0
MEDAN MAGNET
MATAHARI
DEA NURUL UTAMI20313301Sistem Bumi bulan Matahari
Topik : Halaman
1. Medan Magnet Bintang 2
2. Matahari 5
3. Medan Magnet Matahari 7
4. Cara Kerja Medan Magnet Matahari 8
5. Effek Dari Medan Magnet Matahari 12
6. Kesimpulan 14
1
1. Medan Magnet Bintang:
Medan magnet bintang adalah medan magnet yang dihasilkan melalui pergerakan plasma
konduktif di dalam bintang. Gerakan ini dihasilkan melalui konveksi, yang merupakan salah
satu metode pengaliran energi yang melibatkan pergerakan fisik. Medan magnet yang
terlokalisasi memberikan gaya terhadap plasma sehingga meningkatkan tekanan tanpa
peningkatan massa jenis yang sebanding. Akibatnya, wilayah yang termagnetisasi meluas
relatif terhadap sisa plasma hingga mencapai fotosfer bintang. Mekanisme ini lalu
menghasilkan bintik matahari dan fenomena coronal loop.
Fig 1: Medan magnet Matahari mendorong keluarnya plasma
(http://en.wikipedia.org/wiki/Coronal_mass_ejection)
Pengukuran :
Medan magnetik bintang dapat diukur mengggunakan efek Zeeman. Normalnya, atom-atom
yang berada di atmosfer bintang akan menyerap dpektrum energi elektromagnetic pada
frekuensi tertentu, menghasilkan garis aborpsi berwana hitam pada spektrum. Ketika atom
berada pada medan magnetik, garis ini akan terbagi menjadi beberapa garis yang berdekatan.
Energi juga menjadi terpolarisasi dengan orientasi yang tergantung pada orientasi medan
magnet. Dengan demikian, kekuatan dan arah medan magnet bintang tersebut dapat
ditentukan dengan pemeriksaan garis efek Zeeman.
2
Sebuah spectropolarimeter bintang digunakan untuk mengukur medan magnet bintang.
Instrumen ini terdiri dari spektrograf yang dikombinasikan dengan sebuah polarimeter.
Instrumen pertama yang didedikasikan untuk mempelajari medan magnet bintang adalah
Narval, yang dipasang di Lyot Telescope Bernard di Pic du Midi de Bigorre di pegunungan
Pyrenees Perancis.
Berbagai pengukuran, termasuk magnetometer selama 150 tahun terakhir; telah membuat
variabilitas magnet besar Matahari pada skala dekade, seratus dan waktu seribu tahun.
Fig 2 : Spektrum yang paling bawah menunjukkan effek zeeman setelah medan magnet
muncul di atas permukaan (www.cfa.harvard.edu)
Pembentukan Medan Magnet Bintang :
Medan magnet Stellar, menurut teori dinamo matahari, terjadi di dalam zona konvektif
bintang. Sirkulasi konvektif fungsi plasma berfungsi seperti dinamo. Aktivitas ini
menghancurkan medan magnet primordial bintang, kemudian menghasilkan medan magnet
dipole. Bintang kemudian mengalami rotasi diferensial, berputar pada tingkat yang berbeda
untuk berbagai lintang-magnetisme, menjadi bidang toroidal dari "fluks rope" yang kemudian
melilit bintang. Bidang dapat menjadi sangat terkonsentrasi, menghasilkan aktivitas ketika
mereka muncul di permukaan.
Medan magnet yang berasal dari perputaran gas atau cairan konduktif, mengembangkan arus
listrik sendiri (self-amplifying electric currents) serta menghasilkan medan magnet sendiri,
dikarenakan kombinasi rotasi diferensial (kecepatan sudut yang berbeda dari berbagai bagian
3
tubuh), gaya Coriolis dan induksi . Distribusi arus bisa sangat rumit, dengan banyak loop
terbuka dan tertutup, dan dengan demikian medan magnet di sekitar arus akan langsung
memutar. Pada jarak yang besar, medan magnet dari arus yang mengalir dalam arah yang
berlawanan dibatalkan dan hanya sebuah net dipole field yang dapat bertahan,namun
perlahan-lahan berkurang dengan jarak. Karena arus utama mengalir dalam arah gerakan
massa konduktif (arus khatulistiwa), komponen utama dari medan magnet yang dihasilkan
adalah bidang dipol dari loop arus khatulistiwa, sehingga menghasilkan kutub magnet di
dekat kutub geografis tubuh yang berputar.
