[BizHanKook] Apa yang Anda lihat di layar saat ini bukanlah lukisan Van Gogh. Gumpalan raksasa berwarna kekuningan bergerak bergejolak, dan di sela-selanya, garis-garis hitam serta pusaran kecil terus muncul lalu menghilang. Turbulensi yang biasanya hanya terlihat di atmosfer planet gas raksasa seperti Jupiter atau Saturnus, kini terhampar di permukaan Matahari yang terdiri dari plasma. Ini bukanlah gambar imajinasi atau grafik komputer. Ini adalah pemandangan permukaan Matahari yang paling mendetail yang pernah dipotret oleh umat manusia.
Matahari adalah satu-satunya bintang yang secara praktis dapat kita amati dengan membedah detail strukturnya secara spasial. Bintang lain, betapapun besar teleskop yang digunakan, sebagian besar hanyalah terlihat seperti titik cahaya tunggal. Namun, Matahari hanya berjarak sekitar 150 juta kilometer dari Bumi. Hanya butuh 8 menit bagi cahaya untuk menempuh jarak tersebut. Berkat hal ini, kita bisa mengamati secara langsung bagaimana permukaan bintang bergerak, bagaimana plasma dan medan magnet saling melilit, dan bagaimana energi tersebut memicu ledakan Matahari.
Tentu saja, Matahari tidak memiliki permukaan padat seperti Bumi tempat kita bisa memijakkan kaki. Apa yang kita sebut sebagai permukaan Matahari adalah ‘fotosfer’. Ini adalah lapisan di mana cahaya yang keluar dari bagian dalam Matahari mulai terpancar ke luar angkasa tanpa lagi terperangkap oleh plasma. Suhu fotosfer ini mencapai sekitar 5.800 Kelvin. Butiran terang dan gelap yang memenuhi layar disebut sebagai ‘pola butir beras’ atau granula. Setiap granula biasanya memiliki diameter antara 500 hingga 2.000 kilometer. Meski terlihat seperti sel kecil, kenyataannya masing-masing granula ukurannya jauh lebih besar daripada Semenanjung Korea.
Di bagian yang terang, plasma panas dari dalam Matahari naik ke atas. Plasma yang sampai ke permukaan melepaskan energi sebagai cahaya, mendingin, lalu tenggelam kembali mengikuti batas gelap antar granula. Ini adalah konveksi yang sama seperti air panas yang naik dan air dingin yang turun di panci yang sedang mendidih. Namun, karena di Matahari yang bergerak adalah plasma bermuatan, konveksi dan medan magnet tidak dapat dipisahkan. Aliran plasma menciptakan medan magnet, dan medan magnet kemudian mengubah aliran plasma. Permukaan Matahari adalah medan di mana konveksi raksasa dan medan magnet saling tarik-menarik.
Umat manusia sudah sejak lama mencoba mengintip wajah dinamis Matahari ini. Pada tahun 1610, tokoh-tokoh seperti Thomas Harriot, Galileo Galilei, Johannes Fabricius, dan Christoph Scheiner mengamati bintik matahari dengan teleskop pada waktu yang hampir bersamaan. Fabricius memublikasikan hubungan antara pergerakan bintik matahari dengan rotasi Matahari pada tahun 1611. Pada tahun 1845, Fizeau dan Foucault menghasilkan foto daguerreotype Matahari, dan memasuki abad ke-20, observasi spektroskopi serta pengukuran medan magnet mulai mengungkap fisika yang tersembunyi di balik penampilan luar Matahari.
Seiring dengan peluncuran instrumen observasi ke luar angkasa, Matahari mulai terlihat bukan lagi sebagai foto statis, melainkan bintang yang hidup dan bergerak. Teleskop Optik Surya pada satelit Hinode yang diluncurkan tahun 2006 mengamati struktur detail medan magnet Matahari dengan resolusi sekitar 0,2 detik busur. Satelit Observatorium Dinamika Surya (SDO) yang diluncurkan tahun 2010 memotret seluruh Matahari setiap 12 detik dalam berbagai panjang gelombang ultraviolet. Sebagian besar citra cincin api, suar surya, dan lontaran massa korona yang sering kita lihat berasal dari satelit ini.
