Lapisan padat molekul dan partikel bermuatan listrik, yang disebut ionosfer, menggantung di atmosfer atas Bumi mulai sekitar 35 mil (60 kilometer) di atas permukaan planet dan membentang lebih dari 620 mil (1.000 km). Radiasi matahari yang berasal dari partikel Buffet di atas tergantung di lapisan atmosfer. Sinyal radio dari bawah memantul kembali ionosfer ke instrumen di tanah. Di mana ionosfer tumpang tindih dengan medan magnet, langit meletus dalam tampilan cahaya cemerlang yang luar biasa untuk dilihat.
Di mana ionosfer itu?
Beberapa lapisan berbeda membentuk atmosfer Bumi, termasuk mesosfer, yang mulai 31 mil (50 km) ke atas, dan termosfer, yang dimulai pada 53 mil (85 km) ke atas. Ionosfer terdiri dari tiga bagian dalam mesosfer dan termosfer, diberi label lapisan D, E dan F, menurut Pusat Pendidikan Sains UCAR.
Radiasi ultraviolet ekstrim dan sinar-X dari matahari membombardir daerah-daerah atas atmosfer ini, menyerang atom-atom dan molekul-molekul yang berada dalam lapisan-lapisan itu. Radiasi kuat melepaskan elektron bermuatan negatif dari partikel, mengubah muatan listrik partikel tersebut. Awan yang dihasilkan dari elektron bebas dan partikel bermuatan, yang disebut ion, mengarah ke nama "ionosfer." Gas terionisasi, atau plasma, bercampur dengan atmosfer netral yang lebih padat.
Konsentrasi ion di ionosfer bervariasi dengan jumlah radiasi matahari yang turun ke Bumi. Ionosfer tumbuh padat dengan partikel bermuatan di siang hari, tetapi kepadatan itu mereda di malam hari ketika partikel bermuatan bergabung kembali dengan elektron yang dipindahkan. Seluruh lapisan ionosfer muncul dan menghilang selama siklus harian ini, menurut NASA. Radiasi matahari juga berfluktuasi selama periode 11 tahun, yang berarti matahari dapat memadamkan lebih banyak atau lebih sedikit radiasi tergantung pada tahun.
Semburan sinar matahari yang eksplosif dan hembusan angin matahari menggerakkan perubahan mendadak di ionosfer, bekerja sama dengan angin ketinggian tinggi dan sistem cuaca buruk yang muncul di Bumi di bawah.
Nyalakan langit
Permukaan matahari yang sangat panas mengusir aliran partikel bermuatan tinggi, dan aliran ini dikenal sebagai angin matahari. Menurut Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall milik NASA, angin matahari terbang melintasi angkasa sekitar 40 km per detik. Setelah mencapai medan magnet Bumi dan ionosfer di bawah, angin matahari memicu reaksi kimia berwarna-warni di langit malam yang disebut aurora.
Ketika angin matahari menyapu Bumi, planet ini tetap terlindung di balik medan magnetnya, yang juga dikenal sebagai magnetosfer. Dihasilkan dengan mengocok besi yang meleleh di inti Bumi, magnetosfer mengirimkan radiasi matahari berpacu ke kedua kutub. Di sana, partikel bermuatan bertabrakan dengan bahan kimia yang berputar-putar di ionosfer, menghasilkan aurora memukau.
Para ilmuwan telah menemukan bahwa medan magnet matahari sendiri melemahkan Bumi yang lebih lemah, menggeser aurora ke arah sisi malam planet ini, seperti dilansir Popular Mechanics.
Di dekat lingkaran Kutub Utara dan Antartika, aurora melintas di langit setiap malam, menurut National Geographic. Tirai cahaya berwarna-warni, masing-masing dikenal sebagai aurora borealis dan aurora australis, menggantung sekitar 620 mil (1.000 km) di atas permukaan bumi. Aurora bercahaya hijau-kuning ketika ion menyerang partikel oksigen di ionosfer yang lebih rendah. Cahaya kemerahan sering mekar di sepanjang tepi aurora, dan ungu dan biru juga muncul di langit malam hari, meskipun ini jarang terjadi.
"Penyebab aurora agak diketahui, tetapi tidak sepenuhnya diselesaikan," kata Toshi Nishimura, ahli geofisika di Boston University. "Misalnya, apa yang menyebabkan jenis warna aurora tertentu, seperti ungu, masih menjadi misteri."
Siapa itu Steve?
Selain aurora, ionosfer juga berperan sebagai tuan rumah bagi pertunjukan cahaya mengesankan lainnya.
Pada tahun 2016, para ilmuwan warga negara menemukan sebuah fenomena yang sangat menarik, yang para ilmuwan berjuang untuk jelaskan, seperti yang dilaporkan oleh situs Science Space, Space.com sebelumnya. Sungai-sungai terang berwarna putih dan merah muda mengalir di Kanada, yang lebih jauh ke selatan daripada kebanyakan aurora yang muncul. Kadang-kadang, garis hijau bergabung dengan campuran. Lampu-lampu misterius itu diberi nama Steve sebagai penghormatan pada film animasi "Over the Hedge" dan kemudian diganti namanya menjadi "Peningkatan Kecepatan Emisi Termal yang Kuat" - masih STEVE untuk jangka pendek.
"Kami telah mempelajari aurora selama ratusan tahun, dan kami tidak bisa, dan masih belum bisa, menjelaskan apa itu Steve," kata Gareth Perry, seorang ilmuwan cuaca luar angkasa di New Jersey Institute of Technology. "Ini menarik karena emisi dan propertinya tidak seperti apa pun yang kami amati, setidaknya dengan optik, di ionosfer."
Menurut sebuah studi 2019 dalam jurnal Geophysical Research Letters, garis-garis hijau dalam STEVE dapat berkembang serupa dengan bagaimana bentuk aurora tradisional, ketika partikel bermuatan turun ke atmosfer. Di STEVE, bagaimanapun, sungai cahaya tampak bercahaya ketika partikel-partikel di dalam ionosfer bertabrakan dan menghasilkan panas di antara mereka.
Komunikasi dan navigasi
Meskipun reaksi di ionosfer mewarnai langit dengan warna-warna cerah, mereka juga dapat mengganggu sinyal radio, mengganggu sistem navigasi dan kadang-kadang menyebabkan pemadaman listrik yang meluas.
Ionosfer mencerminkan transmisi radio di bawah 10 megahertz, memungkinkan militer, maskapai penerbangan, dan ilmuwan menghubungkan sistem radar dan komunikasi jarak jauh. Sistem ini bekerja paling baik ketika ionosfer halus, seperti cermin, tetapi mereka dapat terganggu oleh penyimpangan dalam plasma. Transmisi GPS melewati ionosfer dan karenanya memiliki kerentanan yang sama.
"Selama badai geomagnetik besar, atau peristiwa cuaca luar angkasa, arus dapat menyebabkan arus lain di tanah, jaringan listrik, jaringan pipa, dll. Dan mendatangkan malapetaka," kata Perry. Salah satu badai matahari menyebabkan pemadaman Quebec yang terkenal pada tahun 1989. "Tiga puluh tahun kemudian, sistem kelistrikan kita masih rentan terhadap peristiwa semacam itu."
Para ilmuwan mempelajari ionosfer menggunakan radar, kamera, instrumen yang terikat satelit, dan model komputer untuk lebih memahami dinamika fisik dan kimia kawasan tersebut. Berbekal pengetahuan ini, mereka berharap dapat memprediksi gangguan di ionosfer dengan lebih baik dan mencegah masalah yang dapat terjadi di tanah di bawah ini.
