Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
ANALISIS PERUBAHAN KOMPONEN MEDAN MAGNET BUMI PADA SAAT GERHANA MATAHARI TOTAL 9 MARET 2016 di TERNATE
Anton Winarko 1,a) , Mamat Ruhimat 1,b) , Mochamad Andi Aris Biyantoro 1,c) , Sulimin 2 , Suwardi 3
1 Pusat Sains Antariksa, LAPAN, Jl. dr. Djundjunan 133 Bandung 40173
2 Stasiun Meteorologi Kelas I Babullah Ternate, BMKG, Jl. Bandara Ternate 97728
3 Stasiun Geofisika Kelas III Ternate, BMKG, Jl. Bali Bunga, Ternate Selatan, 97717.
Email: a) anton.winarko@lapan.go.id, b) mamat.ruhimat@lapan.go.id, c) moh.andi@lapan.go.id

## Abstrak
Gerhana  Matahari  Total  (GMT)  selain  berdampak  secara  visual,  namun  juga  berdampak  pada  cuaca antariksa,  karena  matahari  sebagai  sumber  plasma  angin  surya  yang  menggerakkan  cuaca  antariksa untuk sementara akan terhalang oleh Bulan. Untuk mengetahui pengaruh GMT terhadap medan magnet Bumi,  dilakukan  pengamatan  terhadap  variasi  harian  geomagnet  di  Ternate  sebagai  salah  satu  lokasi totalitas  Gerhana  Matahari  Total  9  Maret  2016,  dan  dibandingkan  dengan  keadaan  pada  hari  tenang. Perubahan yang teramati berupa penurunan medan magnet total dan penurunan komponen X, Y dan D sementara  pola  komponen  Z  dan  Inklinasi,  tidak  teramati  perubahan  yang  jelas.  Hal  ini  serupa  namun sedikit  berbeda  dengan  studi  sebelumnya  di  lintang  tinggi  dan  menengah,  pengaruh  GMT  terhadap medan  geomagnet  dikarenakan  penurunan  tingkat  elektron  di  ionosfer  serta  penurunan  densitas  arus ionosfer.
Kata-kata  kunci :  komponen  geomagnet,  variasi  harian  geomagnet,  Gerhana  Matahari  Total  2016, Ternate.

## Abstract
Apart from its visual impact, total solar eclipse also has an impact on space weather system as well due to the sun as the source of the solar wind plasma which drives space weather is temporarily obstructed by  the  Moon.  To  understand  total  solar  eclipse  effect  to  Earth’s  magnetic  field,  observation  of  the geomagnetic  daily  variations  has  been  conducted  in  Ternate  as  one  of  the  locations  of  Total  Solar Eclipse event on March 9th, 2016, and compared to the condition on a quiet day. Changes is observed as a  decrease  of  the  total  magnetic  field  and  a  decrease  in  the  X,  Y  and  D  components  while  Z  and  I components  seem  unclear.  This  is  similar  but  slightly  different  with  previous  studies  in  the  high  and middle  latitudes,  the  effect  GMT  on  geomagnetic  field  due  to  decreased  levels  of  electrons  in  the ionosphere as well as a decrease in the current density of the ionosphere.
Keywords :  Geomagnetic  components,  geomagnetic  daily  variations,  Total  Solar  Eclipse  of  2016, Ternate.

## PENDAHULUAN
Pada 9 Maret 2016 lalu, sebagian wilayah Indonesia terutama bagian utara mengalami fenomena Gerhana Matahari Total. Saat itu matahari berada pada konstelasi Aquarius. Gerhana diawali sekitar pukul 23.36 UT (08.36 WIT), bergerak dari barat ke sekitar timur laut hingga akhir kontak ke-4 (C4)
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.011.01
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
sekitar  pukul  11.20  WIT,  selanjutnya  titik  gerhana  menjauhi  Indonesia  dan  menuju  ke  kepulauan sekitar pasifik. Ilustrasi tapak GMT 2016 di Indonesia sebagaimana pada gambar 1-1. Sepasang garis biru tua di bagian tengah adalah jalur totalitas gerhana.
Gerhana  matahari  selain  memberikan  dampak  visual juga  mempengaruhi  sistem  cuaca antariksa karena aliran plasma dari Matahari sebagai motor sistem cuaca antariksa untuk sementara waktu akan terhalang  oleh  Bulan.  Salah  satu  yang  penting  untuk  diketahui  dan  dipahami  adalah  pengaruhnya terhadap  variasi  harian  medan  geomagnet,  karena  kondisi  medan  geomagnet  akan  turut  serta mempengaruhi kondisi di ionosfer bahkan litosfer dan sebaliknya [1],[2].
