Penelitian NASA Ungkap Perubahan Matahari Mungkin Memengaruhi Iklim Bumi

JAKARTA – Perubahan iklim Bumi pada masa lalu tidak hanya dipengaruhi oleh faktor internal planet, seperti perubahan orbit, gas rumah kaca, dan lapisan es. Penelitian yang didanai NASA menunjukkan bahwa perubahan lingkungan Matahari juga kemungkinan berperan dalam membentuk iklim Bumi selama jutaan tahun.

Studi terbaru dari SHIELD (Solar Wind with Hydrogen Ion charge Exchange and Large-Scale Dynamics), bagian dari pusat sains DRIVE milik NASA, menelusuri hubungan antara Matahari, heliosfer, dan perubahan kondisi di Bumi. Helioster merupakan gelembung pelindung besar yang terbentuk dari angin serta partikel yang terus mengalir keluar dari Matahari ke berbagai arah.

Penelitian yang diterbitkan pada 21 Agustus di Annual Review of Astronomy and Astrophysics tersebut menunjukkan bahwa lingkungan antarbintang yang dilalui heliosfer dapat memengaruhi atmosfer dan kondisi permukaan Bumi.

Heliosfer Menyusut Saat Berhadapan dengan Gas dan Debu Dingin

Peneliti utama SHIELD, Merav Opher, bersama timnya menemukan bahwa Matahari kemungkinan telah melewati hamparan gas dan debu yang sangat dingin setidaknya tiga kali dalam beberapa juta tahun terakhir. Peristiwa tersebut diperkirakan terjadi sekitar 2–3 juta tahun, 6–7 juta tahun, serta 13–14 juta tahun yang lalu.

Gas dan debu dingin itu dapat menekan heliosfer sehingga ukurannya menyusut. Akibatnya, Bumi berpotensi berada di luar perlindungan heliosfer dan lebih terbuka terhadap lingkungan antarbintang.

Heliosfer selama ini dipahami sebagai pelindung yang membatasi paparan terhadap kondisi di luar lingkungan Matahari. Ketika perlindungan tersebut menyusut, atmosfer Bumi dapat berinteraksi lebih langsung dengan awan hidrogen galaksi yang dingin dan padat.

Bukti Geologis Mendukung Hasil Simulasi

Hasil simulasi penelitian menunjukkan kesesuaian dengan sejumlah bukti geologis. Unsur-unsur yang terdapat dalam debu antarbintang juga ditemukan pada sampel inti sedimen laut dalam, salju Antartika, dan sampel Bulan dari rentang waktu yang sama.

Menurut penelitian tersebut, paparan terhadap awan hidrogen galaksi dapat meningkatkan kandungan uap air sekaligus mengubah dinamika atmosfer bagian atas. Perubahan itu kemudian berpotensi memengaruhi kondisi di permukaan Bumi.

Kajian mengenai heliosfer dan heliofisika ini dinilai dapat membantu menjelaskan sejumlah perubahan iklim kuno, termasuk misteri evolusi dan kemungkinan terjadinya zaman es. Penelitian tersebut juga dapat memberikan gambaran mengenai sistem bintang lain yang berpotensi mendukung kehidupan.

Matahari Purba yang Redup dan Keberlangsungan Bumi

Penelitian lain dari Vladimir Airapetian, ilmuwan Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA, membahas persoalan berbeda mengenai pengaruh Matahari terhadap Bumi. Studi yang diterbitkan di Astrophysical Journal Letters itu berfokus pada paradoks Matahari purba yang redup.

Sekitar tiga miliar tahun lalu, tingkat kecerahan Matahari diperkirakan hanya 70 persen dibandingkan saat ini. Dengan tingkat energi yang lebih rendah tersebut, Bumi seharusnya berada dalam kondisi yang sangat dingin hingga membeku sepenuhnya.

Namun, pengamatan terhadap bintang-bintang muda yang mirip Matahari menunjukkan bahwa bintang-bintang tersebut secara berkala mengalami superflare. Ledakan besar itu melontarkan partikel berenergi tinggi ke berbagai arah.

Airapetian berpendapat bahwa apabila Matahari muda memiliki karakter serupa, partikel berenergi tinggi dari superflare mungkin memicu reaksi kimia tertentu. Reaksi tersebut kemudian menghasilkan proses pemanasan yang membantu menjaga Bumi purba tetap berada dalam kondisi dingin, tetapi tidak sepenuhnya membeku.

Partikel Energi Tinggi Memicu Pembentukan Gas Rumah Kaca

Untuk menguji kemungkinan tersebut, para peneliti membuat simulasi atmosfer Bumi dengan mencampurkan nitrogen molekuler, amonia, karbon dioksida, dan karbon monoksida. Campuran itu kemudian ditembakkan proton untuk meniru dampak partikel berenergi tinggi dari superflare.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa paparan proton dapat memicu produksi nitrogen oksida atau nitrous oxide. Gas rumah kaca ini disebut 300 kali lebih kuat daripada karbon dioksida dan berpotensi membantu Bumi mempertahankan panas.

Radiasi ultraviolet Matahari yang intens memang dapat menguraikan nitrogen oksida. Namun, penelitian tersebut memperkirakan bahwa keberadaan sekitar 10 persen nitrogen oksida saja mampu meningkatkan suhu wilayah khatulistiwa Bumi hingga 5 derajat Celsius di atas titik beku air.

Kondisi yang dingin, tetapi tidak membeku sepenuhnya, dinilai dapat mempercepat sintesis prebiotik. Proses ini memungkinkan terbentuknya rantai asam amino kompleks yang menjadi pembentuk protein dan mendukung munculnya kehidupan.

Kesimpulan

Dua penelitian tersebut memperlihatkan bahwa sejarah iklim Bumi kemungkinan berkaitan erat dengan dinamika Matahari dan lingkungan antarbintang. Penyusutan heliosfer akibat gas serta debu dingin dapat membuka paparan terhadap awan hidrogen galaksi, sementara aktivitas Matahari purba mungkin membantu menjaga Bumi tetap hangat melalui reaksi kimia di atmosfer.

Temuan ini memperluas pemahaman tentang faktor-faktor yang membentuk perubahan iklim kuno. Ke depan, penelitian mengenai heliosfer, aktivitas Matahari, dan atmosfer planet dapat membantu ilmuwan mengungkap lebih jauh sejarah Bumi sekaligus menilai kondisi sistem bintang lain yang berpotensi layak huni.