Jika gas atau cairannya sangat kental (yang mengakibatkan diferensial gerakan turbulen),
pembalikan medan magnet mungkin tidak akan sangat periodik. Hal ini merupakan kasus
yang berkaitan dengan medan magnet bumi, yang dihasilkan oleh arus yang bergolak dalam
inti luar yang kental.
Aktivitas Permukaan :
Starspots merupakan daerah aktivitas magnetik yang intens pada permukaan bintang. (Pada
matahari disebut bintik matahari( sun spot)). Menghasilkan suatu bentuk kompenen yang
dapat terlihat, berupa tabung fluks magnetik yang terbentuk di dalam zona konveksi sebuah
bintang. Karena rotasi diferensial bintang, tabung tersebut akan meringkuk dan menggeliat,
menghambat konveksi dan memproduksi zona yang mempunyai suhu rendah dari suhu
normal. Loop koronal sering terbentuk di atas starspots, membentuk garis medan magnet
yang membentang keluar ke korona. Pada gilirannya berfungsi untuk memanaskan korona
pada suhu lebih dari satu juta kelvin.
Medan magnet terkait dengan starspots, loop koronal terkait dengan aktivitas flare (lidah api)
dan terkait coronal mass ejection. Plasma dipanaskan sampai puluhan juta kelvin, dan partikel
dipercepat jauh dari permukaan bintang dengan kecepatan yang ekstrim.
Aktivitas permukaan ini tampaknya berhubungan dengan usia dan tingkat rotasi bintang deret
utama. Bintang muda dengan kecepatan rotasi yang tinggi menunjukkan aktivitas yang kuat.
Sebaliknya middle age star seperti matahari, dengan tingkat rotasi yang lambat menunjukkan
rendahnya tingkat aktivitas yang bervariasi dalam siklus. Beberapa bintang yang lebih tua
menampilkan hampir tidak ada aktivitas, yang mungkin berarti mereka telah memasuki jeda
yang sebanding dengan Matahari Maunder minimum (dimana jarang sekali ditemukan
sunspot pada tahun 1600-1715). Pengukuran variasi waktu dalam aktivitas bintang dapat
berguna untuk menentukan tingkat rotasi diferensial bintang.
4
Magnetosphere:
Sebuah bintang dengan medan magnet akan menghasilkan magnetosfer yang memanjang ke
luar ke ruang sekitarnya. Garis-garis medan dari bidang ini berasal di salah satu kutub magnet
pada bintang kemudian berakhir di kutub lain dan membentuk loop tertutup. Magnetosfer
berisi partikel bermuatan yang terperangkap dari angin bintang, yang kemudian bergerak
sepanjang garis-garis medan ini. Saat bintang berputar, magnetospher juga akan berputar,
meyeret partikel yang bermuatan.
Saat bintang memancarkan materi melalui angin bintang dari fotosfer, magnetosfer
menciptakan torsi pada materi yang dikeluarkan. Hal ini menghasilkan transfer momentum
sudut dari bintang ke ruang sekitarnya, menyebabkan melambatnya tingkat rotasi bintang.
Bintang yang berputar cepat memiliki tingkat kehilangan massa yang lebih tinggi, sementara
tingkat rotasi melambat, demikian juga perlambatan sudut.
2. Matahari:
Matahari adalah obyek terbesar di tata surya, yang mengandung lebih dari 99,8% dari total
massa dari tata surya (Jupiter berisi sebagian besar sisanya). Matahari terbuat dari sekitar
90% hidrogen dan 8% helium, dengan banyak unsur lainnya. Seiring waktu, reaksi fusi nuklir
yang memicu inti matahari mengkonversi hidrogen menjadi helium, mengubah rasio dari dua
elemen tersebut. Reaksi-reaksi ini membuat sejumlah besar energi, yang muncul sebagai
cahaya, dan panas.
Fig 3 : Gambar Matahari menggunakan sinar X (hubblesite.org)
5
Zona Matahari :
Para ilmuwan berpikir Matahari terbuat dari beberapa lapisan, atau zona. Bagian tengah
(core) adalah wilayah dimana terjadi reaksi fusi pembakaran hidrogen untuk daya Matahari.
Energi yang dihasilkan keluar melalui zona radiasi, yang masih sangat padat, menuju "zona
konveksi." Di sini, mengalir suatu gas panas yang disebut plasma, membawa energi dari
bagian bawah lapisan ini menuju ke permukaan matahari yang terlihat, atau yang biasa
disebut Photospher.
Fig 4: Zona Matahari (cse.ssl.berkeley.edu).
