Homepage: http//www.lapan.go.id
KOREKSI HARIAN DALAM SURVEI GEOMAGNET DI PARE-PARE,
SULAWESI
(DAILY CORRECTION IN GEOMAGNETICS SURVEY AT PARE-PARE,
SULAWESI)
Esti Nurani1, Mahmudah Salwa Gianti1, Mamat Ruhimat2
1Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret 2Pusat Sains Antariksa, Lembaga Penerbangan dan Antariksa.
e-mail: [email protected]
ABSTRAK
Riwayat Artikel: Diterima: 22-11-2016 Direvisi: 07-03-2017 Disetujui: 17-03-2017 Diterbitkan: 22-05-2017 Kata kunci: geomagnet, koreksi, pengukuranPemantauan geomagnet dilakukan untuk mengetahui aktivitas geomagnet yang berkaitan dengan cuaca antariksa. Pemantuan ini memerlukan data geomagnet yang bebas dari pengaruh eksternal medan geomagnet. Oleh sebab itu, pengaruh eksternal ini harus dihilangkan dari hasil pengukuran lapangan dengan cara yang disebut koreksi harian. Koreksi harian ini diperoleh dari data yang diolah dari stasiun pengamat geomagnet PUSAINSA LAPAN (Pusat Sains Antariksa- Lembaga Penerbangan dan Antariksa) di Pare-Pare (3,98˚ LS, 119,65˚ BT koordinat geografis, ketinggian = 30 m) sepanjang tahun 2015. Koreksi harian diperoleh dengan mengurangi medan magnet total yang terukur di lapangan dengan nilai medan geomagnet teoritik model, International Geomagnetic Reference Field (IGRF). Perhitungan dan penyajian hasil koreksi harian dilakukan oleh program yang dibuat pada aplikasi Matlab. Nilai koreksi harian geomagnet total F berkisar antara 0 sampai dengan 60 nT untuk hari tenang. Untuk nilai koreksi pada hari terganggu berkisar antara 100 sampai dengan -200 nT, hal ini bergantung dengan gangguan dari matahari yang sampai ke bumi. Keywords: geomagnetic, daily correction, measurement
ABSTRACT
Geomagnetic monitoring is conducted to determine the geomagnetic activity related to space weather. This monitoring requires geomagnetic data that free from external influence of geomagnetic field. Therefore, external influences must be removed from the observation data by method that’s called daily correction. This daily correction is obtained from the processed data from geomagnetic monitoring stations PUSAINSA LAPAN (Pusat Sains Antariksa - Lembaga Penerbangan dan Antariksa) in Pare-Pare (3,98˚ LS, 119,65˚ BT geographic coordinates, altitude = 30 m) along 2015. the daily correction is obtained by reducing the total magnetic field measured in the field with the theoretical value of geomagnetic field, International geomagnetic Reference field (IGRF). Calculation and presentation of the results of the daily correction performed by the program created in Matlab. The range of total daily correction value of geomagnetic F is from 0 to 60 nT for a quiet day. The range of correction values on a interrupted day is from 100 to -200 nT, it is dependent on the interference from the sun that reaches the earth.
1. Pendahuluan
Seperti diketahui bahwa kuat medan geomagnet yang terukur oleh alat merupakan superposisi dari berbagai sumber baik internal maupun eksternal Bumi. Sumber internal Bumi berasal dari gerak inti dan kerak Bumi. Sedangkan sumber eksternal Bumi berasal dari aktivitas matahari (seperti flare, coronal mass ejection-CME dan coronal holes-CH), pasang surut bulan, dan arus dynamo yang mengalir di ionosfer (Campbell, 1989). Komponen utama medan geomagnet merupakan kontribusi dari gerak plasma inti dan kerak Bumi. Sedangkan komponen tambahan yang mengandung variasi periode pendek merupakan gerak periodik dan gangguan pada periode harian matahari dan bulan. Kondisi yang demikian menyebabkan karakteristik medan geomagnet menjadi sangat kompleks dan berfluktuasi terhadap waktu. Oleh karena itu, kondisi tersebut menjadi perhatian penting dalam kegiatan pemetaan geomagnet untuk akurasi data hasil survei dari lapangan.
