Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY 107
ISSN 0853-0823
Assimetri Pergerakan Grup-Grup Sunspot di Lintang Utara dan
Selatan Matahari pada Siklus Aktivitas Matahari Ke 22
Nanang Widodo
Stasiun Pengamat Dirgantara, LAPAN Watukosek, P.O.Box 04 Gempol Pasuruan e-mail: nang_widodo@yahoo.co.id
Abstrak - Sunspot merupakan salah satu indikator aktivitas matahari. Pada awal siklus aktivitas matahari ditandai oleh munculnya sunspot di lintang tinggi sekitar 45oLU atau 45oLS. Selama dalam perjalanan evolusinya sunspot mengalami pergeseran posisi, sunspot dapat bergerak menuju ke kutub atau menuju ke ekuator. Pergerakan grup sunspot di fotosfer adalah implementasi bahwa ada aliran plasma. Plasma keluar dari fotosfer dipengaruhi oleh medan magnet khususnya di lapisan konvektif . Pergerakan grup sunspot dapat dinyatakan dalam vektor resultan, R = (+ bB, + l L). Dimana B menyatakan sumbu bujur dan L sumbu lintang matahari. Besar b adalah rata-rata selisih derajat bujur/hari, dan l adalah rata-rata selisih derajat lintang/hari. Data yang digunakan untuk analisis pergerakan grup sunspot adalah kelas H dan J (klasifikasi Zurich) di belahan Utara dan Selatan cakram matahari dari hasil pengamatan matahari SPD Watukosek dari tahun 1988 – 1997 (siklus ke 22). Hasil penelitian ini diperoleh informasi bahwa tidak semua grup sunspot di lintang tinggi bergerak menuju kutub dan grup sunspot di lintang rendah bergerak ke ekuator. Gerak grup sunspot di sekitar ekuator relatif lebih cepat dari pada gerak sunspot yang berada di lintang tinggi. Kecepatan grup sunspot di lintang utara dan selatan adalah relatif sama besar. Tetapi ada ketidak-simetrisan dalam arah gerak sunspot menuju ke kutub atau menuju ke ekuator.
Kata kunci: sunspot, lapisan konvektif, lintang Utara-Selatan matahari.
I. PENDAHULUAN
Aktivitas matahari yang ditandai oleh kemunculan sunspot di permukaan matahari mempunyai siklus 11 tahunan. Kemunculan sunspot di permukaan matahari dikendalikan oleh medan magnet matahari. Sirkulasi meridional matahari merupakan pola aliran masif di dalam matahari yang mengangkut plasma panas dekat permukaan dari ekuator matahari ke kutub dan kembali ke ekuator di lapisan konvektif, Gambar 1. menyerupai sabuk konveyor (conveyor belt), NASA, 2010.
Gambar 1. Konsep sirkulasi meridional Matahari.(Sumber science@ NASA).
Akibatnya ada sebagian garis gaya magnet yang muncul ke permukaan dan mengakibatkan terjadinya polaritas positif dan negatif (preceeding dan following). Pengaruh dari rotasi matahari menyebabkan medan magnet mengalami puntiran sehingga terjadi ketidakstabilan struktur garis medan magnet, seperti yang dilukiskan pada Gambar 2.
108 Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY
ISSN 0853-0823 Pada penelitian ini, penulis akan menganalisis pergerakan
grup sunspot selama evolusi diwakili dalam vektor resultan. Arah vektor resultan memproyeksikan arah bujur dan lintang. Dengan bantuan program IDL, diperoleh pengukuran posisi grup sunspot secera presisi pada arah Bujur dan Lintang, sesuai besaran °P, °B dan °L pada hari pengamatan [3].
