Badai geomagnetik

Badai geomagnetik, juga disebut badai magnet atau badai matahari, adalah fenomena cuaca antariksa yang terjadi ketika pertukaran energi yang sangat efisien dari angin matahari ke lingkungan luar angkasa di sekitar bumi. Badai geomagnetik terjadi akibat masuknya angin surya cepat karena lontaran massa korona bersamaan dengan Bz Medan Magnetik Antarplanet (IMF) yang mengarah ke selatan dan menghasilkan perubahan besar pada arus, plasma dan medan magnetosfer bumi.

Kondisi komponen angin surya bersama arah Bz IMF ke selatan sebelum badai geomagnet dapat menentukan pembentukan badai geomagnet. Selain itu, melalui kondisi angin surya dan badai geomagnet sebagai fungsi gabungan kerapatan dan kecepatan angin surya. Materi yang terkait dengan ledakan ini adalah terutama terdiri dari proton dan elektron dengan energi beberapa ribu elektronvolt. Materi ini, yang disebut plasma, bergerak melalui medium antarplanet dengan kecepatan dari kurang 10 km (6 mil) per detik menjadi 2.000 km (1.200 mil) per detik, sehingga materi yang mencapai Bumi dalam waktu sekitar 21 jam.

Badai magnet memiliki dua penyebab dasar:

 Matahari terkadang memancarkan gelombang angin matahari kuat yang disebut pelepasan massa korona. Hembusan angin matahari ini mengganggu medan magnet bumi yang mengalami osilasi kompleks. Ini menghasilkan arus listrik terkait di lingkungan luar angkasa dekat Bumi, yang pada gilirannya menghasilkan variasi medan magnet tambahan - yang semuanya merupakan badai geomagnetik.
 Kadang-kadang, medan magnet matahari berhubungan dengan Bumi. Hubungan magnetis langsung ini bukanlah keadaan normal, tetapi ketika itu terjadi, partikel bermuatan, berjalan sepanjang garis medan magnet, dapat dengan mudah memasuki magnetosfer, menghasilkan arus, dan menyebabkan medan magnet mengalami variasi yang bergantung pada waktu.

Kondisi yang efektif untuk menciptakan badai geomagnetik dipertahankan (selama beberapa jam) periode angin matahari berkecepatan tinggi, dan yang paling penting, medan magnet angin matahari yang diarahkan ke selatan (berlawanan arah medan bumi) di sisi siang hari dari magnetosfer. Kondisi ini efektif untuk mengirimkan energi dari angin matahari ke magnetosfer bumi. Akibatnya, medan magnet bumi kemudian terkelupas seperti bawang sehingga memungkinkan partikel angin matahari energik mengalir ke garis medan untuk menghantam atmosfer di atas. Tekanan dari plasma yang masuk ditrasmisikan ke tepi luar magnetosfer bumi; hal ini menyebabkan peningkatan geomagnetik yang diamati di permukaan daratan, mungkin melalui gelombang hidromagnetik.

Di permukaan bumi, badai magnet dipandang sebagai penurunan cepat kekuatan medan magnet bumi. Penurunan ini berlangsung sekitar 6 - 12 jam, setelah itu medan magnet pulih secara bertahap selama berhari-hari.

Klasifikasi 

Badai geomagnetik adalah gangguan di medan magnet bumi yang dapat menyebabkan aurora aktif selama berjam-jam baik di lintang tinggi (Yukon, wilayah barat laut, dan Nunavut) dan di lintang yang lebih rendah (Kanada bagian selatan dan Amerika Serikat bagian utara). Selama badai geomagnetik, terjadi peningkatan indeks gangguan geomagnetik yang disebut Kp. Indeks ini adalah dasar untuk salah satu dari tiga Skala Cuaca Antariksa NOAA, Badai Geomagnetik, atau skala G, yang digunakan untuk menggambarkan cuaca antariksa yang dapat mengganggu sistem Bumi.

Sama seperti angin topan dan tornado, ada berbagai kategori badai geomagnetik berdasarkan keadaannya:

G1 (minor) 
Ketika indeks Kp mengukur Kp = 5, badai geomagnetik G1 (minor) sedang terjadi.

