Begini Data Baru NASA Mengenai Energi Matahari Berinteraksi dengan Permukaan dan Sistem Bumi

Matahari adalah sumber tenaga bumi, dan memancarkan energi sebagai sinar matahari tampak, radiasi ultraviolet (panjang gelombang lebih pendek), dan radiasi inframerah-dekat, yang kita rasakan sebagai panas (panjang gelombang lebih panjang).

 

IPHEDIA.com - Pernahkah Anda mengenakan kaos berwarna gelap di hari yang cerah dan merasakan kain hangat di bawah sinar matahari? 

Sebagian besar dari kita tahu warna gelap menyerap sinar matahari dan warna terang memantulkannya. Tapi, tahukah Anda bahwa ini tidak bekerja dengan cara yang sama pada panjang gelombang matahari yang tidak terlihat?

Matahari adalah sumber tenaga bumi, dan memancarkan energi sebagai sinar matahari tampak, radiasi ultraviolet (panjang gelombang lebih pendek), dan radiasi inframerah-dekat, yang kita rasakan sebagai panas (panjang gelombang lebih panjang). 

Cahaya tampak memantulkan permukaan berwarna terang seperti salju dan es, sementara permukaan yang lebih gelap seperti hutan atau lautan menyerapnya. 

Reflektifitas ini, yang disebut albedo, adalah salah satu cara utama Bumi mengatur suhunya - jika Bumi menyerap lebih banyak energi daripada yang dipantulkan, ia menjadi lebih hangat, dan jika memantulkan lebih dari yang diserap, ia menjadi lebih dingin.

Gambarannya menjadi lebih rumit ketika para ilmuwan memasukkan panjang gelombang lain ke dalam campuran tersebut. 

Pada bagian spektrum inframerah-dekat, permukaan seperti es dan salju tidak memantulkan cahaya - pada kenyataannya, permukaan ini menyerap cahaya inframerah-dekat dengan cara yang sama seperti kaus gelap menyerap cahaya tampak.

“Orang mengira salju itu reflektif. Ini sangat berkilau,” kata Gavin Schmidt, direktur Institut Studi Luar Angkasa Goddard NASA  di New York City dan penjabat penasihat iklim senior NASA. "Tapi ternyata di bagian spektrum inframerah-dekat, warnanya hampir hitam," jelasnya.

Jelas, agar para ilmuwan iklim mendapatkan gambaran keseluruhan tentang bagaimana energi matahari masuk dan keluar dari sistem Bumi, mereka perlu memasukkan panjang gelombang lain selain cahaya tampak.

Di situlah Total dan Spectral Solar Irradiance Sensor (TSIS-1) masuk. Dari sudut pandangnya di Stasiun Luar Angkasa Internasional , TSIS-1 tidak hanya mengukur radiasi matahari total (energi) yang mencapai atmosfer bumi, tetapi juga berapa banyak energi datang di setiap panjang gelombang. 

Pengukuran ini disebut radiasi matahari spektral, atau SSI. TSIS-1 ini Spectral Irradiance Monitor (SIM) instrumen, yang dikembangkan oleh University of Colorado Boulder ‘s Laboratorium Atmosfer dan Antariksa Fisika, mengukur SSI dengan akurasi yang lebih baik dari 0,2%, atau dalam 99,8% dari nilai-nilai SSI benar.

“Dengan TSIS-1, kami lebih percaya diri dalam pengukuran cahaya tampak dan inframerah dekat,” kata Dr Xianglei Huang, profesor di departemen Ilmu Iklim dan Antariksa dan Teknik di Universitas Michigan, melansir Nasa.gov. 

“Bagaimana Anda mempartisi jumlah energi pada setiap panjang gelombang memiliki implikasi pada iklim rata-rata,” tambahnya.

Huang dan koleganya di Universitas Michigan, Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, dan Universitas Colorado Boulder baru-baru ini menggunakan data TSIS-1 SSI dalam model iklim global untuk pertama kalinya . 

