PENENTUAN INDEKS AKTIV1TAS MATAHARI EKSTRIM HARIAN Jiyo dan Sri Suhartinl Penslltl Bldang Ionosfer dan Tetekomunlkasl, LAPAN
ABSTRACT In this paper we discuss a method to determined extreme solar activity index (ESAI) which refer to soft X-ray (SXR) flare. ESAI-index is calculated by u s i n g t h e simple m e t h o d s with t h e inputs a r e intensity a n d d u r a t i o n of SXRflare. From the case study of solar storm at middle J a n u a r y 2 0 0 5 , ESAI-index is better for showing the solar activities impact to ionosphere. However, it still need further study by adding more spatial and temporal data. ABSTRAK Dalam m a k a l a h ini dibahas metode p e n e n t u a n indeks aktivitas matahari ekstrim [ESAI) yang mengambil acuan kepada kejadian Soft X-Ray Flare (SXR-flare). Indeks ESAI dihitung berdasarkan intensitas flare dan durasinya dengan pendekatan sederhana. Penerapan indeks tersebut t e r h a d a p k a s u s badai matahari yang terjadi p a d a pertengahan J a n u a r i 2005 terlihat b a h w a indeks ESAI lebih dapat menggambarkan tingkat aktivitas m a t a h a r i harian yang berdampak kepada lapisan ionosfer. Namun demikian, u n t u k raengetahui k e m a m p u a n indeks b u a t a n ini lebih j a u h diperlukan penelitian lanjutan dengan menggunakan data yang lebih banyak secara temporal d a n spasial. Kata kunci: indeks aktivitas matahari, soft X-ray 1 PENDAHULUAN Kebutuhan a k a n indeks flare harian diperlukan ketika melakukan telaah t e n t a n g d a m p a k dari kejadian ekstrim di m a t a h a r i t e r h a d a p lapisan ionosfer. Pada saat melakukan telaah tersebut diperlukan indeks harian yang kuat sehingga dapat digunakan sebagai indikator atau informasi u n t u k peringatan dini gangguan t e r h a d a p ionosfer d a n propagasi gelombang radio. Seperti telah banyak diketahui bahwa kejadian ekstrim di matahari (badai matahari) memberikan d a m p a k kepada lapisan ionosfer dalam berbagai b e n t u k seperti adanya badai ionosfer, aurora, sintilasi, dan gangguan lainnya. Kejadian badai ionosfer (Rishbeth, 1998) a k a n mengakibatkan gangguan komunikasi radio dan satelit (Wanninger, 1993), bahkan dapat menimbulkan t e r p u t u s n y a komunikasi [blackout). Badai matahari juga memberikan d a m p a k kepada orbit satelit rendah d a n perangkat elektronik yang dibawanya. 34
Antalova (1992, 1996) telah mengembangkan indeks SXR-flare (FI) harian berdasarkan j u m l a h kejadian flare yang diberi bobot berdasarkan klas dan intensitasnya. Flare klas C, M, dan X b e r t u r u t - t u r u t diberikan bobot 1, 10, dan 100. Misalkan flare klas C3.1 diberikan bobot 3 d a n flare klas X7.1 diberikan bobot 710. Dari p e r u m u s a n tersebut n a m p a k n y a durasi flare belum diperhitungkan dalam p e n e n t u a n indeks. Pada makalah ini akan dirumuskan indeks harian yang mengacu kepada klas flare, intensitas, dan durasinya. Tujuan dari penelitian ini adalah menyediakan r u m u s a n indeks flare harian yang m u d a h diimplementasikan dan berguna u n t u k analisis dampak aktivitas m a t a h a r i t e r h a d a p lapisan ionosfer d a n propagasi gelombang radio. Adapun s a s a r a n n y a adalah mendapatkan r u m u s a n matematis indeks flare harian tersebut. 