Pergerakan panas dalam aliran materi adalah aliran konveksi; bekerja dengan cara yang sama
seperti panci air di atas kompor, di mana arus air dipanaskan di bagian bawah membawa
energi ke permukaan. Setelah beberapa energi dilepaskan dalam bentuk uap, air yang telah
dingin turun kembali ke bawah, kemudian dipanaskan kembali, dan siklus dimulai kembali.
Siklus plasma ini mengalir di zona konveksi matahari, "naik" (bergerak ke luar) di seluruh
matahari untuk melepaskan panas di atmosfer matahari, kemudian tenggelam kembali ke
dalam untuk dipanaskan kembali. Siklus gerak ini beredar permukaan matahari, atau fotosfer,
menciptakan pola granular di daerah luar bintik matahari. Setiap granul merupakan aliran
yang terpisah dari plasma panas yang berasal dari interior.
6
3. Medan Magnet Matahari
Matahari, menghasilkan medan magnet yang meluas keluar ke angkasa. Namun, medan
magnet matahari berubah baik bentuk dan intensitas di atas permukaan, dan dari waktu ke
waktu, menjadi lebih cepat.
George Fisher, seorang astronom surya di University of California, menjelaskan bagaimana
para ilmuwan berpikir mengenai bintik matahari : “Sunspot adalah bagian gelap dari
permukaan matahari yang lebih dingin dari daerah sekitarnya. Sunspot menjadi lebih dingin
dikarenakan adanya medan magnet yang kuat yang menghambat transportasi panas melalui
konveksi di bawah sinar matahari. Medan magnet terbentuk di bawah permukaan matahari,
dan terus keluar menuju batas atmosfer terluar matahari, atau "corona."
Sunspot
Gambar dari Big Bear Solar Observatory menunjukkan umbra gelap dikelilingi oleh
penumbra pucat beberapa bintik matahari. Bintik matahari terdiri dari dua bagian: gelap, disk
yang tengah melingkar yang disebut umbra, dan area luar yang lebih ringan disebut
penumbra. Istilah "umbra" berarti "warna" dalam bahasa Latin, "penumbra" berarti "hampir
teduh." Sebuah sunspot tunggal memiliki hidup yang terbatas yang muncul, tumbuh, dan
secara bertahap menghilang.
Fig 5. Umbra dan penumbra pada sunspot (en.wikipedia.org)
7
4. Cara Kerja Medan Magnet Matahari
Medan magnet diciptakan oleh hal-hal yang bersifat magnetis (seperti magnet besi) atau
dengan memindahkan partikel bermuatan. Sebuah medan magnet adalah deskripsi dari gaya
benda magnetik yang diberikan dalam ruang yang mengelilingi objek magnetik.
Ketika partikel bermuatan bergerak sangat cepat mereka menciptakan medan magnet.
Matahari terbuat dari ion bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif dalam keadaan
materi yang disebut plasma. Karena Matahari terbuat dari partikel bermuatan, medan magnet
diciptakan oleh gerakan partikel.
Partikel bermuatan pada Matahari bergerak dalam tiga cara dikarenakan suhu tinggi matahari
dan pergerakan porosnya, yang mempengaruhi satu sama lain untuk membuat medan magnet
Matahari yang kompleks:
1. Suhu yang tinggi pada Matahari menyebabkan ion bermuatan positif dan elektron
bermuatan negatif yang membentuk plasma untuk bergerak. Pergerakan plasma
menciptakan banyak medan magnet rumit yang memutar dan berbalik arah.
2. Plasma yang sangat panas berhembus dari Matahari sebagai angin matahari juga
menyebabkan terjadinya medan magnet.
3. Plasma di Matahari juga berputar di sekitar sumbu matahari. Plasma yang berada di
daerah kutub berputar lebih lambat dari plasma di khatulistiwa menyebabkan
terjadinya pemutaran dan peregangan medan magnet.
Gerakan plasma Matahari berinteraksi dan mempengaruhi satu sama lain untuk membentuk
seluruh medan magnet Matahari. Di dekat permukaan Matahari medan magnet berputar
dengan sangat kompleks. Lebih jauh dari permukaan Matahari, beberapa kecenderungan
umum mulai bermunculan. Di dekat kutub Medan magnet lebih kuat daripada di equtor
Matahari. Walaupun medan magnet lemah di khatulistiwa Matahari, medan magnet tersebut
masih 100 kali lebih kuat dari pada medan magnet bumi.
Selain kompleks, medan magnet Matahari juga sangat besar besar hingga mampu
mempengaruhi gerakan partikel bermuatan yang sangat jauh, yaitu partikel yang berjarak
sekitar 75-100 kali jarak Bumi ke Matahari.