Data pengukuran koreksi harian digunakan untuk mengungkap batuan penyusun kerak bumi berdasarkan kemegnetan batuan menghilangkan medan eksternal. Medan eksternal ini berupa variasi harian terdiri dari variasi hari tenang geomagnet dan variasi gangguan geomagnet. Variasi harian ini dikenal sebagai koreksi harian dalam survei geomagnet.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghitung nilai koreksi harian geomagnet dengan program Matlab, mengetahui nilai koreksi harian geomagnet yang digunakan dalam survei geomagnet di sekitar Pare-Pare dan menganalisis nilai koreksi harian geomagnet dari stasiun pengamatan geomagnet Pare-Pare.
2. Landasan Teori
Seperti diketahui bahwa matahari merupakan sumber penggerak cuaca antariksa. Fenomena yang timbul di matahari terutama pada saat matahari aktif, seperti Coronal Mass Ejection-CME dan flare serta Coronal Hole-CH. CME dan flare lazim disebut badai matahari. Badai Matahari bisa langsung berdampak pada wahana antariksa termasuk yang berada di ruang antar planet (di luar magnetosfer) melalui badai partikel (SPE) atau berdampak secara tidak langsung melalui badai geomagnet (Russel, 2006).
Sebagaimana kita ketahui bahwa medan magnet bumi yang diukur di lapangan ini merupakan penggambaran medan dari eksternal
dan internal bumi, sehingga untuk keperluan eksplorasi magnet atau survei geomagnet yang bertujuan untuk mengetahui batuan penyusun kerak bumi berdasarkan sifat kemagnetan batuan ini harus menghilangkan medan eksternal. Medan eksternal ini berupa variasi harian terdiri dari variasi hari tenang geomagnet dan variasi gangguan geomagnet. Variasi harian ini dikenal sebagai koreksi harian dalam survei geomagnet. Untuk mengetahui medan magnet dari eksternal bumi dapat diketahui dengan mengukur medan magnet yang berkesinambungan dari stasiun tetap dikurangi dengan medan magnet referensi (IGRF) di stasiun tersebut.
FKor = FObs – FIGRF ··· (2-1) dengan
FKor : koreksi kuat medan geomagnet total untuk pengukuran dilapangan
FObs : Kuat medan geomagnet total hasil perhitungan data H dan Z dari stasiun tetap
FIGRF : Kuat medan geomagnet total teoritis dari stasiun tetap (Ruhimat, 2010). Dari Gambar 2-1 didapat hubungan masing-masing komponen adalah sebagai berikut :
... (2-2) Dari hubungan trigonometri, medan total (F) diperoleh:
√ √ ... (2-3) dengan
X : komponen kuat medan arah Utara- Selatan geografi
Gambar 2-1. Gambaran komponen medan geomagnet (Campbell, 2003)
Barat geografi
Z : komponen kuat medan arah vertikal H : komponen kuat medan arah horizontal F : komponen kuat medan total
D : sudut antara X dan H yang dinamakan deklinasi
Penentuan tingkat gangguan geomagnet setiap saat cukup rumit, karena melibatkan berbagai pengaruh gangguan yang sifatnya temporal hingga pengaruh gangguan yang berperiodik (Zhou dan Wei, 1998).
3. Data dan Metode
Indeks Kp merupakan perhitungan rata-rata indeks K dari pengamatan geomagnet yag pertamakali diperkenalkan oleh Bartels tahun 1949, sedangkan indeks K sendiri adalah ganggun komponen horizontal dari medan magnet bumi dalam rentang 0-9, dari koponen horizontal yang diamati oleh magnetometer selama interval 3-4 jam. Terkadang perubahan aktivitas matahari bisa menyebabkan perubahan besar dalam indeks Kp (Belov, 2008).
