## KARAKTERISTIK PARTIKEL BERMUATAN DI WILAYAH ANOMALI ATLANTIK SELATAN YANG BERPOTENSI PENYEBAB GANGGUAN OPERASIONAL SATELIT ORBIT RENDAH [THE CHARACTERISTIC OF CHARGED PARTICLES IN THE SOUTH ATLANTIC ANOMALY REGION AS THE CAUSE OF OPERATIONAL DISRUPTION ON LOW ORBITING SATELLITES]
Nizam Ahmad 1 dan Neflia Peneliti Pusat Sains Antariksa, Lapan
1 e-mail: ncjam_a@yahoo.com Diterima 6 Maret 2014; Disetujui 14 Mei 2014

## ABSTRACT
South Atlantic Anomaly (SAA) region contains highly charged particles affecting low orbiting satellite (LEO). Charged particles in this region come from Galactic Cosmic Rays  (GCR)  and  solar  particles  that  trapped,  propagated  and  interacted  that  caused variation on flux and energy of particles. Characteristic of charged particles in SAA can be assessed by analyzing particles data from NOAA 15 satellite. Particles from GCR was analyzed during solar minimum while solar particles was analyzed by the time of solar maximum.  The  analysis  showed  that  GCR  storms  were  occured  several  times  within solar  maximum,  but  those  storms  were  not  significantly  affected  on  geomagnetic activity represented by Kp and Dst indices. Analysis of particles data in energy channel, E>30 keV (elektron) and 80 <E< 240 keV (proton) also showed that GCR storms affected on electron fluxes in SAA, whereas those of  proton. Particle flux enhancement in SAA also  was  done  by  analyzing  solar  proton  event  (SPE)  data,  but  the  influence  was  not significant.  During  solar  minimum,  average  fluxes  can  reach  about  10 2 particles/cm 2 whereas  on  solar  maximum,  average  fluxes  were  increased  up  to  10 3 particles/cm 2 . Those energy and fluxes are commonly affecting on low orbiting satellite  and causing surface charging phenomena.
Key words: Charged particles, South Atlantic Anomaly, Satellite anomaly

## ABSTRAK
Wilayah  Anomali  Atlantik  Selatan  (AAS)  mengandung  partikel  bermuatan  yang membahayakan  satelit-satelit  yang  berada  di  orbit  rendah  bumi  (LEO).  Partikel bermuatan  yang  terdapat  di  wilayah  tersebut  bersumber  dari  sinar  kosmik  galaksi (GCR)  dan  matahari  yang  terperangkap,  merambat  dan  saling  berinteraksi  yang mengakibatkan fluks dan energi partikel bervariasi. Karakteristik partikel bermuatan di wilayah  Anomali  Atlantik  Selatan  dapat  diketahui  dengan  menganalisis  data  partikel dari  satelit  NOAA  15.  Tinjauan  partikel  dari  GCR  dilakukan  saat  aktivitas  matahari minimum sedangkan tinjauan partikel dari matahari dilakukan saat aktivitas matahari maksimum.  Analisis  data  partikel  memperlihatkan  bahwa  saat  aktivitas  matahari maksimum  dan  minimum,  terjadi  badai  GCR  beberapa  kali.  Badai  GCR  tidak  selalu berpengaruh  signifikan  terhadap  aktivitas  geomagnet  yang  dilihat  melalui  indeks  Kp dan Dst. Analisis data partikel di AAS untuk kanal energi E>30 keV (elektron) dan 80 <E<  240  keV  (proton)  juga  memperlihatkan  bahwa  badai  GCR  berpengaruh  terhadap fluks  elektron  di  AAS,  namun  tidak  terlihat  pada  fluks  proton.  Peningkatan  fluks partikel di SAA juga dilihat dengan meninjau fenomena semburan proton dari matahari
( Solar  Proton  Event -SPE)  dan  memperlihatkan  korelasi  yang  rendah.  Pada  kondisi matahari  minimum,  fluks  rata-rata  partikel  di  AAS    sekitar  10 2 partikel/cm 2 , sedangkan  pada  kondisi  matahari  maksimum,  fluks  minimum  sekitar  10 3 partikel/cm 2 .  Energi  dan  fluks  yang  demikian  pada  umumnya  mengakibatkan pemuatan permukaan pada satelit-satelit orbit rendah. Kata kunci: Partikel bermuatan, Anomali Atlantik Selatan, Anomali satelit

## 1  PENDAHULUAN
Wilayah  Anomali  Atlantik  Selatan  ( South  Atlantic  Anomaly  –  SAA )  merupakan wilayah  permukaan  bumi  yang  mengandung  partikel  bermuatan  dengan  energi  dan fluks yang sangat tinggi. Wilayah ini merupakan bagian dari sabuk radiasi dalam yang didominasi  oleh  partikel  proton  yang  bersumber  dari  matahari  ( solar  flare , CME )  dan sinar  kosmik  galaksi  (Shibata  et  al.,  2010).  Sabuk  radiasi  dalam  yang  mengandung SAA ini membentang pada ketinggian 100 – 10.000 km dengan energi di atas 100 MeV. Meskipun  wilayah  ini  didominasi  oleh  partikel  proton,  namun  ditemukan  juga keberadaan  partikel  elektron  dengan  tingkat  energi  pada  orde  10 2 keV  (Hasting  dan Garret,  1996)  Keberadaan  wilayah  SAA  ini  tidak  lepas  dari  keberadaan  sabuk  radiasi Van  Allen  (Pisacane,  2008).  