II. DATA OBSERVASI DAN METODOLOGI PENELITIAN
Pengamatan harian aktivitas matahari (khususnya sunspot) dilakukan secara rutin di Stasiun Pengamat Dirgantara LAPAN Watukosek dari tahun 1987 hingga sekarang. Data sunspot yang digunakan pada penelitian ini adalah data sunspot ke 22 (tahun 1987 s/d 1996). Grup-grup sunspot yang diambil sebagai sampling adalah kelas G, H dan atau J (klasifikasi Zurich). Alasan pemilihan grup sunspot untuk kelas-kelas di atas adalah citra umbra dan penumbranya mempunyai bentuk yang relatif stabil, sehingga akan lebih mudah untuk dilakukan tracking posisi grup sunspot. Berikut ini contoh sunspot yang berotasi dari timur ke barat selama 5 hari amatan dan berevolusi pada kelas J, seperti Gambar 3.
Gambar 3. Contoh evolusi sunspot dari timur ke barat, dari sunspot di lintang selatan.
Chiu menyatakan bahwa pada awal siklus, sunspot sering muncul dekat 30-35° LU (Lintang Utara) atau °LS (Lintang Selatan) hemisfer matahari [4], sedangkan data hasil pengamatan sunspot dari SPD Watukosek didapatkan sunspot yang muncul pada awal siklus sampai pada ketinggian 40-45 °LU dan °LS. Data tersebut dibagi dalam dua bagian yaitu grup sunspot di lintang utara sebanyak 163 data dan grup sunspot di lintang selatan sebanyak 240 data. Evolusi grup sunspot yang dipilih adalah yang berdurasi antara 3 – 13 hari amatan.
Metodologi Penelitian
Berikut ini beberapa tahapan metodologi dalam penelitian ini antara lain:
1. Mengamati evolusi grup sunspot secara digital dan citra. 2. Mengukur posisi sunspot °B dan °L dengan program IDL 3. Mengukur ∆b dan ∆l selama evolusi sunspot.
4. Mengukur ∆b dan ∆lselama evolusi sunspot.
5. Menggambarkan vektor rata-rata pergerakan sunspot/hari. 6. Analisis pergerakan sunspot dalam selang 5°L.
7. Memodelkan pergerakan grup sunspot dalam vektor dua arah yaitu derajad bujur (°B) dan derajad lintang (°L).
Perubahan posisi grup sunspot secara harian dalam arah (°B, °L), dapat diartikan sebagai pergerakan vektor r1, r2, . . ., rn (dalam pasangan koordinat °B, °L) dengan n = lama evolusi grup sunspot (satuan hari), k = konstanta vektor. Howard menyatakan kombinasi linear dari beberapa vektor ri dinyatakan sebagai vektor resultan R, R(b°B, l°L) [5]
R = k1 r1 + k2r2 + …. + kn rn . (1)
Supaya didapatkan satu besaran yang mewakili arah gerak grup sunspot dalam suatu evolusi, akan dihitung rata-rata selisih derajat bujur/hari (∆b) dan rata-rata selisih derajat lintang/hari (+ ∆l). Tanda (+) berarti vektor ri condong ke arah ekuator, sedangkan tanda (−) berarti vektor ri condong ke arah kutub. Selisih derajat bujur, (∆b), Tabel 1, kolom 2 diperoleh dari bi+1 dikurangi bi, dan rata-rata selisih derajat bujur (∆b) yang dituliskan dalam persamaan
1
Selisih derajat lintang, (∆l) Tabel 1, kolom 5 diperoleh dari li+1 dikurangi li, dan rata-rata selisih derajat lintang (∆l) yang dituliskan dalam persamaan
1
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Karena evolusi setiap grup sunspot mempunyai durasi waktu yang berbeda, maka untuk mendapatkan infomasi secara umum arah pergerakan grup sunspot akan dihitung rata selisih °B/hari dituliskan persamaan (2), dan rata-rata selisih °L/hari persamaan (3). Selama evolusi grup sunpsot no 318 ini berada pada posisi rata-rata = 21,45 °L dan condong ke ekuator sebesar 0,16 °L, Gambar 4. Hasil perhitungan persamaan (2) dan (3) dimasukkan dalam kolom 3 dan kolom 6, Tabel 1.