2 PR1NSIP DASAR DAN METODOLOGI Hal-hal yang menjadi d a s a r dari kegiatan p e n e n t u a n indeks SXR-flare harian ini adalah sebagai berikut: Pertama, indeks yang dibuat mempunyai hubungan yang kuat dengan propagasi gelombang radio, k h u s u s n y a pada gelombang HF dan VHF-rendah. Kedua, mudah mendapatkan data mentahnya. Dan ketiga, m u d a h perhitungannya. Indeks ini diberi n a m a indeks aktivitas matahari ekstrim (extreme solar activity index, ESAI\. SXR-flare dianggap lebih menggambarkan kondisi fisis dari aktivitas matahari dibandingkan bilangan bintik matahari (sunspot, R) atau fluks matahari p a d a panjang gelombang 10 cm (F10,7). Dengan memilih fluks energi SXR-flare sebagai d a t a acuannya, diharapkan indeks yang dibuat akan mempunyai h u b u n g a n sebab-akibat yang lebih k u a t t e r h a d a p lapisan ionosfer d a n propagasi gelombang radio, k h u s u s n y a p a d a band HF (3-30 MHz) d a n VHF-rendah (30-50 MHz). Indeks yang dihasilkan a k a n berguna sebagai informasi peringatan dini sistem komunikasi radio HF/VHF-rendah yang sedang dikembangkan. IPS Radio a n d Space Services, Australia setiap b u l a n menyampaikan informasi SXR-flare sebagai indikasi aktivitas m a t a h a r i u n t u k pengguna komunikasi radio. Di dalam buletin b u l a n a n Solar And Geophysical Summary (SAGS) flare yang disampaikan hanya kelas M d a n X saja. Sementara klas yang lain diabaikan dengan alasan pengaruhnya terhadap komunikasi radio sangat kecil (SAGS, edisi J a n u a r i 2005). Seperti halnya Antalova (1992, 1996), p a d a tulisan ini penulis mencoba u n t u k mempertimbangkan pula flare C. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan bahwa wilayah ionosfer Indonesia termasuk dalam d a e r a h ekuatorial yang lebih peka terhadap perubahan energi dari matahari, sehingga flare klas C yang tingkat energinya di bawah klas M dan X kemungkinan mempunyai pengaruh yang c u k u p berarti terhadap lapisan ionosfer dan propagasi gelombang radio HF/VHF-rendah. 35
U n t u k m e m p e r m u d a h perhitungan, m a k a variasi fluks SXR dari to, t p , sampai dengan te m e m b e n t u k segitiga d e n g a n p u n c a k p a d a saat t p seperti p a d a Gambar 2 - 1 . Luas daerah gelap p a d a Gambar 2-1 d a p a t dihitung dengan luas segitiga dengan alas (te - to ) dan tinggi Ahi. Berikut akan d i r u m u s k a n indeks harian SXR u n t u k masing-masing klas flare yang terjadi. 2 . 1 Flare Klas C
Gambar 2 - 1 : Skema variasi fluks SXR-flare klas C, dengan s u m b u vertikal menyatakan besaran fluks (watt/m2) dalam skala logaritmis Gambar 2-1 menyatakan skema variasi fluks SXR-flare dengan klas Cy, dari s a a t to, mencapai p u n c a k t p , dan berakhir te, dengan s u m b u vertikal berskala logaritmis. Huruf y menyatakan besaran energi dari flare tersebut dalam s a t u a n l O 6 watt/m 2 . Misalkan h=Aho+Ahi. Dari definsi y dan Gambar 2 - 1 , m a k a h dapat dinyatakan sebagai y . 1 0 6 w a t t / m 2 , d a n Aho=10"6 w a t t / m 2 . Luas daerah berwarna gelap dapat dirumuskan sebagai:
36
Indeks aktivitas matahari ekstrim (E-SAI) u n t u k flare klas Cy didefmisikan sebagai :
Gambar 2-2: S k e m a variasi fluks SXR-flare klas M, dengan s u m b u vertikal m e n y a t a k a n besaran fluks (watt/m2) dalam skala logaritmis Selanjutnya Gambar 2-2 menyatakan skema variasi fluks SXR-flare klas My dari s a a t mulai to, mencapai puncak tp, d a n berakhir te, dengan sumbu vertikal berskala logaritmis. Huruf y menyatakan besaran fluks energi dalam s a t u a n l O 5 w a t t / m 2 . Dari Gambar 2-2 dan definisi y dapat dinyatakan h=Aho+Ahi+Ah2=i/. 10"5 watt/m 2 , Ah0+Ahi=10-5 watt/m 2 , dan Aho=10"6 watt/m 2 . Dan selanjutnya luas daerah berwarna gelap p a d a gambar tersebut dapat dirumuskan sebagai :
37
t0
tp
t.