Sabuk  radiasi  Van  Allen  memiliki  bidang  yang  simetri terhadap  sumbu  magnet  bumi.  Di  kutub  utara  magnet  bumi,  medan  magnet  sangat kuat hingga menyebabkan sabuk proton tersebar jauh dari permukaan bumi, namun di kutub selatan magnet bumi medan magnet sangat lemah yang menyebabkan sabuk proton  berada  pada  jarak  dekat  ke  permukaan  bumi.  Hal  ini  disebabkan  oleh  posisi sumbu  magnet  bumi  dengan  kemiringan  sekitar  11,5  dari  sumbu  rotasi  bumi. Perpotongan  sumbu  rotasi  bumi  dan  sumbu  magnet  bumi  ini  terletak  pada  jarak sekitar 500 km lebih ke utara di atas kutub selatan bumi. Kemiringan dan pergeseran sumbu magnet ini menyebabkan sabuk radiasi tersebut berada pada jarak yang dekat dengan bumi di atas laut Atlantik Selatan dan berada pada jarak yang jauh dari bumi di  atas  samudera  pasifik  utara.  Sabuk  radiasi  yang  lebih  dekat  dengan  permukaan bumi  inilah  yang  kemudian  lebih  dikenal  dengan  daerah  Anomali  Atlantik  Selatan ( South Atlantic Anomaly - SAA ).
Wilayah  SAA  mengalami  perubahan  setiap  waktu  dan  setiap  ketinggian.  Pada jarak  500  km  dari  permukaan  bumi,  wilayah  SAA  membentang  pada  lintang  geografi dari  -50  hingga  0  dan  pada  bujur  geografi  dari  -90  hingga  40  .  Bagian  dengan intensitas paling tinggi dari wilayah ini bergeser ke barat dengan laju 0,3  /tahun. Laju pergeseran ini berkaitan erat dengan perbedaan rotasi antara inti dan permukaan bumi yang  diperkirakan  sekitar  0,3  –  0,5  per  tahun.  Temuan  terbaru  juga  menyatakan bahwa variasi  medan magnet bumi  turut  mempengaruhi batas wilayah  SAA  tersebut. Bila  terjadi  pelemahan  medan  magnet,  maka  sabuk  radiasi  Van  Allen  akan  semakin dekat  ke  bumi  dan  dalam  waktu  bersamaan  terjadi  perluasan  daerah  SAA  pada ketinggian tertentu dari permukaan bumi.
Wilayah  Anomali  Atlantik  Selatan  sangat  berpengaruh  pada  satelit-satelit  orbit rendah  yang  mengitari  bumi  (Hasting  dan  Garret,  1996).  Satelit-satelit  ini  akan melintasi  wilayah  ini  secara  periodik.  Akibatnya  satelit  tersebut  memiliki  potensi terkena  radiasi  dari  partikel  proton  energi  tinggi  setiap  kali  melewati  wilayah  SAA. Contoh  nyata kasus  ini  dialami  oleh stasiun  luar angkasa  internasional  ( International Space  Station  –  ISS )  yang  mengorbit  pada  ketinggian  sekitar  400  km  dari  permukaan bumi  dengan  inklinasi  51,6  ,  mengalami  radiasi  yang  menyebabkan  wahana  tersebut memerlukan sistem pelindung ekstra. Hal yang sama juga dialami oleh wahana ulang alik  ( space  shuttle )  seperti  Columbia,  Challenger,  Discovery,  Atlantis,  Endeavour dan wahana yang membawa teleskop luar angkasa Hubble ( Hubble Space Telescope – HST) yang  harus  dilengkapi  pelindung  ekstra  dan  menunda  pengambilan  data  selama
melewati  wilayah  SAA tersebut.  Beberapa  satelit  lain yang mengalami  masalah ketika melintasi wilayah SAA ini adalah sebagai berikut,
 ROSAT  yang  merupakan  sebuah  wahana  yang  merupakan  observatorium  sinar_X yang  mengorbit  pada  tanggal  1  Juni  1990.  Kendali  posisi  wahana  tersebut  harus dimatikan selama melewati SAA untuk mencegah kerusakan parah,
 Pada  tahun  1999,  NASA  meluncurkan Terra  Earth  Observing  System (TEOS)  untuk mempelajari perubahan iklim global. Sehari setelah diluncurkan terjadi anomali pada sistem motor penggerak yang menyebabkan status antena  menjadi " safe mode ". Hal ini  mengakibatkan  kegagalan  dalam  melacak  jejak  satelit  dan  pengambilan  data  ke stasiun bumi,
 Pada  tahun  2001,  satelit  MODIS  milik  NASA  mengalami  kegagalan  karena  satelit tidak berfungsi dengan baik ketika melintasi SAA. Perlu waktu lebih dari dua minggu untuk membuat satelit kembali berfungsi,
 Teleskop luar angkasa Hubble ( Hubble Space Telescope – HST ) mengalami kerusakan giroskop saat melewati SAA,
 Peralatan  altimeter  pada  satelit  TOPEX  mengalami  gangguan  ( random  up-set )  yang mengorbit pada ketinggian 1000 km saat melintas di SAA,
 Peralatan  pada  wahana  antariksa  Columbia  mengalami  gangguan  sehingga pengamatan tidak dapat dilakukan saat melewati SAA,
 Astronot mengalami gangguan biologis akibat tumbukan partikel energi tinggi ketika melewati SAA.
