0

MEDAN MAGNET

MATAHARI

DEA NURUL UTAMI20313301Sistem Bumi bulan Matahari

Topik : Halaman

1. Medan Magnet Bintang 2

2. Matahari 5

3. Medan Magnet Matahari 7

4. Cara Kerja Medan Magnet Matahari 8

5. Effek Dari Medan Magnet Matahari 12

6. Kesimpulan 14

1

1. Medan Magnet Bintang:

Medan magnet bintang adalah medan magnet yang dihasilkan melalui pergerakan plasma

konduktif di dalam bintang. Gerakan ini dihasilkan melalui konveksi, yang merupakan salah

satu metode pengaliran energi yang melibatkan pergerakan fisik. Medan magnet yang

terlokalisasi memberikan gaya terhadap plasma sehingga meningkatkan tekanan tanpa

peningkatan massa jenis yang sebanding. Akibatnya, wilayah yang termagnetisasi meluas

relatif terhadap sisa plasma hingga mencapai fotosfer bintang. Mekanisme ini lalu

menghasilkan bintik matahari dan fenomena coronal loop.

Fig 1: Medan magnet Matahari mendorong keluarnya plasma

(http://en.wikipedia.org/wiki/Coronal_mass_ejection)

Pengukuran :

Medan magnetik bintang dapat diukur mengggunakan efek Zeeman. Normalnya, atom-atom

yang berada di atmosfer bintang akan menyerap dpektrum energi elektromagnetic pada

frekuensi tertentu, menghasilkan garis aborpsi berwana hitam pada spektrum. Ketika atom

berada pada medan magnetik, garis ini akan terbagi menjadi beberapa garis yang berdekatan.

Energi juga menjadi terpolarisasi dengan orientasi yang tergantung pada orientasi medan

magnet. Dengan demikian, kekuatan dan arah medan magnet bintang tersebut dapat

ditentukan dengan pemeriksaan garis efek Zeeman.

2

Sebuah spectropolarimeter bintang digunakan untuk mengukur medan magnet bintang.

Instrumen ini terdiri dari spektrograf yang dikombinasikan dengan sebuah polarimeter.

Instrumen pertama yang didedikasikan untuk mempelajari medan magnet bintang adalah

Narval, yang dipasang di Lyot Telescope Bernard di Pic du Midi de Bigorre di pegunungan

Pyrenees Perancis.

Berbagai pengukuran, termasuk magnetometer selama 150 tahun terakhir; telah membuat

variabilitas magnet besar Matahari pada skala dekade, seratus dan waktu seribu tahun.

Fig 2 : Spektrum yang paling bawah menunjukkan effek zeeman setelah medan magnet

muncul di atas permukaan (www.cfa.harvard.edu)

Pembentukan Medan Magnet Bintang :

Medan magnet Stellar, menurut teori dinamo matahari, terjadi di dalam zona konvektif

bintang. Sirkulasi konvektif fungsi plasma berfungsi seperti dinamo. Aktivitas ini

menghancurkan medan magnet primordial bintang, kemudian menghasilkan medan magnet

dipole. Bintang kemudian mengalami rotasi diferensial, berputar pada tingkat yang berbeda

untuk berbagai lintang-magnetisme, menjadi bidang toroidal dari "fluks rope" yang kemudian

melilit bintang. Bidang dapat menjadi sangat terkonsentrasi, menghasilkan aktivitas ketika

mereka muncul di permukaan.

Medan magnet yang berasal dari perputaran gas atau cairan konduktif, mengembangkan arus

listrik sendiri (self-amplifying electric currents) serta menghasilkan medan magnet sendiri,

dikarenakan kombinasi rotasi diferensial (kecepatan sudut yang berbeda dari berbagai bagian

3

tubuh), gaya Coriolis dan induksi . Distribusi arus bisa sangat rumit, dengan banyak loop

terbuka dan tertutup, dan dengan demikian medan magnet di sekitar arus akan langsung

memutar. Pada jarak yang besar, medan magnet dari arus yang mengalir dalam arah yang

berlawanan dibatalkan dan hanya sebuah net dipole field yang dapat bertahan,namun

perlahan-lahan berkurang dengan jarak. Karena arus utama mengalir dalam arah gerakan

massa konduktif (arus khatulistiwa), komponen utama dari medan magnet yang dihasilkan

adalah bidang dipol dari loop arus khatulistiwa, sehingga menghasilkan kutub magnet di

dekat kutub geografis tubuh yang berputar.