8
Fig 6: Medan magnet matahari ditunjukkan dalam gambar seperti di atas, dengan kutub dan
garis ekuator. Garis medan magnet berubah saat matahari berotasi. Setela 1,2,dan 3
putaran, garis medan magnet mulai membungkus permukaan matahari. Setelah banyak
rotasi, medan magnet ini akhirnya membungkus sempurna permukaan matahari dengan kuat,
dan memiliki banyak loop pada perukaannya. (what-when-how.com)
Fig 7:Gambaran X-ray dari ppermukaan matahari
yang diambil oleh satelit TRACE, menunjukkan
loops dari garis medan magnet yang keluar
melalui permukaan matahari. (cse.ssl.berkeley.edu)
Bintik matahari merupakan daerah dimana terdapat medan magnet yang sangat kuat. Di
tempat ini terdapat banyak garis-garis medan yang mendorong melalui permukaan, membawa
beberapa plasma panas dalam bentuk busur yang spektakuler (atau lingkaran). Kita melihat
akhir loop sebagai sunspot di permukaan matahari yang terlihat, atau fotosfer. Garis-garis
medan magnet ini menciptakan tekanan besar, seperti tekanan gas yang kita rasakan saat kita
9
menekan balon maka gas di dalam balon. Kita akan merasakan tersebut juga akan berusaha
menekan keluar.
David Dearborn menjelaskan, "Jika Anda mengambil tempat di mana terdapat konsentrasi
medan magnet dan menempatkan mereka bersama-sama, mereka akan memiliki tekanan
mereka sendiri. Anda dapat merasakan tekanan magnetik ketika Anda mengambil dua magnet
dan mengambil ujung polaritas yang sama dan mencoba untuk menempatkan mereka
bersama-sama. Mereka akan saling dorong mendorong, menolak untuk menyatu. Itulah
tekanan magnetik. "Semakin banyak garis-garis medan magnet yang meringkuk bersama-
sama, semakin kuat mereka ingin saling mendorong”.
Fig 8: Gambar di atas menunjukkan dengan jelas keeradaan Sunspot ketika medan magnet
keluar dari permukaan matahari. (cse.ssl.berkeley.edu)
Komponen utama dari medan magnet matahari akan berbalik arah setiap 11 tahun (jadi
periodenya sekitar 22 tahun), mengakibatkan terjadinya pengurangan magnitudo dari medan
ketika mendekati waktu pembalikan arah. Selama dormansi ini, aktivitas bintik matahari akan
maksimum (karena kurangnya pengereman magnetik pada plasma) dan sebagai hasilnya,
enjeksi besar plasma berenergi tinggi ke korona matahari dan ruang antarplanet terjadi.
Tabrakan bintik matahari dengan medan magnet menghasilkan generasi medan listrik yang
kuat. Medan listrik ini mempercepat elektron dan proton dengan energi tinggi
10
(kiloelectronvolts) dan akan menghasilkan semburan plasma yang sangat panas yang
meninggalkan permukaan Matahari dan memanaskan plasma koronal hingga mencapai suhu
tinggi (jutaan kelvin).
Visualisasi ini menunjukkan posisi medan magnet matahari dari Januari 1997 sampai
Desember 2013. Garis-garis medan berkerumun dengan aktivitas. Garis berwarna magenta
menunjukkan di mana daerah negatif matahari secara keseluruhan dan garis hijau
menunjukkan daerah positif.
Daerah kaya elektron adalah negatif sedangkan daerah yang memiliki lebih sedikit elektron
adalah positif. Garis abu-abu tambahan mewakili daerah variasi magnet lokal.
Fig 9 : Garis gaya medan magnet yang berputar tiap 11 tahun sekali (Space Daily - Solar Science)
Polaritas magnetik di Matahari membalik setiap 11 tahun. Fenomena ini dikenal dengan
siklus matahari. Visualisasi ini menunjukkan pada tahun 1997, matahari menunjukkan
polaritas positif di atas, dan polaritas negatif di bagian bawah.
Selama 12 tahun ke depan, masing-masing set garis terlihat merayap menuju kutub yang
berlawanan yang pada akhirnya menunjukkan putaran penuh. Pada puncak masing-masing
pembalikan magnetik ini, matahari mengalami aktivitas yang lebih banyak, di mana ada lebih
banyak bintik matahari, dan secara lainnya seperti letusan solar flare dan coronal mass
11
ejections, atau CMEs. Titik dimana bintik Matahari banyak terbentuk disebut solar
maximum.
