PENGEMBANGAN MODEL FLUKSMIKROMETEOROID
DARI DATA METEOR WIND RADAR
Thomas Djamaluddin
Peneliti Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa, LAPAN t_djamal@bdg.lapan.go.id, t_djamal@hotmail.com
ABSTRACT
Developing of micrometeoroid flux model is needed to infer the characteristic of meteor flux entering Earth environment and potentially e n d a n g e r satellites and spacecraft. Meteor Wind Radar (MWR), as an instrument for detecting wind of u p p e r atmosphere dynamics, provides d a t a of meteor influx. Analysis of Serpong's and Kototabang's MWR d a t a showed that meteor flux d e p e n d s on the position of the station relative to the ecliptic plane. The inclination from the ecliptic plane c a u s e s annual variation with the m i n i m u m s a r o u n d 22 March and 23 September. Meteor flux from Serpong MWR which is higher during March minimum t h a n t h a t during September minimum may be explained t h a t it is d u e to position difference relative from meteor direction. While Kototabang station is located at (0.2OS, 100.32°E), very close to the equator, m u s t be both m i n i m u m shows similar flux. However, d u e to the decrease of solar activity, minimum flux during September t e n d s to be higher t h a n that of March. There is also a trend t h a t meteor flux increases as solar activity decreases from
1992-1995 and 2002 - the end of 2004. Sinusoidal model of micrometeoroid flux which is combined with function of solar activity was developed to describe variation of micrometeoroid flux. Anomalies from 'the ecliptic variation' a n d solar activity factors may indicate a non-uniform and very dynamics meteoroid distribution in space environment due to comet d u s t or space weather.
ABSTRAK
Pengembangan model fluks mikrometeoroid diperlukan u n t u k mengetahui karakteristik variasi fluks meteor yang m a s u k ke lingkungan bumi d a n berpotensi mengancam satelit d a n w a h a n a antariksa. Model ini d i k e m b a n g k a n b e r d a s a r k a n data
fluks Meteor Wind Radar. Meteor Wind Radar (MWR) sebagai perangkat pengamatan
angin atmosfer a t a s sekaligus j u g a memberikan data fluks meteor. Analisis pada data MWR Serpong dan Kototabang m e n u n j u k k a n bahwa fluks meteor bergantung pada posisi stasiun relatif t e r h a d a p bidang ekliptika. Kemiringan relatif t e r h a d a p bidang ekliptika m e n y e b a b k a n variasi t a h u n a n meteor dengan m i n i m u m sekitar 22 Maret dan 23 September. Fluks meteor dari MWR Serpong p a d a saat m i n i m u m Maret lebih tinggi dari minimum September, dapat dijelaskan akibat p e r b e d a a n posisi relatif terhadap arah datang meteoroid. S e m e n t a r a MWR Kototabang terletak p a d a 0,20°LS 100,32°BT sangat dekat dengan ekuator, m e n u n j u k k a n variasi yang s e h a r u s n y a mempunyai minimum yang relatif s a m a . Namun akibat p e n g a r u h aktivitas m a t a h a r i y a n g m e n u r u n ,
fluks minimum September c e n d e r u n g lebih tinggi dari p a d a minimum Maret. Terlihat
kecenderungan u m u m meningkatnya fluks meteor mengikuti m e n u r u n n y a aktivitas matahari dari 1992 - 1995 dan 2002 ke akhir 2004. Model sinusoidal fluks mikrometeoroid yang digabungkan dengan fungsi aktivitas m a t a h a r i dikembangkan u n t u k m e n g g a m b a r k a n variasi fluks mikrometeoroid. Anomali dari Variasi ekliptik' dan faktor aktivitas m a t a h a r i d a p a t memberikan indikasi distribusi meteoroid yang tidak seragam dan sangat dinamik di lingkungan antariksa akibat debu komet atau cuaca antariksa.
1 PENDAHULUAN
Partikel a n t a r planet (sisa pem-bentukan tata surya a t a u debu komet) secara u m u r a d i n a m a k a n meteoroid. J u m l a h terbesar meteoroid b e r u k u r a n sangat kecil sehingga disebut mikro-meteoroid. Ketika m e m a s u k i bumi, meteoroid bergesekan dengan atmosfer dan terbakar t a m p a k sebagai meteor. Efek p e m a n a s a n saat bergesekan dengan atmosfer menyebabkan ionisasi sehingga dapat dideteksi sebagai echo dengan radar meteor. Karena biasanya radar meteor digunakan j u g a u n t u k meneliti dinamika angin di atmosfer atas, sehingga radar meteor sering j u g a disebut Meteor
Wind Radar (MWR) d e n g a n fungsi u t a m a
MWR mempelajari kondisi fisik dan dinamika atmosfer a t a s p a d a ketinggian 70-120 km. J u m l a h echo yang digunakan dalam analisis angin di atmosfer a t a s juga m e n u n j u k k a n j u m l a h meteor yang
m a s u k ke atmosfer b u m i .