TABEL 1. CONTOH PENGUKURAN POSISI GRUP SUNSPOT NO 318 TANGGAL 1-6 AGUSTUS 1990
bi b ∆b li l ∆l
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY 109
ISSN 0853-0823 Gambar 4. Perubahan posisi grup sunspot no 318 dari tgl 1-6 Agustus 1990,
sumbu X (=oB) vs sumbu Y (=oL).
Berdasarkan pengamatan harian, suatu grup sunspot tidak akan bergerak lebih dari 5 derajat lintang, kolom 1 Tabel 2. Kolom 3 dan kolom 6, tanda (−) berarti vektor ri condong ke arah kutub dan sebaliknya tanda (+) berarti vektor ri condong ke arah ekuator.
Analisis lintang Utara, sunspot yang berada di daerah 0,00 – 30,00 menunjukkan semakin tinggi lintangnya semakin lama waktu 1 kali rotasinya, sedangkan pada daerah 30,01 – 40,00°L waktu 1 kali rotasi sedikit lebih cepat dibandingkan daerah 25,00-30,00°LAnalisis lintang selatan, yang berada di daerah 0,00 – 25,00 °L menunjukkan semakin tinggi lintangnya semakin lama waktu 1 kali rotasinya. Adanya penyimpangan, dari teori bahwa waktu 1 kali rotasi dari sunspot di lintang tinggi lebih cepat, disebabkan data grup sunspot sangat sedikit, sehingga bila ada kesalahan dalam
mengukur posisi akan berakibat penyimpangan besar kecepatan rotasinya [6].
Dalam pengamatan rotasi, peneliti menyimpulkan bahwa sunspot di sekitar ekuator perlu waktu 25 hari untuk satu kali rotasi. Sunspot pada ketinggian lintang 30 °L (utara atau selatan) membutuhkan waktu rotasi 27,5 hari, sedangkan sunspot yang mendekati kutub 75 °L membutuhkan waktu rotasi sekitar 33 hari [6].
IV. KESIMPULAN
Pada Tabel 2, kolom 4 dan 7 sunspot di daerah 0,0 – 25,0 °L dari lintang utara maupun lintang selatan diperoleh hasil bahwa semakin tinggi posisi sunspot gerak rotasi sunspotnya lebih lambat atau lama rotasi lebih panjang. Pada lintang tinggi 30,0 – 40,0, sunspot dari lintang utara dan menunjukkan ketidak-simetrisan yang signifikan dalam hal kecepatan gerak sunspot °B/hari dan pergeseran arah lintang °L/hari. Secara fisis, fenomena tersebut disebabkan dorongan plasma yang dipengaruhi oleh garis-garis medan magnet di lapisan konvektif matahari.
Berdasarkan analisis evolusi posisi grup-grup sunspot dari vektor resultan R(°B,°L) menunjukkan secara global topografi pergerakan grup sunspot dari lintang utara dan selatan, hal ini mendukung pernyataan teori rotasi diferensial sunspot [7]. Dengan diketahui vektor resultan R(°B, °L) dari sunspot pada siklus aktivitas matahari ke 22 ini dan diketahui beberapa indikator fisis citra sunspot [1], maka dapat diperkiraan posisi munculnya grup sunspot pada hari berikutnya secara tepat.
TABEL 2. HASIL ANALISIS PERGERAKAN GRUP SUNSPOT ARAH BUJUR DAN LINTANG DARI SUNSPOT DI LINTANG UTARA DAN SELATAN.