Badai G1 kira-kira terjadi kira-kira 1.700 kali dalam 11 tahun (1 siklus matahari); badai ini dapat menyebabkan fluktuasi jaringan listrik lemah; Dampak kecil pada operasi satelit dimungkinkan; Badai ini dapat memengaruhi hewan yang bermigrasi di wilayah utara.

Aurora 
Peristiwa badai G1 (minor) dapat menghasilkan Aurora yang hidup selama berjam-jam di seluruh Wilayah Barat Laut, Nunavut, dan Yukon. Periode aurora aktif juga dapat dilihat di pertengahan garis lintang (Kanada selatan dan Amerika Serikat bagian utara), termasuk British Columbia, Alberta, Saskachewan, Manitoba serta Ontario utara, Quebec utara, dan Newfoundland dan Labrador utara.

G2 (sedang) 
Ketika indeks Kp mengukur Kp = 6, badai geomagnetik G2 (sedang) sedang terjadi.

Badai G2 (sedang) terjadi kira-kira 600 kali per 11 tahun (1 siklus matahari); Sistem daya lintang tinggi mungkin mengalami alarm tegangan; Badai berdurasi panjang dapat menyebabkan kerusakan transformator di lintang tinggi; Tindakan korektif mungkin diperlukan untuk orientasi pesawat luar angkasa.

Aurora 
Peristiwa badai G2 (sedang) daoat menghasilkan aurora yang hidup selama berjam-jam di seluruh Wilayah barat laut selatan, Nunavut dan Yukon. Periode aurora aktif juga dapat dilihat di pertengahan garis lintang (Kanada selatan dan Amerika Serikat utara). Badai ini sering kali memicu pertunjukkan aurora di atas British Columbia, Alberta, Saskachetwan, Manitoba, Ontario, Quebec dan provinsi Maritim.

G3 (kuat) 
Ketika indeks Kp mengukur Kp = 7, badai geomagnetik G3 (kuat) sedang terjadi.

Badai G3 terjadi sekitar 200 kali per 11 tahun (1 siklus matahari); Sistem tenaga mungkin mengalami alarm tegangan dan memerlukan koreksi; Tindakan korektif mungkin diperlukan untuk orientasi pesawat luar angkasa; Masalah navigasi radio frekuensi rendah dapat terjadi.

Aurora 
Peristiwa G3 (kuat) daoat menghasilkan aurora yang hidup selama berjam-jam di seluruh Wilayah barat laut bagian selatan, Nunavut dan Yukon. Periode aurora aktif juga dapat dilihat di pertengahan garia lintang (Kanada selatan dan Amerika Serikat utara). Badai ini sering kali memicu pertunjukkan aurora di atas British Columbia, Alberta, Saskatchewan, Manitoba, Ontario, Quebec dan provinsi Maritim.

G4 (parah) 
Ketika indeka Kp mengukur Kp = 8, badai geomagnerik G4 (parah) sedang terjadi.

Badai G4 (parah) terjadi kira-kira 100 kali per 11 tahun (1 siklus matahari); Sistem tenaga mungkin mengalami masalah kontrol teganagn yang meluas dan beberapa sistem pelindung akan secara keliru mengeluarkan aset utama dari jaringan; Pesawat luar angkasa mungkin mengalami masalah pengisian dan pelacakan permukaan; Navigasi satelit menurun selama berjam-jam.

Aurora 
Peristiwa badai geomagnetik G4 (parah) dapat menghasilkan aurora yang hidup selama berjam-jam di seluruh Kanada. Periode aurora aktif juga dapat dilihat di atas Amerika Serikat sejauh selatan Alabama dan Carolina Utara. Badai ini sering menghasilkan periode aurora aktif yang lama di atas provinsi British Columbia, Alberta, Saskatchewan, Manitoba, Ontario, Quebec dan Maritim.

G5 (ekstrem) 
Badai G5 terjadi kira-kira 4 kali per 11 tahun (1 siklus matahari); Sistem tenaga mungkin mengalami masalah kontrol tegangan yang meluas dan beberapa sistem jaringan mungkin mengalami kerusakan total atau pemadaman listrik; Pesawat luar angkasa mungkin menglami masalah pengisian dan pelacakan permukaan; Navigasi satelit menurun selama berhari-hari; Arus pipa bisa mencapai ratusan Amp.

