Merusak arus listrik di ruang angkasa memengaruhi wilayah ekuator Bumi, bukan hanya kutub, menurut penelitian baru.
Saat matahari menyala, cuaca ruang angkasa sedang menuju Bumi. Kredit gambar: NASA / SDO
Oleh Brett Carter, Boston College dan Alexa Halford, Universitas Dartmouth
Medan magnet Bumi - yang dikenal sebagai "magnetosfer" - melindungi atmosfer kita dari "angin matahari." Itulah aliran konstan partikel bermuatan yang mengalir keluar dari matahari. Ketika magnetosfer melindungi Bumi dari partikel-partikel matahari ini, mereka disalurkan ke daerah kutub atmosfer kita.
Ketika partikel-partikel itu menabrak lapisan ionosfer atmosfer, cahaya dilepaskan, menciptakan tampilan aurora warna-warni yang indah di dekat Kutub Utara dan Selatan. Ini adalah representasi visual yang menakjubkan dari interaksi kompleks dalam lingkungan ruang dekat Bumi, yang secara kolektif kita sebut "cuaca ruang angkasa".
Aurora lebih dari Norwegia, visual cuaca luar angkasa. Kredit gambar: Alexa Halford
Cuaca ruang yang sama yang menghasilkan tampilan yang indah ini dapat menyebabkan kekacauan bagi berbagai teknologi. Kami telah mengetahui untuk sementara waktu bahwa cuaca ruang angkasa di daerah lintang tinggi dekat kutub dapat menyebabkan kegagalan jaringan listrik, kadang-kadang menyebabkan kerusakan parah. Contoh paling terkenal adalah pemadaman Maret 1989 di AS Timur Laut dan melalui Quebec, Kanada yang menyebabkan jutaan orang tanpa daya selama 12 jam.
Tapi kami belum menganggap wilayah khatulistiwa sebagai target utama. Penelitian baru kami menunjukkan bahwa daerah yang lebih dekat ke garis khatulistiwa masih mengalami cuaca ruang yang buruk - dan pengaruhnya yang mengganggu infrastruktur jaringan listrik.
Mengubah medan magnet mendongkrak arus listrik
Tinggi di atas tanah di atmosfer atas berfluktuasi arus listrik yang didorong oleh interaksi di magnetosfer dan ionosfer. Arus atmosfer ini menyebabkan perubahan kuat pada kekuatan medan magnet lokal di tanah. Kita tidak bisa merasakan medan magnet itu sendiri, tetapi peneliti mengukur dan melacaknya di berbagai titik di permukaan bumi.
Dr. Endawoke Yizengaw di sebelah instalasi magnetometer yang mencatat perubahan medan magnet di tempat itu di Phuket, Thailand. Kredit foto: Endawoke Yizengaw
Semuanya baik dan bagus. Masalahnya muncul ketika arus atmosfer ini menyebabkan perubahan cepat dalam medan magnet. Ketika medan magnet tiba-tiba berubah, ia dapat menghasilkan arus listrik pada konduktor di permukaan bumi - misalnya, pipa panjang atau kabel seperti pipa minyak dan gas atau saluran transmisi listrik. Proses pembangkitan arus listrik ini disebut induksi magnetik.
Arus listrik ini tidak begitu kreatif disebut sebagai arus induksi geomagnetik, atau GIC. Daerah lintang tinggi paling rentan terhadap GIC karena arus listrik yang kuat mengalir melalui aurora, berkat cara angin matahari dialihkan ketika mengenai magnetosfer Bumi. Namun, seluruh planet dapat dipengaruhi hingga tingkat yang berbeda-beda.
Ketika mereka terjadi, GIC secara efektif menghasilkan arus listrik ekstra dalam infrastruktur jaringan listrik melalui induksi magnetik. Jaringan listrik, selama acara besar, dapat berakhir dengan mengambil lebih banyak listrik daripada yang bisa mereka tangani. Arus induksi ini telah menyebabkan banyak kegagalan peralatan yang menyebabkan pemadaman listrik untuk populasi besar.