Tantangan Ikarus untuk melihat wajah Matahari lebih dekat terus berlanjut. Parker Solar Probe mendekati Matahari hingga jarak hanya sekitar 6,1 juta kilometer dari permukaannya pada Desember 2024. Saat itu kecepatannya mencapai sekitar 690.000 kilometer per jam. Ini adalah kecepatan tercepat yang pernah dicapai oleh benda buatan manusia. Wahana Parker masuk langsung ke dalam korona, atmosfer luar Matahari, untuk mengukur fenomena di mana plasma terlepas dari gravitasi dan medan magnet Matahari lalu berubah menjadi angin surya.
Namun, tantangan menuju Matahari tidak semuanya dilakukan di luar angkasa. Di Bumi, para ilmuwan mendekati Matahari dengan cara yang sangat berbeda dari wahana Parker. Alih-alih terbang mendekati Matahari, mereka membuat mata teleskop setajam mungkin. Perangkat puncak dari metode ini adalah ‘Teleskop Matahari Daniel K. Inouye’ (DKIST) yang dibangun di dekat puncak Haleakala, Pulau Maui, Hawaii.
Teleskop Matahari Inouye adalah teleskop surya terbesar di dunia dengan diameter cermin utama mencapai 4 meter. Mengapa cermin raksasa diperlukan padahal Matahari sudah cukup terang? Kuncinya bukan pada kecerahan, melainkan resolusi. Ukuran struktur terkecil yang dapat dibedakan oleh teleskop akan semakin kecil jika panjang gelombang observasi semakin pendek dan diameter cermin semakin besar. Dengan cermin 4 meter, mengamati panjang gelombang 416 nanometer yang mendekati cahaya biru secara teoretis memungkinkan untuk membedakan struktur permukaan Matahari hingga sekitar 19 kilometer.
Mengumpulkan cahaya Matahari dengan cermin 4 meter menimbulkan masalah lain. Energi Matahari yang masuk ke dalam teleskop mencapai sekitar 13 kilowatt. Jika panas ini difokuskan di satu titik, instrumen optik yang presisi bisa rusak. Teleskop Inouye menghilangkan cahaya dan panas yang tidak diperlukan di dekat fokus dan mengelola suhu bagian dalam teleskop dengan pipa pendingin sepanjang lebih dari 11 kilometer. Mereka bahkan memiliki sistem untuk membuat es di malam hari yang kemudian digunakan untuk pendinginan di siang hari. Desain cermin utama yang dirancang menyimpang dari sumbu (off-axis) juga mengurangi fenomena cahaya yang terhalang atau terhambur oleh struktur pusat.
Teleskop darat juga menghadapi hambatan berupa atmosfer. Suhu dan densitas udara yang terus berubah membuat muka gelombang cahaya bergoyang sehingga citra menjadi buram. Prinsipnya sama seperti kerlip bintang. Teleskop Inouye mengoreksi guncangan ini menggunakan cermin deformabel yang dilengkapi dengan 1.600 aktuator. Saat sensor muka gelombang mengukur distorsi cahaya yang masuk di 1.521 titik, unit kontrol mengubah bentuk permukaan cermin 2.000 kali per detik. Ini adalah teknologi optik adaptif yang memulihkan citra asli dengan mendistorsi cermin ke arah berlawanan setiap kali atmosfer mengaburkan gambar.
Teleskop Inouye merilis citra observasi pertamanya pada tahun 2020. Saat itu pun struktur detail granula dan bintik matahari tampak lebih tajam dari sebelumnya. Namun, hasil yang dipublikasikan di jurnal ‘Nature’ Agustus lalu melangkah satu tahap lebih dalam. Peneliti menganalisis hasil observasi selama sekitar 3 menit dari pukul 21.38 hingga 21.41 pada 14 April 2025. Objeknya adalah wilayah aktif NOAA 14060 di dekat pusat piringan Matahari, area yang mencakup struktur gelap kecil bernama *pore* (pori) di mana medan magnet kuat terkumpul.
Observasi menggunakan filter sempit selebar 0,5 nanometer yang hanya meloloskan cahaya 416 nanometer dan peralatan FastCam. Area yang dibaca kamera mencakup sekitar 5.800 kali 4.350 kilometer di permukaan Matahari, dengan satu piksel setara sekitar 6 kilometer. Waktu paparan (exposure) per foto hanya 100 mikrodetik, yaitu 1/10.000 detik. Kamera mengambil 740 frame per detik.
