Keajaiban Siklus Matahari

Keajaiban Siklus Matahari MATAHARI dalam perjalanan evolusinya sebagai sebuah bintang menunjukkan sifat-sifat dinamis, baik di lapisan luar (fotosfer, kromosfer, korona) maupun lapisan dalam. Salah satu keajaiban perilaku evolusi matahari adalah fenomena siklus aktivitas 11 tahun. Siklus merupakan perulangan peristiwa yang biasa terjadi di alam. Siang berganti malam, akibat rotasi bumi pada porosnya. Musim silih berganti akibat kemiringan poros rotasi bumi terhadap bidang orbitnya mengitari matahari (ekuator bumi membentuk sudut 23,5 derajat terhadap bidang ekliptika).

Dan matahari ternyata juga memiliki siklus aktivitas. Berbagai perioda siklus matahari telah diidentifikasi, baik dalam jangka puluhan maupun ratusan tahun. Salah satu yang mudah diamati adalah siklus aktivitas 11 tahun. Fenomena ini bahkan sudah diketahui oleh para pengamat matahari sejak abad ke-17, mengingat metoda yang digunakan sangatlah sederhana, yaitu menghitung jumlah bintik secara rutin setiap hari. Adalah seorang Galileo Galilei yang membuat terobosan besar dalam sejarah pengamatan astronomi. Setelah merampungkan teleskop buatan sendiri tahun 1610, salah satu benda langit yang menjadi sasaran adalah matahari. Ia takjub lantaran permukaan matahari dihiasi bintik-bintik hitam secara acak dan berkelompok. Bila diamati dari hari ke hari ternyata jumlah bintik dalam suatu kelompok berubah, demikian pula jumlah kelompok bintik secara keseluruhan. Sayangnya, Galileo tidak melakukan observasi setiap hari dalam kurun waktu panjang. Karena itu ia bukanlah penemu salah satu misteri akbar yang menjadi bagian dari evolusi Matahari, yaitu pemunculan bintik mengikuti suatu pola tertentu atau siklus. Entah secara kebetulan, dalam kurun waktu tahun 1645 - 1715, pemunculan bintik sangat sedikit. Rentang waktu matahari dalam kondisi ‘tidak aktif’ ini disebut sebagai Mauder Minimum. Hal ini pula yang mungkin menyebabkan fenomena siklus aktivitas matahari tidak diketahui sebelum tahun 1715. Satu hal yang menarik, aktivitas matahari minimum itu ternyata menyebabkan suhu seluruh muka bumi sangat dingin sepanjang tahun. Sungai di kawasan lintang rendah yang biasanya tidak membeku pun jadi beku, dan salju menutupi di berbagai belahan dunia. Tak berlebihan bila masa itu disebut Little Ice Age. Ada bukti-bukti abad es ini pernah terjadi jauh di masa lampau. Akankah bumi mengalami abad es kembali di masa yang akan datang? Pemahaman perilaku siklus matahari diharapkan dapat menjawab teka-teki ini. Siklus matahari Pengamatan matahari secara sistematis mulai dilakukan di Observatorium Zurich tahun 1749, atau lebih dari seabad setelah pengamatan Galileo. Selama berpuluh-puluh tahun observatorium ini menjadi pelopor dalam pengamatan Matahari. Dari ketekunan dan jerih payah selama puluhan tahun ini, akhirnya terungkap pemunculan bintik mengikuti suatu siklus dengan perioda sekira 11 tahun. Meski fenomena itu sudah diketahui ratusan tahun silam, perilaku atau sifat-sifat siklus aktivitas matahari 11 tahun masih merupakan topik penelitian yang relevan dilakukan oleh para peneliti pada saat ini. Entah dalam upaya untuk memahami fisika matahari maupun mengaji pengaruhnya bagi lingkungan tata surya. Khususnya, pengaruh aktivitas itu terhadap lingkungan bumi, yang lebih pupuler dengan sebutan cuaca antariksa (space weather). Satu abad kemudian, yaitu tahun 1849, observatorium lainnya (Royal Greenwich Observatory, Inggris) memulai pengamatan Matahari secara rutin.

