Observasi Kutub Matahari Kunci Pengungkapan Tiga Misteri

MESKIPUN satelit dan observatorium berbasis darat telah menangkap detail luar biasa dari permukaan, atmosfer, dan medan magnet Matahari, hampir semua pandangan ini berasal dari bidang ekliptika, jalur orbit sempit yang dilalui oleh Bumi dan sebagian besar planet lainnya.

Perspektif terbatas ini berarti para ilmuwan hanya memiliki pengetahuan terbatas tentang apa yang terjadi di dekat kutub matahari. Medan magnet dan aktivitas dinamisnya merupakan pusat siklus magnetik matahari dan menyediakan massa serta energi bagi angin matahari cepat. Proses-proses ini pada akhirnya membentuk perilaku matahari dan memengaruhi cuaca antariksa yang dapat mencapai Bumi.

Laman Scitechdaily menulis, di permukaan, kutub-kutub tersebut mungkin tampak tenang dibandingkan dengan garis lintang tengah Matahari yang lebih aktif (sekitar kurang lebih 35 derajat), tempat bintik matahari, jilatan matahari, dan lontaran massa korona (coronal mass ejections/CME) umum terjadi.

Namun, penelitian menunjukkan bahwa medan magnet kutub berkontribusi langsung pada dinamo matahari global dan dapat bertindak sebagai fondasi bagi siklus matahari berikutnya dengan membantu membentuk medan magnet dipol Matahari.

Pengamatan dari misi Ulysses lebih lanjut mengungkapkan bahwa angin matahari cepat terutama berasal dari lubang korona yang luas di wilayah kutub. Oleh karena itu, mendapatkan pandangan yang lebih jelas tentang kutub Matahari sangat penting untuk menjawab tiga pertanyaan paling mendasar dalam fisika matahari:

Pertama, bagaimana dinamo matahari bekerja dan menggerakkan siklus magnetik matahari?

Siklus magnetik matahari mengacu pada variasi periodik jumlah bintik matahari di permukaan matahari, biasanya dalam skala waktu sekitar 11 tahun. Selama setiap siklus, kutub magnet Matahari mengalami pembalikan, dengan polaritas magnetik kutub utara dan selatan bertukar.

Medan magnet global Matahari dihasilkan melalui proses dinamo. Kunci dari proses ini adalah rotasi diferensial Matahari yang menghasilkan daerah aktif, dan sirkulasi meridional yang mengangkut fluks magnetik menuju kutub. Namun, investigasi helioseismik selama beberapa dekade telah mengungkapkan hasil yang bertentangan tentang pola aliran jauh di dalam zona konveksi.

Beberapa studi bahkan menunjukkan adanya aliran ke arah kutub di dasar zona konveksi, yang menantang model dinamo klasik. Pengamatan medan magnet dan gerakan plasma pada lintang tinggi dapat memberikan bukti yang hilang untuk menyempurnakan atau memikirkan kembali model-model ini.

Pertanyaan kedua, apa yang mendorong angin matahari cepat?

Angin matahari cepat aliran partikel bermuatan supersonik terutama berasal dari lubang korona kutub, dan menembus sebagian besar volume heliosfer, mendominasi lingkungan fisik ruang antar planet. Namun, detail penting mengenai asal usul angin ini masih belum terpecahkan.

Apakah angin berasal dari gumpalan padat di dalam lubang korona atau dari daerah yang kurang padat di antara keduanya? Apakah proses yang digerakkan oleh gelombang, rekoneksi magnetik, atau kombinasi keduanya bertanggung jawab atas percepatan plasma dalam angin? Pencitraan kutub langsung dan pengukuran in-situ diperlukan untuk menyelesaikan perdebatan ini.

Ketiga, bagaimana peristiwa cuaca antariksa merambat melalui tata surya?

Cuaca antariksa heliosfer mengacu pada gangguan di lingkungan heliosfer yang disebabkan oleh angin matahari dan aktivitas erupsi matahari. Peristiwa cuaca antariksa ekstrem, seperti jilatan matahari besar dan CME, dapat secara signifikan memicu gangguan lingkungan antariksa seperti badai geomagnetik dan ionosfer yang dahsyat, serta fenomena aurora yang spektakuler, yang menimbulkan ancaman serius bagi keselamatan aktivitas manusia berteknologi tinggi.