Bukan berarti 740 frame asli per detik disambung begitu saja menjadi video. Para peneliti merekam video yang fokus dan video yang sengaja dibuat agak buram secara bersamaan. Dengan membandingkan kedua video tersebut, kesalahan muka gelombang yang ditinggalkan oleh teleskop dan atmosfer dapat dihitung secara terbalik. Kemudian, teknik restorasi citra yang disebut *multi-frame blind deconvolution* diterapkan. Sebanyak 2.000 lembar foto asli yang telah melalui koreksi dan kalibrasi detektor digabungkan menjadi satu citra sains. Interval waktu dari citra akhir yang diperoleh adalah 2,7 detik. Adegan yang kita lihat bukanlah siaran langsung dalam pengertian umum, melainkan observasi berkelanjutan berkecepatan tinggi yang merekonstruksi struktur permukaan Matahari sebesar 19 kilometer setiap 2,7 detik.
Dari video inilah sesuatu yang sebelumnya tidak terlihat muncul. Batas antara granula dan medan magnet kuat bukanlah garis yang mulus. Sebagian besar batasnya melengkung seperti riak air, dan kait-kait kecil serta pusaran muncul berderet. Terlihat seolah-olah Van Gogh sedang memutar cat dengan kuas tebal. Namun, pola ini memiliki nama: Ketidakstabilan Kelvin–Helmholtz.
Ketidakstabilan Kelvin–Helmholtz terjadi ketika dua fluida yang bersentuhan mengalir dengan kecepatan berbeda. Jika lengkungan kecil muncul pada antarmuka, perbedaan kecepatan, yaitu geseran (*shear*), akan memperbesar lengkungan tersebut. Batasnya perlahan menggulung ke atas dan berkembang menjadi bentuk gelombang atau pusaran. Di Bumi, hal ini bisa terlihat pada awan garis-garis atau permukaan air yang ditiup angin, dan di atmosfer Jupiter dan Saturnus juga muncul sebagai struktur pusaran raksasa. Di Matahari, karena yang bergerak bukanlah fluida biasa melainkan plasma yang membawa medan magnet, hal ini harus ditangani dengan magnetohidrodinamika.
Fenomena ini sendiri bukanlah fisika baru. Helmholtz mempelajarinya pada tahun 1868, dan Kelvin pada tahun 1871 mengenai ketidakstabilan fluida yang mengalir dengan kecepatan berbeda. Chandrasekhar pada tahun 1961 merangkum secara sistematis bagaimana ketidakstabilan ini berubah dalam fluida yang memiliki medan magnet. Struktur yang diinterpretasikan sebagai ketidakstabilan Kelvin–Helmholtz memang pernah diamati pada korona Matahari, lontaran massa korona, dan jet kromosfer. Namun, ini adalah pertama kalinya fenomena tersebut dikonfirmasi dengan jelas pada permukaan Matahari yang terlihat, yaitu fotosfer. Hal ini karena ukuran karakteristiknya terlalu kecil sehingga teleskop surya konvensional dengan diameter di bawah 2 meter tidak dapat membedah batasnya dengan cukup jelas.
Matahari mungkin terbit dengan penampilan yang sama setiap hari, tetapi di permukaannya, pusaran-pusaran kecil yang baru saja mulai kita lihat terus-menerus memelintir medan magnet. Yang ditemukan umat manusia setelah mendekati Matahari layaknya Ikarus bukanlah sekadar api raksasa. Melainkan gelombang-gelombang kecil berukuran puluhan kilometer yang mungkin sedang bersiap untuk menciptakan kobaran api tersebut.
Referensi
https://nso.edu/telescopes/inouye-solar-telescope
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak menonton ‘Galaxy Express 999’ di masa kecil, ia memimpikan untuk mengenalkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia menjabat sebagai asisten profesor di Fakultas Studi Liberal Universitas Sejong dan terlibat dalam berbagai kegiatan komunikasi sains, termasuk memberikan ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti ‘Tentang Kegunaan Astronom’, ‘Kita Semua Terlahir sebagai Astronom’, dan ‘Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta’, serta menerjemahkan buku seperti ‘Bagaimana Saya Membunuh Pluto’, ‘Quantum Life’, dan ‘UFO’.*