Dalam peneliian ini kemudian dilihat dari beberapa nilai Kp yang paling besar dan nilai Kp terkecil kemudian dibuat grafik untuk kemudian dikoreksi. Perbandingan ini untuk memperlihatkan perbedaan koreksi pada saat hari tenang dan hari terganggu.
Untuk menentukan nilai koreksi harian geomagnet digunakan data geomagnet dari Balai Penginderaan Jauh LAPAN Pare-Pare (3,93o LS, 119,65o BT) tahun 2015 yang diperoleh dari Pusat Sains Antariksa Bandung. Komponen magnet yang direkam terdiri dari Komponen H (horizontal), komponen D (deklinasi) dan komponen Z (vertikal). Data ini mempunyai resolusi waktu satu detik dan menggunakan standar waktu (Universal Time (UT)). Untuk data medan magnet komponen F acuan, IGRF diperoleh dari situs web
http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/igrf/point/index.html Selanjutnya dilakukan pengumpulan data medan magnet komponen F acuan dari IGRF tahun 2015 dan data geomagnet dari Balai Penginderaan Jauh LAPAN Pare-Pare (3,93o LS, 119,65o BT koordinat geografis) di tahun yang sama. Rancangan program diagram alir proses data ditunjukkan pada Gambar 3-1. Dalam program tersebut awalnya diambil file data geomagnet sesuai hari yag ingin dikoreksi, dari file data tersebut diambil data komponen H dan Z . Dari data H dan Z dihitung F dengan rumus (Persamaan 2-2). F merupakan nilai kuat medan geomagnet total. Untuk mendapatkan nilai F
koreksi, F yang diperoleh dari komponen H dan Z dikurangi dengan nilai F dari IGRF seperti Persamaan 2-3. Nilai FIGRF di dapat dari situs web
http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/igrf/point/index.html FIGRF untuk koordinat 3,93o LS, 119,65o BT dan tahun 2015 adalah 42198,7 nT. Dari hasil pengurangan tersebut didapat grafik Koreksi Harian medan geomagnet total. Berikut adalah flowchart dalam matlab.
4. Pembahasan
Dari hasil proses data diperoleh nilai koreksi harian untuk setiap menit, sebagai contoh hasil perhitungan koreksi harian geomagnet masing-masing pada tanggal 17 Maret dan 25 November
2015 dari jam 00.00 UT sampai dengan jam 23.59 UT. Dalam contoh perhitungan dikelompokan menjadi dua ada kondisi geomagnet yaitu pada hari tenang dan hari terganggu. Tanggal 17 Maret 2015 terjadi badai geomagnet yang disebabkan kejadian di matahari yaitu CME dan flare. Tanggal 25 November terjadi kondisi geomagnet hari tenang karena adanya proses ionisasi di ionosfer sehingga dari pagi hingga tengah hari waktu lokal naik kemudian selanjutnya menurun.
Pada saat terjadi badai geomagnet, magnetometer akan memberikan gambaran berupa grafik medan geomaget yang juga mengalami penurunan dan tampak jelas pada komponen H medan geomagnet. Penurunan ini sebagai respon atas besarnya badai geomagnet yang diterima oleh bumi (Loewe dan Prolss, 1997).
Hasil koreksi harian geomagnet ditunjukkan masing-masing dalam Gambar 4-1 dan 4-2; dan nilai koreksi harian geomagnetnya masing-masing ditunjukkan dalam Tabel 4-1 dan 4-2.
Gambar 4-1 menunjukkan grafik variasi geomagnet total dan besarnya koreksi harian pada saat hari tenang yaitu 25 November 2015. Pada hari tenang variasi harian lebih didominasi oleh adanya proses ionisasi di ionosfer sehingga dari pagi hingga tengah hari waktu lokal naik kemudian selanjutnya menurun. Puncaknya terjadi pada tengah hari waktu lokal (pukul 4 UT) . Nilai koreksi harian untuk hari tenang berkisar 0 hingga 60 nT.