Sejak  tahun  2007  Indonesia  memiliki  sebuah  satelit  mikro,  Lapan  TUBSAT, yang ditempatkan pada orbit rendah sekitar 630 km di atas permukaan bumi dengan inklinasi polar sekitar 98  . Rata-rata satelit tersebut melewati daerah SAA sebanyak 2 kali  dalam  sehari  dengan  durasi  sekitar  20  menit  setiap  lintasan.  Pada  tahun  2015, Lapan  berencana  akan  meluncurkan  kembali  dua  buah  satelit  mikro  yaitu  satelit Lapan  A2  pada  ketinggian  orbit  rendah  sekitar  650  km  dengan  inklinasi  ekuatorial sekitar 8 - 10  . Satelit dengan orbit seperti ini diperkirakan akan melewati daerah SAA sebanyak  14  kali  dengan  durasi  sekitar  15  menit  setiap  lintasan.  Daerah  SAA  yang mengandung  partikel  energi  tinggi  akan  memberikan  radiasi  pada  satelit  Lapan TUBSAT  selama  sekitar  40  menit  setiap  hari  dan  begitu  pula  pada  satelit  Lapan  A2 akan  mengalami  radiasi  dengan  total  waktu  sekitar  210  menit    (3,5  jam)  per  hari. Durasi  yang  cukup  lama  ini  akan  berpotensi  memberikan  dampak  negatif  pada operasional  satelit  Lapan  TUBSAT  dan  Lapan  A2  mengingat  tingkat  energi  rata-rata partikel di daerah tersebut berkisar pada orde  10 2 MeV untuk proton dan orde  10 2 keV untuk elektron. Variasi tingkat energi ini bergantung pada aktivitas matahari dan badai geomagnet yang mempengaruhi fluks dan energi di wilayah SAA tersebut. Fluks dan  energi  ini  sangat  mempengaruhi  besar  dampak  partikel  pada  satelit-satelit  yang melintasi wilayah SAA. Lapan (Lembaga Penerbangan Antariksa Nasional) sebagai satu- satunya  lembaga  antariksa  di  Indonesia  yang  memiliki  program  pembuatan, pengembangan  dan  penempatan  satelit  di  orbit  berperan  dan  bertanggung  jawab menanggulangi  setiap  dampak  terburuk  akibat  cuaca  antariksa  pada  satelitnya (khususnya)  dan  satelit  milik  Indonesia  (umumnya).  Dengan  demikian,  untuk mengantisipasi  tingkat  kerusakan  satelit-satelit  orbit  rendah,  khususnya  milik  Lapan perlu dilakukan suatu penelitian mengenai karakteristik partikel bermuatan di wilayah SAA yang mempengaruhi kinerja satelit dengan harapan operator satelit akan memiliki waktu merancang strategi tindakan mitigasi yang dapat mengurangi tingkat kerusakan satelit berdasarkan informasi yang diberikan melalui penelitian ini.

## 2  DATA DAN METODOLOGI
Penelitian  mengenai  karakteristik  partikel  ini  menggunakan  data  bilangan sunspot sebagai indikator tingkat aktivitas matahari dan data tingkat energi dan fluks partikel proton dan elektron sebagai penyebab utama terjadinya anomali pada satelit. Sumber  data  bilangan sunspot dapat  diakses  melalui  situs  http://  omniweb.  gsfc. nasa.gov/form/dx1.html. Data partikel bermuatan dari satelit NOAA 15 dapat di akses melalui situs http://satdat.ngdc.noaa.gov/sem/poes/data/. Data sinar kosmik galaksi ( Galactic  Cosmic  Rays – GCR )  bersumber  dari  stasiun  pengamatan  GCR  yang  ada  di Moscow  ( Moscow  Neutron  Monitor  -  MNM )  yang  dapat  diakses  melalui  situs  http:// helios.izmiran.rssi.ru/cosray/events.htm.  Untuk  bilangan sunspot ,  data  yang digunakan  adalah  data  harian,  sedangkan  data  tingkat  energi  dan  fluks  partikel bermuatan adalah data yang diperoleh dari satelit NOAA 15.
Metodologi yang digunakan dalam menganalisis karakteristik partikel bermuatan di wilayah SAA ini adalah sebagai berikut,
 Menganalisis  variasi  partikel  pada  saat  tingkat  aktivitas  matahari  maksimum  dan pada saat aktivitas matahari minimum (GCR maksimum),
 Melakukan kajian dan analisis terhadap fisis dan propagasi partikel di sabuk radiasi Van Allen,
 Melakukan kajian dan analisis wilayah SAA melalui data satelit NOAA 15,
 Menganalisis  karakteristik  partikel  bermuatan  di  wilayah  SAA  sebagai  potensi penyebab gangguan operasional satelit.
