BENARKAH IONOSFER DAPAT DIGUNAKAN UNTUK MEMBUAT GEMPA BUATAN?

Gambar 1. Rangkaian antena radar HF yang dioperasikan oleh proyek HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program) di Gakona, Alaska.

1. Pendahuluan
Setiap kali terjadi gempa, terutama gempa-gempa besar, selalu ada sisi lain media massa yang menghubungkannya dengan modifikasi cuaca antariksa yang dibuat oleh HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program) Project, suatu proyek penelitian kerjasama Universitas Alaska dengan Angkatan Udara dan Angkatan Laut Amerika Serikat, serta DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Informasi yang diperoleh dari website HAARP (http://www.haarp.alaska.edu/) menyatakan bahwa proyek tersebut bertujuan untuk melakukan penelitian yang mendalam tentang lapisan ionosfer, baik sifat-sifat fisis maupun perilakunya sehingga dapat dimanfaatkan dalam meningkatkan operasional sistem komunikasi dan pengawasan (surveillance), untuk kepentingan sipil maupun pertahanan. Tulisan ini tidak akan membahas lebih lanjut tentang kontroversi proyek HAARP berkaitan dengan setiap peristiwa gempa, tapi akan membahas dari sisi penelitian ionosfernya, mengingat Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) sebagai lembaga pemerintah, sudah berpuluh tahun yang lalu juga melakukan penelitian ionosfer melalui kegiatan-kegiatan penelitian yang dilaksanakan oleh bidang Ionosfer dan Telekomunikasi, Pusat Sains Antariksa.
Ionosfer adalah bagian dari atmosfer yang melingkupi bumi kita, pada ketinggian antara 50 km sampai dengan 1000 km, dimana didalamnya terdapat partikel-partikel bermuatan yang dinamis dan sangat dipengaruhi radiasi ultra violet dari matahari. Ketika radiasi ultra violet matahari mencapai atmosfer bumi maka radiasi tersebut akan memberikan energi kepada atom atau molekul netral yang terdapat di atmosfer bumi, sehingga satu elektronnya terlepas, hingga menyebabkan atom atau molekul menjadi bermuatan positif. Proses demikian disebut dengan proses fotoionisasi (pembentukan) dan proses tersebut hanya dapat berlangsung pada siang hari, ketika ada sinar matahari. Keberadaan ion-ion positif dan negatif inilah yang membuat lapisan tersebut dinamakan ionosfer. Proses sebaliknya, disebut dengan proses rekombinasi (penghancuran). Pada proses rekombinasi, elektron yang terlepas bergabung kembali membentuk atom atau molekul netral. Selain proses fotoionisasi dan rekombinasi, ada proses lain yang juga berpengaruh pada perilaku lapisan ionosfer, yaitu proses perpindahan partikel yang terjadi misalnya karena pengaruh perubahan medan listrik atau medan magnet bumi. Perpindahan partikel ini juga berpengaruh pada karakteristik lapisan ionosfer secara umum.
Ketika gelombang elektromagnetik mencapai lapisan ionosfer sebagian energinya akan diserap oleh lapisan tersebut dan sebagian lagi akan dipantulkan sehingga kembali lagi ke bumi dan sebagian lainnya akan menembus lapisan ionosfer ke angkasa luar. Kemampuan ionosfer dalam memantulkan gelombang elektromagnetik dapat dimanfaatkan untuk operasional sistem komunikasi dan sistem pengawasan. Berkaitan dengan komunikasi radio, parameter ionosfer yang penting dipahami adalah kerapatan elektron, karena kemampuan ionosfer memantulkan gelombang elektromagnetik sangat dipengaruhi oleh parameter tersebut. Semakin tinggi kerapatan elektron, semakin tinggi pula frekuensi yang dapat dipantulkannya. Frekuensi tertinggi yang dapat dipantulkan oleh lapisan ionosfer dikenal sebagai frekuensi kritis lapisan ionosfer (foE, foF1, dan foF2).



Gambar 2. Rangkaian antena radar HF dan ionogram hasil pengamatannya yang
dioperasikan LAPAN.









Hasil-hasil penelitian dengan memanfaatkan radar HF (ionosonda) yang dioperasikan LAPAN menunjukkan adanya variasi yang sifatnya reguler dari parameter frekuensi kritis lapisan F2 (foF2), yaitu variasi harian, variasi musiman, variasi jangka panjang, dan variasi akibat perbedaan lokasi. Pemahaman akan berbagai sifat dan
variasi dari lapisan ionosfer tersebut ditambah lagi dengan pemahanan tentang ketidakstabilan lapisan ionosfer (misalnya E sporadis dan spread F) akan bermanfaat untuk mitigasi gangguan komunikasi dan sistem pengawasan yang disebabkan aktivitas matahari (flare, CME, SEP, CIR, dan lain-lain). Caranya adalah dengan memasukkan faktor pengaruh aktivitas matahari tersebut ke dalam model prediksi maupun model lapisan ionosfer sehingga akurasi model akan meningkat. Kemampuan lapisan ionosfer memantulkan gelombang elektromagnetik ini juga yang dianggap dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan gempa. Benarkah demikian?

