Ilmuwan Jepang Ciptakan Kumpulan Data Atmosfer Bumi untuk Ungkap Fenomena Misterius di Mesosfer

ILMUWAN Jepang menciptakan kumpulan data jangka panjang pertama tentang seluruh atmosfer Bumi, yang mencakup hingga ke luar angkasa. Mereka berharap proyek ini akan membantu mengungkap beberapa proses yang jarang dieksplorasi yang terjadi di dalam selubung gas planet kita, termasuk cahaya utara yang megah.

Beberapa bagian dari atmosfer Bumi dipelajari secara terus-menerus dengan detail luar biasa. Misalnya, jutaan stasiun cuaca di seluruh dunia, ratusan balon meteorologi, dan tak terhitung pesawat terbang memberikan pengukuran harian dari seluruh troposfer, wilayah atmosfer yang paling rendah. Balon-balon tersebut juga mencapai bagian bawah stratosfer, lapisan di atas troposfer. Jumlah data yang dihasilkan dari pengukuran ini sangat tinggi sehingga membuat model cuaca komputasi modern hampir tidak pernah salah.

Mesosfer, lapisan udara yang tipis di atas stratosfer yang hampir mencapai tepi luar angkasa, sangatlah tidak diketahui. Begitu sedikit yang diketahui tentang proses di mesosfer sehingga wilayah ini kadang-kadang disebut "ignorosphere" (wilayah ketidaktahuan). Kekosongan dalam pengetahuan kita ini adalah hasil dari ketidakmampuan untuk menjangkau ignorosphere.

Baca juga : Presiden Donald Trump Ingin Memimpin Amerika ke Mars

Sebuah tim peneliti dari Universitas Tokyo berusaha menyelesaikan masalah ini menggunakan pemodelan komputer. Mereka mengambil pengukuran langka yang tersedia tentang parameter meteorologi di ignorosphere dan memasukkannya ke dalam sistem asimilasi data baru yang telah mereka kembangkan sebelumnya. 

Asimilasi data adalah teknik yang menggabungkan pemodelan dengan observasi langsung untuk memprediksi evolusi suatu sistem. Sistem ini kemudian diarahkan untuk merekonstruksi apa yang mungkin terjadi di dalam mesosfer untuk mengisi kekosongan.

Para peneliti Jepang menggunakan model ini untuk menghasilkan data selama 19 tahun yang mencakup evolusi seluruh atmosfer hingga ketinggian 110 kilometer. Mereka kemudian menggunakan pengukuran tambahan tentang angin mesosfer yang diperoleh dari radar berbasis darat untuk memverifikasi beberapa parameter dalam model tersebut guna memperoleh kepercayaan terhadap hasilnya.

Baca juga : Asteroid Mengandung Logam Triliunan Dolar? Ini Penjelasan Ilmuwan

Kumpulan data ini mencakup periode antara September 2004 dan Desember 2023 dan akan memungkinkan para peneliti untuk menjelajahi dan memodelkan beberapa fenomena misterius yang terjadi di ketinggian yang lebih tinggi, termasuk aurora borealis yang mempesona dan pasangannya di belahan bumi selatan, aurora australis.

"Untuk troposfer dan stratosfer, kami memiliki banyak data, dan pemodelan numerik untuk wilayah ini hampir sempurna," kata Kaoru Sato, seorang profesor fisika atmosfer di Universitas Tokyo dan peneliti utama di balik proyek ini, kepada Space.com. "Di wilayah di atasnya, model tidak berfungsi dengan baik karena mereka tidak memiliki data yang akurat tentang kondisi awal. Kumpulan data kami dapat memberikan itu."

Ignorosphere adalah wilayah atmosfer tempat banyak efek yang terkait dengan cuaca ruang angkasa terjadi. Ketika ledakan partikel bermuatan dari matahari menghantam planet kita, mereka bercampur dengan gas tipis yang tinggi di atas Bumi, menggairahkan molekul udara. Ketika itu terjadi, molekul-molekul tersebut memancarkan cahaya mempesona yang bisa kita amati di Bumi sebagai aurora. Namun ada efek lain yang kurang terlihat yang ditimbulkan oleh cuaca ruang angkasa terhadap atmosfer.

Baca juga : Rahasia Indah Aurora: Fenomena Cahaya Langka di Kutub!

"Partikel solar energi tinggi dapat mengubah kimia ozon dan mengganggu lapisan ozon," kata Sato. "Kami juga tahu bahwa fenomena aurora dapat menciptakan apa yang kami sebut gelombang gravitasi, yang kemudian merambat ke bawah ke atmosfer."

Gelombang gravitasi adalah pusaran yang terjadi di seluruh atmosfer. Mereka mentransfer energi ke seluruh dunia, sehingga mempengaruhi pola iklim. Namun sejauh ini, pemodel iklim belum dapat memahami efek gelombang gravitasi yang terjadi di ketinggian yang lebih tinggi.

"Kumpulan data kami memberikan kondisi awal dengan resolusi sangat tinggi untuk model sirkulasi umum atmosfer," kata Sato. "Jadi, ini memungkinkan kami untuk mensimulasikan gelombang gravitasi di seluruh atmosfer, dari permukaan hingga tepi luar angkasa."

Baca juga : NASA Pantau Ketat Asteroid Seukuran Bus yang Mendekati Bumi

Data ini juga akan membantu para peneliti untuk memodelkan dengan lebih baik bagaimana proses di atmosfer bawah mempengaruhi ionosfer, bagian atmosfer di atas ketinggian 80 km, tempat partikel gas terus-menerus terionisasi oleh angin matahari. Sato mengatakan gelombang atmosfer, termasuk gelombang gravitasi dan gelombang pasang berskala global, mempengaruhi dinamo ionosfer, sebuah proses yang menghasilkan arus listrik di sekitar planet melalui interaksi antara garis medan magnet Bumi dan gerakan udara terionisasi di ionosfer.

Ada misteri lain yang diharapkan dapat dipecahkan kumpulan data mereka. Pemrosesan antar-belah bumi adalah hubungan yang diasumsikan antara mesosfer Antartika dan stratosfer Arktik, di mana awan langka di ketinggian tinggi muncul dan menghilang secara bersamaan, biasanya pada bulan Januari, kata Sato.

"Jika kita ingin memahami mekanisme di balik pemrosesan antar-belah bumi ini, kita membutuhkan data," kata Sato. "Kumpulan data kami dapat memberikan informasi yang sangat berharga untuk menangani pemrosesan ini." (Space/Z-3)