Diagram  analisis  karakteristik  partikel  bermuatan  di  SAA  dapat  dilihat  pada Gambar 2-1.
Gambar 2-1: Diagram analisis partikel bermuatan di SAA
Analisis  karakteristik  partikel  bermuatan  di  wilayah  SAA  ini  pada  dasarnya beranjak dari tinjauan fenomena cuaca antariksa secara umum. Matahari melalui CME menghasilkan  semburan  partikel  yang  dibawa  oleh  angin  matahari  ( solar  wind )  yang
dikenal  dengan  peristiwa Solar  Energetic  Particle (SEP)  dan  dari  fenomena flare yang dikenal  dengan  peristiwa Solar  Proton  Event (SPE).  Partikel  yang  dilontarkan  dan mengarah ke bumi mencapai lapisan magnetosfer dan atmosfer bumi dengan fluks dan energi  yang  bervariasi,  bergantung  pada  interaksi  partikel  tersebut  di  setiap  lapisan yang  memiliki  komposisi  molekul  yang  berbeda-beda.  Beberapa  partikel  ini  mengalir dalam  garis-garis  gaya  magnet  bumi  ( magnetic  field  lines )  dan  beberapa  lainnya  lolos dan bergerak menjauhi bumi. Beberapa partikel dalam garis-garis gaya magnet ini ada yang  terperangkap  dalam  sabuk  radiasi,  mengendap  dan  saling  berinteraksi  dengan partikel  lainnya  hingga  membentuk  plasma  dengan  energi  dan  fluks  yang  berbeda. Plasma  dalam  sabuk  radiasi  ini  bervariasi  mengikuti  aktivitas  matahari.  Pada  saat aktivitas  matahari  maksimum,  variasi  plasma  dipengaruhi  oleh  lontaran  partikel  dari fenomena  SPE  dan  SEP,  sedangkan  pada  saat  aktivitas  matahari  minimum  variasi plasma  lebih  banyak  dipengaruhi  oleh  lontaran  partikel  dari  sinar  kosmik  galaksi (GCR).
Variasi  plasma  oleh  partikel  yang  bersumber dari  aktivitas matahari  dan  sinar kosmik galaksi akan menyebabkan wilayah sabuk radiasi mengalami perubahan akibat gerak  plasma  yang  mendapat  tambahan  partikel  dari  kedua  sumber  tersebut.  Hal  ini mengindikasikan terjadi perubahan pada gerak, kecepatan dan komposisi plasma yang mempengaruhi  karakterisktik  partikel  di  wilayah  tersebut.  Perubahan  yang  terjadi pada wilayah sabuk radiasi dapat dikatakan akan mempengaruhi gerak, kecepatan dan komposisi  plasma  yang  terdapat  di  wilayah  SAA  mengingat  wilayah  ini  masih  bagian kecil dari wilayah sabuk radiasi dalam ( inner belt ).
Perubahan  gerak,  kecepatan  dan  komposisi  partikel  di  wilayah  SAA  ini  akan mempengaruhi  energi  dan  fluks  partikel  dalam  wilayah  tersebut  pada  selang  waktu tertentu.  Akibatnya  satelit-satelit  yang  mengorbit  pada  ketinggian  orbit  rendah  bumi akan  berinteraksi  dengan  partikel  bermuatan  dan  menimbulkan  dampak  yang berbeda-beda, bergantung pada tingkat energi dan fluks partikel serta material (bahan) satelit  itu  sendiri.  Interaksi  antara  partikel  dan  satelit  cenderung  bersifat  destruktif (merusak) sistem satelit, sehingga satelit tidak beroperasi secara optimal. Fenomena ini sering disebut dengan anomali satelit.
Kajian  dan  analisis  yang  dilakukan  terhadap  plasma  di  wilayah  SAA memberikan  informasi  mengenai  karkateristik  partikel  bermuatan  di  wilayah  SAA sebagai  penyebab  terjadinya  kasus  anomali  satelit.  Informasi  ini  sangat  bermanfaat bagi  operator  satelit  untuk  memikirkan  dan  merancang  strategi  tepat  yang  harus dilakukan  pada  satelit  untuk  mengurangi  dan  mengantisipasi  dampak  kerusakan akibat  interaksi  partikel  bermuatan  pada  satelit  selama  melintasi  wilayah  SAA tersebut.

## 3  HASIL

## A. Perambatan Partikel Sinar Kosmik Galaksi
Sinar  kosmik  galaksi  (GCR)  merupakan  partikel  energi  tinggi  yang  menyebar dalam sistem tata surya yang bersumber dari ledakan bintang-bintang dalam sebuah galaksi.  Komposisi  terbesar  dari  GCR  adalah  proton,  elektron  dan  inti  atom,  namun proton  memiliki  komposisi  yang  paling  dominan  (Easly,  2007).  Peningkatan  partikel dari GCR diketahui memiliki korelasi terhadap aktivitas matahari. Pada saat aktivitas matahari  minimum,  maka  peningkatan  intensitas  partikel  dari  GCR  mengalami maksimum  dan  begitu  juga  sebaliknya  (Shea  and  Smart,  1990).  Perambatan  partikel dari  GCR  dalam  sistem  matahari  bumi  mengikuti  medan  magnet  antar  planet ( Interplanetary Magnetic Field – IMF), namun ditemukan juga bahwa terdapat sejumlah besar partikel bermuatan  dari  GCR yang  tersebar  acak. Ilustrasi  perambatan  partikel tersebut dapat dilihat pada Gambar 3-1.