2. Penelitian lapisan ionosfer dikaitkan dengan kejadian gempa
Kembali ke proyek HAARP (High Frequency Active Auroral Research Program); Beberapa alat untuk memonitor kondisi fisis lapisan ionosfer dan magnetosfer telah dioperasikan untuk melihat pengaruhnya terhadap sistem komunikasi dan navigasi. Alat-alat tersebut antara lain riometer, magnetometer, digisonda, all-sky imager, teleskop, radar, alat penerima sintilasi ionosfer, GPS TEC meter, HF sampai UHF monitor, serta penerima gelombang ELF/VLF. Dengan memonitor keluaran dari masing-masing alat tersebut setiap hari kemudian dihubungkan dengan kondisi propagasi gelombang radio maka akan diperoleh informasi tentang karakteristik dan perilaku lapisan ionosfer.
Pusat Sains Antariksa LAPAN juga telah memanfaatkan beberapa alat seperti yang dioperasikan HAARP antara lain teleskop untuk penelitian fisika matahari, magnetometer untuk melihat dinamika lapisan magnetosfer, kemudian all-sky imager, radar, ionosonda, GPS TEC meter, penerima sintilasi ionosfer, dan direncanakan dalam tahun ini akan dioperasikan alat penerima gelombang VLF. Hal yang sangat berbeda dari peralatan penelitian lapisan ionosfer dalam proyek HAARP dibandingkan proyek lainnya, terutama program penelitian di LAPAN adalah digunakannya sistem pemancar dengan daya yang besar dan rangkaian antenna dipol yang juga sangat besar.
Dengan memanfaatkan pemancar gelombang radio HF (High Frequency) berdaya tinggi (3,6 juta Watt) yang diterima oleh suatu sistem antena dipol ke arah atas, sebagian sinyal diserap oleh lapisan ionosfer pada ketinggian tertentu (tergantung pada frekuensi kerja yang digunakan), maka ingin diketahui bagaimana lapisan ionosfer memberikan respon terhadap sinyal tersebut. Intensitas sinyal HF (High Frequency) dalam lapisan ionosfer kurang dari 3 mikro Watt/cm2, puluhan ribu kali lebih kecil dari radiasi elektromagnetik matahari yang mencapai bumi dan ratusan kali lebih kecil dari intensitas energi ultra violet matahari yang membentuk lapisan ionosfer. Dengan demikian tidak beralasan kalau intensitas sinyal HF (High Frequency) tersebut ketika dipantulkan kembali ke bumi akan menyebabkan terjadinya gempa. Besarnya daya yang digunakan dalam pemancar lebih disebabkan oleh pertimbangan teknis yaitu untuk menghindarkan terjadinya gangguan interferensi pengguna gelombang radio yang lain.
Masih berkaitan dengan kejadian gempa, sebenarnya lapisan ionosfer banyak diteliti bukan karena dapat dimanfaatkan untuk membuat gempa buatan, tetapi berdasarkan hasil-hasil penelitian diketahui bahwa sebelum gempa terjadi, lapisan ionosfer menunjukkan adanya kelainan (anomaly). J.Y. Liu., dkk (2004) menemukan adanya anomaly TEC (Total Electron Content) yang diturunkan dari data GPS untuk kejadian gempa dengan magnitude lebih besar dari 6 skala Richter, dari September 2009 sampai dengan Desember 2002. Hasil serupa juga diperlihatkan untuk peristiwa gempa Aceh, Desember 2004 dan Maret 2005 (Sarmoko. S., dkk, 2007). LAPAN juga terlibat aktif dalam penelitian prekursor gempa dengan mengadakan International Workshop on Seismo Electromagnetic Phenomena (IWSEP) bekerjasama dengan LIPI dan Chiba University (Jepang). Tidak berhenti sampai disitu, saat ini Pusat Sains Antariksa LAPAN berencana akan mengoperasikan penerima gelombang VLF, yang salah satu manfaatnya adalah untuk penelitian prekursor gempa.
Di lapisan atmosfer atas bumi terdapat lapisan magnetosfer dengan berbagai fenomena gelombang yang penting dipelajari karena pengaruhnya terhadap perilaku magnetosfer sendiri dan sebagian dapat digunakan sebagai sarana untuk mengamati atmosfer atas. Salah satu yang penting untuk dipelajari adalah adanya gelombang whistler. Radiasi mode whistler terdiri dari gelombang elektromagnetik yang memiliki batas atas frekuensi cutoff yang juga merupakan frekuensi plasma (fp) atau gyrofrekuensi (fg). Gelombang whistler dibangkitkan oleh aktivitas petir yang kemudian menjalar sepanjang garis-garis medan magnet dan akan terdispersi sehingga terekam sebagai spektrum whistler.