Jika gas atau cairannya sangat kental (yang mengakibatkan diferensial gerakan turbulen),

pembalikan medan magnet mungkin tidak akan sangat periodik. Hal ini merupakan kasus

yang berkaitan dengan medan magnet bumi, yang dihasilkan oleh arus yang bergolak dalam

inti luar yang kental.

Aktivitas Permukaan :

Starspots merupakan daerah aktivitas magnetik yang intens pada permukaan bintang. (Pada

matahari disebut bintik matahari( sun spot)). Menghasilkan suatu bentuk kompenen yang

dapat terlihat, berupa tabung fluks magnetik yang terbentuk di dalam zona konveksi sebuah

bintang. Karena rotasi diferensial bintang, tabung tersebut akan meringkuk dan menggeliat,

menghambat konveksi dan memproduksi zona yang mempunyai suhu rendah dari suhu

normal. Loop koronal sering terbentuk di atas starspots, membentuk garis medan magnet

yang membentang keluar ke korona. Pada gilirannya berfungsi untuk memanaskan korona

pada suhu lebih dari satu juta kelvin.

Medan magnet terkait dengan starspots, loop koronal terkait dengan aktivitas flare (lidah api)

dan terkait coronal mass ejection. Plasma dipanaskan sampai puluhan juta kelvin, dan partikel

dipercepat jauh dari permukaan bintang dengan kecepatan yang ekstrim.

Aktivitas permukaan ini tampaknya berhubungan dengan usia dan tingkat rotasi bintang deret

utama. Bintang muda dengan kecepatan rotasi yang tinggi menunjukkan aktivitas yang kuat.

Sebaliknya middle age star seperti matahari, dengan tingkat rotasi yang lambat menunjukkan

rendahnya tingkat aktivitas yang bervariasi dalam siklus. Beberapa bintang yang lebih tua

menampilkan hampir tidak ada aktivitas, yang mungkin berarti mereka telah memasuki jeda

yang sebanding dengan Matahari Maunder minimum (dimana jarang sekali ditemukan

sunspot pada tahun 1600-1715). Pengukuran variasi waktu dalam aktivitas bintang dapat

berguna untuk menentukan tingkat rotasi diferensial bintang.

4

Magnetosphere:

Sebuah bintang dengan medan magnet akan menghasilkan magnetosfer yang memanjang ke

luar ke ruang sekitarnya. Garis-garis medan dari bidang ini berasal di salah satu kutub magnet

pada bintang kemudian berakhir di kutub lain dan membentuk loop tertutup. Magnetosfer

berisi partikel bermuatan yang terperangkap dari angin bintang, yang kemudian bergerak

sepanjang garis-garis medan ini. Saat bintang berputar, magnetospher juga akan berputar,

meyeret partikel yang bermuatan.

Saat bintang memancarkan materi melalui angin bintang dari fotosfer, magnetosfer

menciptakan torsi pada materi yang dikeluarkan. Hal ini menghasilkan transfer momentum

sudut dari bintang ke ruang sekitarnya, menyebabkan melambatnya tingkat rotasi bintang.

Bintang yang berputar cepat memiliki tingkat kehilangan massa yang lebih tinggi, sementara

tingkat rotasi melambat, demikian juga perlambatan sudut.

2. Matahari:

Matahari adalah obyek terbesar di tata surya, yang mengandung lebih dari 99,8% dari total

massa dari tata surya (Jupiter berisi sebagian besar sisanya). Matahari terbuat dari sekitar

90% hidrogen dan 8% helium, dengan banyak unsur lainnya. Seiring waktu, reaksi fusi nuklir

yang memicu inti matahari mengkonversi hidrogen menjadi helium, mengubah rasio dari dua

elemen tersebut. Reaksi-reaksi ini membuat sejumlah besar energi, yang muncul sebagai

cahaya, dan panas.

Fig 3 : Gambar Matahari menggunakan sinar X (hubblesite.org)

5

Zona Matahari :

Para ilmuwan berpikir Matahari terbuat dari beberapa lapisan, atau zona. Bagian tengah

(core) adalah wilayah dimana terjadi reaksi fusi pembakaran hidrogen untuk daya Matahari.

Energi yang dihasilkan keluar melalui zona radiasi, yang masih sangat padat, menuju "zona

konveksi." Di sini, mengalir suatu gas panas yang disebut plasma, membawa energi dari

bagian bawah lapisan ini menuju ke permukaan matahari yang terlihat, atau yang biasa

disebut Photospher.

Fig 4: Zona Matahari (cse.ssl.berkeley.edu).

