteraturan ionosfer. Durasi gangguan sintilasi ionosfer tersebut sekitar 3 jam. Nilai ROT juga berfluktuasi dari -6 sampai dengan 4 TECU/min. (a) (b) Gambar 2. Indeks S4 (a) dan ROT (b) pada tanggal 25 September 2011. Peristiwa Flare 09 Maret 2012 Gambar 3 Menunjukkan data indeks amplitudo sintilasi (indeks S 4 ) pada tanggal 09 Maret 2012 terkait kejadian ledakan sinar-x Matahari kelas M 6.3terjadi pada tanggal 09 Maret 2012 pukul 03:53 UT atau 10:53 WIB. Pada grafik tersebut terlihat tidak terjadi peningkatan indeks S 4 yang cukup signifikan setelah matahari terbenam. Nilai ROT tidak menunjukkan fluktuasi yang signifikan. Ini merupakan hal yang menarik untuk dianalisis. (a) (b) Gambar 3. Indeks S4 (a) dan ROT (b) pada tanggal 9 Maret 2012. 60
(a) (b) (c) (d) Gambar 4. Indeks Dst bulan September 2011[9] dikaitkan dengan Indeks S 4. (a) (b) Gambar 5. Indeks Dst bulan Maret 2011[9] dikaitkan dengan Indeks S 4. (c) Respon sintilasi ionosfer saat badai geomagnet menunjukkan tidak terjadi sintilasi ionosfer pada saat terjadi badai geomagnet [8]. Efek badai geomagnet terhadap sintilasi ionosfer di atas Sanya juga menyatakan tidak terjadi sintilasi ionosfer pada saat terjadi badai geomagnet [4]. Untuk membuktikannya, data indeks amplitudo sintilasi ionosfer tersebut perlu dikaitkan dengan data indeks Dst seperti yang ditunjukkan pada gambar 4 dan gambar 5. Gambar 4. menunjukkan indeks Dst bulan September 2011 (panel atas) dan indeks S 4 pada tanggal 06 September, 24 September dan 25 September 2011 (panel bawah). Dari gambar tersebut terlihat bahwa peningkatan aktivitas sintilasi ionosfer yang ditandai dengan peningkatan indeks S 4 61
tidak terkait dengan badai geomagnet. Sedangkan pada gambar 5 tidak menunjukkan peningkatan indeks amplitudo sintilasi walaupun pada siang hari terjadi ledakan sinar-x Matahari yang menyebabkan peningkatan densitas elektron di ionosfer. Setelah dikaitkan dengan data indeks Dst, badai geomagnet terjadi pada tanggal 07 September dan 09 September 2012. Tabel 1 menunjukkan data kejadian ledakan sinar-x Matahari, data kemunculan sintilasi ionosfer sedang (indeks S 4 0.25) dan peristiwa badai geomagnet dengan indikasi indeks Dst - 50 nt. Data kejadian ledakan sinar-x Matahari tersebut diperoleh dari bulan Juli 2011 sampai dengan Maret 2012. Berdasarkan waktu kejadiannya, ledakan sinar-x Matahari yang terjadi setelah matahari terbenam tidak berdampak pada kemunculan sintilasi ionosfer. Sehingga yang akan dianalisis lebih jauh adalah kejadian ledakan sinar-x Matahari yang terjadi pada siang hari (sebelum matahari terbenam). Hanya ledakan sinar-x matahari pada siang hari saja yang berpotensi menyebabkan dampak pada sintilasi ionosfer. Hal tersebut akan menyebabkan peningkatan proses ionisasi di ionosfer yang menghasilkan peningkatan elektron-elektron, ion-ion dan partikel-partikel bermuatan di ionosfer. Sehingga, kondisi ini berpotensi besar menyebabkan ketidakteraturan ionosfer yang menyebabkan terjadinya turbulensi yang menyebabkan sintilasi ionosfer pada saat pergantian siang ke malam. Tabel 1. Data Solar X-rays Flares, Kemunculan Indeks S4 dan Dst [10]. No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Hari/ Tanggal 30 Juli 2011 Rabu/ 03 Agustus 2011 Kamis/ 04 Agustus 2011 Selasa/ 06 September 2011 Selasa/ 06 September 2011 Rabu/ 07 September 2011 Kamis/ 08 September 2011 Kamis/ 22 September 2011 24 September 2011 24 September 2011 24 September 2011 Minggu/ 25 September 2011 Kamis/ 03 November 2011 Senin/ 23 Januari 2012 Jum at/ 27 Januari 2012 Rabu/ 07 Maret 2012 Jum at/ 09 Maret 2012 10 Maret 2012 Waktu (UTC) Kelas X-Rays Indeks S4 0.25 Setelah Flare Badai Geomagnet (Indeks Dst < -50nT) 02:09 M9.3 Tidak ada Ada 13:47 M6.0 Tidak ada 03:57 M9.3 Ada Tidak ada 01:50 M5.3 Ada Tidak ada 22:20 X2.1 Tidak Ada 22:38 X1.8 Tidak Ada 15:46 M6.7 Tidak Ada 11:00 X1.4 Ada Tidak ada 09:40 X1.9 Ada Tidak ada 13:17 M7.1 Ada 20:36 M5.8 Tidak Ada 04:50 M7.4 Ada Tidak ada 20:27 X1.9 Tidak Ada 03:59 M8.7 Tidak Ada Ada 18:36 X1.7 Tidak Ada 00:24 X5.4 Tidak Ada Ada 03:53 M6.3 Tidak Ada Ada 17:44 M8.4 Tidak Ada 62
