Misteri Matahari

Matahari menyimpan banyak misteri yang menarik, sehingga seringkali fenomena yang terjadi menjadi teka-teki dalam dunia fisika. Pemanasan korona adalah misteri yang belum banyak terpecahkan. Ibaratkan matahari sebagai api unggun, tetapi semakin menjauhi api unggun semakin panas udaranya. Fenomena ini tentu saja berlawanan dengan hukum termodinamika yang sudah banyak terbukti, dimana semakin jauh dari sumber energi temperatur akan semakin turun.

Fenomena pemanasan korona ini harus dapat dijelaskan sekaligus tidak bertentangan dengan hukum-hukum fisika dasar yang sudah terbukti kebenarannya. Misteri lainnya adalah keberadaan bintik matahari. Meskipun publikasi pengamatan bintik matahari sudah ada pada awal tahun 1600-an, tetapi pemahaman asal-usul, interaksi dan karakteristiknya masih jauh dari cukup. Lebih menarik lagi karena ditemukan korelasi dinamika aktivitas bintik matahari dengan cuaca yang terjadi di bumi. Interferensi transmisi radio, badai magnetik dan warna-warni aurora di lapisan atmosfer atas bumi diduga kuat bermuara pada aktivitas bintik matahari.

Bintik Matahari

Bintik matahari banyak terlihat dalam kelompok-kelompok yang mempunyai morfologi sangat bervariasi dengan berbagai tingkat ukuran dan evolusinya. Dalam satu kelompok dapat tediri dari puluhan bintik dengan berbagai ukuran. Umumnya memanjang dengan sedikit kemiringan pada arah Timur dan Barat. Kala hidupnya beragam dari beberapa hari, untuk kelompok kecil atau anggotanya berukuran kecil, sampai beberapa bulan untuk kelompok besar atau salah satu anggotanya berukuran besar.

Dalam kelompok, bintik matahari umumnya terbagi dalam dua bagian di sebelah Barat dan Timur. Bagian di sebelah Barat disebut pemimpin (“leader”) dan di bagian Timur disebut pengikut (“follower”). Ukuran bintik pemimpin umumnya lebih besar dan berumur lebih lama dibandingkan dengan bintik matahari pengikut. Dimensi satu bintik matahari merentang dengan garis tengah 2000 km sampai 40.000 km, sedangkan panjang kelompok bintik matahari mencapai lebih dari 150.000 km.

Gambar 2 kiri memperlihatkan kelompok bintik matahari yang dilihat dengan filter Ha. Bagian terang sekitar bintik matahari disebut plage. Juga memperlihatkan kelompok bintik matahari dengan bumi sebagai pembanding ukurannya. Kelompok bintik matahari yang besar dapat berukuran 15 kali bumi. Sedangkan Gambar 2 kanan memperlihatkan bintik matahari dalam resolusi tinggi. Kenampakan bulir-bulir sekitar bintik matahari disebut granulasi. Bulir-bulir yang mempunyai garis tengah 1000 km ini hanya bertahan dalam orde menit. Lahirnya granulasi disebabkan oleh gelembung-gelembung gas yang naik dan turun akibat aliran konveksi dari lapisan dalam.

Temperatur bintik matahari sekitar 4000 K atau lebih rendah dari sekelilingnya yang berada pada kisaran 6000 K. Perbedaan suhu tersebut menyebabkan bintik matahari berwarna gelap. Bintik matahari mudah terlihat pada lapisan fotosfer, lapisan terendah dari atmosfer matahari.

Misteri di atas menemui titik terang terlihat tatkala diamati spektrum yang diambil dari bintik matahari. Elektron-elektron yang tereksitasi akan memancarkan atau menyerap energi sehingga membentuk garis-garis terang atau gelap dalam spektrum. Garis-garis terang disebut garis emisi, sedangkan garis-garis gelap disebut garis serapan. Jika atom tersebut dalam pengaruh medan magnetik kuat maka garis spektrum akan terpisah dalam komponen-komponen dengan polarisasi dan panjang gelombang yang berbeda. Efek pemisahan garis-garis spektrum akibat medan magnetik dikenal dengan nama efek Zeeman, sesuai dengan nama penemunya.

Pieter Zeeman (1865-1943) seorang warganegara Belanda mendapatkan hadiah Nobel untuk bidang fisika pada tahun 1902 atas penemuannya tentang efek medan magnetik pada garis-garis spektrum pada percobaannya yang dilakukan tahun 1894. Michael Faraday (1791-1867) pada tahun 1862 juga telah melakukan uji-coba yang sama, tetapi tidak berhasil mengamati efeknya. Sehingga Zeeman berkata,"If Faraday saw the possibility … it would probably be of value to repeat the experiment with the excellent spectroscopic equipment available nowdays, which, to my knowledge, has not been done by anyone else.”

Separasi antara garis-garis yang terpisah menyatakan kuat medan magnetik. Semakin kuat medan magnetik akan semakin lebar separasinya Bintik matahari mempunyai kuat medan magnetik mencapai 3000 gauss atau 10.000 kali lebih kuat dari kuat medan magnetik bumi. Jadi bintik matahari adalah salah satu bentuk aktivitas magnetik. Sebagai magnet, bintik matahari mempunyai kutub-kutub magnetik dan tidak ada kutub tunggal (monopol).

Oleh sebab itu bintik matahari selalu cenderung untuk berkelompok dengan anggotanya yang mempunyai kutub (polaritas) berbeda atau sebagai dwi kutub (bipolar). Bintik matahari pemimpin berlawanan polaritas magnetiknya dengan bintik pengikut. Bintik matahari berukuran kecil yang berada di sekitar bintik matahari berukuran besar umumnya mempunyai polaritas yang sama. Jika bintik tersebut berbeda polaritasnya disebut bintik matahari parasit.

Pengaruh garis-garis gaya medan magnetik adalah menghambat materi atau plasma di sekitarnya untuk bergerak bebas, sehingga materi plasma akan mencari jalan lain untuk menuju permukaan. Secara teoritis haruslah dapat diamati cincin terang atau halo di sekeliling bintik matahari agar terjadi kesetimbangan energi. Selain itu materi yang terperangkap masuk dalam garis-garis gaya mempunyai tekanan magnetik dan kerapatan lebih besar dari sekitarnya.

Dengan kata lain medan magnetik memberikan efek isolasi terhadap materi yang terjebak di dalamnya terhadap fluktuasi atau turbulensi di sekitarnya maupun materi yang akan keluar ke permukaan. Akibatnya energi yang dibawa ke permukaan per satuan luas menjadi berkurang. Semakin besar kuat medannya semakin kuat efek isolasi ini atau semakin stabil medan magnetiknya. Efek medan magnetik ini mengakibatnya bintik matahari mempunyai temperatur lebih rendah dari sekitarnya, sehingga bintik matahari tampak berwarna lebih gelap dari sekitarnya. Bagian paling gelap disebut umbra, sedangkan disekelilingnya yang kurang gelap disebut penumbra.

Bintik matahari dengan garis-tengah 30.000 km, medan magnetnya akan terurai dan hilang selama beberapa tahun. Tetapi kenampakan bintik matahari umumnya dalam orde minggu atau kurang. Jadi dapat diasumsikan bahwa medan magnetik kuat bintik matahari sudah ada sebelum tampak di permukaan. Medan ini tersimpan dalam struktur dalam (interior) matahari dalam waktu yang lama, meskipun bintik matahari tersebut sudah tidak terlihat di permukaan. Diperkirakan arah medan magnetik menjadi lebih horisontal di interior, sedangkan di permukaan didapatkan pula arah radial, selain horisontal.