Pergerakan panas dalam aliran materi adalah aliran konveksi; bekerja dengan cara yang sama

seperti panci air di atas kompor, di mana arus air dipanaskan di bagian bawah membawa

energi ke permukaan. Setelah beberapa energi dilepaskan dalam bentuk uap, air yang telah

dingin turun kembali ke bawah, kemudian dipanaskan kembali, dan siklus dimulai kembali.

Siklus plasma ini mengalir di zona konveksi matahari, "naik" (bergerak ke luar) di seluruh

matahari untuk melepaskan panas di atmosfer matahari, kemudian tenggelam kembali ke

dalam untuk dipanaskan kembali. Siklus gerak ini beredar permukaan matahari, atau fotosfer,

menciptakan pola granular di daerah luar bintik matahari. Setiap granul merupakan aliran

yang terpisah dari plasma panas yang berasal dari interior.

6

3. Medan Magnet Matahari

Matahari, menghasilkan medan magnet yang meluas keluar ke angkasa. Namun, medan

magnet matahari berubah baik bentuk dan intensitas di atas permukaan, dan dari waktu ke

waktu, menjadi lebih cepat.

George Fisher, seorang astronom surya di University of California, menjelaskan bagaimana

para ilmuwan berpikir mengenai bintik matahari : “Sunspot adalah bagian gelap dari

permukaan matahari yang lebih dingin dari daerah sekitarnya. Sunspot menjadi lebih dingin

dikarenakan adanya medan magnet yang kuat yang menghambat transportasi panas melalui

konveksi di bawah sinar matahari. Medan magnet terbentuk di bawah permukaan matahari,

dan terus keluar menuju batas atmosfer terluar matahari, atau "corona."

Sunspot

Gambar dari Big Bear Solar Observatory menunjukkan umbra gelap dikelilingi oleh

penumbra pucat beberapa bintik matahari. Bintik matahari terdiri dari dua bagian: gelap, disk

yang tengah melingkar yang disebut umbra, dan area luar yang lebih ringan disebut

penumbra. Istilah "umbra" berarti "warna" dalam bahasa Latin, "penumbra" berarti "hampir

teduh." Sebuah sunspot tunggal memiliki hidup yang terbatas yang muncul, tumbuh, dan

secara bertahap menghilang.

Fig 5. Umbra dan penumbra pada sunspot (en.wikipedia.org)

7

4. Cara Kerja Medan Magnet Matahari

Medan magnet diciptakan oleh hal-hal yang bersifat magnetis (seperti magnet besi) atau

dengan memindahkan partikel bermuatan. Sebuah medan magnet adalah deskripsi dari gaya

benda magnetik yang diberikan dalam ruang yang mengelilingi objek magnetik.

Ketika partikel bermuatan bergerak sangat cepat mereka menciptakan medan magnet.

Matahari terbuat dari ion bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif dalam keadaan

materi yang disebut plasma. Karena Matahari terbuat dari partikel bermuatan, medan magnet

diciptakan oleh gerakan partikel.

Partikel bermuatan pada Matahari bergerak dalam tiga cara dikarenakan suhu tinggi matahari

dan pergerakan porosnya, yang mempengaruhi satu sama lain untuk membuat medan magnet

Matahari yang kompleks:

1. Suhu yang tinggi pada Matahari menyebabkan ion bermuatan positif dan elektron

bermuatan negatif yang membentuk plasma untuk bergerak. Pergerakan plasma

menciptakan banyak medan magnet rumit yang memutar dan berbalik arah.

2. Plasma yang sangat panas berhembus dari Matahari sebagai angin matahari juga

menyebabkan terjadinya medan magnet.

3. Plasma di Matahari juga berputar di sekitar sumbu matahari. Plasma yang berada di

daerah kutub berputar lebih lambat dari plasma di khatulistiwa menyebabkan

terjadinya pemutaran dan peregangan medan magnet.

Gerakan plasma Matahari berinteraksi dan mempengaruhi satu sama lain untuk membentuk

seluruh medan magnet Matahari. Di dekat permukaan Matahari medan magnet berputar

dengan sangat kompleks. Lebih jauh dari permukaan Matahari, beberapa kecenderungan

umum mulai bermunculan. Di dekat kutub Medan magnet lebih kuat daripada di equtor

Matahari. Walaupun medan magnet lemah di khatulistiwa Matahari, medan magnet tersebut

masih 100 kali lebih kuat dari pada medan magnet bumi.

Selain kompleks, medan magnet Matahari juga sangat besar besar hingga mampu

mempengaruhi gerakan partikel bermuatan yang sangat jauh, yaitu partikel yang berjarak

sekitar 75-100 kali jarak Bumi ke Matahari.

