PENENTUAN INDEKS AKTIV1TAS MATAHARI
EKSTRIM HARIAN
Jiyo dan Sri Suhartinl
Penslltl Bldang Ionosfer dan Tetekomunlkasl, LAPAN ABSTRACT
In this paper we d i s c u s s 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 i n p u t s a r e intensity a n d d u r a t i o n of SXR-flare. 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 d a t a .
ABSTRAK
Dalam m a k a l a h ini d i b a h a s metode p e n e n t u a n indeks aktivitas m a t a h a r i ekstrim [ESAI) yang mengambil a c u a n k e p a d a kejadian Soft X-Ray
Flare (SXR-flare). Indeks ESAI dihitung b e r d a s a r k a n intensitas flare dan
d u r a s i n y a dengan pendekatan sederhana. Penerapan indeks tersebut t e r h a d a p k a s u s badai m a t a h a r i yang terjadi p a d a p e r t e n g a h a n J a n u a r i 2 0 0 5 terlihat b a h w a indeks ESAI lebih d a p a t menggambarkan tingkat aktivitas m a t a h a r i harian y a n g b e r d a m p a k 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 m e n g g u n a k a n data y a n g lebih b a n y a k secara temporal d a n spasial.
Kata kunci: indeks aktivitas matahari, soft X-ray 1 PENDAHULUAN
K e b u t u h a n a k a n indeks flare harian diperlukan ketika melakukan telaah t e n t a n g d a m p a k d a r i kejadian ekstrim d i m a t a h a r i t e r h a d a p l a p i s a n ionosfer. Pada saat melakukan telaah tersebut diperlukan indeks h a r i a n y a n g k u a t sehingga d a p a t digunakan sebagai indikator a t a u 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 b a h w a kejadian ekstrim di m a t a h a r i (badai matahari) memberikan d a m p a k k e p a d a lapisan ionosfer dalam berbagai b e n t u k seperti a d a n y a badai ionosfer, a u r o r a , sintilasi, dan gangguan lainnya. Kejadian badai ionosfer (Rishbeth, 1998) a k a n m e n g a k i b a t k a n gangguan k o m u n i k a s i radio dan satelit (Wanninger, 1993), b a h k a n dapat menimbulkan t e r p u t u s n y a komunikasi [blackout). Badai m a t a h a r i j u g a memberikan d a m p a k k e p a d a orbit satelit r e n d a h d a n perangkat elektronik yang dibawanya.
Antalova (1992, 1996) telah mengembangkan indeks SXR-flare (FI) harian b e r d a s a r k a n j u m l a h kejadian flare yang diberi bobot b e r d a s a r k a n 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 m a k a l a h ini a k a n dirumuskan indeks h a r i a n yang mengacu kepada klas flare, intensitas, dan durasinya.
Tujuan dari penelitian ini adalah menyediakan r u m u s a n i n d e k s flare harian yang m u d a h diimplementasikan dan berguna u n t u k analisis d a m p a k 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 m e n d a p a t k a n r u m u s a n m a t e m a t i s indeks flare harian tersebut.
2 PR1NSIP DASAR DAN METODOLOGI
Hal-hal y a n g menjadi d a s a r dari kegiatan p e n e n t u a n indeks SXR-flare harian ini a d a l a h sebagai berikut: Pertama, indeks y a n g d i b u a t mempunyai hubungan y a n g k u a t dengan propagasi gelombang radio, k h u s u s n y a p a d a gelombang HF dan VHF-rendah. Kedua, m u d a h 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 d i b a n d i n g k a n bilangan bintik m a t a h a r i (sunspot, R) a t a u fluks matahari p a d a panjang gelombang 10 cm (F10,7). Dengan memilih fluks energi SXR-flare sebagai d a t a acuannya, d i h a r a p k a n indeks yang d i b u a t a k a n 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 b a n d HF (3-30 MHz) d a n VHF-rendah (30-50 MHz). Indeks y a n g dihasilkan a k a n berguna sebagai informasi peringatan dini sistem komunikasi radio HF/VHF-rendah yang sedang d i k e m b a n g k a n .