Gambar 2-3: Skema variasi fluks SXR-flare klas X, dengan s u m b u vertikal menyatakan besaran fluks (watt/m2) dalam skala logaritmis S k e m a variasi fluks SXR-flare klas Xy dari s a a t mulai to, mencapai p u n c a k t p , d a n berakhir te, dengan s u m b u vertikal berskala logaritmis seperti pada Gambar 2-3. Huruf y menyatakan besaran fluks energi dalam satuan 1 0 4 watt/m 2 . Dari Gambar 2-3 dan definisi y tersebut, m a k a dapat dinyatakan h=Aho+Ahi+Ah2+Ah3=iy.lO-4 w a t t / m 2 , Aho+Ahi+Ah2=lCH w a t t / m 2 , d a n Ah 0 =10- 6 w a t t / m 2 . Luas daerah berwarna pada gambar tersebut dapat dirumuskan sebagai :
38
3 DATA DAN PENGAM AT AN Data SXR flare secara grafis dan angka dapat diperoleh melalui alamat web www.lmsal.com. Data grafis seperti terlihat pada Gambar 3 - 1 , d a n data teks seperti pada Tabel 3-1. Data angka memuat informasi tentang waktu mulai (to), mencapai p u n c a k (tp), d a n waktu berakhir (U), klas flare, dan intensitasnya. Dengan demikian dari tabel yang diperoleh dapat dihitung indeks harian m e n g g u n a k a n persamaan (3-4), (3-9), atau (3-14), sesuai dengan klas d a n intensitasnya. Karena r u m u s - r u m u s perhitungan tersebut cukup sederhana, m a k a indeks harian tersebut dapat dihitung menggunakan paket program yang populer seperti Microsoft Excel atau Microsoft Acces.
Gambar 3 - 1 : Contoh grafik intensitas (www.lmsal.com)
flare
tanggal
18
Januari
2005
Tabel 3-1: CONTOH INFORMASI KEJADIAN FLARE DARI www.lmsal.com, DENGAN SETING WAKTU DALAM UT GOES Event Listing r u n via WWW at Tue Mar 15 17:08:54 2005
Sebagai contoh flare klas X7.1 yang terjadi p a d a tanggal 20 J a n u a r i 2005. Awal kejadian flare p a d a pukul 06.36 UT, mencapai p u n c a k p a d a pukul 07.01 UT, d a n berakhir p a d a pukul 07.26 UT. Komponen indeks SXRflare (ESAI) selama selang waktu tersebut mencapai harga 20200. Sedangkan komponen indeks flare berdasarkan Antalova (1996) (FI) mencapai harga 710. Selanjutnya dengan data flare klas C, M, X yang terjadi dalam sehari didapatkan ESAI harian yang m e r u p a k a n penjumlahan komponen indeks harian yang dihitung dengan r a m u s (3-4), (3-9), d a n (3-14) sesuai dengan klas flare yang terjadi. Plot indeks ESAI dan FI u n t u k bulan J a n u a r i 2 0 0 5 seperti terlihat p a d a Gambar 3-2.
Gambar 3-2: Indeks aktivitas matahari ekstrim (ESAI) d a n indeks flare harian (FI) u n t u k bulan J a n u a r i 2005 4 PEMBAHASAN Dari Gambar 3-2 terlihat telah terjadi peningkatan aktivitas matahari sebanyak d u a kali yakni pada tanggal 15-16 (kejadian-1) d a n 19-20 (kejadian-2). Berdasarkan Indeks ESAI (Gambar 3-2.a) m e n u n j u k k a n bahwa tingkat aktivitas matahari p a d a kejadian-1 sedikit lebih tinggi dibandingkan kejadian-2. Sedangkan pada Gambar 3-2.b memperlihatkan bahwa berdasarkan indeks FI kejadian-2 lebih k u a t dibandingkan kejadian-1. 40
Selanjutnya Gambar 4-1 menunjukkan badai ionosfer yang terjadi pada tanggal 19 J a n u a r i 2005. Badai ionosfer ditandai dengan p e n u r u n a n secara mencolok h a r g a foF2 terhadap mediannya. Depresi foF2 mulai terjadi setelah p u k u l 09.00 WIT (UT+9) dan berakhir sekitar pukul 20.00 WIT. Sementara itu kejadian flare klas X dengan intensitas tertinggi j u s t r u hari berikutnya. Seperti telah disinggung pada bab sebelumnya bahwa flare X7.1 terjadi tanggal 20 J a n u a r i 2 0 0 5 mulai pukul 15.36 WIT sampai dengan 16.26 WIT. J a d i anomali ionosfer yang terjadi pada tanggal 19 J a n u a r i 2 0 0 5 lebih diakibatkan oleh akumulasi kejadian flare hari-hari sebelumnya. J i k a mengacu kepada indeks FI, m a k a hal di a t a s menunjukkan kontradiksi. Pada s a a t indeks FI lebih tinggi (kejadian-2) j u s t r u tidak terjadi anomali di lapisan ionosfer. Sedangkan pada saat indeks FI lebih rendah (kejadian-1) memberikan d a m p a k badai ionosfer p a d a beberapa hari setelah kejadian flare. J i k a mengacu kepada indeks ESAI, m a k a n a m p a k n y a lebih masuk akal. Karena tingkat aktivitas matahari p a d a kejadian-1 lebih besar dibandingkan d e n g a n kejadian-2. Sehingga lebih m a s u k akal j i k a d a m p a k dari kejadian-1 lebih terlihat dibandingkan dampak dari kejadian-2.