8

Fig 6: Medan magnet matahari ditunjukkan dalam gambar seperti di atas, dengan kutub dan

garis ekuator. Garis medan magnet berubah saat matahari berotasi. Setela 1,2,dan 3

putaran, garis medan magnet mulai membungkus permukaan matahari. Setelah banyak

rotasi, medan magnet ini akhirnya membungkus sempurna permukaan matahari dengan kuat,

dan memiliki banyak loop pada perukaannya. (what-when-how.com)

Fig 7:Gambaran X-ray dari ppermukaan matahari

yang diambil oleh satelit TRACE, menunjukkan

loops dari garis medan magnet yang keluar

melalui permukaan matahari. (cse.ssl.berkeley.edu)

Bintik matahari merupakan daerah dimana terdapat medan magnet yang sangat kuat. Di

tempat ini terdapat banyak garis-garis medan yang mendorong melalui permukaan, membawa

beberapa plasma panas dalam bentuk busur yang spektakuler (atau lingkaran). Kita melihat

akhir loop sebagai sunspot di permukaan matahari yang terlihat, atau fotosfer. Garis-garis

medan magnet ini menciptakan tekanan besar, seperti tekanan gas yang kita rasakan saat kita

9

menekan balon maka gas di dalam balon. Kita akan merasakan tersebut juga akan berusaha

menekan keluar.

David Dearborn menjelaskan, "Jika Anda mengambil tempat di mana terdapat konsentrasi

medan magnet dan menempatkan mereka bersama-sama, mereka akan memiliki tekanan

mereka sendiri. Anda dapat merasakan tekanan magnetik ketika Anda mengambil dua magnet

dan mengambil ujung polaritas yang sama dan mencoba untuk menempatkan mereka

bersama-sama. Mereka akan saling dorong mendorong, menolak untuk menyatu. Itulah

tekanan magnetik. "Semakin banyak garis-garis medan magnet yang meringkuk bersama-

sama, semakin kuat mereka ingin saling mendorong”.

Fig 8: Gambar di atas menunjukkan dengan jelas keeradaan Sunspot ketika medan magnet

keluar dari permukaan matahari. (cse.ssl.berkeley.edu)

Komponen utama dari medan magnet matahari akan berbalik arah setiap 11 tahun (jadi

periodenya sekitar 22 tahun), mengakibatkan terjadinya pengurangan magnitudo dari medan

ketika mendekati waktu pembalikan arah. Selama dormansi ini, aktivitas bintik matahari akan

maksimum (karena kurangnya pengereman magnetik pada plasma) dan sebagai hasilnya,

enjeksi besar plasma berenergi tinggi ke korona matahari dan ruang antarplanet terjadi.

Tabrakan bintik matahari dengan medan magnet menghasilkan generasi medan listrik yang

kuat. Medan listrik ini mempercepat elektron dan proton dengan energi tinggi

10

(kiloelectronvolts) dan akan menghasilkan semburan plasma yang sangat panas yang

meninggalkan permukaan Matahari dan memanaskan plasma koronal hingga mencapai suhu

tinggi (jutaan kelvin).

Visualisasi ini menunjukkan posisi medan magnet matahari dari Januari 1997 sampai

Desember 2013. Garis-garis medan berkerumun dengan aktivitas. Garis berwarna magenta

menunjukkan di mana daerah negatif matahari secara keseluruhan dan garis hijau

menunjukkan daerah positif.

Daerah kaya elektron adalah negatif sedangkan daerah yang memiliki lebih sedikit elektron

adalah positif. Garis abu-abu tambahan mewakili daerah variasi magnet lokal.

Fig 9 : Garis gaya medan magnet yang berputar tiap 11 tahun sekali (Space Daily - Solar Science)

Polaritas magnetik di Matahari membalik setiap 11 tahun. Fenomena ini dikenal dengan

siklus matahari. Visualisasi ini menunjukkan pada tahun 1997, matahari menunjukkan

polaritas positif di atas, dan polaritas negatif di bagian bawah.

Selama 12 tahun ke depan, masing-masing set garis terlihat merayap menuju kutub yang

berlawanan yang pada akhirnya menunjukkan putaran penuh. Pada puncak masing-masing

pembalikan magnetik ini, matahari mengalami aktivitas yang lebih banyak, di mana ada lebih

banyak bintik matahari, dan secara lainnya seperti letusan solar flare dan coronal mass

11

ejections, atau CMEs. Titik dimana bintik Matahari banyak terbentuk disebut solar

maximum.