Dari 9 kejadian ledakan sinar-x Matahari pada siang hari, hanya ada 5 kejadian sintilasi ionosfer sedang (moderate scintillation). Sedangkan 4 kejadian lainnya tidak menunjukkan kenaikan indeks S 4. Dengan kata lain, 4 kejadian lainnya adalah aktivitas sintilasi ionosfer tenang (quite scintillation). Kemudian data tersebut dibandingkan dengan data badai geomagnet. Hasil menunjukkan bahwa ketika terjadi ledakan sinar-x Matahari namun tidak terlihat kenaikan indeks S 4 (quite scintillation) terkait dengan adanya badai geomagnet. KESIMPULAN Dampak Ledakan sinar-x Matahari terhadap fenomena sintilasi ionosfer yang diindikasikan dengan kenaikan indeks S 4 tidak sama untuk semua kasus. Secara umum, tidak ada kenaikan indeks S4 yang signifikan dari data GISTM Pontianak pada saat terjadi flare sinar-x Matahari. Flare yang terjadi pada pukul 00:01 12:00 ada yang memberikan dampak pada kemunculan sintilasi ionosfer (kenaikan indeks S4 0.25) namun ada juga yang tidak. Sedangkan flare yang terjadi pada pukul 17:01 24:00 tidak memberikan dampak pada kemunculan sintilasi. Flare akan menyebabkan peningkatan ionisasi di ionosfer, peningkatan ionisasi yang menyebabkan peningkatan densitas elektron di ionosfer ini memiliki potensi untuk menyebabkan trubulensi/ketidakteraturan ionosfer pada saat pergantian siang ke malam, seperti data indeks S 4 pada tanggal 6, 24 dan 25 September 2011. Pada tanggal 7 dan 9 September tidak terjadi kemunculan sintilasi ionosfer (kenaikan indeks S4 0.25) karena pada waktu tersebut terjadi badai geomagnet. Pada tanggal 25 Sep 2011, terjadi kenaikan indeks S4 0.25 pada sekitar pukul 12:15 UT s.d. 16:30 UT (19:15 WIB s.d. 23:30 WIB). Durasi kemunculan sintilasi ini cukup lama yaitu sekitar 4 jam. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Drs. Jiyo, M.Si yang telah memberikan bimbingan dalam penelitian dan penulisan makalah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Kepala Pusat Sains Antariksa LAPAN yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk mempresentasikan hasil penelitian pada acara SNF tahun 2012. DAFTAR PUSTAKA 1. Suratno dan Santi Sulistiani. Analisis Semburan Radio Matahari Tipe II Sebagai Prekursor Kemungkinan Terjadinya Badai Magnet Bumi. Jurnal Sains Dirgantara, vol.7, No.2 (2010): 113-131. 2. Soegeng, R. Ionosfir. Yogyakarta: Andi Offset. 1994. 63
3. Suhartini, S dan Suratno. Kegagalan Komunikasi Radio HF Akibat Flare Besar Matahari. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2011, Pusat Penelitian Fisika LIPI, Serpong-Tangerang, 2011. 4. Li, Guozhu, Baiqi Ning, Biqiang Zhao, Libo Liu, J.Y. Liu, K. Yumoto. Effects of Geomagnetic Storm on GPS Ionospheric Scintillations at Sanya. Journal of Atmospheric and Solar-Terestrial Physics, 70 (2008) : 1034-1045. 5. Afraimovich, Edward L., Alexandre T. Altynsev, Victor V. Grechnev and Ludmila A. Leonovich. The Response of the Ionosphere to faint and Bright Solar Flares as Deduced from Global GPS Network Data. Annals of Geophysics, vol.45, N.1, February (2002). 6. Ekawati, Sri. Kemunculan Sintilasi Ionosfer di Daerah Anomali Ionosfer. Prosiding Seminar Nasional Fisika 2011, Pusat Penelitian Fisika LIPI, Serpong-Tangerang, 2011. 7. Theerapatpaiboon, P., S. Sukkaewthanom, N. Leelaruji and N. Hemmakorn. 2004. The Study of Scintillation on C-Band Low Elevation Angle at Sri-Racha Satellite Earth Station. ICCAS (2004). 8. Asnawi. Respons Sintilasi Sinyal GPS Saat Badai Geomagnet di Lintang Rendah. Jurnal Sains Dirgantara. Vol.2, no.1, Desember (2004). 9. WDC (World Data Center) for Geomagnetism Kyoto. http://wdc.kugi.kyotou.ac.jp/dst_realtime/201107/index.html. (diakses Juni 2012). 10. SIDC (Solar Influences Data Analysis Center). http://www.sidc.be/products/flaremail/. (diakses Juli 2011 - Maret 2012) 64