Gambar 4-2 menunjukkan grafik variasi geomagnet total dan besarnya koreksi harian pada saat hari terganggu yaitu 17 Maret 2015. Pada tanggal 17 Maret gangguan yang terjadi terkait dengan kejadian di matahari CME dan flare. Pengaruh CME dan flare terjadi 2-3 hari setelah terjadi di matahari, bergantung dari kecepatannya dan mengarah ke bumi. Dari grafik dapat terlihat rentang nilai koreksi harian nya berkisar 100 hingga -200. Saat medan magnet bumi terganggu oleh aktivitas matahari, maka nilai medan magnetnya menurun.
Gambar 4-1. Plot variasi geomagnet total (atas) dan besarnya koreksi harian geomagnet total (bawah) pada tanggal 17 Maret 2015 di Balai Penginderaan Jauh Pare-Pare.
Hasil perhitungan koreksi harian geomagnet pada tanggal 17 Maret 2015 di Balai Penginderaan Jauh Pare-Pare.
Tanggal Waktu Nilai Koreksi Tanggal Waktu Nilai Koreksi
17/03/2015 0:00 53.0 17/03/2015 0:20 54.8 17/03/2015 0:01 53.1 17/03/2015 0:21 54.9 17/03/2015 0:02 52.7 17/03/2015 0:22 55.0 17/03/2015 0:03 52.0 17/03/2015 0:23 54.9 17/03/2015 0:04 51.5 17/03/2015 0:24 55.5 17/03/2015 0:05 51.4 17/03/2015 0:25 56.1 17/03/2015 0:06 52.3 17/03/2015 0:26 56.3 17/03/2015 0:07 53.5 17/03/2015 0:27 56.2 17/03/2015 0:08 54.7 17/03/2015 0:28 56.4 17/03/2015 0:09 55.6 17/03/2015 0:29 56.8 17/03/2015 0:10 56.2 17/03/2015 0:30 57.8 17/03/2015 0:11 56.7 17/03/2015 0:31 58.5 17/03/2015 0:12 56.7 17/03/2015 0:32 59.0 17/03/2015 0:13 56.0 ... ... ... 17/03/2015 0:14 55.8 ... ... ... 17/03/2015 0:15 55.8 ... ... ... 17/03/2015 0:16 55.7 17/03/2015 23:56 -66. 17/03/2015 0:17 55.0 17/03/2015 23:57 -68. 17/03/2015 0:18 54.8 17/03/2015 23:58 -69. 17/03/2015 0:19 55.0 17/03/2015 23:59 -69. Tabel 4-2.
Sama seperti Tabel 4-1, tapi untuk tanggal 25 November 2015.
Tanggal Waktu Nilai Koreksi Tanggal Waktu Nilai Koreksi
25/11/2015 0:00 41.3 25/11/2015 0:20 45.1 25/11/2015 0:01 41.7 25/11/2015 0:21 45.0 25/11/2015 0:02 42.1 25/11/2015 0:22 45.0 25/11/2015 0:03 42.3 25/11/2015 0:23 45.3 25/11/2015 0:04 42.5 25/11/2015 0:24 45.8 25/11/2015 0:05 42.5 25/11/2015 0:25 46.0 25/11/2015 0:06 42.5 25/11/2015 0:26 46.1 25/11/2015 0:07 42.6 25/11/2015 0:27 46.9 25/11/2015 0:08 42.8 25/11/2015 0:28 46.5 25/11/2015 0:09 43.0 25/11/2015 0:29 46.5 25/11/2015 0:10 43.1 25/11/2015 0:30 47.3 25/11/2015 0:11 43.1 25/11/2015 0:31 47.7 25/11/2015 0:12 43.8 25/11/2015 0:32 48.2 25/11/2015 0:13 43.9 ... ... ... 25/11/2015 0:14 44.2 ... ... ... 25/11/2015 0:15 44.2 ... ... ... 25/11/2015 0:16 44.1 25/11/2015 23:56 35.3 25/11/2015 0:17 44.3 25/11/2015 23:57 35.6 25/11/2015 0:18 44.4 25/11/2015 23:58 35.8 25/11/2015 0:19 44.8 25/11/2015 23:59 36.0
Nilai geomagnet total didapat dari Persamaan 2-2. Nilai ini merupakan medan magnet total sebelum dikoreksi, ditunjukkan dalam masing-masing gambar grafik bagian atas. Untuk nilai koreksi harian ditunjukkan dalam masing-masing gambar grafik bagian bawah, merupakan nilai geomagnet total yang sudah dikoreksi dengan medan magnet total dari IGRF tahun 2015 untuk Balai Penginderaan Jauh Pare-Pare. Nilai medan magnet total dari IGRF tahun 2015 sebesar 42198,7 nT.