Masalah di khatulistiwa juga, tidak hanya di dekat kutub
Arus yang diinduksi secara geomagnetik yang sama yang terjadi di daerah lintang tinggi dapat terjadi di sekitar khatulistiwa planet kita juga. Di sana, mereka disebabkan bukan oleh sistem arus listrik auroral yang kami temukan di dekat kutub, tetapi oleh rekan lintang rendah yang lebih lemah yang disebut electrojet ekuatorial. Seperti sistem arus ionosfer garis lintang tinggi, arus listrik electrojet equatorial dapat dideteksi di tanah menggunakan pengamatan medan magnet.
Baru-baru ini para peneliti melaporkan bahwa aktivitas GIC ditingkatkan di ekuator selama badai geomagnetik yang parah - saat itulah letusan matahari yang disebut "ejeksi massa koronal" memicu gelombang kejut yang menghantam Bumi. Mereka mengarahkan jari ke electrojet khatulistiwa sebagai penyebab yang diduga.
Dalam artikel penelitian baru kami di Geophysical Research Letters, kami menunjukkan bahwa negara-negara di dekat khatulistiwa magnetik lebih rentan terhadap cuaca luar angkasa daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Daripada berfokus pada badai geomagnetik yang parah, seperti peristiwa Halloween 2003 yang menyebabkan masalah jaringan listrik di Swedia (di antara banyak hal lain), kami mengambil cara yang berbeda. Analisis kami berfokus pada kedatangan guncangan antarplanet. Ini adalah peningkatan tekanan yang tiba-tiba pada angin matahari - aliran plasma yang terus mengalir keluar dari matahari. Ketika guncangan ini menghantam magnetosfer Bumi, dampaknya menyebabkan perubahan medan magnet mendadak yang dapat diukur di seluruh dunia.
Guncangan antar planet secara teratur mengumumkan awal badai geomagnetik. Tetapi banyak yang lewat relatif jinak tanpa berkembang menjadi badai geomagnetik penuh. Kami memperhatikan bahwa respons magnetik terhadap kedatangan kejut ini kadang-kadang secara signifikan lebih kuat di ekuator magnetik jika dibandingkan dengan lokasi yang hanya beberapa derajat jauhnya. Mengapa?
Analisis tentang bagaimana tanggapan ekuatorial ini berbeda sepanjang hari mengungkapkan bahwa mereka terkuat di siang hari dan terlemah di malam hari. Kontras harian ini sesuai dengan variasi yang terkenal di electrojet ekuatorial. Ini adalah bukti kuat bahwa electrojet khatulistiwa memperkuat aktivitas saat ini yang diinduksi secara geomagnetik selama kedatangan kejutan antarplanet dengan cara yang belum benar-benar dikenali sampai sekarang.
Jaringan listrik nonpolar juga bisa terkena cuaca luar angkasa. Kredit foto: Ken Doerr
Efek pada jaringan listrik khatulistiwa
Hasil ini memiliki implikasi signifikan bagi banyak negara yang terletak di bawah electrojet khatulistiwa yang mungkin mengoperasikan infrastruktur daya yang pada awalnya tidak dirancang untuk mengatasi cuaca luar angkasa. Negara-negara ini perlu mencari cara untuk melindungi infrastruktur mereka selama periode yang tenang secara geomagnetik serta selama badai geomagnetik yang parah.
Salah satu penulis pendamping kami, Dr Endawoke Yizengaw dari Boston College, tumbuh di Ethiopia, di dalam wilayah pengaruh elektrojet yang ekuatorial. Dia ingat pemadaman listrik yang tidak dapat dijelaskan secara teratur selama masa kecilnya dan bertanya-tanya apakah kejutan antarplanet mungkin berperan. Kami berharap dapat menjawab pertanyaan ini dalam waktu dekat.
Para ilmuwan di seluruh dunia sedang melakukan penelitian berkelanjutan untuk lebih memahami efek dari arus yang diinduksi secara geomagnetik ini pada jaringan listrik. Semakin jelas bahwa kita perlu menyelidiki efek dari periode tenang, bukan hanya peristiwa besar. Apa yang terjadi selama masa tenang ini, dan di daerah yang sering diabaikan, dapat berdampak signifikan pada masyarakat kita yang semakin bergantung pada teknologi.
Brett Carter adalah Ilmuwan Riset di Cuaca Luar Angkasa dan Fisika Ionosfer di Boston College dan Alexa Halford adalah Rekan Penelitian Postdoctoral dalam Fisika dan Astronomi di Universitas Dartmouth
Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation. Baca artikel aslinya.