Meteor terdiri dari meteor spora-dik dan hujan/badai meteor. Fluks meteor yang m a s u k ke atmosfer b u m i dapat
menggambarkan kondisi partikel a n t a r planet di lingkungan a n t a r i k s a di sekitar bumi. Pengamatan fluks meteor dengan MWR sangat penting k a r e n a memberikan data fluks yang tidak t e r p e n g a r u h oleh cuaca seperti p a d a p e n g a m a t a n secara visual. Dengan m e n g g u n a k a n MWR, jumlah meteor yang terdeteksi sangat
lengkap m e n c a k u p seluruh langit. Di Indonesia, p e n g a m a t a n dengan MWR juga sangat m e n g u n t u n g k a n k a r e n a masalah awan yang sering mengganggu pengamatan astronomi secara visual tidak menjadi m a s a l a h lagi.
Data meteor diperoleh dari MWR Serpong dan MWR Kototabang. Sejak 1992 sampai 1999 telah dioperasikan MWR Serpong (6.4° LS, 106.7° BT) hasil kerjasama LAPAN, Universitas Kyoto, dan BPPT, (Tsuda, et. al. 1999) MWR hasil kerjasama LAPAN d a n Universitas Kyoto dioperasikan di Kototabang (0.20° LS,
100.32° BT) sejak 2 0 0 2 . Makalah ini melaporkan hasil penelitian t e n t a n g pengembangan model fluks
mikro-184
meteoroid yang d i t u r u n k a n dari data MWR Serpong dan MWR Kototabang.
2 DATA DAN PENGOLAHANNYA
Pengembangan model dilakukan dengan menganalisis d a t a meteor dari MWR Serpong d a n Kototabang. Data p e n g a m a t a n meteor dari MWR Serpong
1992 - 1999 d a n MWR Kototabang 2002-2004 diperoleh dari RASC (Radio
Atmospheric Science Center, sekarang
namanya menjadi RISH-i?esearch Institute
for Sustainable Humanosphere)- Universitas
Kyoto. Format d a t a awal MWR Serpong adalah d a t a angin di atmosfer a t a s yang dihitung dari masing-masing echo dari setiap meteor. U n t u k menghitung jumlah meteor d i b u a t program k h u s u s yang menghitung j u m l a h echo setiap harinya. Sedangkan format d a t a MWR Kototabang adalah d a t a angin rata-rata setiap j a m p a d a r e n t a n g km ketinggian tertentu dengan j u m l a h meteor yang digunakan dalam p e r h i t u n g a n d a t a angin. Dengan demikian j u m l a h meteor dapat dihitung dengan program k h u s u s yang dibuat u n t u k m e n g h i t u n g j u m l a h meteor hariannya.
Data fluks meteor harian kemudian diplotkan r u n t u t waktu u n t u k analisis variasinya. Penghalusan dilakukan u n t u k d a t a MWR Kototabang dengan rata-rata bergerak 13 h a r i a n u n t u k menghilang-kan variasi j a n g k a pendeknya. Model sinusoidal d i b u a t u n t u k dicocokkan dengan plot variasi h a r i a n n y a yang telah dihaluskan. Karena t a m p a k n y a siklus aktivitas m a t a h a r i j u g a berperan pada variasi j a n g k a panjang, modelnya di-gabungkan d e n g a n fungsi aktivitas matahari.