Aurora 
Peristiwa badai geomagnetik G5 (ekstrem) dapat menghasilkan aurora yang hidup selama berjam-jam di Kanada dan Amerika Serikat. Periode aurora aktif dapat dilihat sejauh selatan Texas dan Florida. Badai ini sering kali mengjmhasilkan aurora aktif dalam waktu laam di atas provinsi British Columbia, Alberta, Saskatchewan, Minatoba, Ontario, Quebec dan Maritim.

Berdasarkan asalnya, klasifikasi badai geomagnetik ada dalam dua kategori:

 Badai yang tidak berulang karena asalnya disebabkan oleh bagian antarplanet dari pelepasan massa korona (CME) oleh Bumi. Pelarangan turunan (FD) yang dipicu oleh badai geomagnetik mengalami penurunan yang biasanya berlangsung kurang dari 1 hari sedangkan fase pemulihan dapat berlangsung selama beberapa hari.
 Ada juga badai geomagnetik berulang, yang asalnya terkait dengan interaksi dengan medan magnet bumi dari aliran berkecepatan tinggi korona (HSS). Peristiwa ini mendominasi minimal siklus matahari 11 tahun. Mereka adalah fenomena yang berulang, karena, dalam kondisi tertentu, yaitu lubang korona yang stabil, HSS dapat muncul kembali setelah 27 hari, waktu ini disebabkan oleh periode rotasi matahari. Meski begitu, mereka juga dapat muncul di dan dekat maksimum matahari. Namun dalam kasus ini badai kurang gigih. Badai juga sangat penting untuk mendorong aktivitas di magnetosfer bumi, tetapi dalam banyak kasus intensitasnya kecil dibandingkan bdai geomagnetik yang berasal dari CME.

Proses 
Pada bagian aktif dari siklus 11 tahun matahari, terdapat bintik matahari gelap menghiasi permukaan matahari. Observatorium luar angkasa akan mendeteksi semburan matahari yang berumur pendek tetapi cemerlang dan kuat - semburan radiasi yang intens dan peristiwa ledakan terbesar di tata surya - yang berlangsung beberapa menit hingga beberapa jam di permukaan matahari. Badai terbesar yang dihasilkan terkait dengan lontaran massa korona (CME) di mana satu miliar ton atau lebih plasma dari matahari, dengan gelembung gas medan magnet raksasa yang tertanam, tiba di bumi. CME biasanya membutuhkan beberapa hari untuk tiba ke bumi, tetapi telah diamati, untuk beberapa badai yang paling hebat, tiba dalam waktu 18 jam dengan kecepatan hingga beberapa juta mil per detik - dilepaskan ke medium antarplanet. Gangguan angin matahari lain yang menciptakan kondisi badai geomagnetik adalah aliran angin matahari berkecepatan tinggi (HSS). HSS membajak angin matahari yang lebih lambat di depan dan menciptakan daerah interaksi yang berputar bersama, atau CIR. Wilayah ini sering kaki terkait dengan badai geomagnetik yang meskipun tidak sekuat badai CME, sering kali dapat menyimpan energi lebih banyak di magnetosfer bumi dalam interval yang lebih lama.

Ketika materi surya ini bertabrakan dengan planet kita dengan kecepatan tinggi, medan magnet disekitarnya mengalihkan ke kutub. Badai juga menyebabkan arus yang kuat di atmosfer, perubahan sabuk radiasi, dan perubahan ionosfer, termasuk pemanasan di wilayah ionosfer dan atmosfer bagian atas yang disebut termosfer. Di luar angkasa, cincin arus ke arah barat di sekitar Bumi menghasilkan gangguan magnet di daratan. Ukuran arus ini, indeks waktu badai gangguan (Dst), telah digunakan secara historis untuk mengkarakterisasi ukuran badai geomagnetik. Selain itu, ada arus yang dihasilkan di magnetosfer yang mengikuti medan magnet, yang disebut arus selaras-medan, dan ini terhubung ke arus kuat di ionosfer udara. Di kutub ia berinteraksi dengan gas yang kebih dalam di atmosfer untuk memancarkan 'tirai' cahaya yang dikenal sebagai aurora. Arus aurora ini, yang disebut elektrojet aurora, yang menghasilkan badai geomagnetis yang besar. Bersama-sama, semua arus ini, dan deviasi magnetik yang mereka hasilkan daratan, digunakan untuk menghasilkan indeks gangguan magnetis planet yang disebut Kp. Indeks ini adalah dasar untuk salah satu dari tiga skala cuaca antariksa NOAA, Badai Geomagnetik, atau Skala G, yang digunakan untuk menggambarkan cuaca antariksa yang dapat mengganggu sistem di Bumi.