Dalam aplikasinya, koreksi harian geomagnet ini digunakan untuk mengeliminasi efek magnet yang datang dari eksternal bumi, maka setiap pengukuran geomagnet di lapangan (survei geomagnet) di daerah Pare-Pare dan sekitarnya sebagai contoh pada tanggal 25 November dan 17 Maret 2015, perlu dikoreksi dengan nilai sebesar nilai koreksi (lihat Tabel 4-1 dan 4-2) untuk waktu yang bersesuaian.
5. Kesimpulan
Koreksi harian geomagnet yang didapatkan dari perhitungan digunakan untuk mengoreksi hasil pengukuran geomagnet untuk kepentingan pemetaan geomagnet. Koreksi ini di lakukan dengan menghilangkan pengaruh magnet yang bersumber dari eksternal bumi. Perhitungan yang dilakukan digunakan untuk daerah Pare-Pare dan sekitarnya. Nilai koreksi harian geomagnet total F berkisar antara 0 sampai dengan 60 nT untuk hari tenang. Untuk nilai koreksi pada hari terganggu berkisar antara 100 sampai dengan -200 nT , hal ini bergantung dengan gangguan dari matahari yang sampai ke bumi.
Rujukan
Belov. (2008). Forbush Effect and Their Connection With Solar, Interplanetary and Geomagnetic Phenomena. Proceeding IAU Symposium 257.
Cambell, W.H. (1989). An Introduction to Quiet Daily Geomagnetic Fields, in Quiet Daily Geomagnetic Fileds (Chambell, W.H., ed). Birkhäuser Verlag: Berlin
Campbell, W.H. (2003). Introduction to
Geomagnetic Fields, Cambridge University Press.
Loewe, C.A dan Prolss, G.W. (1997). Classsification and Mean Behaviour of Magnetic Stroms. J. Geophys. Res., 102, 14209-14213.
McPherron, R.L. (2005). Calculation of the Dst index, Presentation at LWS CDAW Workshop Fairfax, Virginia.
Ruhimat, Mamat. (2010). Koreksi Harian Dalam Survei Geomagnet. Geomagnet dan Magnet Antariksa Edisi Ke-2. Massma Publishing : Jakarta
Russel, C.T. (2006). The Solar Wind Interaction with the Earth’s Magnetosphere : Tutorial. Departement of Earth an Space Science and Institute of Geophysich and Space Physich of University of Calofornia, Los Angles.
Setiahadi, B. (2006). Research on Magnetohydrodynamic Transport Phenomena in Solar-Terrestrial Space at LAPAN Watukosek 2006. Prosiding Seminar Antariksa Nasional III, Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa, LAPAN, Bandung, pp 17. Zhou X. Y dan Wei F.S. (1998). Prediction of
recurrent geomagnetic distrurbance by using adaptive filtering. Earth Planets Space, 50, 839-845.
ESTI NURANI, lahir di kota Surakarta (Jawa Tengah) pada tanggal 02 November 1995 belajar di program studi fisika FMIPA UNS.