Dengan demikian, data dari kedua observatorium tersebut saling melengkapi. Ada kalanya sebuah observatorium tidak mungkin melakukan pengamatan karena kondisi cuaca ataupun teleskop dalam perawatan. Siklus 11 tahun aktivitas matahari merupakan suatu keajaiban alam. Bagaimana sebenarnya proses pembangkitan siklus 11 tahun itu, hingga kini masih menjadi topik penelitian menarik bagi para ahli. Dari berbagai studi yang telah dilakukan, terungkap pembangkitan siklus itu berkaitan dengan proses internal matahari. Terjadi pada suatu lapisan di bawah fotosfer yang disebut lapisan konvektif. Lapisan konvektif mempunyai ketebalan sekira 30% dari jari-jari matahari. Namun, lapisan ini memunyai peranan penting dalam proses penjalaran energi yang dibangkitkan oleh inti matahari sebelum dipancarkan keluar dari fotosfer. Di antara inti dan lapisan konvektif terdapat lapisan radiatif. Satu-satunya teori yang bisa menjelaskan fenomena siklus 11 tahun secara tepat adalah teori “Dinamo Matahari” (Solar Dynamo). Seorang pakar bidang ini, Prof. Hirokazu Yoshimura dari Departemen Astronomi, Universitas Tokyo, telah melakukan studi intensif proses dinamo matahari melalui simulasi 3D menggunakan komputer. Begitu ketatnya menjaga kerahasiaan penelitian yang tengah dilakukan, laboratorium tempat ia bekerja senantiasa tertutup rapat. Salah seorang staf Matahari Watukosek-LAPAN, Maspul Aini Kambry, boleh jadi satu-satunya orang Indonesia yang sering berdiskusi di dalam laboratoriumnya ketika ia mengambil program doktor.

Melalui kerja sama penelitian, mereka berhasil membuktikan adanya siklus 55 tahun (55 years grand cycle) berdasarkan hasil simulasi dinamo matahari, yang dikonfirmasi melalui analisis observasi bintik menggunakan data dari National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Penemuan yang dituangkan dalam tesis doktor M.A. Kambry, sempat diekspos salah satu koran terkemuka Jepang, Yomiuri Shimbun, setelah dipresentasikan dalam suatu simposium astronomi (tenmon gakkai) di Jepang, 13 tahun silam. Diagram kupu-kupu Salah satu perilaku menarik dari siklus 11 tahun adalah pemunculan bintik ternyata dimulai dari lintang tinggi (antara 30 - 50 derajat) pada awal siklus. Secara perlahan, rentang kawasan pemunculan bintik ini bergeser ke arah lintang lebih rendah dan melebar pada 0 - 40 derajat dalam tahun-tahun menuju tahapan maksimum. Selama beberapa tahun setelah maksimum pemunculan bintik terdistribusi pada lintang 0 - 25 derajat. Dan pada akhir siklus (fase minimum), pemunculan bintik matahari lebih terkonsentrasi pada daerah ekuator (0 - 20 derajat). Perilaku tersebut muncul pada belahan utara maupun selatan. Dan bila kita petakan posisi lintang bintik itu terhadap waktu, maka akan tampak suatu bentuk sayap kupu-kupu kurang lebih simetris terhadap ekuator matahari. Karena itulah pola posisi pemunculan bintik ini disebut sebagai “diagram kupu-kupu” (butterfly diagram). Diagram kupu-kupu itu tidak hanya tampak dari pengamatan optik, tetapi juga sinar-X. Pemantauan satelit sinar-X Yohkoh selama 11 tahun (1991-2002) juga menampakkan pola diagram kupu-kupu. Ini menunjukkan adanya keterkaitan fenomena bintik di fotosfer dengan pola distribusi suhu sangat tinggi (jutaan derajat Celsius) di korona sebagai sumber pemancar sinar-X. Bila diagram kupu-kupu diperhatikan lebih seksama, ketika siklus menuju tahapan minimum, pemunculan bintik di daerah ekuator dibarengi dengan pemunculan bintik di lintang tinggi. Pemunculan bintik di lintang tinggi ini menjadi pertanda awal dari siklus aktivitas baru, sementara pemunculan bintik di daerah ekuator adalah pertanda akhir dari siklus lama. Selain siklus aktivitas 11 tahun, para ahli juga telah menemukan siklus pembalikan polaritas kutub matahari sekali dalam 22 tahun. Juga siklus-siklus lain yang memodulasi atau ‘menumpang’ siklus 11 tahun, yaitu siklus 55 tahun, 110 tahun, 220 tahun dan bahkan 1.100 tahun. Hipotesis adanya siklus 1.100 tahun berdasarkan hasil simulasi telah dikemukakan oleh Prof. H. Yoshimura dalam beberapa simposium di Jepang. Namun, konfirmasi melalui observasi masih sulit dilakukan, karena diperlukan data kontinu dalam rentang ribuan tahun. Kini, matahari tengah menuju fase minimum dari siklus ke-23, yang diperkirakan titik minimumnya akan jatuh pada pertengahan tahun 2006. Foto dari pesawat antariksa SOHO yang diambil pada 12/3/2004 memperlihatkan munculnya bintik di lintang tinggi (sekira 30 derajat). Ini boleh jadi merupakan indikasi awal dari siklus baru (siklus ke-24). Namun, hal ini masih perlu dikonfirmasikan pada bulan-bulan mendatang. Para peneliti di Observatorium Matahari Watukosek secara antusias memantau fase peralihan siklus ini. Pemahaman perilaku siklus Matahari secara mendalam akan meningkatkan ketepatan dalam melakukan prediksi (prediction) maupun prakiraan (forecast) aktivitas matahari beberapa tahun ke depan. Hal ini dilakukan untuk mengurangi bahaya atau dampak aktivitas matahari bagi lingkungan bumi.