Untuk memprediksi peristiwa ini secara akurat, para ilmuwan harus melacak bagaimana struktur magnetik dan aliran plasma berevolusi secara global, bukan hanya dari pandangan ekliptika yang terbatas. Pengamatan dari sudut pandang di luar ekliptika akan memberikan gambaran sekilas tentang perambatan CME di bidang ekliptika.

Upaya Terdahulu

Para ilmuwan telah lama menyadari pentingnya pengamatan kutub matahari. Misi Ulysses, yang diluncurkan pada tahun 1990, adalah pesawat ruang angkasa pertama yang meninggalkan bidang ekliptika dan mengambil sampel angin matahari di atas kutub. Instrumen in-situ-nya mengonfirmasi sifat-sifat utama angin matahari cepat tetapi tidak memiliki kemampuan pencitraan.

Baru-baru ini, Solar Orbiter milik Badan Antariksa Eropa (ESA) secara bertahap bergerak keluar dari bidang ekliptika dan diperkirakan akan mencapai garis lintang sekitar 34° dalam beberapa tahun. Meskipun ini merupakan kemajuan yang luar biasa, hal ini masih jauh dari jangkauan yang dibutuhkan untuk mendapatkan pandangan kutub yang sesungguhnya.

Sejumlah konsep misi ambisius telah diusulkan selama beberapa dekade terakhir, termasuk Solar Polar Imager (SPI), POLAR Investigation of the Sun (POLARIS), Solar Polar ORbit Telescope (SPORT), misi Solaris, dan High Inclination Solar Mission (HISM).

Misi SPO

Solar Polar-orbit Observatory (SPO) dirancang khusus untuk mengatasi keterbatasan misi-misi sebelumnya dan saat ini. Dijadwalkan diluncurkan pada Januari 2029, SPO akan menggunakan bantuan gravitasi Jupiter (JGA) untuk membelokkan lintasannya keluar dari bidang ekliptika.

Setelah beberapa kali terbang lintas Bumi dan pertemuan yang direncanakan dengan cermat dengan Jupiter, wahana antariksa ini akan mengorbit selama 1,5 tahun dengan perihelion sekitar 1 SA dan inklinasi hingga 75 derajat. Dalam misi yang diperpanjang, SPO dapat mencapai 80°, menawarkan pandangan kutub paling langsung yang pernah dicapai.

Masa pakai misi selama 15 tahun (termasuk periode misi yang diperpanjang selama 8 tahun) akan memungkinkannya untuk mencakup minimum dan maksimum matahari, termasuk periode krusial sekitar tahun 2035 ketika maksimum matahari berikutnya dan pembalikan medan magnet kutub yang diperkirakan terjadi.

Sepanjang masa pakainya, SPO akan berulang kali melewati kedua kutub, dengan jendela observasi lintang tinggi yang diperpanjang berlangsung lebih dari 1000 hari. Misi SPO bertujuan untuk mencapai terobosan pada tiga pertanyaan ilmiah yang disebutkan di atas.

Untuk mencapai tujuan ambisiusnya, SPO akan membawa serangkaian instrumen penginderaan jauh dan in-situ. Bersama-sama, instrumen-instrumen tersebut akan memberikan gambaran kutub Matahari yang komprehensif.

Instrumen penginderaan jauh tersebut meliputi Pencitra Magnetik dan Helioseismik (MHI) untuk mengukur medan magnet dan aliran plasma di permukaan, Teleskop Ultraviolet Ekstrem (EUT) dan Teleskop Pencitraan Sinar-X (XIT) untuk menangkap peristiwa dinamis di atmosfer atas Matahari, COronagraph Cahaya Tampak (VISCOR) dan COronagraph Sudut Sangat Besar (VLACOR) untuk melacak korona Matahari dan aliran angin Matahari hingga 45 jari-jari Matahari (pada 1 SA). hay