IPS Radio a n d Space Services, Australia setiap b u l a n m e n y a m p a i k a n informasi SXR-flare sebagai indikasi aktivitas m a t a h a r i u n t u k p e n g g u n a
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, tp, sampai d e n g a n 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 tp seperti p a d a G a m b a r 2 - 1 . Luas d a e r a h gelap p a d a G a m b a r 2-1 d a p a t dihitung dengan l u a s segitiga dengan alas (te - to ) dan tinggi Ahi. Berikut a k a n d i r u m u s k a n indeks h a r i a n SXR u n t u k masing-masing klas flare y a n g terjadi. 2 . 1 Flare Klas C
Gambar 2 - 1 : S k e m a variasi fluks SXR-flare klas C, dengan s u m b u vertikal m e n y a t a k a n b e s a r a n fluks (watt/m2) dalam skala logaritmis G a m b a r 2-1 m e n y a t a k a n s k e m a variasi fluks SXR-flare dengan klas
Cy, dari s a a t to, mencapai p u n c a k tp, 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 O6 w a t t / m2. Misalkan h=Aho+Ahi. Dari definsi y dan Gambar 2 - 1 , m a k a h d a p a t dinyatakan sebagai y . 1 06 w a t t / m2, d a n Aho=10"6 w a t t / m2. Luas d a e r a h b e r w a r n a gelap dapat d i r u m u s k a n sebagai:
Indeks aktivitas m a t a h a r i 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 s k a l a logaritmis Selanjutnya G a m b a r 2-2 menyatakan s k e m a variasi fluks SXR-flare klas My dari s a a t mulai to, mencapai p u n c a k tp, d a n berakhir te, dengan sumbu vertikal b e r s k a l a logaritmis. Huruf y m e n y a t a k a n b e s a r a n fluks energi dalam s a t u a n l O5 w a t t / m2. Dari Gambar 2-2 dan definisi y d a p a t dinyatakan h=Aho+Ahi+Ah2=i/. 10"5 watt/m2, Ah0+Ahi=10-5 watt/m2, dan Aho=10"6 watt/m2. Dan selanjutnya l u a s daerah berwarna gelap p a d a gambar tersebut d a p a t dirumuskan sebagai :
t0 tp t . Gambar 2 - 3 : S k e m a variasi fluks SXR-flare klas X, dengan s u m b u vertikal
m e n y a t a k a n b e s a r a n 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 tp, d a n berakhir te, dengan s u m b u vertikal b e r s k a l a logaritmis seperti p a d a Gambar 2 - 3 . Huruf y menyatakan besaran fluks energi dalam s a t u a n 1 04 w a t t / m2. 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 / m2, Aho+Ahi+Ah2=lCH w a t t / m2, d a n Ah0=10-6 w a t t / m2. Luas d a e r a h berwarna p a d a gambar tersebut dapat d i r u m u s k a n sebagai :
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 p a d a G a m b a r 3 - 1 , d a n d a t a teks seperti p a d a Tabel 3 - 1 . Data angka m e m u a t informasi tentang waktu mulai (to), m e n c a p a i 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 h a r i a n m e n g g u n a k a n p e r s a m a a n (3-4), (3-9), a t a u (3-14), sesuai dengan klas d a n intensitasnya. Karena r u m u s - r u m u s p e r h i t u n g a n tersebut cukup s e d e r h a n a , m a k a indeks harian tersebut d a p a t dihitung m e n g g u n a k a n paket program y a n g populer seperti Microsoft Excel a t a u Microsoft Acces.
Sebagai contoh flare klas X7.1 yang terjadi p a d a tanggal 20 J a n u a r i 2 0 0 5 . Awal kejadian flare p a d a p u k u l 06.36 UT, m e n c a p a i p u n c a k p a d a p u k u l 07.01 UT, d a n berakhir p a d a pukul 07.26 UT. Komponen indeks SXR-flare (ESAI) selama selang waktu tersebut mencapai h a r g a 2 0 2 0 0 . Sedangkan komponen indeks flare b e r d a s a r k a n Antalova (1996) (FI) m e n c a p a i harga 7 1 0 . Selanjutnya dengan d a t a flare klas C, M, X yang terjadi dalam sehari d i d a p a t k a n ESAI h a r i a n y a n g m e r u p a k a n p e n j u m l a h a n k o m p o n e n indeks h a r i a n 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 b u l a n J a n u a r i 2 0 0 5 seperti terlihat p a d a G a m b a r 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 2 0 0 5
4 PEMBAHASAN
Dari G a m b a r 3-2 terlihat telah terjadi peningkatan aktivitas m a t a h a r i sebanyak d u a kali yakni p a d a tanggal 15-16 (kejadian-1) d a n 19-20 (kejadian-2). B e r d a s a r k a n Indeks ESAI (Gambar 3-2.a) m e n u n j u k k a n bahwa tingkat aktivitas m a t a h a r i 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.