Selama badai, arus di ionosfer, serta partikel energik yang mengendap di ionosfer menambah energi dalam bentuk panas yang dapat meningkatkan kepadatan dan distribusi kepadatan atmosfer di bagian atas, menyebabkan hambatan ekstra bagi satelit di Bumi rendah orbit. Pemanasan lokal juga menciptakan variasi horizontal yang kuat dalam kepadatan ionosfer yang dapat mengubah jalur sinyal radio dan membuat kesalahan dalam informasi posisi yang disediakan oleh GPS. Meskipun badai menciptakan aurora yang indah, badai juga dapat mengganggu sistem navigasi seperti Sistem Satelit Navigasi Global (GNSS) dan menciptakan arus induksi geomagnetik (GIC) yang berbahaya di jaringan listrik dan jaringan pipa.

Intensitas 
Badai geomagnetik didefinisikan sebagai penurunan mendadak dari intensitas sinar kosmik galaksi (GCR) yang direkam yang dideteksi di permukaan daratan, diikuti oleh waktu pemulihan bertahap yang hampir eksponensial selama beberapa hari. Frekuensi badai geomagnetik meningkat dan menurun seiring dengan efek siklus matahari selama 11 tahun. Selama matahari maksimum, badai geomagnetik lebih sering terjadi. Tidak seperti ancaman lain terhadap planet kita, seperti gunung api super atau asteroid, kerangka waktu untuk bencana geomagnetik yang kuat – yang disebabkan oleh ledakan matahari kita yang mengacaukan medan magnet bumi - relatif singkat. Itu bisa terjadi dalam dekade berikutnya. Yang kita ketahui adalah, berdasarkan peristiwa berikutnya, planet kita hampir pasti akan dihantam dalam waktu dekat, mungkin dalam 100 tahun. Badai geomagnetik disebabkan oleh bintik matahari, semburan matahari, dan lontaran massa korona, yang nenyebabkan bencana semakin rentan terhadap masyarakat teknologi modern kita. Kebanyakan ahli menganggap peristiwa Carrington, yang disebut badai besar yang terjadi pada September 1859, sebagai badai heomagnetik terkuat yang pernah ada. Namun data baru menunjukkan bahwa badai yang akan datang pada Mei 1921 mungkin telah menyamai atau bahkan melampaui peristiwa Carrington dalam intensitas, menyebabkan setidaknya tiga kebakaran besar di Amerika Serikat, Kanada, dan Swedia – dan menyoroti efek merusak dari badai tersebut terhadap Bumi saat ini.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Space Weather, Jeffrey Love dari U.S. Geological Survey dan rekan-rekannya meneriksa kembali intensitas peristiwa tahun 1921, yang dikenal sebagai New York Railroad Storm, secara rinci daripada sebelumnya. Meskipun terdapat ukuran intensitas yang berbeda, badai geomagnetik sering kali dinilai pada indeks yang disebut waktu badai gangguan (Dst) – suatu cara untuk mengukur aktivitas magnet global dengan menghitung rata-rata kekuatan medan magnet bumi yang diukur di beberapa lokasi. Tingkat Dst planet kita adalah sekitar - 20 nanotesla (nT), dengan kondisi badai super yang didefinisikan terjadi ketika tingkat turun di bawah - 250 nT. Saat ini ada kelangkaan data rinci tentang risiko geomagnetik regional, serta frekuensi dan intensitas badai matahari dan respons teknologi terhadapnya. Siklus matahari yang akan datang - siklus nomor 25 - mungkin dimulai sekitar 2019 dan berlanjut hingga 2030.