4. Effect Medan Magnet Matahari Pada Bumi
Matahari menyediakan semua energi bumi. Sinarnya memberikan energi untuk fotosintesis
pada tumbuhan dan alga, dasar rantai makanan, yang akhirnya menopang semua kehidupan di
bumi. Namun beberapa fenomena surya, termasuk bintik matahari, dapat mempengaruhi
Bumi dan manusia.
Pada awal abad kesembilan belas, para ilmuwan menyadari bahwa tingginya tingkat aktivitas
di matahari, seperti flare dan bintik matahari, yang diikuti segera oleh fluktuasi yang kuat
dalam instrumen elektronik di bumi, dan perubahan dalam fenomena alam seperti aurora.
Sunspot merupakan daerah gelap di bawah sinar matahari yang memproduksi medan magnet
yang tidak hanya berhenti di atas permukaan dan mengembang. Plasma yang sangat panas,
yang berada di dekat sunspot berinteraksi dengan medan magnet, dan keluar dalam bentuk
solar flare, atau coronal mass ejection (CME). partikel energetik, x-ray dan medan magnet
dari peristiwa ini membombardir bumi dalam apa yang disebut badai geomagnetik. Sehingga
menghasilkan beberapa fenomena di bumi seperti :
1. Aurora
Medan magnet bumi melindungi aktivitas manusia dari sebagian besar emisi
matahari, dengan cara membelokkan partikel yang berasal dari matahari dengan
tekanan magnetnya sendiri. Hasil dari pembelokkan ini ,menghasilkan hal yang
spektakuler yaitu Aurora Borealis dan Aurora Australis, di kutub di mana garis-garis
medan magnet bumi terkonsentrasi.
12
Fig 10 : Aurora muncul di permukaan Bumi. (adri-saputra.blogspot.com)
Fig 11 : Ilustrasi NASA menunjukkan medan magnet bumi dan interaksinya dengan solar wind
( adri-saputra.blogspot.com)
2. Masalah besar untuk satelit:
Karena kebanyakan satelit berada di luar perlindungan atmosfer bumi, maka satelit-
satelit tersebut akan merasakan badai geomagnetik yang paling parah. Ketika satelit2
tersebut terkena badai matahari maka permukaan satelit dapat mengubah polaritasnya
secara tiba-tiba dan bergerak ke daerah di mana ada medan listrik yang berbeda.
Sehingga satelit tersebut akan mendapatkan arus listrik yang mengalir di dalam satelit
tersebut. Dan hal tersebut akan memberikan dampak buruk pada satelit tersebut.
3. Badai matahari itu disebabkan ledakan besar di matahari. Ledakan itu membebaskan
gelombang sinar-X dan radiasi ultraviolet yang masuk ke Bumi dalam hitungan menit,
mengganggu sinyal radio.
13
5. Kesimpulan
Medan magnet matahari tercipta akibat aliran plasma. Menurut teori dinamo matahari,
sirkulasi konvektif fungsi plasma berfungsi seperti dinamo. Aktivitas ini menghancurkan
medan magnet primordial bintang, kemudian menghasilkan medan magnet dipole. Bintang
(Matahari) kemudian mengalami rotasi diferensial, berputar pada tingkat yang berbeda untuk
berbagai lintang-magnetisme, menjadi bidang toroidal dari "fluks rope" yang kemudian
melilit bintang.
Medan magnet ini sewaktu waktu akan keluar melalui permukaan matahari. Perpotongan
antara medan magnet dan permukaan matahari akan menghasilkan warna hitam (sunspot).
Semakin besar medan magnet yang keluar, maka warna sunspot tersebut akan semakin
hitam. Warna hitam pada sunpot menandakan bahwa suhu pada area sunspot mengalami
penurunan.
Medan magnet yang keluar melalui permukaan matahari akan keluar dan lepas membawa
elektron dan aliran panas (solar wind) yang akan bergerak dan melewati beberapa planet,
termasuk bumi. Ketika melewati bumi, dengan adanya medan magnet bumi, kita terlindung
dari panasnya solar wind yang dilepaskan oleh Matahari. Efek dari hantaman tersebut akan
terlihat sebagai aurora di bumi.
14
Daftar Pustaka
Kaler, James.1996. “The Ever Changing Sky”.Cambridge University Press, New York
Vernet, M.N., 2007. “Basics of The Solar Wind”. Cambridge University Press, New York
Wahyuni, Siti, & Satya Dwi. 2010 “Gerak Pusat Pemandu Pada Partikel Plasma Dalam
Medan Magnetik Disekitar Matahari”. Universitas Gajah Mada Yogjakarta
15
Top Related