Tak Disangka, Badai Petir Ternyata Hasilkan Radiasi Sinar Gamma

JAKARTA – Sebuah penelitian menemukan 9 dari 10 angin topan mengeluarkan sinar gamma.

Pada tahun 1990-an, para ilmuwan NASA mendapat kejutan yang tidak terduga. Saat memindai alam semesta untuk mencari semburan sinar gamma berenergi tinggi dari supernova dan lubang hitam, mereka membuat penemuan aneh. Semburan radiasi gamma diketahui berasal dari petir yang ada di Bumi. Namun sejauh mana fenomena ini masih menjadi misteri.

Dalam dua makalah baru yang diterbitkan di jurnal Nature, para peneliti menemukan bahwa semburan sinar gamma dari badai lebih sering terjadi daripada yang diperkirakan sebelumnya. Dengan menggunakan pesawat mata-mata U2 yang dimodifikasi untuk memantau badai ini dengan cermat, para ilmuwan menemukan bahwa cahaya tersebut secara terus menerus memancarkan berbagai bentuk radiasi gamma.

“Ada lebih banyak hal yang perlu diketahui daripada yang kita pikirkan,” kata Steve Comer, seorang profesor teknik di Duke University dan salah satu penulis kedua makalah tersebut. “Hampir semua badai besar memancarkan sinar gamma dalam berbagai bentuk sepanjang hari.”

Sinar gamma, bentuk cahaya dengan energi tertinggi, umumnya dikaitkan dengan peristiwa kekerasan kosmik. Namun cahaya menciptakannya, meski dalam bentuk yang berbeda.

Selama tiga dekade terakhir, para ilmuwan telah menyadari semburan sinar gamma yang singkat namun intens yang disebut semburan sinar gamma terestrial (TGFs). Mereka juga percaya bahwa cahaya menghasilkan tingkat sinar gamma yang lebih rendah dan lemah. Mekanisme yang mendorong kilatan cahaya ini telah lama dikaitkan dengan fenomena longsoran elektron relativistik (RREA).

Fenomena ini terjadi ketika satu elektron berenergi tinggi dipercepat oleh medan listrik cahaya dan bertabrakan dengan molekul udara, menciptakan lebih banyak elektron dan sinar gamma dalam reaksi berantai.

Selama badai petir, arus udara membawa tetesan air, hujan es, dan salju ke awan, sehingga menimbulkan muatan listrik. Seperti menggosokkan balon di atas sofa, campuran partikel ini mengakumulasi energi listrik. Hasilnya adalah medan listrik besar yang mampu mempercepat partikel seperti elektron hingga kecepatan luar biasa. Ketika elektron berenergi tinggi ini bertabrakan dengan molekul udara, mereka memancarkan sinar gamma dan, dalam beberapa kasus, juga antimateri.

Namun hingga saat ini, sinar gamma dari cahaya tersebut tampak seragam karena keterbatasan teknologi satelit sebelumnya. Satelit NASA – yang dirancang untuk memantau peristiwa kosmik, seperti semburan sinar gamma kosmik dari bintang yang meledak – harus berada di tempat dan waktu yang tepat untuk mendeteksi semburan sinar gamma dari Bumi. Misi pesawat yang mencoba terbang di dekat badai sering kali gagal karena ancaman badai aktif membatasi jangkauannya.

Tim peneliti, yang dipimpin oleh Nikolaj Östgaard, seorang profesor fisika luar angkasa di Universitas Bergen di Norwegia, menggunakan wahana antariksa ketinggian tinggi ER-2 milik NASA – pesawat mata-mata U2 yang dimodifikasi. Terbang 12,4 mil di atas tanah, tiga mil di atas sebagian besar badai, pesawat ini memberikan peluang besar bagi tim.

Selama sebulan, ER-2 terbang di atas badai tropis di selatan Florida. Pesawat mencatat radiasi gamma pada 9 dari 10 penerbangan. Fenomena yang tampaknya langka ini sering terjadi pada badai petir.

ER-2 adalah platform luar biasa untuk pengukuran ini. Ia dapat terbang pada ketinggian yang sangat tinggi (dua kali lebih tinggi dari pesawat normal), sehingga dapat berada beberapa mil di atas cahaya dalam lingkungan yang lebih terlindungi, namun terlalu dekat dengan wilayah sumber untuk menangkap TGF yang lemah. “Dan pesawat ini bisa terbang bolak-balik di atas badai yang sama dalam waktu yang lama, sehingga kita bisa mendapatkan gambaran yang bagus tentang berapa banyak radiasi gamma yang bisa dihasilkan selama badai aktif,” kata Comer kepada ZME Science, Kamis (3/3). Sebagaimana dimaksud. 10/2024).

Ada tantangan logistik dan teknis yang signifikan. Misalnya, salah satu tantangan utama adalah memilih badai mana yang akan dijadikan sasaran. Karena pesawat ruang angkasa ER-2 NASA tiba beberapa jam setelah badai terjadi, selalu ada risiko badai tersebut akan hilang sebelum data dapat dikumpulkan.

Misi penelitian hanya tersedia selama 60 jam terbang, sehingga tim harus sangat selektif agar tidak membuang waktu berharga dalam badai yang tidak ada gunanya. “Para perencana melakukan pekerjaan yang fenomenal mengingat betapa suksesnya acara ini,” kata Comer.

Østgaard menjelaskan melalui email ke ZME Science bagaimana ER-2 mampu mengatasi tantangan ini dengan menggunakan data real-time. Pesawat ini dilengkapi dengan sistem yang mengirimkan data resolusi rendah ke tim darat, memungkinkan mereka memantau penetrasi awan pemancar sinar gamma di pesawat.

“Kami mengetahui bahwa ER-2 memasuki awan sinar gamma, dan kami menginstruksikan pilot untuk kembali ke awan tersebut jika awan tersebut masih memancarkan sinar gamma,” kata Ostgaard.