Dampak badai 

Badai geomagnetik penyebab bencana yang kuat tidak dapat dihindari dalam waktu dekat, kemungkinan menyebabkan pemadaman listrik, kegagalan satelit dan banyak lagi. Ledakan matahari yang kuat bahkan dapat berpotensi menimbulkan kerusakan serius pada infrastruktur kelistrikan planet, dan ini bergantung pada jenis batuan yang digunakan. Di permukaan bumi, aktivitas matahari yang kuat, arus aurora bisa cukup kuat untuk mengalahkan seluruh jaringan listrik dan menghasilkan elektronik yang sensitif. Dokumen angkatan laut baru-baru ini ini yang tidak diklasifikasikan menunjukkan pada tahun 1972, badai geomagnetik bahkan memicu ledakan puluhan ranjau laut di lepas pantai Vietnam. Salah satu badai paling parah yang dijuluki peristiwa Carrington, terjadi pada tahun 1859, dan tidak mudah terlewatkan. Hal ini ditandai dengan aurora yang semakin terang dan laporan tentang sistem telegraf yang tidak berfungsi, yang menyetrum operator.

Badai matahari yang dahsyat jangan dianggap enteng. Ketika matahari meluncurkan suar yang kuat ke permukaan bumi, energi elektromagnetik menghantam planet dengan kecepatan cahaya. Ini menggairahkan partikel di atmosfer atas, menyebabkan gangguan pada sinyal radio. Jika suar cukup kuat, komunikasi radio yang digunakan oleh maskapai penerbangan dan jaringan navigasi berbasis satelit akan rusak atau tidak berfungsi sama sekali. Sekitar 30 menit kemudian banjir besar proton dan elektron yang menggerak mendekati kecepatan cahaya telah tiba. Serangan ini merusak sirkuit elektronik di satelit, dan setiap astronaut di gelembung atas luar medan magnet bumi bisa mendapatkan dosis radiasi yang berpotensi mengancam jiwa.

Akibat lain dari dari badai magnet adalah memanasnya atmosfer bagian atas. Ini mengubah kepadatan di ionosfer, mengguncang medan gaya bumi. Magnetosfer yang berbentuk bulat yang menghadap matahari, dan kemudian membentuk untaian panjang seperti spageti yang tertinggal di belakang bumi dan bergerak bersama aliran konstan partikel bermagnet yang dikenal sebagai angin matahari. Selama badai geomagnetik yang kuat, fluktuasi magnetisme dan listrik di dekat bumi komunikasi dan satelit GPS, menyebabkan lonjakan listrik di jaringan listrik dan menerangi labgit dengan aurora.

Meski begitu, badai matahari tidak berbahaya bagi manusia di Bumi. Badai ini luar biasa, tetapi tidak membahayakan tubuh manusia selama kita di permukaan bumi, tempat kita dilindungi oleh atmosfer Bumi. Selama badai geomagnetik, orang-orang di garis lintang paling utara dan selatan di Bumi melihat peningkatan tampilan aurora yang indah, atau cahaya utara atau selatan. Ingat, ada banyak alasan untuk meyakini bahwa badai matahari trlah terjadi selama miliaran tahun, sejak matahari dan Bumi ada. Jika demikian, maka semua kehidupan di bumi akan berevolusi di bawah pengaruhnya.

Pencegahan 
Badai magnetik adalah interval waktu ketika medan listrik konveksi antarplanet yang cukup kuat dan tahan lama mengarah,  injeksi energi yang substansial ke dalam sistem magnetosfer-ionosfer, ke arus cincin yang diintensifkan, cukup kuat untuk melebihi ambang kunci dari penghitung batas indeks waktu Dst. Badai geomagnetik besar biasanya disebabkan oleh struktur angin matahari yang memiliki ciri-ciri khusus - durasi yang lama, medan megnet antarplanet selatan yang kuat (IMF) menimpa magnetosfer Bumi. Ada dua tahap yang memungkinkan untuk memantau badai geomagnetik:

 Mengamati fluktuasi medan magnet dari satelit, seperti ACE dan,
 mengukur indeks Dst (derajat deviasi medan magnet ekuator, oleh stasiun Bumi, Indeks Ap dan Kp.