Pada  awalnya,  pengaruh  GMT  terhadap  medan  geomagnet  teramati  pada  penelitian  respon  arus ionosfer terhadap GMT 31 Agustus 1932. Chapman (1933) mengamati tingkat ionisasi pada lapisan E  ionosfer  selama  ±2,5  jam  totalitas  di  wilayah  Ontario,  Kanada.  Teramati  bahwa  tingkat  reduksi ionisasi  akibat  GMT  mencapai  60%  dari  nilai  normalnya.  Selain  respons  di  ionosfer  tersebut, terdeteksi pula adanya perubahan kecil magnitudo variasi harian medan geomagnet [3].
Medan geomagnet total adalah resultan dari komponen-komponen geomagnet X(utara-selatan), Y (timur-barat),  Z  (vertikal),  serta  sudut  inklinasi  dan  deklinasi.  Komponen-komponen  geomagnet inilah yang menyusun dan mengkarakterisasi variasi harian geomagnet.
GAMBAR1-1. Jalur GMT 9 Maret 2016 (adaptasi dari http://eclipsewise.com/solar/SEprime/2001-2100/SE2016 Mar09Tprime.html)
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR 1-2. Plot perubahan variasi geomagnet saat GMT 1 Agustus 2008 di Novosibirsk (NVS) dan Burmistrovo (B), atas: plot komponen geomagnet X, dan Y; bawah : plot komponen angular. (Ladynin et al, 2011)
Penelitian-penelitian  selanjutnya  menyimpulkan  bahwa  variasi  harian  medan  geomagnet dipengaruhi komponen internal dan eksternal [4],[5],[6]. Komponen internal adalah akibat kontribusi gerak plasma inti Bumi, sedangkan komponen eksternal diantaranya berkaitan dengan gerak partikel di  atmosfer  atas  yang  menghasilkan  gaya  gerak  listrik  dan  arus  listrik  melalui  aksi  dinamo.  Teori dinamo menyatakan bahwa variasi medan magnet Bumi bergantung pada arus listrik di atmosfer atas, dihasilkan  oleh  pergerakan  partikel  di  medan  geomagnet  [7].  Berdasarkan  eksperimen  roket,  arus listrik tersebut menjalar terutama di lapisan E ionosfer [8].
Hasil  studi  pada  2011  meneliti  perubahan  variasi  medan  geomagnet  di  lokasi  totalitas  GMT  1 Agustus  2008  yaitu  Novosibirsk  dan  Burmistrovo,  Rusia  menunjukkan  bahwa  terdapat  penurunan signifikan komponen medan geomagnet X hingga sebesar  -6 nT, peningkatan Y sebesar 1,6 nT dan peningkatan  komponen  sudut  inklinasi  dan  deklinasi  masing-masing  sebesar  0,006°  dan  0,03°  [9]. Plot variasi komponen geomagnet  pada saat GMT 1 Agustus 2008 di Novosibirsk dan Burmistrovo sebagaimana gambar 1-2.
Studi yang telah dilakukan pada 2011 tersebut meneliti perubahan pada komponen geomagnet di Rusia  saat  GMT  yang  dibandingkan  dengan  daerah  lain  di  Eropa  yang  termasuk  dalam  kategori daerah lintang menengah. Data GMT 2016 yang totalitasnya terjadi di kawasan Indonesia dan pasifik dapat  dijadikan  sebagai  bahan  penelitian  yang  bertujuan  untuk  mengetahui  dan  menganalisis perubahan  komponen  medan  geomagnet  lokal  saat  totalitas  GMT  2016  terjadi  di  wilayah  Ternate. Sasarannya,  dengan  diketahuinya  tingkat  perubahan  variasi  harian  geomagnet,  besarnya  gangguan geomagnet  yang  berpotensi  mempengaruhi  kondisi  ionosfer  dan  litosfer  saat  GMT  terjadi  dapat diketahui dan dipahami.