Gambar  3-1: Perambatan  partikel  GCR  dalam  sistem  matahari  (http://sci.esa.int/trs/36022-the- interstellar-heliopause-probe/)
Partikel GCR bersifat isotropik (arah datang seragam) ketika memasuki heliosfer, namun  ketika  di  ruangan  antar  planet  (sistem  matahari-bumi),  partikel  mengalir mengikuti  medan  magnet  antar  planet  dan  sejumlah  lainnya  bersifat  acak  (Jokipii, 2011).
Sejumlah  partikel  yang  mengikuti  medan  magnet  antar  planet  yang bersinggungan  dengan  magnetosfer  bumi  akan  merambat  memasuki  wilayah  kutub utara bumi untuk selanjutnya mengalir dan terkonsentrasi dalam sabuk radiasi dalam ( inner belt ). Ilustrasi mengenai perambatan partikel ini dapat dilihat pada Gambar 3-2.
Gambar 3-2: Perambatan  partikel  GCR  dalam  sabuk  radiasi  dalam    (http://  diewutdesvakuums. de/differentials_the_way_to_the_vacuum_structure.htm)
Tingkat  energi  yang  dimiliki  oleh  partikel  GCR  umumnya  lebih  besar dibandingkan  tingkat energi  partikel  dari matahari. Pada  tingkat energi  sekitar  ≥ 100 MeV,  partikel  yang  mengalir  dalam  ruang  antar  planet  di  dominasi  oleh  partikel  dari GCR (Jokipii, 2011).

## B. Variasi Partikel di SAA
Untuk melihat variasi partikel di wilayah anomali atlantik selatan dari fenomena GCR  dan  aktivitas  matahari,  perlu  melihat  terlebih  dahulu  peningkatan  partikel  di wilayah magnetosfer bumi saat kedua fenomena itu terjadi. Dalam hal ini diambil data ketika aktivitas minimum pada beberapa waktu tertentu dan ketika matahari mencapai maksimum  untuk  beberapa  peristiwa  besar  dalam  siklus  23.  Lebih  sederhana  dapat dilihat pada bagan Gambar 3-3.
Gambar 3-3: Bagan  di  atas  memperlihatkan  bahwa  pada  saat  tingkat  aktivitas  matahari  rendah (minimum), maka terjadi peningkatan intensitas partikel dari GCR (GCR maksimum).
Peningkatan ini memiliki jeda waktu sekitar 6 bulan. Data juga memperlihatkan turunnya  intensitas  partikel  dari  GCR  (GCR  minimum)  saat  aktivitas  matahari  tinggi (maksimum).  Intensitas  minimum  ini  memiliki  jeda  waktu  sekitar  1  tahun  (di ilustrasikan pada Gambar 3-4).
Gambar 3-4: Bagan di atas memperlihatkan jeda waktu (  T)  antara fase siklus matahari minimum ke fase GCR maksimum dan fase siklus matahari maksimum ke fase GCR minimum dalam siklus 23
Langkah  berikut  adalah  melihat  perubahan  atau  peningkatan  partikel  di  SAA pada  dua  peristiwa,  yaitu  saat  matahari  minimum  dan  GCR  maksimum  serta  saat matahari  maksimum  dan  GCR  minimum.  Peningkatan  partikel  selama  siklus  23  di lingkungan antariksa bumi dapat dilihat pada Gambar 3-5.
Gambar 3-5: Profil  peningkatan  fluks  partikel  selama  siklus  23  ditandai  dengan  lingkaran  merah (http://en.wikipedia.org/wiki/File:SpaceEnvironmentOverview_From_19830101.jpg)
Gambar  3-5  sekaligus  memperlihatkan  bahwa  ketika  aktivitas  matahari meningkat,  maka  GCR  mengalami  penurunan  dan  sebaliknya.  Pengamatan  yang dilakukan dengan menggunakan peralatan GCR yang ada di Moscow memperlihatkan bahwa  selama  bulan  April  1997  (GCR  maksimum),  terjadi  badai  GCR  (GCR storms ) sebanyak  4  kali  yaitu  pada  tanggal  10,  14,  16  dan  21  April  2007.  Adapun  pada  saat GCR  minimum pada bulan  April  2001  terjadi  juga  badai  GCR sebanyak 10 kali  yaitu pada  tanggal  4,6,7,8,11,13,18,21,24  dan  28  April  2001.  Pada  saat  aktivitas  matahari minimum,  tidak  diperoleh  data  kejadian  badai  GCR  namun  pada  saat  aktivitas matahari maksimum, terjadi badai GCR sebanyak 6 kali yaitu tanggal 1,6,12,16,18 dan 24 April 2000. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 3-1.