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada Gambar 3-1 ditunjukkan hasil analisis fluks h a r i a n meteor yang ter-deteksi MWR Serpong. Variasi t a h u n a n terlihat dengan m i n i m u m sekitar 22 Maret (xxxx,25) dan 23 September (xxxx,75) dan maksimum sekitar bulan J u n i (xxxx,5) dan Desember (xxxx,0). Hal ini
diinterpre-Gambar 3 - 1 : Fluks meteor harian yang terdeteksi MWR Serpong. Variasi t a h u n a n terlihat bila dikaitkan dengan titik-titik di bawah yang m e n u n j u k k a n 22 Maret d a n 23 September. Sedangkan titik di a t a s m e n u n j u k k a n tanggal-tanggal hujan meteor besar
Gambar 3-2: Fluks meteor harian yang terdeteksi MWR Kototabang (garis tipis). Garis tebal m e n u n j u k k a n hasil penghalusan 13 harian. Variasi t a h u n a n karena kemiringan ekliptika terlihat jelas
tasikan bahwa variasi fluks meteor sebagai akibat kemiringan ekuator b u m i dari bidang ekliptika. Sedangkan variasi tahun-an fluks meteor dari MWR Kototabtahun-ang ditunjukkan p a d a Gambar 3-2 yang mem-perlihatkan variasi serupa. Variasi dari tahun k e t a h u n , k h u s u s n y a p a d a Gambar 3-2. m e n u n j u k k a n bahwa distri-busi meteoroid di bidang ekliptika sepan-jang orbit bumi tidak seragam. Roggeman
(1989) dalam Handbook International
Meteor Organization menjelaskan bahwa
variasi fluks meteor h a n y a disebabkan oleh distribusi yang tidak seragam radian meteor. Tetapi analisis ini menunjukkan b a h w a variasi karena kemiringan bidang ekuator t e r h a d a p bidang ekliptika sangat jelas.
Berdasarkan data deteksi meteor di MWR Serpong, Djamaluddin et. al. (1995), dengan d a t a terbatas 1992-1993 memperoleh model empirik fluks mikro-meteorid sebagai berikut:
dengan
JMS adalah j u m l a h total harian meteor sporadik,
H adalah hari sejak 1 J a n u a r i
Pada analisis ini digunakan data yang lebih panjang 1992 - 1999 d a n di-peroleh model empirik sebagai berikut: JMs=1400-700*cos[(H-80)/365*4*Pi) (3-2)
Perbandingan a n t a r a model dan data ditunjukkan p a d a Gambar 3-3.
Untuk fluks meteor dari MWR Kototabang diperoleh model empirik sebagai berikut:
JMs=5500-3000*cos[(H-80)/365*4*Pi) (3-3) Perbandingan a n t a r a model dan data ditunjukkan p a d a Gambar 3-4.
Baik p a d a Gambar 3-3 m a u p u n Gambar 3-4 terlihat jelas bahwa model sinusoidal terkait dengan variasi ekliptik
c u k u p baik menjelaskan variasi periodik-nya. Tetapi masih a d a penyimpangan yang c u k u p besar. Terlihat saat aktivitas
matahari minimum, sekitar 1996 - 1997 dan 2004 - 2004 fluks meteor cenderung lebih tinggi dari yang dimodelkan sekadar sinusoidal. Selain variasi t a h u n a n karena kemiringan ekliptika terlihat j u g a kecen-derungan peningkatan fluks meteor y a n g terdeteksi MWR Serpong (Gambar 3-3) sejak 1992 s a m p a i 1997, y a n g mengindi-kasikan pengaruh aktivitas matahari yang berbanding terbalik dengan fluks meteor. Demikian juga kecenderungan peningkatan
fluks sejak 2002 s a m p a i 2 0 0 5 p a d a d a t a
meteor MWR Kototabang (Gambar 3-4), yang mengindikasikan pengaruh aktivitas m a t a h a r i yang berbanding terbalik fluks meteor.
Gambar 3-3: Perbandingan a n t a r a model sinusoidal (garis tebal) dan d a t a meteor dari MWR Serpong (garis tipis).
14000
2002.75 2003 2003.25 2003.5 2003.75 2004 2004.25 2004.5 2004.75 2C05 Year
Gambar 3-4: Perbandingan a n t a r a model sinusoidal (garis tebal) d a n d a t a meteor dari MWR Kototabang (garis tipis)
2002.75 2003 2003.25 2003.5 2003.75 2004 2004.25 2004.5 2004.75 2005
Year
Gambar 3-5: Perbandingan a n t a r a model gabungan sinusoidal dan fungsi aktivitas m a t a h a r i (garis titik-titik) d a n d a t a meteor dari MWR Kototabang (garis penuh)
Analisis pengaruh aktivitas mata-hari bisa j u g a dilihat dari ketidaksime-trisan minimum bulan Maret dan September. Pada Gambar 3-1 ketidak simetrisan dapat dijelaskan karena posisi Serpong yang b e r a d a di selatan ekuator. Pada bulan Maret MWR Serpong, ditinjau dari arah datangnya meteoroid, posisinya relatif lebih di depan dari pada posisi bulan September. Akibatnya minimum pada bulan Maret fluks-nya relatif lebih banyak dari p a d a minimum bulan September. Dengan penjelasan yang sama, kalau tidak ada faktor lainnya yang berpengaruh, minimum p a d a Maret dan September p a d a fluks meteor yang terdeteksi pada MWR Kototabang semesti-nya relatif sama karena MWR Kototabang letaknya hampir di ekuator. Pada Kenya-taannya minimum pada bulan September
fhiks-nya lebih banyak dari pada minimum
bulan Maret. Hal ini diduga k a r e n a pengaruh p e n u r u n a n aktivitas matahari yang berdampak p a d a peningkatan fluks meteor. Meningkatnya fluks meteoroid saat aktivitas m a t a h a r i minimum j u g a disimpulkan oleh Ellyett (1977).