## 2. METODE PENELITIAN
Pengukuran  medan  geomagnet  dilakukan  di  Ternate  (0,89  LU;  127,38  BT)  sebagai  salah  satu daerah  totalitas  menggunakan  magnetometer  Gmbh  Magson  yang  disetting  dengan  resolusi  1Hz. Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data komponen X, Y dan Z dalam satuan nanoTesla (nT)  dari  tanggal  4  –  9  Maret  2016.  Interpretasi  data  dan  pengolahan  sinyal  menggunakan  Matlab R2015a. Kontak pertama (C1) terjadi pada 8 Maret 23:36 UT; totalitas terjadi dalam durasi ±2 menit 36 detik dimulai sejak kontak kedua pada 9 Maret 00:51 UT dengan totalitas maksimum pada 00:53 UT.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR 2-1. Komponen geomagnet yang terdiri atas vektor medan magnet dan sudut
Sebagai  data  pembanding,  digunakan  indeks  AE,  indeks  Kp,  indeks  Dst  dan  indeks  K  lokal. Indeks AE dan Indeks Dst merujuk kepada World Data Center (WDC) kyoto (http://wdc.kugi.kyoto- u.ac.jp), indeks Kp diperoleh dari IAGA (http://www-app3.gfz-potsdam.de/kp_index/ qlyymm.html), sedangkan indeks K lokal menggunakan data magnetometer stasiun pengamatan Pare-pare.
Komponen  inklinasi  dan  deklinasi  diperoleh  dengan  menggunakan  hubungan  komponen geomagnet  sebagaimana  diilustrasikan  pada  gambar  2-1.  Hasil  pengukuran  dan  pengolahan  data kemudian diplot dan dianalisis secara visual.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk  menentukan  kondisi  medan  geomagnet  pada  GMT  9  Maret  2016,  penting  untuk diverifikasi  terlebih  dahulu  faktor  kontribusi  eksternal  dari  matahari,  sehingga  dapat  disimpulkan apakah  perubahan  medan geomagnet  disebabkan  oleh  GMT, ataukah  kontribusi  dari  matahari.  Kita dapat meninjau data beberapa indeks geomagnet yang lazim digunakan, yaitu indeks AE, indeks Kp, indeks Dst, serta indeks K.
Sebagai  acuan  aktivitas  geomagnet  di  daerah  polar  pada  8  -  9  Maret  2016,  kita  dapat  meninjau indeks  AE  (Auroral  Electrojet)  sebagaimana  gambar  3-1.  Indeks  AE  adalah  indikator  masuknya partikel angin matahari ke magnetosfer melalui rekoneksi, yang menyebabkan gangguan geomagnet berupa  substorm  yang  teramati  di  lintang  tinggi/polar  [10].  Aktivitas  geomagnet  sekitar  waktu totalitas  (C2  pada  00:51  UT  -  C3  pada  00:54  UT)  cenderung  tenang,  peningkatan  aktivitas geomagnet baru terjadi sekitar 2 UT dan 9 UT.
GAMBAR 3-1. Indeks AE pada 8 dan 9 Maret 2016 (http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/ae_realtime/201603/ index_20160309.html)
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Untuk  gambaran  aktivitas  di  lintang  menengah,  kita  dapat  menggunakan  indeks  Kp  [11] sebagaimana  Gambar  3-2.  Pada  gambar  3-3,  nampak  bahwa  pada  9  Maret  2016  nilai  indeks  Kp maksimum adalah 2, yang masih dalam kategori quiet (tenang).
GAMBAR 3-2. Indeks Kp pada 5 - 9 Maret 2016 (sumber : http://www-app3.gfz-potsdam.de/ kp_index/ qlyymm.html)
Sedangkan  untuk  indikator  keadaan  geomagnet  di  Indonesia,  kita  bisa  menggunakan  indeks  Dst atau  indeks  K  lokal  sebagaimana  gambar  3-3a  dan  3-3b.  Gambar  3-4  menunjukkan  bahwa  terjadi badai geomagnet pada tanggal 6 Maret 2016, yang selanjutnya mengalami  masa recovery. Jika kita meninjau  indeks  K,  nampak  bahwa  berangsur-angsur  terjadi  penurunan  aktivitas  geomagnet  pada tanggal  7  Maret  2016  hingga  mencapai  nilai  indeks  K  0  pada  8  Maret  2016  sehingga  kita  dapat menginterpretasikan  bahwa  fase  recovery  berakhir  dan  pada  tanggal  9  Maret  2016,  aktivitas geomagnet relatif tenang.
GAMBAR 3-3a. Indeks Dst (sumber indeks Dst: http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime/201603/ index.html)
GAMBAR 3-3b . Indeks K lokal geomagnet.
Berdasarkan  indeks  AE,  indeks  Kp,  indeks  Dst  dan  indeks  K  lokal,  dapat  disimpulkan  bahwa kondisi  geomagnet  pada  9  Maret  2016  relatif  tenang,  sehingga  kontribusi  gangguan  dari  Matahari dapat diabaikan dalam pengamatan komponen variasi harian geomagnet  saat GMT terjadi.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR 3-4. Plot komponen X medan geomagnet pada tanggal 5 dan 9 Maret 2016 pukul 00.00 – 02.00 UT. Tanda panah menyatakan totalitas maksimum. Absis dalam menit UT.