Sementara, dapat memberi peringatan 1-2 jam akan datangnya badai geomagnetik, hanya bersifat now-casting. Angin matahari berkecepatan tinggi akan bergerak dengan kecepatan orde 800 km/detik yang berasal dari lubang korona, sementara CME yang lambat memiliki kecepatan ekspansi tidak lebih dari 500 km/detik.

Peristiwa badai magnetik 
Suar terbesar yang pernah diketahui terjadi pada tanggal 28 Agustus dan awal September 1859 dan dikitkan dengan Dst minimum di bawah -850 nT. Itu diamati dan dicatat oleh Richard C. Carrington, sehingga kadang-kadang disebut peristiwa Carrington, atau kadang-kadang Superbadai Matahari 1859. Richard mengamati bintik matahari pada cakram matahari dan melihat semburan matahari besar dengan kecerahan optik yang setara dengan matahari latar belakang, berlangsung beberapa menit dan karena destabilisasi wilayah yang luas dari matahari menyebabkan pelepasan massa korona yang sangat cepat ke Bumi. Lontaran massa korona (CME) yang menyertainya melakukan perjalanan ke Bumi hanya 17-18 jam, bukan tiga atau empat hari biasa. Badai geomagnetik terbesar yang pernah tercatat terjadi. Diketahui bahwa badai geomagnetik ini berdampak pada jaringan telegraf, karena beberapa stasiun melaporkan masalah selama hari-hari ini, di lokasi berbeda di seluruh dunia. Beberapa stasiun tidak dapat digunakan selama beberapa jam, trtapi tidak ada bukti bahwa gangguan pada layanan telegraf ini berdampak pada kegiatan ekonomi. Aurora, atau cahaya utara, terlihat di banyak bagian dunia. Sistem telegraf di Eropa dan Amerika Utara gagal total.

Badai supergeomagnetik pertama (Dst <-200 nT) siklus matahari ke 24 terjadi di St. Petersburg, "Patrick's day" (17 Maret 2015). Sumber badai dapat ditelusuri kembali ke peristiwa Matahari pada 15 Maret 2015. Pada ~ 2: 10 UT pada hari itu, SOHO/LASCO C3 mencatat pelepasan massa korona halo parsial, yang dikaitkan dengan C9. Suar 1/1F (S22W25) dan serangkaian semburan radio tipe II/IV. Kecepatan propagasi CME ini ini diperkirakkan ~668 km/detik. Guncangan antarplanet (IP), kemungkinan didorong oleh awan magnet (MC), tiba di pesawat luar angkasa Wind pada pukul 03:59 UT pada tanggal 17 Maret dan menyebabkan badai tiba-tiba dimulai. Badai meningkat selama Bumi melintasi selubung ICME/kejut dan kemudian pulih sedikit setelah medan magnet antarplanet (IMF) berbelok ke utara. IMF mulai bergerak ke selatan lagi karena medan MC yang besar itu sendiri, yang menyebabkan intensifikasi badai kedua, mencapau nikai minimum (Dst = -223 nT). Diketahui bahwa langkah pertama disebabkan oleh komponen IMF ke arah selatanndi selubung (antara guncangan hulu dan bagian MC), sedangkan langkah kedua dikaitkan dengan lewatnya MC. CME yang meledak pada 15 Maret adalah satu-satunya sumber tenaga surya MC.

Referensi

Lihat pula 

 Indeks-A
 Indeks-K
 Penjelajah Komposisi Tingkat Lanjut
 Denyut elektromagnetik
 Daftar artikel plasma (fisika)
 Daftar badai matahari
 Magnetar
 Observatorium Surya dan Heliosfer
 STEREO
 Prob Van Allen

Badai geomagnetik
Peristiwa astronomi di Tata Surya
Geomagnetisme
Ionosfer
Bencana alam
Fenomena matahari
Sumber gangguan elektromagnetik
Bahaya antariksa
Cuaca antariksa