Menguak Badai Petir di Atmosfer Atas Bumi

Badai petir di atmosfer atas Bumi tetap menjadi misteri. Para ilmuwan tidak dapat menjangkau mereka secara langsung dengan instrumen; mereka terlalu tinggi untuk balon dan terlalu rendah untuk satelit cuaca.

Sebuah investigasi di atas International Space Station telah melakukannya. European Space Agency (ESA) Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM) adalah kumpulan kamera optik, fotometer, dan detektor sinar X dan gamma besar yang dipasang di bagian luar Modul Columbus ESA di stasiun.

Setidaknya selama dua tahun, alat tersebut akan mengamati buangan listrik yang dihasilkan oleh petir di atmosfer atas—stratosfer dan mesosfer—hingga ke ionosfer, tepi angkasa. Fasilitas observasi Bumi ini memungkinkan untuk mempelajari badai petir yang hebat serta peran mereka dalam atmosfer dan iklim Bumi.

Artikel terkait: Fenomena Aneh Terjadi di Atas Atmosfer Bumi

Petir atmosfer atas dikenal sebagai transient luminous events, atau “peristiwa bercahaya sementara”, seperti fenomena warna-warni dengan nama-nama langsung dari dongeng: sprite, elf, dan giant.

Stasiun luar angkasa menawarkan penyelidikan ini sebagai sebuah platform pengamatan yang ideal untuk beberapa alasan. Orbit Bumi-nya yang rendah membawa pengamatan sedekat mungkin dengan fenomena atmosfer atas ini. Orbit stasiun juga menawarkan cakupan wilayah tropis dan subtropis yang hampir lengkap, yang sebagian besar sulit diakses, tetapi merupakan tempat terjadinya badai petir yang paling hebat.

Akhirnya, pengamatan dibuat dalam pita optik yang dapat diserap di atmosfer, sehingga tidak dapat digunakan untuk pengamatan di permukaan tanah.

Sprite adalah kilatan yang disebabkan oleh kerusakan listrik di mesosfer. Blue jet adalah luapan petir yang mencapai ke atas melalui stratosfer, dan Elf adalah lingkaran konsentris dari emisi yang disebabkan oleh pulsa elektromagnetik di ujung bawah ionosfer.

Giant adalah buangan besar yang menciptakan gangguan listrik atmosfer dari puncak badai ke ionosfer bawah. Sedangkan kilat gamma-ray terestrial adalah fenomena kilat yang dihasilkan di atas badai petir. Bukti menunjukkan bahwa pelepasan elektron buangan menyebabkan beberapa fenomena ini.

Pada 1920-an, ilmuwan Inggris C.T.R. Wilson menerima Hadiah Nobel untuk pekerjaanya yang membuat radiasi pengion dari sinar kosmik dan sinar-X dapat terlihat. Dia memperkirakan bahwa pelepasan listrik dapat terjadi di atas badai di mesosfer, dan medan listrik badai petir dapat mempercepat elektron untuk energi relativistik.

Instrumen tidak cukup sensitif untuk memberikan jawaban definitif sampai tahun 1993, ketika kilatan sinar-X di atas badai diamati dari Compton Gamma Ray Observatory milik NASA.

Baca juga: Inilah 10 Satwa Paling Setia

Pada tahun 1990, pengamatan pertama pada Sprite didokumentasikan. Sejak saat itu, pengamatan menemukan banyak buangan di atas badai petir, dan pesawat ruang angkasa di orbit rendah mengamati radiasi sinar X dan sinar gamma.

ASIM merepresentasikan survei global yang komprehensif tentang ketinggian super tinggi ini, peristiwa yang sulit untuk diamati dari lapangan yang membantu menentukan bagaimana mereka berhubungan dengan petir. Investigasi ini juga mempelajari pembentukan awan berketinggian tinggi dan menentukan karakteristik apa yang membuat badai petir efektif dalam mengganggu atmosfer berketinggian tinggi.

Penelitian ini meningkatkan pemahaman tentang efek badai di atmosfer bumi dan memberikan kontribusi untuk model atmosfer yang lebih baik serta prediksi meteorologi dan klimatologi.

"Observasi ketinggian tinggi memungkinkan kita untuk mempelajari peristiwa-peristiwa ini tanpa awan yang mengaburkan," kata peneliti utama, Torsten Neubert dari National Space institute of the Technical University of Denmark.

"Dengan ASIM, kita akan lebih memahami proses kompleks dari petir atmosfer atas, yang juga merupakan elemen dari petir biasa, meskipun mereka mengambil bentuk yang berbeda. Pemahaman ini dapat meningkatkan teknologi untuk mendeteksi petir biasa," lanjutnya.

Investigasi ini juga membantu memperjelas efek badai petir di atmosfer, ionosfer dan sabuk radiasi, serta memantau masuknya meteor di lingkungan Bumi dan efeknya pada atmosfernya. Blue jet di puncak awan badai, misalnya, mengubah konsentrasi gas rumah kaca yang dapat mempengaruhi stratosfer.

Jenis pembuangan dan strukturnya membantu para ilmuwan lebih memahami struktur atmosfer di mana mereka terjadi dan daya petir yang menggerakkan mereka.

"Kami akan belajar lebih banyak tentang awan badai petir dan struktur halus dari stratosfer dan mesosfer, yang selama ini sedikit diketahui," ujar Neubert.

Artikel terkait: Kata Astronom, Inilah Planet yang Sungguh Dapat Kita Huni

Berdasarkan video yang diambil oleh astronot ESA, Andreas Mogensen, dari stasiun luar angkasa pada tahun 2015, para ilmuwan telah belajar lebih banyak tentang jenis awan apa yang membuat aktivitas seperti itu, dan petir itu berasal dari awan pada ketinggian sekitar 10,5 mil (17 km). "Ini adalah hasil ilmiah yang kuat yang pertama kalinya mendokumentasikan seberapa aktif puncak awan badai dapat terjadi," tambahnya.

Pengamatan ASIM juga meningkatkan pemahaman tentang pengaruh badai debu, polusi perkotaan, kebakaran hutan, dan gunung berapi pada pembentukan awan dan elektrifikasi, dan hubungan aktivitas petir dengan intensifikasi badai petir. Itu bisa membantu kita semua untuk hidup lebih bahagia selamanya.