Gambar  3-4  menunjukkan  adanya  penurunan  komponen  X beberapa  saat  sebelum  kontak  kedua GMT  9  Maret  2016  (saat  seluruh  permukaan  Matahari  mulai  tertutup  Bulan,  ditandai  pula  dengan kemunculan Baily’s Beads). Dibandingkan dengan pola pada tanggal 5 Maret yang dipilih sebagai hari  tenang,  variasi  harian  pada  9  Maret  2016  secara  umum  lebih  terganggu.  Penurunan  signifikan terjadi pada menit ke-38 sebesar ±5 nT, pola komponen pada saat tersebut menyimpang dari trend- nya dan berbeda dengan keadaan pada 5 Maret 2016.
Dalam  studi  variasi  diurnal  geomagnet,  komponen  Y  memegang  peranan  penting  karena komponen  tersebut  memiliki  pola  yang  paling  regular  dibandingkan  X  atau  Z  [12].  Gambar  3-5 menunjukkan plot komponen Y pada sekitar waktu totalitas gerhana. Waktu perubahan yang terjadi tidak jauh berbeda dengan perubahan komponen X. Pola hingga menit ke-40 tampak serupa dengan hari tenang namun dengan kurva kenaikan yang lebih curam, diikuti dengan penurunan sekitar 4 nT selama 20 menit setelahnya,
GAMBAR 3-5. Plot komponen Y medan geomagnet pada tanggal 5 dan 9 Maret 2016 pukul 00.00 – 02.00 UT. Tanda panah menyatakan totalitas maksimum. Absis dalam menit UT.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Komponen D (sudut deklinasi antara utara geografis dan utara magnetik) diturunkan berdasarkan hubungan (2-1) memiliki pola yang serupa dengan Y. Menggunakan hubungan (2-1) tersebut, didapat penurunan  deklinasi  hingga  0.005°,  artinya  pada  saat  GMT,  utara  magnetik  cenderung  semakin menjauhi utara geografis ke arah barat.
GAMBAR 3-6. Plot komponen Z medan geomagnet pada tanggal 5 dan 9 Maret 2016 pukul 00.00 – 02.00 UT. Absis dalam menit UT.
Sementara berdasarkan gambar 3-6, tampak bahwa perubahan komponen vertikal Z (dan inklinasi yang  diturunkan  berdasarkan  hubungan  (2-2)  pada  bab  pendahuluan)  saat  GMT  tidak  terlihat  jelas dan tidak begitu berbeda dibandingkan dengan hari tenang. Nilai Z negatif berarti medan magnetik secara vertikal cenderung mengarah ke atas.
Hasil-hasil  yang  didapat  ini  serupa  dengan  studi  sebelumnya  di  lintang  menengah  yang menghasilkan kesimpulan adanya penurunan signifikan komponen medan geomagnet X, peningkatan Y dan peningkatan komponen sudut inklinasi dan deklinasi [9].
Beberapa  studi  sebelumnya  yang  menggunakan  data  kelistrikan  atmosfer/ionosfer menyimpulkan  bahwa  perubahan  atas  komponen  geomagnet  yang  terjadi  saat  peristiwa  GMT disebabkan  oleh  penurunan  konsentrasi  elektron  di  ionosfer  yang  memicu  penurunan  tingkat  arus ionosfer sehingga berpengaruh pada medan magnet Bumi [9],[13],[14].

## 4.  SIMPULAN
Dari pengamatan yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan bahwa sebagai respons pada saat GMT 2016 di wilayah Ternate, medan geomagnet mengalami perubahan yang dimulai beberapa saat sebelum kontak kedua (00:51:43 UT) yaitu penurunan komponen X sebesar ~5 nT, peningkatan komponen  Y  sekitar 4  nT serta  pergeseran  deklinasi sebesar  -0,005°.  Hasil ini  serupa dengan  studi sebelumnya di lintang menengah yang  mendeteksi adanya penurunan komponen X, peningkatan Y, serta  peningkatan  inklinasi  dan  deklinasi.  Perubahan  komponen  geomagnet  saat  peristiwa  GMT disebabkan  oleh  penurunan  konsentrasi  elektron  di  ionosfer  yang  memicu  penurunan  tingkat  arus ionosfer sehingga berpengaruh pada medan magnet Bumi.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Kepala  Pusat  Sains  Antariksa  LAPAN,  Stasiun BMKG  Ternate,  serta  kepada  rekan  penulis  yaitu  Farahhati  Mumtahana  dan  Cucu  Eman  Haryanto atas segala bantuannya dalam pengolahan data dan penyusunan makalah ini.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## DAFTAR ACUAN
[1]  Thébault, E., Purucker, M., Kathryn, The Magnetic Field of Earth’s Litosphere ,  Space  Sci Rev. 155:95-127, 2010.