4. Effect Medan Magnet Matahari Pada Bumi

Matahari menyediakan semua energi bumi. Sinarnya memberikan energi untuk fotosintesis

pada tumbuhan dan alga, dasar rantai makanan, yang akhirnya menopang semua kehidupan di

bumi. Namun beberapa fenomena surya, termasuk bintik matahari, dapat mempengaruhi

Bumi dan manusia.

Pada awal abad kesembilan belas, para ilmuwan menyadari bahwa tingginya tingkat aktivitas

di matahari, seperti flare dan bintik matahari, yang diikuti segera oleh fluktuasi yang kuat

dalam instrumen elektronik di bumi, dan perubahan dalam fenomena alam seperti aurora.

Sunspot merupakan daerah gelap di bawah sinar matahari yang memproduksi medan magnet

yang tidak hanya berhenti di atas permukaan dan mengembang. Plasma yang sangat panas,

yang berada di dekat sunspot berinteraksi dengan medan magnet, dan keluar dalam bentuk

solar flare, atau coronal mass ejection (CME). partikel energetik, x-ray dan medan magnet

dari peristiwa ini membombardir bumi dalam apa yang disebut badai geomagnetik. Sehingga

menghasilkan beberapa fenomena di bumi seperti :

1. Aurora

Medan magnet bumi melindungi aktivitas manusia dari sebagian besar emisi

matahari, dengan cara membelokkan partikel yang berasal dari matahari dengan

tekanan magnetnya sendiri. Hasil dari pembelokkan ini ,menghasilkan hal yang

spektakuler yaitu Aurora Borealis dan Aurora Australis, di kutub di mana garis-garis

medan magnet bumi terkonsentrasi.

12

Fig 10 : Aurora muncul di permukaan Bumi. (adri-saputra.blogspot.com)

Fig 11 : Ilustrasi NASA menunjukkan medan magnet bumi dan interaksinya dengan solar wind

( adri-saputra.blogspot.com)

2. Masalah besar untuk satelit:

Karena kebanyakan satelit berada di luar perlindungan atmosfer bumi, maka satelit-

satelit tersebut akan merasakan badai geomagnetik yang paling parah. Ketika satelit2

tersebut terkena badai matahari maka permukaan satelit dapat mengubah polaritasnya

secara tiba-tiba dan bergerak ke daerah di mana ada medan listrik yang berbeda.

Sehingga satelit tersebut akan mendapatkan arus listrik yang mengalir di dalam satelit

tersebut. Dan hal tersebut akan memberikan dampak buruk pada satelit tersebut.

3. Badai matahari itu disebabkan ledakan besar di matahari. Ledakan itu membebaskan

gelombang sinar-X dan radiasi ultraviolet yang masuk ke Bumi dalam hitungan menit,

mengganggu sinyal radio.

13

5. Kesimpulan

Medan magnet matahari tercipta akibat aliran plasma. Menurut teori dinamo matahari,

sirkulasi konvektif fungsi plasma berfungsi seperti dinamo. Aktivitas ini menghancurkan

medan magnet primordial bintang, kemudian menghasilkan medan magnet dipole. Bintang

(Matahari) kemudian mengalami rotasi diferensial, berputar pada tingkat yang berbeda untuk

berbagai lintang-magnetisme, menjadi bidang toroidal dari "fluks rope" yang kemudian

melilit bintang.

Medan magnet ini sewaktu waktu akan keluar melalui permukaan matahari. Perpotongan

antara medan magnet dan permukaan matahari akan menghasilkan warna hitam (sunspot).

Semakin besar medan magnet yang keluar, maka warna sunspot tersebut akan semakin

hitam. Warna hitam pada sunpot menandakan bahwa suhu pada area sunspot mengalami

penurunan.

Medan magnet yang keluar melalui permukaan matahari akan keluar dan lepas membawa

elektron dan aliran panas (solar wind) yang akan bergerak dan melewati beberapa planet,

termasuk bumi. Ketika melewati bumi, dengan adanya medan magnet bumi, kita terlindung

dari panasnya solar wind yang dilepaskan oleh Matahari. Efek dari hantaman tersebut akan

terlihat sebagai aurora di bumi.

14

Daftar Pustaka

Kaler, James.1996. “The Ever Changing Sky”.Cambridge University Press, New York

Vernet, M.N., 2007. “Basics of The Solar Wind”. Cambridge University Press, New York

Wahyuni, Siti, & Satya Dwi. 2010 “Gerak Pusat Pemandu Pada Partikel Plasma Dalam

Medan Magnetik Disekitar Matahari”. Universitas Gajah Mada Yogjakarta

15