NASA mengirimkan pensiunan pesawat mata-mata Perang Dingin dalam misi mengejar badai, dan NASA menemukan bahwa badai petir besar mengandung radioaktif yang sangat besar.
Badai petir besar menghasilkan begitu banyak radiasi gamma sehingga awan benar-benar bersinar bersamanya, menurut sebuah penelitian baru-baru ini, yang menggunakan pesawat penelitian ER-2 NASA untuk mempelajari sinar gamma dalam badai petir tropis. Fisikawan luar angkasa Universitas Bergen Nikolai Østgaard dan rekan-rekannya menerbitkan temuan mereka di jurnal Alam.
Badai petir bersifat Radioaktif
Pesawat mata-mata milik NASA yang sudah pensiun dari Perang Dingin, sedang berlayar di atas puncak awan yang menjulang tinggi akibat badai petir besar di Karibia dan Amerika Tengah, melihat awan badai yang bersinar dengan sinar gamma. Instrumen yang ada di dalam pesawat tidak hanya merekam semburan sinar gamma yang terang dan cepat setiap kali kilat menyambar awan, namun juga kerlap-kerlip radiasi energi tinggi yang terus-menerus di awan di antara kilatan cahaya – dan dua jenis semburan sinar gamma pendek yang belum pernah terlihat sebelumnya.
Dari 10 badai petir yang diterbangi pesawat, 9 di antaranya memancarkan sinar gamma, menunjukkan bahwa badai petir besar sering menghasilkan sinar gamma.
Hasilnya dapat memberikan petunjuk tentang bagaimana tepatnya petir terbentuk – sebuah proses yang detailnya masih belum sepenuhnya dipahami oleh para ahli meteorologi.
“Saya pikir semua orang berasumsi bahwa kita telah mengetahui tentang petir sejak lama, namun hal ini masih diabaikan,” kata fisikawan Universitas New Hampshire Joseph Dwyer, yang tidak terlibat dalam penelitian baru-baru ini, dalam siaran persnya.
Ilustrasi ini menunjukkan ER-2 NASA terbang di atas puncak awan yang bersinar dengan radiasi gamma (yang ditampilkan di sini berwarna ungu; biasanya tidak terlihat oleh mata manusia).
NASA
Pengejaran Badai di Pesawat Mata-Mata
Pada tahun 1990-an, sinar gamma dari beberapa badai petir besar mengirimkan sinyal ke sensor pada satelit NASA, yang dibangun untuk mempelajari semburan sinar gamma yang berasal dari bintang mati yang bertabrakan jutaan tahun cahaya jauhnya. Namun instrumen satelit tersebut tidak dirancang untuk mempelajari radiasi yang datang dari planet tepat di bawahnya, sehingga kilatan sinar gamma yang berasal dari badai petir – yang disebut Kilatan Sinar Gamma Terestrial – masih merupakan hal-hal sepele yang membingungkan.
Sebaliknya, pesawat mata-mata U2 telah dibuat secara khusus untuk mempelajari hal-hal yang terjadi tepat di bawah ketinggian jelajah 70.000 kaki. Setelah Perang Dingin mencair, NASA mendapatkan sepasang pesawat tersebut dan memodifikasi pesawat tersebut untuk melakukan sains, bukan sebagai pesawat mata-mata. ER-2 milik NASA, demikian sebutannya sekarang, telah membantu para ilmuwan mempelajari lapisan atas atmosfer dan menguji instrumen untuk satelit masa depan. Baru-baru ini, salah satu dari mereka terbang di atas puncak badai petir besar setinggi sepuluh mil di Karibia dan Amerika Tengah, membawa instrumen yang mengukur sinar gamma.
“Kita bisa terbang langsung di atas puncak awan, sedekat mungkin dengan sumber sinar gamma,” kata Østgaard dalam pernyataannya baru-baru ini. Østgaard dan rekan-rekannya mencatat 130 kilatan sinar gamma terestrial selama penerbangan baru-baru ini.
Dari data tersebut, para peneliti menemukan bahwa badai petir besar melepaskan sinar gamma lebih sering daripada yang diperkirakan orang. Badai menghasilkan medan listrik yang sangat kuat, dan medan listrik tersebut bertindak seperti akselerator partikel raksasa, menembakkan elektron ke angkasa dengan kecepatan luar biasa. Ketika salah satu elektron yang melaju kencang itu menabrak molekul udara (langit penuh dengan elektron tersebut), tumbukan tersebut melepaskan ledakan energi dan menghamburkan partikel subatom, yang juga bergerak dengan kecepatan tinggi, ke berbagai arah. Energi setiap tumbukan meningkat hingga akhirnya energi tersebut melepaskan sinar gamma.