[2]  Love, J. J., Swidinsky, A., Time Causal Operational Estimation of Electric Fields Induced in the  Earth’s  Lithosphere  During  Magnetic  Storms ,  Geophys.  Res.  Lett.,  41, doi:10.1002/2014GL059568, 2014.
[3]  Chapman,S., The  Effect  of  Solar  Eclipse  on  the  Earth’s  Magnetic  Field ,  Imperial College of Science and Technology, South Kensington London, England, vol 38 no. 3, 1933, pp. 175-183.
[4]   Matsushita,  S.  and  Maeda,  H., On  the  Geomagnetic  Solar  Quiet  Daily  Variation  Field During  the IGY , J. Geoph. Res. vol 70 no 11, 1965.
[5]  Malin, S. R. C., Isikara, A. M., Annual Variation of the Geomagnetic Field , Geophys. J. R. astr. Soc. p.47, 1976, pp.445-457.
[6]  Gavoret, J., Gibert, D., Menvielle, M., Le Mouel, J.L., Long-Term Variations of the External and  Internal  Components  of  the  Earth’s  Magnetic  Field ,  J.  Geoph.  Res.  90-B5,  1986,  pp. 4787-4796.
[7]  Torta,  J.  M.,  Marsal,  S.,  Curto,  J.C.,  Gaya-Pique,  L.  R., Behaviour  of  the  Quiet-day Geomagnetic  Variation  at  Livingstone  Island  and  Variability  of  the  Focus  Position  in  the South American-Antarctic Peninsula Region. Earth Planets Space, 62, 2010, pp. 297-307.
[8]  Singer, S. Fred, E. Maple, W.A Bowen Jr., Evidence For Ionospheric Currents From Rocket Experiments Near the Geomagnetic Equator , J. Geophys. Res., 56(2), 1951, pp. 265–281.
[9]  Ladynin,  A.V.,  Semakov,  N.  N.,  Khomutov,  S.  Y., Changes  in  the  Daily  Geomagnetic Variation  During  the  Total  Solar  Eclipse  of  1  August  2008 ,  Russian  Geology  and Geophysics, 52, 2011, pp. 343-352.
[10] Nakamura,  M.,  Yoneda,  A.,  Oda,  Tsubouchi,  K.., Statistical  analysis  of  extreme  auroral electrojet indices , Earth Planet Space 67: 153, 2015.
[11] Park,  M.  Y.,  Lee,  D.  Y.,  Shin,  D.  K.,  Cho,  J.  H.,  Lee,  E.  H., Dependence  of  Energetic Electron  Precipitation  on  the  Geomagnetic  Index  Kp  and  Electron  Energy ,  J.  Astron. Space Sci. 30(4), 2013, pp. 247-253.
[12] Curto,  J.J,  Heilig,  B.,  Pino,  M., Modelling  the  Geomagnetic  Effects  Caused  by  the  Solar Eclipse of 11 August 1999 ,
J. Geophys. Res. 111. A07312, doi:10.1029/2005JA011499, 2006.
[13] Babakhanov,  I.Y.,  Belinskaya,  A.Y.,  Bizin,  M.A.,  Grekhov,  O.  M.,  Khomutov,  S.Y., Kuznetsov,  V.V.,  Pavlov,  A.P.,. The  Geophysical  Disturbances  during  the  Total  Solar Eclipse of 1 August 2008 in Novosibirsk, Russia, J. Atmospheric and Solar- Terrestrial Physics, 92, 2013, pp. 1-6.
[14] Kumar,  K.  V.,  Maurya,  A.  K.,  Kumar,  S.,  &  Singh,  R., 22  July  2009  total  solar  eclipse induced  gravity  waves  in  ionosphere  as  inferred  from  GPS  observations  over  EIA, Advances in Space Research, DOI : 10.1016/j.asr.2016.07.019, 2016.
[15] http://eclipsewise.com/solar/SEprime/2001-2100/ SE2016Mar09Tprime.html, diakses tanggal 15 Maret 2016.
[16] http://www-app3.gfz-potsdam.de/kp_index/qlyymm .html, diakses tanggal 15 Maret 2016.
[17] http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/dst_realtime/201603/ index.html, diakses tanggal 1 April 2016.
[18] http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/ae_realtime/201603/ index_20160309.html,  diakses tanggal  12 April 2016.