Selanjutnya Gambar 4-1 m e n u n j u k k a n badai ionosfer yang terjadi pada tanggal 19 J a n u a r i 2 0 0 5 . Badai ionosfer ditandai dengan p e n u r u n a n secara mencolok h a r g a foF2 t e r h a d a p mediannya. Depresi foF2 mulai terjadi setelah p u k u l 09.00 WIT (UT+9) dan berakhir sekitar p u k u l 20.00 WIT. Sementara itu kejadian flare klas X dengan intensitas tertinggi j u s t r u hari berikutnya. Seperti telah disinggung p a d a b a b sebelumnya b a h w a flare X7.1 terjadi tanggal 20 J a n u a r i 2 0 0 5 mulai pukul 15.36 WIT s a m p a i dengan 16.26 WIT. J a d i anomali ionosfer yang terjadi p a d a tanggal 19 J a n u a r i 2 0 0 5 lebih diakibatkan oleh a k u m u l a s i kejadian flare hari-hari sebelumnya.
J i k a mengacu k e p a d a indeks FI, m a k a hal di a t a s m e n u n j u k k a n kontradiksi. P a d a s a a t indeks FI lebih tinggi (kejadian-2) j u s t r u tidak terjadi anomali di lapisan ionosfer. Sedangkan p a d a saat indeks FI lebih r e n d a h (kejadian-1) memberikan d a m p a k badai ionosfer p a d a b e b e r a p a 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 d a m p a k dari kejadian-2.
Gambar 4 - 1 : Grafik frekuensi kritis lapisan F2 (foF2) di a t a s Biak hasil p e n g a m a t a n tanggal 17 sampai dengan 22 b u l a n J a n u a r i 2 0 0 5 d a n mediannya. Pada tanggal 19 J a n u a r i terjadi depresi
m a u p u n r u a n g . Dari kerangka waktu bisa ditnanfaatkan d a t a ionosfer t a h u n 1990 sampai dengan t a h u n 2004 a t a u 2 0 0 5 . S t a s i u n p e n g a m a t y a n g 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), P a m e u n g p e u k (1997-2000), dan Kototabang (2004-2005). Sedangkan s ta si un pengamat lain yang j u g a telah menghasilkan d a t a adalah Kupang dan Manado.
Selain itu, metodologi d a p a t dikembangkan dengan modifikasi indeks FI. Pada d a s a r n y a p e r h i t u n g a n indeks FI hampir s a m a dengan indeks ESAI. Perbedaannya h a n y a p a d a pertimbangan m e m a s u k k a n faktor durasi flare ke dalam p e r h i t u n g a n . J i k a FI dikembangkan dengan m e m p e r t i m b a n g k a n d u r a s i kejadian flare, m a k a hasilnya a k a n mirip dengan i n d e k s ESAI.
5 KESIMPULAN
Dari p e n e r a p a n indeks ESAI p a d a kejadian badai m a t a h a r i y a n g terjadi p a d a bulan j a n u a r i 2 0 0 5 , m a k a d a p a t disimpulkan d u a hal. Pertama, indeks aktivitas m a t a h a r i ektrim (ESAI) lebih d a p a t menggambarkan tingkat aktivitas m a t a h a r i h a r i a n p a d a saat itu, y a n g b e r d a m p a k k e p a d a lapisan ionosfer d i b a n d i n g k a n dengan indeks FI (Antalova, 1992, 1996). Kedua, u n t u k m e n g e t a h u i k e m a m p u a n indeks ini lebih j a u h m a s i h diperlukan penelitian lanjutan dengan d a t a yang lebih banyak secara temporal d a n spasial.
Ucapan Terima kasih
Penulis m e n g u c a p k a n banyak terima kasih k e p a d a Dra. Clara Y. Yatini, M.Sc. y a n g telah m e m b a n t u memberikan informasi t e n t a n g 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. 2 7 , p . 3 7 7 - 3 8 5 .
Antalova, A., 1996. Daily Soft X-ray Flare Index (1969-1972).
IPS Radio and Space Services, 2 0 0 5 . Solar And Geophysical Summary, Edisi J a n u a r i .
Lockheed Martin, Solar and Astrophysics Laboratory, h t t p / / w w w . l m s a l . c o m Rishbeth, H., 1998. Basic Physics of The Ionosphere : A Tutorial Review, J.
IERE, Vol. 58, No. 6 (Supplement), p. S 2 0 7 - S 2 2 3
Wanninger, L., 1993. Effects of The Equatorial Ionosphere on GPS, GPS World, Edisi J u l i , hal. 48-54.