Glass Liquid

Glass liquid

Glass atau kaca yang kita temukan sehari-hari adalah material padat pada suhu kamar. Untuk mencairkannya diperlukan suhu sekitar 1400 derajat celcius. Tentu hal yang sulit untuk membuat glass dalam keadaan liquid pada suhu kamar. Tapi bagi Masatoshi Shioda, hal tersebut telah menjadi kenyataan setelah melewati penelitian selama sembilan tahun lamanya. Glass ini berbentuk cairan pada suhu kamar, sehingga dinamakan glass liquid. Sekilas jika dilihat dengan mata, serupa dengan air biasa, namun bila dikeringkan dalam mesin pengering dapat membentuk glass atau kaca.

Cairan ini dibuat dengan mencairkan quartz, yang selanjutnya dalam keadaan liquid atau cairan distabilkan, kemudian ditambahkan dengan sekitar 30 jenis enzim. Fungsi enzim ini adalah untuk menghambat partikel-partikel quartz untuk berikatan (menjadi padat) sehingga menyebabkan quartz tetap dalam keadaan cair.

Kayu tahan api

Kayu merupakan bahan yang sering digunakan sebagai bahan untuk membuat rumah atau bangunan. Kayu memiliki sifat sangat mudah terbakar, sehingga jika terjadi kebakaran dapat dipastikan rumah tersebut hangus menjadi abu dan mampu merembet bangunan lainnya. Namun lain halnya jika kayu ini dilapisi dengan glass liquid, menyebabkan tahan api dan tidak mudah terbakar.

Untuk membuktikannya telah dilakukan percobaan dengan membakar miniatur rumah yang terbuat dari kayu. Satu miniatur rumah tanpa dilapisi dengan glass liquid, sedangkan yang lainnya dilapisi dengan glass liquid. Pada percobaan ini, kayu yang tanpa dilapisi glass liquid api dengan cepat membesar dan menimbulkan asap hitam, sedangkan kayu yang dilapisi glass liquid, api tidak membesar, bahkan apinya menjadi padam. Pada akhirnya kayu yang tidak dilapisi glass liquid menjadi abu, sedangkan yang dilapisi glass liquid tetap kokoh.