Utara Selatan Selang rata-rata rata-rata Lama
rotasi
Arah rata-rata rata-rata Lama rotasi
Arah oL
∆°B/day ∆°L/day (hari) R (°B,°L) ∆°B/day ∆°L/day (hari) R (°B,°L)
0.00 – 5.00 13.5 0.08 26.67 13.52 -0.04 26.73
5.01–10.00 13.28 -0.02 27.11 13.29 0.04 27.09
10.01-15.00 13.16 -0.03 27.35 13.13 0.02 27.42
15.01–20.00 12.85 0.04 28.01 12.8 0.07 28,13
20.01-25.00 12.78 0.16 28.16 12.81 0.05 28.10
25.01–30.00 12.64 0.08 28.48 11.83 -0.12 30.43
30.01-35.00 12.86 0.25 27.99 12.38 0.07 29.08
35.01–40.00 12.95 0.16 27.80 12.7 -0.01 28.35
40.01- 11.49 -0.02 31.33 11.49 -0.02 31.33
PUSTAKA
[1] N Widodo. Analisis evolusi grup sunspot SPD LAPAN Watukosek untuk memperoleh indicator kemunculan flare. Jurnal Sains Dirgantara, LAPAN Vol 4, No 1. Desember 2006, ISSN : 1412-808X.
[2] N. Widodo. Pemodelan kurva rotasi diferensial surya dari sunspot di belahan utara matahari pada siklus ke 22, data pengamatan SPD LAPAN Watukosek. Prosiding Seminar Nasional Matematika IV, Jur. Matematika FMIPA ITS. Surabaya 13 Desember 2008, hal 131 - 139, ISBN: 978-979-96152
110 Prosiding Pertemuan Ilmiah XXV HFI Jateng & DIY
ISSN 0853-0823 Research Centre on ICT (Information & Communication
Technology), 2007, p 101.
[4] Chiu Hung-yu The relationship between sunspot activity and the several of the sun’s magnetic polarity. 2010, Hong Kong Observatory.
[5] A. Howard. Elementary Linear Algebra” Anton Textbooks Inc, Fifth Edition, 1987, diterjemahkan oleh Pantur Silaban, ITB, Penerbit Erlangga.
[6] J.K.William. Exploration of the solar system. Macmillan Publising Co.Inc, Newyork, 1978.
[7] N. Widodo. Analisis pergerakan grup sunspot pada arah bujur dan lintang matahari menggunakan data sunspot siklus ke 22 dari LAPAN Watukosek. Prosiding Seminar Sains Antariksa V, DRN-Puspitek Serpong. Tangerang, 15 Nop 2010, (dalam proses penerbitan).
TANYA JAWAB
Ma’rufin Sudibyo (RHI)
? Apa implikasi asimetri pergerakan grup sunspot terhadap siklus aktivitas matahari?
? Apa konsekuensinya terhadap prediksi solar minimum (dengan bilangan sunspot sekitar 40)?
Nanang Widodo
@ Asimetri pergerakan grup sunspot di lintang utara/selatan tidak dapat dikaitkan dengan awal, maksimum, akhir suatu siklus aktivitas matahari.
@ Misalkan bilangan sunspot, R ≈ 40 di tahun 2012 data bilangan sunspot R harian tersebut tidak dapat disimpulkan bahwa pada tahun tersebut diprediksi sebagai solar minimum.
Sismanto (Geofisika-UGM)
? Putaran sunspot 1 periode 27 hari bumi atau matahari? ? Berkaitan dengan mitos 2012, dengan menggunakan analisis runtun waktu dapatkah diprediksi kekuatan sunspot pada 10 tahun ke depan?
Nanang Widodo
@ Putaran sunspot 1 periode sekitar 27 hari disebabkan oleh adanya rotasi differensial materi plasma yang ada di permukaan matahari. Semakin tinggi lintang posisi sunspot, maka waktu yang dibutuhkan lebih panjang. @ Matahari mempunyai siklus aktivitas 11 tahunan, karena sifat berkala dan data time series, maka prediksi aktivitas matahari dapat diprediksi/diketahui.