Mereka menemukan bahwa badai petir terbesar menghasilkan sinar gamma lebih sering daripada yang kita duga, sebagian karena medan listriknya yang kuat bertindak seperti akselerator partikel dan melemparkan elektron ke angkasa dengan kecepatan luar biasa; yaitu, sampai elektron-elektron yang melaju kencang itu menabrak molekul udara. Tabrakan tersebut melepaskan ledakan energi dan menghamburkan partikel-partikel subatom, yang juga bergerak dengan kecepatan luar biasa, menyebabkan lebih banyak tumbukan dan ledakan energi. Pada akhirnya, tabrakan terjadi dengan energi yang cukup untuk menciptakan reaksi nuklir kecil, yang melepaskan semburan sinar gamma – dan bahkan menghasilkan antimateri yang berumur pendek.
“Ternyata, pada dasarnya semua badai petir besar menghasilkan sinar gamma sepanjang hari dalam berbagai bentuk,” kata peneliti Duke University Steven Cummer, salah satu penulis studi tersebut, dalam sebuah pernyataan baru-baru ini.
ER-2 NASA terbang pada ketinggian yang sedemikian tinggi sehingga pilotnya harus mengenakan pakaian bertekanan tinggi. Penerbangan di ketinggian seperti ini membuat Angkatan Udara, Angkatan Laut, dan akhirnya NASA mengembangkan pakaian bertekanan yang menjadi dasar pakaian antariksa modern.
NASA
Langit yang Tidak Bersahabat?
Reaksi nuklir yang dihasilkan oleh percepatan elektron yang bertabrakan dengan molekul udara dalam badai petir jauh lebih kecil daripada bom nuklir; tolong jangan panik. Radiasi yang dilepaskan tidak berarti bahwa pesawat di dekatnya, atau penumpangnya, berada dalam bahaya – setidaknya bukan karena radiasi. Terbang melewati badai besar adalah ide buruk karena alasan yang lebih jelas.
“Bahkan dengan mengetahui apa yang kita ketahui sekarang, saya tidak lagi khawatir tentang terbang seperti dulu,” kata Cummer. “Radiasi tidak akan menjadi masalah Anda jika Anda berada di sana. Pesawat terbang menghindari terbang di inti badai petir aktif karena turbulensi dan angin ekstrem.”
Cahaya Sinar Gamma yang menakutkan
Kilatan petir tidak hanya terjadi pada cahaya tampak. Sebagian besar kilatan sinar gamma terestrial yang diukur oleh pesawat mata-mata NASA terjadi bersamaan dengan kilatan besar petir, dan hanya berlangsung sepersejuta detik. Østgaard dan rekan-rekannya berpendapat bahwa ketika petir dilepaskan, hal itu memberikan tambahan energi kepada elektron-elektron yang sudah berenergi super yang berada di sekitar awan badai, sehingga tumbukan mereka dapat memicu reaksi nuklir yang melepaskan sinar gamma.
Namun puncak badai yang terbesar dan paling dahsyat juga terus-menerus muncul dengan kerlap-kerlip sinar gamma yang sangat mengerikan. Østgaard dan rekan-rekannya membandingkan awan yang mendidih dengan sinar gamma dengan sepanci air dengan titik didih rendah. Cahaya tersebut dapat bertahan selama beberapa menit, dan pelepasan energi yang konstan dapat mencegah badai berkembang menjadi semburan sinar gamma yang lebih dramatis.
Instrumen pesawat mata-mata juga merekam dua jenis kilatan sinar gamma yang sebelumnya tidak diketahui di awan: semburan radiasi yang sangat pendek dan terang yang tidak terjadi bersamaan dengan petir. Salah satunya adalah rangkaian kedipan singkat, berkedip secara berurutan dan berlangsung sekitar sepersepuluh detik. Østgaard dan rekan-rekannya menjulukinya sebagai “kilatan sinar gamma yang berkedip-kedip”.
“Mereka hampir mustahil untuk dideteksi dari luar angkasa,” kata fisikawan luar angkasa Universitas Bergen Martino Marisaldi, salah satu penulis penelitian tersebut, dalam sebuah pernyataan baru-baru ini. “Tetapi ketika Anda terbang pada ketinggian 12,5 mil, Anda berada sangat dekat sehingga Anda dapat melihatnya.”
Penemuan baru lainnya adalah ledakan sinar gamma yang sangat cepat, yang dilepaskan hanya dalam seperseribu detik.
“Dua bentuk baru radiasi gamma itulah yang menurut saya paling menarik,” kata Cummer. “Sepertinya hal ini tidak ada hubungannya dengan munculnya kilatan petir. Entah bagaimana mereka muncul secara spontan. Ada petunjuk dalam data bahwa hal ini mungkin terkait dengan proses yang memicu kilatan petir, yang masih menjadi misteri bagi para ilmuwan.”