Pertanyaannya adalah mengapa glass liquid dapat menyebabkan kayu menjadi tahan api? Pada kayu banyak terdapat pembuluh silinder, jika pada kayu dilapisi glass liquid maka glass liquid ini akan menyerap dan menutupi bagian pembuluh-pembuluh tersebut sampai pada kedalaman sekitar lima milimeter. Penutupan pembuluh-pembuluh kayu akan mengubah kayu menjadi lapisan kaca sehingga membuat kayu menjadi tidak mudah terbakar. Seperti disebutkan dibagian awal tulisan ini bahwa untuk mencairkan kaca memerlukan suhu diatas 1400 1400 derajat celcius, sehingga dengan adanya glass liquid ini bangunan atau rumah yang terbuat dari kayu dapat terhindar dari kobaran api bila terjadi kebakaran.

Memperpanjang usia bangunan

Jepang memiliki pemecah gelombang laut yang terbuat dari konkrit untuk mencegah terjadinya gelombang tsunami. Biasanya konkrit untuk bangunan ini terletak pada kondisi lingkungan dingin, mudah terkena air laut, dan sinar ultraviolet yang sangat kuat. Pada lokasi ini pula dilakukan percobaan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh glass liquid terhadap kekuatan konkrit.

Konkrit dari pemecah gelombang laut yang dibangun satu tahun lalu, dengan mudahnya terkena air laut sehingga membuat permukaan konkrit menjadi terkorosi dan mudah terkelupas. Namun konkrit yang telah dilapisi dengan glass liquid tidak ditemukan adanya korosi.

Mengapa ketahanan konkrit meningkat? Pada konkrit terdapat banyak rongga kosong, dengan dilapisi glass liquid, akan menutupi rongga kosong tersebut dan kemudian akan terbentuk lapisan kaca. Sehingga air laut dan gas CO₂ yang merupakan penyebab terjadinya korosi pada konkrit dapat dicegah.

Konkrit yang digunakan saat ini memiliki masa durability sekitar 50 tahun. Adanya lapisan kaca pada konkrit membuat masa durability konkrit menjadi lebih tinggi, diperkirakan mencapai 200 tahun. Selain itu penggunaan glass liquid ini sangat ramah lingkungan, tidak ada efek samping dan bahaya yang ditimbulkan. Hingga saat ini penggunaan glass liquid ini sudah meluas diberbagai kawasan di Jepang, misalnya terowongan di Hokkaido.

Glass liquid vs Asbes

Asbes merupakan bahan berbahaya bila dipakai pada sebuah bangunan. Serabut asbes apabila terbang diudara sangatlah berbahaya karena bisa mengakibatkan kanker paru-paru pada penghirupnya. Saat ini, pemakaian asbes pada bangunan sudah dilarang diseluruh Jepang mengingat bahaya yang ditimbulkan. Namun diyakini pemakaian asbes di Jepang masih tersisa dibeberapa bangunan.

Saat ini, cara penguraian asbes ada dua cara, yaitu dengan memerangkap pada pelarutnya atau melebur pada suhu tinggi. Tentu kedua cara ini tidaklah gampang dan memerlukan biaya yang cukup mahal.

Pemakaian glass liquid dengan cara menyemprotkan pada asbes, akan terbentuk lapisan kaca dan menutupi lapisan serabut asbes sehingga serabut asbes mengeras (10 jam berikutnya akan menjadi keras secara sempurna). Hal ini menyebabkan serabut-serabut asbes tidak terbang di udara bebas. Cara ini sangatlah mudah dan hanya tidak memerlukan biaya mahal. Selain itu asbes yang yang sudah mengeras ini bisa diolah lebih lanjut menjadi bahan yang tahan api mencapai suhu 1200 derajat celcius.

Walaupun cara ini belum dijadikan cara resmi pemerintah Jepang dalam penanganan asbes, bukan tidak mungkin cara ini akan menjadi cara resmi mengingat begitu banyak manfaat dan keuntungan yang diberikan oleh glass liquid ini.

Penemuan glass liquid ini memberikan dampak besar dalam industri kontruksi karena mampu meningkatkan kualitas konkrit dan membuat bangunan yang terbuat dari kayu menjadi tidak mudah terbakar. Apabila diterapkan di industri konstruksi Indonesia akan membawa dampak positif, bangunan menjadi kuat, jalan tidak mudah rusak, dan pada akhirnya diharapkan dapat menghemat anggaran negara dalam pembangunan sarana transportasi publik. Wallahu alam bishawwab.