Medan listrik aneh di sekitar Bumi, yang sudah lama diduga ada, telah terdeteksi untuk pertama kalinya, dan diyakini menyebabkan angin kutub yang meluncurkan partikel ke luar angkasa dengan kecepatan supersonik.
“Medan listrik ambipolar” ini adalah medan listrik lemah yang meliputi seluruh planet, dan pertama kali diteorikan keberadaannya lebih dari 60 tahun yang lalu, tetapi akhirnya terdeteksi berkat pengamatan dari roket Endurance NASA, menurut sebuah makalah baru di jurnal Nature.
Medan listrik ambipolar diperkirakan menjadi pendorong utama partikel bermuatan yang mengalir ke luar angkasa di atas kutub—dikenal sebagai “angin kutub”—dan mungkin telah memengaruhi atmosfer planet kita dalam beberapa cara lain.
Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA / Andøya Space/Leif Jonny Eilertsen
Medan listrik ambipolar Bumi adalah fenomena yang terjadi di ionosfer, bagian atas atmosfer Bumi, tempat ion dan elektron hadir dalam jumlah yang signifikan. Di ionosfer Bumi, elektron dan ion dapat bergerak menjauh, sehingga untuk menjaga kepadatan muatan positif dan negatif agar hampir sama, medan listrik terbentuk—inilah medan listrik ambipolar.
Medan listrik ini diduga ada pada tahun 1960-an untuk menjelaskan mengapa partikel tiba-tiba terdeteksi mengalir dari atmosfer ke luar angkasa di atas kutub, sebuah fenomena yang dijuluki angin kutub.
Ion hidrogen khususnya terlihat didorong keluar dengan gaya 10,6 kali lebih kuat daripada gaya gravitasi yang menariknya kembali ke bawah.
“Itu lebih dari cukup untuk melawan gravitasi—bahkan, itu cukup untuk meluncurkan mereka ke luar angkasa dengan kecepatan supersonik,” kata salah satu penulis studi Alex Glocer, ilmuwan proyek Endurance di NASA Goddard, dalam sebuah pernyataan.
Angin kutub ini membingungkan para ilmuwan, karena partikel-partikel itu tampak tidak dipanaskan, namun bergerak lebih cepat daripada kecepatan suara.
“Pasti ada sesuatu yang menarik partikel-partikel ini keluar dari atmosfer,” kata penulis utama studi Glyn Collinson, peneliti utama Endurance di Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, dalam pernyataan tersebut. “Ini seperti sabuk konveyor, yang mengangkat atmosfer ke luar angkasa.”
Medan listrik lemah yang dihasilkan pada skala subatomik dihipotesiskan sebagai penggeraknya, yang disebut medan listrik ambipolar. Hal ini belum terbukti keberadaannya, hingga saat ini.
Misi roket Endurance NASA diluncurkan dari pulau Svalbard di Norwegia, hanya beberapa ratus mil dari kutub utara, pada bulan Mei 2022, terbang hingga ketinggian sekitar 480 mil dan mengukur perubahan tegangan atmosfer.
“Svalbard adalah satu-satunya jangkauan roket di dunia tempat Anda dapat terbang menembus angin kutub dan melakukan pengukuran yang kami butuhkan,” kata rekan penulis studi Suzie Imber, fisikawan antariksa di Universitas Leicester, dalam pernyataan tersebut.
Roket tersebut hanya mengukur perubahan 0,55 volt pada rentang ketinggian 322 mil.
“Setengah volt hampir tidak ada apa-apanya—hanya sekuat baterai jam tangan,” kata Collinson. “Namun, itu jumlah yang tepat untuk menjelaskan angin kutub.”
Konfirmasi medan ambipolar di sekitar planet kita ini memiliki implikasi besar bagi evolusi atmosfer Bumi, serta Venus dan Mars.
“Setiap planet yang memiliki atmosfer seharusnya memiliki medan ambipolar,” kata Collinson. “Sekarang setelah kami akhirnya mengukurnya, kami dapat mulai mempelajari bagaimana medan tersebut membentuk planet kita dan planet-planet lainnya dari waktu ke waktu.”
Apakah Anda memiliki tip tentang cerita sains yang Berita Mingguan seharusnya meliput? Apakah Anda memiliki pertanyaan tentang angin kutub? Beri tahu kami melalui science@newsweek.com.
Referensi
Collinson, GA, Glocer, A., Pfaff, R., Barjatya, A., Conway, R., Breneman, A., Clemmons, J., Eparvier, F., Michell, R., Mitchell, D., Imber, S., Akbari, H., Davis, L., Kavanagh, A., Robertson, E., Swanson, D., Xu, S., Miller, J., Cameron, T., . . . Ghalib, A. (2024). Medan elektrostatik ambipolar Bumi dan perannya dalam pelepasan ion ke luar angkasa. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07480-3