## Tabel 3-1: KEJADIAN SAAT TERJADI BADAI GCR
Selama  kurun  waktu  1997,  profil  peningkatan  GCR  serta  dampaknya  pada komposisi partikel di magnetosfer bumi dapat dilihat pada Gambar 3-6.
Gambar 3-6: Profil peningkatan GCR tahun 1997 dan dampaknya di magnetosfer
Gambar 3-7: Profil penurunan GCR tahun 2001 dan dampaknya di magnetosfer
Event Waktu GCR storms Tahun Bulan Tanggal Fase siklus Matahari min 1996 Oktober - Fase GCR maks 1997 April 10,14,16,21 Fase siklus Matahari maks 2000 April 1,6,12,16,18,24 Fase GCR min 2001 April 4,6,7,8,11,13,18,21,24,28
Pada  Gambar  3-7,  GCR  berada  pada  kondisi  minimum  dan  terjadi  penurunan dengan  fluks  maksimum  hanya  394.508  partikel/cm 2 .  Pada  kondisi  tersebut  terjadi peningkatan  aktivitas  geomagnet  bila  ditinjau  dari    indeks  Dst  yang  mencapai  nilai  - 200 nT. Dalam hal ini kemungkinan pengaruh matahari lebih dominan dibandingkan GCR.  Mengingat data  sebaran  partikel di  SAA  untuk  tahun 1997  tidak dapat diakses dengan mudah, maka untuk analisis digunakan data tahun 2000 dan 2001, yaitu saat Matahari  maksimum  dan  GCR  minimum.    Meskipun  GCR  minimum,  namun  terjadi beberapa  kali  badai  GCR  dalam  periode  bulan  April  2001,  namun  dalam  analisis  ini diambil  yang  memiliki  magnitudo  efek  di  atas  5  sesuai  dengan  klasifikasi  yang dilakukan oleh MNM yaitu pada tanggal 4, 8,11 dan 28 April 2001. Pada tahun 2000, tidak ditemukan badai GCR di atas magnitudo 5. Perubahan fluks partikel di wilayah SAA dalam kurun waktu tersebut dapat dilihat pada Gambar 3-8 hingga Gambar 3-10.
Gambar 3-8: Variasi fluks partikel di SAA pada tanggal 4 April 2001 untuk  elektron (A) dan proton (B)
Pada Gambar 3-8 terlihat bahwa terjadi peningkatan fluks elektron (E> 30 keV) hingga  mencapai  orde  ~10 6 partikel/cm 2 dengan  lebar  bujur  sebaran  sekitar  40  , namun tidak terlihat adanya peningkatan proton (80 keV <E< 240 keV) di wilayah SAA.
Gambar 3-9: Variasi fluks partikel di SAA pada tanggal 11 April 2001 untuk elektron (A) dan proton (B)
Gambar  3-9  juga  memperlihatkan  peningkatan  elektron  dengan  orde  ~10 6 partikel/cm 2 dengan  sebaran  bujur  sekitar  40  ,  namun  fluks  proton  tidak  sebesar elektron, hanya sekitar orde ~10 5 partikel/cm 2 .
B A A B A B A
Badai  GCR  yang  terjadi  pada  tanggal  28  April  2001  juga  memperlihatkan peningkatan fluks elektron yang mencapai orde ~10 6 partikel/cm 2 dengan lebar bujur sekitar 40  , namun tidak terjadi peningkatan yang signifikan pada fluks proton.

## C. Peningkatan Fluks Saat Semburan Proton dari Matahari (SPE)
Peningkatan  fluks  partikel  proton  dari  matahari  yang  lebih  dikenal  sebagai semburan  proton  matahari,  dalam  konteks  pengaruhnya  pada  satelit,  lebih  besar pengaruhnya  pada  wilayah  orbit  tinggi.  Meskipun  demikian,  tidak  tertutup kemungkinan  penetrasi  partikel  hingga  ke  orbit  rendah  akan  memberikan  pengaruh terhadap  variasi  plasma  di  orbit  rendah.  Dengan  demikian,  analisis  ini  mencoba melihat  pengaruh  peningkatan  plasma  di  orbit  rendah  menggunakan  data  kejadian SPE yang diperoleh melalui situs http://umbra.nascom.nasa.gov/SEP/ dengan sedikit modifikasi tampilan data seperti yang terlihat pada Tabel 3-2.

## Tabel 3-2: DATA FLUKS PARTIKEL DI ORBIT TINGGI DAN ORBIT RENDAH
Tabel  3-2  merupakan  beberapa  contoh  data  kejadian  SPE  yang  direkam  oleh satelit  GOES  di  orbit  tinggi  (GEO)  serta  data  partikel  pada  kanal  energi  tertentu (elektron  dan  proton)  khusus  di  wilayah  SAA  yang  direkam  oleh  satelit  NOAA  15  di orbit  rendah  (LEO).  Titik  –titik  dalam  tabel  menunjukkan  banyaknya  data  yang  tidak dapat dicantumkan agar tampil praktis. Tabel 3-2 juga menampilkan data fluks radiasi matahari di atmosfer atas ( upper atmosphere ) melalui indeks F10,7. Data SPE yang ada untuk  siklus  23  hanya  sampai  tahun  2006.  Tanda  titik  tiga  pada  Tabel  untuk  tiap kolom berarti data tersebut bersambung hingga tahun 2006. Grafik peningkatan fluks saat SPE dan fluks di orbit rendah di wilayah SAA yang direkam oleh NOAA 15 dapat dilihat melalui histrogram pada Gambar 3-11.