Pada Gambar 3-5 ditunjukkan suatu pendekatan empirik s e d e r h a n a dengan m e m a s u k k a n fungsi aktivitas matahari dengan parameter bilangan
sunspot harian (yang telah dihaluskan
27 harian):
JMs=50/Rh*[5500-3000*cos|(H-80)/365*4*Pi)](3-4)
dengan Ri, bilangan sunspot harian setelah dihaluskan dengan r a t a - r a t a bergerak 27 harian. Tampak bahwa model pendekatan yang m e m a s u k k a n faktor aktivitas m a t a h a r i lebih baik dari sekadar model sinusoidal. Setidaknya dapat menjelaskan bahwa minimum p a d a b u l a n September (xxxx.75) relatif lebih tinggi dari p a d a minimum p a d a bulan Maret (xxxx.25). Penyimpangan yang c u k u p besar masih tampak p a d a beberapa selang. Hal ini m e n u n j u k k a n kondisi sebaran mikro-meteoroid yang tidak seragam di bidang ekliptika.
4 KESIMPULAN
Hasil analisis variasi fluks meteor dari p e n g u k u r a n MWR Serpong dan MWR Kototabang m e n u n j u k k a n adanya variasi t a h u n a n dengan d u a minimum p a d a Maret dan September dan d u a maksimum p a d a J u n i d a n Desember. Hal ini m e n u n j u k k a n a d a n y a variasi periodik k a r e n a posisi relatif terhadap bidang ekliptika, kemudian dimodelkan secara empirik dengan persamaan sinusoi-dal. Di samping itu j u g a terlihat kecen-derungan adanya pengaruh aktivitas matahari yang berbanding terbalik dengan
fluks meteor, yaitu p a d a s a a t aktivitas
m a t a h a r i m e n u r u n terlihat fluks meteor cenderung naik. Maka dibuat model empirik yang menggabungkan persamaan sinusoidal dan fungsi aktivitas matahari.
JMS =50/ Rh*[5500-3000*cos[(H-80) / 365*4*Pi)] Hasilnya d a p a t menjelaskan fluks mini-mum pada bulan September lebih tinggi dari bulan Maret saat aktivitas matahari menurun. Masih a d a n y a penyimpangan menunjukkan adanya penyebaran meteo-roid di sepanjang orbit b u m i mengelilingi matahari yang tidak seragam d a n ber-sifat dinamis.
Ucapan Terima kasih
Data MWR Serpong d a n Koto-tabang diberikan oleh Dr. Takuji Nakamura dari Universitas Kyoto.
DAFTAR RUJUKAN
Djamaluddin, T., Suaydhi, dan Ratag, M. A. ,199 5. Telaah Orbit Komet dalam
Kaitannya dengan Hujan Meteor,
Majalah LAPAN No 74, him. 39, 1995.
Ellyett, C, 1977. Solar influence on meteors
rates and atmospheric density varia-tions at meteor heights (Abstract), J.
Geophys. Res., 8 2 , 1455 - 1462. (Provided by the NASA Astrophysics Data System)
NAO (National Astronomical Observatory), 1995. Rika nepyo (Chronological Scientific Tables), pp. 106. (In J a p a n e s e )
Roggemans, P. (ed.), 1989.Handbook for
visual meteor observations, Sky
Publishing Corporation, Cambridge. Tsuda, T., K. Ohnishi, S. Yoshida, et. al., Observations of atmospheric waves in the tropical Pacific with r a d a r s a n d Radiosondes (Abstract), Adv.
Space Res., 24, 1591-1600. (Provided
by the NASA Astrophysics Data System).