Gambar 3. Ilustrasi gelombang Whistler







Dengan menganalisis kurva dispersi gelombang whistler maka akan diperoleh informasi mengenai mediumnya yaitu magnetosfer meliputi densitas elektron, Total Electron Content (TEC), dan medan listriknya. Beberapa fenomena yang terjadi berkaitan dengan kelistrikan di lapisan ionosfer antara lain disebabkan oleh flare, sinar cosmic gamma, Lightning Induced Elektron Precipitation (LEP), dan Sprite, Elves, serta Blue Jets.



Gambar 4. Mekanisme terjadinya sprite, elves, dan blue jets




Pengamatan gelombang VLF subionosfer akan memberi informasi tentang lapisan bawah ionosfer yang tidak dapat teramati oleh alat lainnya, karena densitas elektron malam hari lapisan D umumnya sekitar 1 s.d 10 el/cc, radar HF atau VHF tidak dapat mengamati lapisan D pada malam hari, ketinggian pantulan gelombang VLF menjalar dalam lapisan ionosfer adalah sekitar 85 km, dan amplitudo/Phase sinyal VLF sangat sensitif terhadap konduktivitas.
Pengamatan gelombang VLF bertujuan untuk memahami mekanisme pembentukan dan penjalaran gelombang VLF di lintang rendah, mengamati tren jangka panjang parameter
seperti densitas elektron, TEC, dan medan listrik selama periode matahari aktif maupun tenang, memahami keterkaitan antara aktivitas gelombang VLF dan aktivitas geomagnet, mengamati lapisan ionosfer bawah, petir, dan thunderstorm, serta meneliti kemungkinan gelombang VLF sebagai prekursor gempa bumi.

3. Alat penerima gelombang VLF
Bidang Ionosfer dan Telekomunikasi, Pusat Sains Antariksa dalam waktu dekat akan menambah satu lagi alat yang akan medukung penelitian lapisan ionosfer yaitu alat penerima gelombang VLF. Komponen utama alat ini terdiri dari antenna, tuning antenna, penerima (receiver), generator sinyal, data logging, dan starbase controller.
Secara sederhana alat ini memanfaatkan karakteristik lapisan D ionosfer. Seperti diketahui bahwa pada lapisan D, proses ionisasi sangat tergantung pada radiasi matahari siang hari, sehingga gelombang VLF akan dapat dipantulkan secara baik . Sedangkan pada malam hari karena radiasi mulai berkurang maka gelombang VLF tidak dapat dipantulkan dengan baik. Penjalaran gelombang VLF akan berbeda lagi saat terjadi flare, dimana pada lapisan D terjadi peningkatan proses ionisasi, bahkan terjadi gangguan di lapisan ionosfer yang disebut dengan istilah Sudden Ionospheric Disturbance (SID). Hal yang serupa tentu akan terdeteksi pada sinyal gelombang VLF bila akan terjadi gempa. Oleh karena itu data penerima sinyal VLF setiap saat dapat digunakan untuk memonitor kondisi lapisan ionosfer dan diharapkan akan memberi informasi tentang prekursor gempa.
Berikut adalah beberapa contoh data sinyal hasil penerima gelombang VLF yang dapat menggambarkan kondisi lapisan ionosfer :



Gambar 5. Grafik kuat sinyal gelombang VLF terhadap waktu.




Terlihat dari Gambar 5 kuat sinyal pada malam hari sedikit berfluktuasi dan mencapai titik terendah pada sekitar jam 06:00 UT. Radiasi matahari yang mulai mencapai permukaan bumi pada jam-jam berikutnya juga terlihat responnya pada data sinyal VLF.



Gambar 6. Grafik kuat sinyal gelombang VLF terhadap waktu.




Gambar 6 menunjukkan respon sinyal gelombang VLF terhadap flare kelas A sampai C. Flare yang terjadi pada sekitar jam 11:00 UT didahului oleh adanya penurunan tajam dalam kuat sinyal gelombang VLF, kemudian diikuti proses recovery yang lambat. Untuk peristiwa flare dengan kelas yang lebih besar (kelas X) tentu saja penurunan tajam kuat sinyal juga akan terjadi dan proses recoverynya akan membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan responnya terhadap flare kelas A sampai C seperti terlihat pada Gambar 7. Dengan metode yang sama, data kuat sinyal VLF ini dapat dimanfaatkan untuk penelitian prekursor gempa.



Gambar 7. Grafik kuat sinyal gelombang VLF terhadap waktu.




4. Kesimpulan
Dari keseluruhan tulisan ini dapat disimpulkan bahwa penelitian lapisan ionosfer semata untuk memahami karakteristik fisik dan perilakunya baik yang sifatnya teratur maupun tidak teratur sehingga dapat dimanfaatkan untuk mitigasi gangguan sistem komunikasi, navigasi, maupun pengawasan, terutama yang disebabkan oleh aktivitas matahari. Selain itu pemahaman tentang adanya respon ionosfer terhadap gempa juga akan bermanfaat dalam penelitian prekursor gempa. Perannya sebagai prekursor gempa saja masih dalam penelitian, bagaimana mungkin ionosfer dapat digunakan untuk membuat gempa?