Gambar  3-11  memperlihatkan  bahwa  peningkatan  SPE  belum  tentu  akan menyebabkan peningkatan fluks partikel di wilayah SAA, bahkan banyak peningkatan fluks proton dan elektron di SAA tanpa didahului oleh peningkatan SPE di orbit tinggi. Namun beberapa diantaranya terlihat berkorelasi seperti pada tahun 2000 (14-15 Juli 2000),  fluks  SPE  mencapai  24000  pfu  dan  fluks  elektron  dan  proton  di  SAA  juga mengalami  peningkatan.  Korelasi  ini  juga  terlihat  pada  tahun  2001  (24-25  Sep,  1-2 Okt,  4-6  Nov,  22-24  Nov)  dan  juga  tahun  2003  (28-29  Okt).  Peningkatan  radiasi matahari di atmosfer atas yang ditandai dengan fluktuasi nilai F10,7 memperlihatkan bahwa tidak selalu fluktuasi peningkatan/penurunan fluks partikel bersamaan dengan
GOES ( High Orbit ) NOAA ( Low Orbit ) SPE Proton Flux  (pfu @ >10MeV) F10.7 mep0e1 mep0p1 24-26 Aug 1998 670 126,9  3669,171  22,48268 25/Sep/1998 44 138,5  3052,443  44,22766 30 Sept - 1 Okt 1998 1200 118,8  1091,496  18,83979 8/Nov/1998 11 152,7 1230 55,69088 14/Nov/1998 310 126,5  3424,864  45,33095 23/Jan/1999 14 165,9  1173,375  22,78916 24-25 Apr 1999 32 102,6  813,8576  14,59839 5 Mei 1999 14 140,9  1044,942  18,7525 ... ... ... ... ...
peningkatan/penurunan  fluks  radiasi  matahari.  Profil  peningkatan  partikel  elektron (E>30 keV) dan proton (80 <E< 240 keV) di wilayah SAA dari tahun 1998 hingga tahun 2006 dapat dilihat melalui histogram Gambar 3-12.
Gambar 3-11: Histogram peningkatan fluks di orbit tinggi (SPE) dan orbit rendah (mep)

## Gambar 3-12: Histogram peningkatan fluks partikel di SAA dalam siklus 23
Peningkatan  fluks  partikel  terbesar  di  SAA  justru  terlihat  bukan  pada  saat puncak aktivitas matahari, melainkan lebih banyak pada saat fase aktivitas matahari menurun,  yaitu  dari  tahun  2002  akhir  hingga  tahun  2005  akhir.  Hal  ini mengindikasikan  bahwa  peningkatan  fluks  partikel  di  SAA  juga  tidak  selalu  identik dengan  peningkatan  aktivitas  matahari,  melainkan  diduga  terdapat  mekanisme  lain yang terkait dengan propagasi partikel di orbit rendah secara global dan wilayah SAA secara lokal.
Pada tingkat energi yang lebih tinggi (E> 30 keV untuk elektron dan 80 <E< 240 keV untuk proton) fluks partikel di SAA lebih rendah dibandingkan fluks partikel pada pengukuran  mep0e1  dan  mep0p1.  Fluks  partikel  rata-rata  di  SAA  tanpa  adanya “pemicu”  seperti  penambahan  partikel  yang  membuat  sesama  partikel  berinteraksi adalah sekitar ~ 10 2 partikel/cm 2 (mep0e1 dan mep0e2) yang dapat diketahui dari data partikel yang direkam oleh satelit NOAA 15, sedangkan  untuk energi yang lebih tinggi memiliki fluks yang lebih rendah dari ~10 2 .
Peningkatan partikel di SAA pada saat adanya “pemicu” dari matahari dan sinar kosmik galaksi ataupun melalui mekanisme lokal (propagasi dan saling interaksi antar partikel  yang  dinamis)  menghasilkan  fluks  yang  bervariasi,  namun  secara  umum memiliki  fluks  di  atas  ~10 3 partikel/cm 2 .  Semua  informasi  ini  dihasilkan  melalui analisis data partikel yang direkam oleh satelit NOAA 15.
Tingkat  energi  dengan  orde  ~  keV  untuk  elektron  dan  proton  telah  dapat menyebabkan  dampak  pemuatan  pada  permukaan  satelit  ( surface  charging ).  Dampak
ini  masuk  dalam  kategori  “rendah”,  namun  yang  perlu  menjadi  perhatian  adalah akumulasi  “dampak  rendah”  tersebut  dalam  periode  waktu  revolusi  satelit  yang menyebabkan  bagian  satelit  yang  berinteraksi  dengan  plasma  energi  rendah  yang berakibat fatal sehingga tidak jarang menyebabkan satelit mengalami kerusakan yang lebih  serius  yang  disebut internal  charging ,  yaitu  pemuatan  yang  dialami  oleh komponen  bagian  dalam  satelit  (prosesor,  chips,  dll)  akibat  penetrasi  partikel  melalui permukaan  satelit  yang  “robek”  akibat  proses  korosi  yang  terjadi  pada  material struktur  permukaan.  Hal  ini  pernah  dialami  oleh  wahana Long  Duration  Exposure Facility (LDEF) pada tingkat energi sekitar 5 eV (Hasting dan Garrett, 1996),  termasuk juga satelit Lapan TUBSAT pada bulan September 2007 (Ahmad, 2010).