"Beberapa studi menggunakan berbagai input SSI untuk menganalisis sensitivitas model iklim di masa lalu" - namun, studi ini adalah yang pertama menyelidiki bagaimana data baru mengubah model refleksi dan penyerapan energi matahari di kutub bumi, kata Dong Wu, proyek ilmuwan untuk TSIS-1 di Goddard.

Mereka menemukan bahwa ketika mereka menggunakan data baru, model tersebut menunjukkan perbedaan yang signifikan secara statistik dalam berapa banyak energi yang diserap dan dipantulkan oleh es dan air, dibandingkan dengan menggunakan data matahari yang lebih lama. 

Tim menjalankan model, yang disebut Model Sistem Bumi Komunitas , atau CESM2, dua kali: Sekali dengan data TSIS-1 baru dirata-ratakan selama periode 18 bulan, dan sekali dengan rata-rata lama yang direkonstruksi berdasarkan data dari Radiasi Surya NASA yang dinonaktifkan dan Eksperimen Iklim (SORCE).

Tim menemukan bahwa data TSIS-1 memiliki lebih banyak energi dalam panjang gelombang cahaya tampak dan lebih sedikit dalam panjang gelombang inframerah-dekat dibandingkan dengan rekonstruksi SORCE yang lebih lama. 

Perbedaan ini berarti bahwa es laut menyerap lebih sedikit dan memantulkan lebih banyak energi dalam proses TSIS-1, sehingga suhu kutub antara 0,5 dan 1,3 derajat Fahrenheit lebih dingin, dan jumlah cakupan es laut musim panas sekitar 2,5% lebih besar.

"Kami ingin mengetahui bagaimana pengamatan baru dibandingkan dengan yang digunakan dalam studi model sebelumnya, dan bagaimana hal itu mempengaruhi pandangan kami tentang iklim," kata penulis utama Dr Xianwen Jing, yang melakukan penelitian ini sebagai sarjana pascadoktoral di departemen tersebut dari Iklim dan Ilmu Ruang dan Teknik di Universitas Michigan. 

“Jika ada lebih banyak energi di pita terlihat dan lebih sedikit di pita inframerah dekat, itu akan mempengaruhi seberapa banyak energi yang diserap oleh permukaan. Hal ini dapat memengaruhi bagaimana es laut tumbuh atau menyusut dan seberapa dingin es laut di atas garis lintang yang tinggi," katanya lagi.

Ini memberi tahu kita bahwa selain memantau radiasi matahari total, kata Huang, kita juga perlu mengawasi spektrumnya. Meskipun informasi SSI yang lebih akurat tidak akan mengubah gambaran besar perubahan iklim, ini dapat membantu pemodel lebih baik dalam mensimulasikan bagaimana energi pada panjang gelombang yang berbeda mempengaruhi proses iklim seperti perilaku es dan kimia atmosfer.

Meskipun iklim kutub terlihat berbeda dengan data baru, masih ada lebih banyak langkah yang harus diambil sebelum para ilmuwan dapat menggunakannya untuk memprediksi perubahan iklim di masa depan, para penulis memperingatkan. 

Langkah tim selanjutnya termasuk menyelidiki bagaimana data TSIS memengaruhi model di garis lintang yang lebih rendah, serta melanjutkan pengamatan ke masa depan untuk melihat bagaimana SSI bervariasi di seluruh siklus matahari.

Mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana energi matahari berinteraksi dengan permukaan dan sistem Bumi - pada semua panjang gelombang - akan memberi para ilmuwan lebih banyak informasi yang lebih baik untuk memodelkan iklim saat ini dan masa depan. 

Dengan bantuan TSIS-1 dan penerusnya TSIS-2, yang akan diluncurkan dengan pesawat luar angkasa miliknya pada tahun 2023, NASA menyoroti keseimbangan energi Bumi dan bagaimana perubahannya. (ns/ip)