Gambar 4 - 1 : Grafik frekuensi kritis lapisan F2 (foF2) di atas Biak hasil p e n g a m a t a n tanggal 17 sampai dengan 22 bulan J a n u a r i 2005 d a n mediannya. Pada tanggal 19 J a n u a r i terjadi depresi (penurunan) foF2 sebagai akibat peningkatan aktivitas matahari beberapa hari sebelumnya Dari p e m b a h a s a n tersebut terlihat bahwa u n t u k k a s u s badai matahari pada pertengahan bulan J a n u a r i 2005 indeks ESAI lebih bisa menggambarkan tingkat aktivitas matahari yang mempunyai d a m p a k jelas terhadap lapisan ionosfer di atas Biak. Dengan data yang hanya sedikit tentunya belum bisa disimpulkan bahwa indeks ESAI lebih baik dibandingkan indeks FI. Untuk itu diperlukan penelitian lanjutan mengenai hal ini dengan d a t a matahari sebelumnya yang c u k u p banyak. Demikian pula data ionosfer yang digunakan juga bisa diperluas dari segi waktu 41
m a u p u n ruang. Dari kerangka waktu bisa ditnanfaatkan d a t a ionosfer t a h u n 1990 sampai dengan t a h u n 2004 atau 2005. Stasiun p e n g a m a t yang telah menghasilkan d a t a c u k u p banyak dan kontinu adalah Biak (1992-1996 d a n mulai J a n u a r i 2005), Tanjungsari (1997-2004), Pameungpeuk (1997-2000), dan Kototabang (2004-2005). Sedangkan stasiun pengamat lain yang juga telah menghasilkan d a t a adalah Kupang dan Manado. Selain itu, metodologi dapat dikembangkan dengan modifikasi indeks FI. Pada d a s a r n y a perhitungan indeks FI hampir s a m a dengan indeks ESAI. Perbedaannya h a n y a pada pertimbangan m e m a s u k k a n faktor durasi flare ke dalam perhitungan. J i k a FI dikembangkan dengan mempertimbangkan durasi kejadian flare, m a k a hasilnya akan mirip dengan indeks ESAI. 5 KESIMPULAN Dari penerapan indeks ESAI pada kejadian badai m a t a h a r i yang terjadi p a d a bulan j a n u a r i 2005, m a k a dapat disimpulkan d u a hal. Pertama, indeks aktivitas m a t a h a r i ektrim (ESAI) lebih dapat menggambarkan tingkat aktivitas m a t a h a r i harian pada saat itu, yang berdampak kepada lapisan ionosfer dibandingkan dengan indeks FI (Antalova, 1992, 1996). Kedua, u n t u k mengetahui k e m a m p u a n indeks ini lebih j a u h masih diperlukan penelitian lanjutan dengan data yang lebih banyak secara temporal d a n spasial. Ucapan Terima kasih Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Dra. Clara Y. Yatini, M.Sc. yang telah membantu memberikan informasi tentang flare dalam diskusi informal. DAFTAR RUJUKAN Antalova, A., 1992. Fouirer Analysis of The IDE Flare Index (1969-1991), The Solar Cycle ASP Conference Series, Vol. 27, p.377-385. Antalova, A., 1996. Daily Soft X-ray Flare Index (1969-1972). IPS Radio and Space Services, 2005. Solar And Geophysical Summary, Edisi Januari. Lockheed Martin, Solar and Astrophysics Laboratory, http//www.lmsal.com Rishbeth, H., 1998. Basic Physics of The Ionosphere : A Tutorial Review, J. IERE, Vol. 58, No. 6 (Supplement), p. S207-S223 Wanninger, L., 1993. Effects of The Equatorial Ionosphere on GPS, GPS World, Edisi Juli, hal. 48-54.
42