## 4  KESIMPULAN
Partikel bermuatan yang merambat hingga orbit rendah bumi ( Low Earth Orbit – LEO) bervariasi dan pada umumnya berasal dari dua sumber, yaitu dari partikel yang dilontarkan  oleh  matahari  dan  partikel  yang  bersumber  dari  sinar  kosmik  galaksi ( Galactic Cosmic Rays – GCR). Pada saat aktivitas matahari rendah (minimum), maka partikel  yang  bersumber  dari  GCR  mengalami  peningkatan,  sebaliknya  pada  saat aktivitas  matahari  tinggi  (maksimum),  partikel  yang  berasal  dari  GCR  mengalami penurunan.  Peningkatan  fluks  partikel  GCR  tidak  signifikan  mempengaruhi peningkatan partikel di magnetosfer yang terlihat melalui indeks Kp dan Dst. Meskipun fluks  partikel  GCR  mengalami  penurunan,  namun  ditemukan  adanya  peningkatan partikel  melalui  fenomena  badai  GCR  ( GCR  storms ).  Peningkatan  partikel  dari  badai GCR  pada  beberapa  waktu  terlihat  berkorelasi  dengan  peningkatan  fluks  elektron  di SAA,  namun  tidak  terlihat  pada  peningkatan  fluks  proton.  Analisis  variasi  partikel  di SAA  melalui  kejadian  SPE  juga  memberikan  informasi  bahwa  peningkatan  fluks partikel  di  SAA  tidak  selalu  identik  dengan  peningkatan  aktivitas  matahari  ataupun GCR.  Diduga  ada  mekanisme  lain  yang  menyebabkan  peningkatan  tersebut  yang memerlukan penelitian lebih mendalam dengan data yang komprehensif.  Pada kondisi ‘tenang’, fluks partikel di SAA berkisar pada 10 2 partikel/cm 2 , sedangkan pada kondisi ‘terganggu’, fluks partikel berada di atas 10 3 partiel/cm 2 .  Adapun sebaran bujur fluks elektron  pada  saat  badai  GCR  berada  pada  rentang  30  -  40  dengan  fluks  tinggi mencapai orde ~10 6 partikel/cm 2 . Hal ini mengindikasikan bahwa sumbangsih partikel dari GCR memang ada yang mempengaruhi distribusi partikel elektron di SAA, namun sebaliknya tidak terlihat pada proton. Pada umumnya energi dengan orde ~ keV untuk proton  dan  elektron  memberikan  dampak  “rendah”  pada  satelit    yang  menyebabkan pemuatan pada  permukaan  satelit,  namun  mengingat  satelit memiliki  revolusi  (siklus edar  orbit)  dalam  satu  hari  lebih  dari  10  kali  untuk  orbit  rendah,  maka  dampak “rendah” tersebut dapat terakumulasi yang menyebabkan satelit menjadi rentan yang pada  akhirnya  mengakibatkan  kerusakan  yang  lebih  serius  ( internal  charging ). Informasi  karakteristik  partikel  bermuatan  di  SAA  menjadi  hal  yang  fundamental untuk merancang sebuah sistem peringatan dini gangguan operasional satelit di masa mendatang  terutama  satelit-satelit  orbit  rendah,  baik  yang  mengorbit  polar  maupun ekuatorial.

## DAFTAR RUJUKAN
Ahmad,  N.,  2010. Charging  Phenomena  On  Lapan  TUBSAT  Satellite ,  IWSWI Proceedings, hal. 39-43. ISBN 978-979-1458-49-8.
Easly, S. M., 2007. Anisotropy in the South Atlantic Anomaly , Thesis of Airforce Institute of Technology, Ohio.
Hasting,  D.  dan  Garret,  H.,  1996. Spacecraft  Environment  Interaction ,  Cambridge University Press.
Jokipii,    J.  R.,  2011. Cosmic  Rays  in  the  Heliosphere ,    Presentation  at  the  2011 Heliophysics Summer School, Boulder. – ganti dengan makalah prosiding, jurnal atau buku-.
Pisacane,  V. L.,  2008. The  Space  Environment  and  Its  Effects  on  Space  Systems ,  AIAA Education Series, ISBN 978-1-56347-926-7.
Shea,  M.  A.  dan  Smart,  D.  F.,  1990. The  Effect  of  Solar  Activity  on  the  Cosmic  Ray Intensity  at  Solar  Minimum ,  21 st International  Cosmic  Ray  Conference,
Conference Papers, 6, hal. 13-17.
Shibata,  M.,  Katayose,  Y.,  Huang,  J.  dan  Chen,  D.,  2010. Chemical  Composition  and Maximum  Energy  of Galactic Cosmic Rays ,  The  Astrophysical  Journal,  716,  hal. 1076-1083.