Karbon Dioksida dan Masa Depan Badai Geomagnetik: Risiko Baru bagi Satelit

Konsentrasi karbon dioksida yang semakin meningkat di atmosfer atas akan mengubah cara badai geomagnetik mempengaruhi bumi, dengan implikasi potensial bagi ribuan satelit yang mengorbit, menurut penelitian baru yang dipimpin oleh para ilmuwan di US National Science Foundation National Center for Atmospheric Research (NSF NCAR).

Badai geomagnetik, yang disebabkan oleh letusan besar partikel bermuatan dari permukaan matahari yang menerpa atmosfer bumi, menjadi tantangan yang semakin besar bagi masyarakat yang bergantung pada teknologi. Badai ini sementara akan meningkatkan kepadatan atmosfer atas dan akibatnya meningkatkan hambatan pada satelit, yang berdampak pada kecepatan, ketinggian, dan lama waktu beroperasi mereka. 

Penelitian terbaru ini memanfaatkan model komputer canggih untuk menganalisis kerapatan atmosfer atas. Hasilnya menunjukkan bahwa selama badai geomagnetik di masa depan, kerapatan atmosfer atas akan lebih rendah dibandingkan dengan badai saat ini yang memiliki intensitas sama. Ini karena kerapatan dasar akan lebih rendah, dan badai di masa depan tidak akan meningkatkannya ke tingkat setinggi yang terjadi pada badai saat ini.

Baca juga : Piala Dunia 2026 Diramalkan akan Jadi yang Paling Merusak Iklim

Namun, magnitudo relatif dari peningkatan kerapatan, kenaikan dari dasar ke puncak selama badai multihari, akan lebih besar dengan badai di masa depan.

"Cara energi dari matahari mempengaruhi atmosfer akan berubah di masa depan karena kerapatan latar belakang atmosfer yang berbeda dan itu menciptakan respons yang berbeda," kata ilmuwan NSF NCAR Nicolas Pedatella, penulis utama. 

"Untuk industri satelit, ini adalah pertanyaan yang sangat penting karena perlunya merancang satelit untuk kondisi atmosfer tertentu," katanya

Baca juga : Ilmuwan ETH Zurich Ciptakan Material Hidup yang Dapat Serap CO2 Seperti Pohon

Studi tersebut, yang merupakan kolaborasi dengan Universitas Kyushu di Jepang, dipublikasikan dalam Geophysical Research Letters.

Udara yang lebih dingin dan lebih tipis

Atmosfer atas bumi menjadi semakin penting dalam beberapa dekade terakhir karena ketergantungan masyarakat pada sistem navigasi canggih, transmisi data online, aplikasi keamanan nasional, dan teknologi lainnya yang bergantung pada operasi satelit.

Berbeda dengan atmosfer bawah yang memanas akibat emisi karbon dioksida, atmosfer atas justru menjadi lebih dingin. Hal ini berkaitan dengan dampak variatif dari karbon dioksida: alih-alih menyerap dan memancarkan kembali panas kepada molekul-molekul di sekitarnya di udara yang relatif padat dan dekat di permukaan bumi, karbon dioksida memancarkan kembali panas ke luar angkasa pada ketinggian tinggi di mana udara jauh lebih tipis.

Beberapa penelitian sebelumnya mencoba memperkirakan dampak peningkatan kadar karbon dioksida dan gas rumah kaca lainnya terhadap kerapatan netral atmosfer bagian atas. Penurunan ini mengacu pada berkurangnya konsentrasi partikel non-ionisasi seperti oksigen dan nitrogen. Namun, Pedatella dan para rekannya mengemukakan pertanyaan yang agak berbeda: bagaimana perubahan kerapatan atmosfer di masa depan selama badai geomagnetik yang kuat?

Para peneliti memfokuskan perhatian pada superstorm geomagnetik yang terjadi pada 10-11 Mei 2024, ketika serangkaian gangguan solar yang kuat yang dikenal sebagai lontaran massa koronal mengguncang atmosfer Bumi. Mereka menganalisis bagaimana atmosfer akan bereaksi terhadap badai yang sama pada tahun 2016 dan dalam tiga tahun mendatang yang masing-masing akan terjadi sekitar titik minimum siklus matahari selama 11 tahun (2040, 2061, dan 2084).

Untuk melakukan analisis, mereka menggunakan sistem pemodelan yang berbasis NSF NCAR, yaitu Model Sistem Bumi Komunitas dengan Model Iklim Seluruh Atmosfer dan ekstensi termosfer-ionosfer, yang mensimulasikan seluruh atmosfer dari permukaan bumi hingga termosfer atas, 500-700 kilometer (sekitar 310-435 mil) di atas permukaan. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan bagaimana perubahan di atmosfer bawah, seperti peningkatan konsentrasi gas rumah kaca, dapat mempengaruhi daerah-daerah terpencil dari atmosfer yang berada jauh di atas.

Mereka menjalankan simulasi tersebut di superkomputer Derecho di Pusat Superkomputasi NSF NCAR-Wyoming.

Para peneliti menemukan bahwa, di akhir abad ini, berbagai wilayah di atmosfer atas akan memiliki densitas 20-50% lebih rendah pada puncak badai yang sebanding dengan yang terjadi tahun lalu, dengan asumsi tingkat karbon dioksida yang jauh lebih tinggi. Namun, dibandingkan dengan densitas atmosfer tepat sebelum dan setelah badai, perubahan relatif dalam densitas akan lebih besar. 

Saat ini, badai semacam itu memiliki densitas lebih dari dua kali lipat pada puncaknya, namun di masa depan densitasnya diperkirakan bisa mencapai tiga kali lipat. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa badai yang sama akan memberikan dampak yang secara proporsional lebih besar pada atmosfer yang kurang padat.

Pedatella menyatakan bahwa perlu penelitian yang lebih banyak untuk lebih memahami bagaimana cuaca luar angkasa akan berubah, termasuk mempelajari berbagai jenis badai geomagnetik dan apakah dampaknya akan bervariasi pada berbagai waktu dalam siklus matahari 11 tahun, saat kepadatan atmosfer berubah.

"Kami sekarang memiliki kemampuan dengan model kami untuk menjelajahi interkoneksi yang sangat kompleks antara atmosfer bawah dan atas," katanya. 

"Sangat penting untuk mengetahui bagaimana perubahan ini akan terjadi, karena dampaknya yang mendalam terhadap atmosfer kita," lanjutnya. (Sciencedaily/Z-2)