Pada bulan September 1859, tahun yang sama ketika Darwin menerbitkan On the Origin of Species, sistem telegraf di seluruh Eropa dan Amerika Utara berhenti berfungsi dan mulai menimbulkan percikan api, yang dalam beberapa kasus menyebabkan kebakaran.
Beberapa jam sebelumnya, para peneliti telah mengamati suar matahari pertama yang pernah dikonfirmasi – semburan radiasi intens yang dipancarkan dari Matahari. Itu adalah peringatan bahwa sesuatu yang besar akan menghantam planet kita. Sebagian besar langit utara dan selatan diterangi dengan aurora (cahaya utara dan selatan) yang cemerlang yang menandakan bahwa badai matahari besar sedang berlangsung.
Badai ini, yang kemudian diberi nama peristiwa Carrington, merupakan salah satu badai terkuat yang pernah tercatat dalam sejarah. Namun, dalam artikel terbaru di Nature, kami telah menunjukkan bahwa di masa lalu yang tidak terlalu jauh, Bumi diguncang oleh badai matahari yang jauh lebih ekstrem. Bukti badai ini diperoleh, khususnya, dari analisis kadar karbon radioaktif – yang dikenal sebagai radiokarbon, atau karbon-14 – di lingkaran pohon.
Badai matahari menyebabkan gangguan pada lapisan magnetik Bumi atau magnetosfer. Salah satu penyebab badai matahari yang sering terjadi adalah lontaran massa koronal – luapan partikel bermuatan dari Matahari – yang menuju Bumi dan menembus magnetosfer. Badai matahari yang ekstrem dapat menimbulkan bencana bagi masyarakat kita yang sangat berteknologi karena badai ini berpotensi merusak satelit dan melumpuhkan jaringan komunikasi serta jaringan listrik global.
Kekuatan beberapa badai matahari ekstrem yang terdeteksi di lingkaran pohon menunjukkan bahwa badai tersebut telah merusak infrastruktur teknologi kita dalam skala yang belum pernah terjadi sebelumnya. Misalnya, satu badai matahari ekstrem yang diketahui terjadi pada tahun 774 M akan mengerdilkan peristiwa Carrington.
Mengukur radiokarbon
Radiokarbon, atau penanggalan karbon, telah digunakan secara luas selama beberapa dekade untuk menentukan umur benda-benda yang pernah hidup, seperti tulang, kayu, dan kulit. Ketika tumbuhan dan hewan mati, radiokarbon di dalamnya membusuk pada tingkat yang dapat diprediksi. Jadi dengan mengukur berapa banyak radiokarbon yang tersisa dalam suatu benda seperti tulang, para ilmuwan dapat memperkirakan berapa lama organisme itu mati.
Namun, dalam dekade terakhir, para ilmuwan telah menemukan bahwa badai matahari ekstrem dapat memengaruhi jumlah radiokarbon yang diserap ke dalam organisme hidup seperti pohon. Hal ini memberi para peneliti kesempatan untuk mencari peristiwa matahari ekstrem yang tidak tercatat dalam buku sejarah dan menentukan tanggalnya secara tepat.
Jumlah radiokarbon di atmosfer berubah seiring waktu, yang dapat membuat penanggalan radiokarbon memberikan usia yang menyesatkan. Oleh karena itu, telah ada upaya ekstensif selama bertahun-tahun untuk “mengkalibrasi” catatan radiokarbon agar lebih akurat. Ini berarti menghubungkannya dengan material lain yang usianya diketahui. Ini mungkin pohon yang dapat diberi tanggal melalui lingkaran pertumbuhannya, atau stalagmit dan karang yang telah diberi tanggal menggunakan metode lain.
Bila dikombinasikan dengan ilmu penentuan usia dari lingkaran pohon (dendrokronologi), tanda radiokarbon dari badai matahari ekstrem dapat memberikan titik acuan ke tahun yang tepat. Hal ini dapat membantu membuat penanggalan radiokarbon menjadi lebih akurat.
Dengan meninjau bukti yang tersedia untuk badai matahari ekstrem ini, kita sekarang dapat mencoba mencari tahu seberapa sering peristiwa ini terjadi. Bukti tersebut memberi tahu kita banyak hal tentang siklus karbon global, sirkulasi laut dan atmosfer (bagaimana panas didistribusikan kembali ke permukaan Bumi), dan cara kerja Matahari.
Badai matahari mengubah radiokarbon di pepohonan
Pada tahun 2012, sebuah tim yang dipimpin oleh Fusa Miyake di Universitas Nagoya di Jepang menemukan bahwa badai matahari ekstrem dapat menyebabkan perubahan mendadak pada konsentrasi radiokarbon yang ditemukan di dalam lingkaran pohon. Sebelumnya, laju produksi radiokarbon tidak dianggap bervariasi secara substansial dalam jangka waktu yang pendek sehingga pengukuran tahunan radiokarbon masa lalu tidak mungkin menjadi perhatian khusus.
Mereka mengidentifikasi lonjakan besar dalam produksi radiokarbon di atmosfer yang terkait dengan badai ekstrem pada tahun 774 Masehi. Peristiwa ekstrem lainnya telah dipastikan terjadi pada tahun 993 Masehi, 660 SM, 5259 SM, dan 7176 SM. Badai matahari paling ekstrem yang pernah kami deteksi dalam catatan radiokarbon terjadi sekitar 14.370 tahun yang lalu, menjelang akhir zaman es terakhir.
Kita belum tahu apakah peristiwa ini hanyalah versi badai matahari biasa dalam skala yang lebih besar – yang disebut peristiwa “Angsa Hitam” – atau apakah peristiwa ini disebabkan oleh fenomena fisik yang berbeda. Saat badai matahari yang lebih ekstrem diidentifikasi dari catatan radiokarbon, badai ini akan menambah pengetahuan kita tentang proses fisik yang terjadi di bintang induk kita.
Salah satu ancaman terbesar dari badai matahari besar adalah potensinya untuk langsung membunuh seluruh armada satelit (kecuali satelit yang berada di ketinggian rendah yang dilindungi secara permanen oleh medan geomagnetik), serta melumpuhkan jaringan listrik. Kemampuan untuk meramalkan kejadian ini dan memberikan peringatan dini kepada operator jaringan sangatlah penting.
Dalam beberapa tahun mendatang, catatan radiokarbon dapat mengungkap lebih banyak badai matahari ekstrem. Komunitas ilmiah berlomba-lomba menganalisis pohon-pohon tua dari berbagai wilayah di dunia dengan tujuan memperkuat bukti yang ada dan menemukan badai matahari ekstrem baru di masa lalu.
Meningkatkan pemahaman kita tentang peristiwa ekstrem ini tidak hanya penting untuk penanggalan radiokarbon yang akurat, tetapi juga untuk memahami proses yang terjadi di Matahari dan di planet kita sendiri. Hal ini juga dapat membantu kita dalam mempersiapkan diri menghadapi badai matahari ekstrem berikutnya. Kita belum dapat memperkirakan kapan badai itu akan terjadi, tetapi wawasan baru tentang masa lalu memberi tahu kita bahwa badai itu akan terjadi cepat atau lambat.