Petir yang Tak Terduga

Akhir Februari lalu diberitakan akan didirikan stasiun pengendali satelit di daerah sekitar Jalan Daan Mogot, Jakarta Barat. Stasiun pengendali itu merupakan pengganti stasiun yang ada cli Cibinong, dekat Bogor. Kabarnya, salah satu alasannya adalah di daerah Cibinong itu banyak petirnya. Petir memang sedang musimnya saat ini. Ikuti artikel terjemahan yang aslinya ditulis oleh David H. Freedman. Red

DI DAERAH Florida tengah, tepatnya di kantor Martin Uman (54 tahun), seorang profesor teknik elektro pada Universitas Florida di Gainesville, terdapat rak-rak yang memajang barang-barang seperti antena radio yang hitam terbakar, tali jemuran yang terpanggang lengkap dengan penjepit hangus, dan gagang telepon yang setengah lumer. Gagang tersebut lumer saat petir menyambar kabel telepon dekat rumah orang yang sedang berbicara melalui telepon tersebut; orang itu langsung tewas.

Uman adalah seorang dari sejumlah kecil peneliti yang mengabdikan dirinya untuk mencoba memahami petir. Penelitian Uman dan teman-temannya dimotivasi oleh alasan praktis. Pada tahun 1989, petir mengakibatkan kerugaian sebesar 72 juta dollar hanya di Amerika Serikat saja. Beberapa industri sangat peka terhadap pengaruh petir. Perusahaan umurh, misalnya, khawatir terhadap araus listrik kuat yang diinduksi oleh petir dan mengakibatkan kerusakan terhadap kabel listrik dan telepon. Perusahaan pesawat terbang jaga khawatir akan pesawatnya merupakan. penangkal petir terbang NASA merasa terganggu oleh dan telah lama memikirkan hagaimana menghindari sambaran petir terhadap pesawat ruang angkasanya tanpa menunda peluncuran setiap kali cuaca mendung.

Manusia juga tidak luput dari sambaran petir. Petir membunuh rata-rata, 85 orang di Amerika Serikat setiap tahunnya, lebih banyak daripada korban bencana alam lain, kecuali banjir bandang. (Rekornya adalah tahun 1963, ketika 210 orang tewas oleh petir, termasuk 81 orang pada pesawat yang disambar petir). Setiap tahunnya ada sekitar 250 orang yang terluka, tapi yang kebanyakan selamat adalah yang tidak tersambar secara langsung. Sambaran langsung oleh petir memberikan arus listrik yang cukup untuk menghanguskan kulit dan meledakkan organ tubuh.

Benjamin Franklin adalah orang yang sangat beruntung terhindar dari kematian pada tahun 1752, ketika ia menerbangkan layangannya pada waktu badai dan berhasil mengalirkan petir melalui ‘benang’ layangannya menuju kunci. Franklin tidak pernah menjelaskan peristiwa tersebut secara rinci, tetapi seorang ahli kimia lnggris Joseph Priestly menjelaskan bahwa Franklin menempelkan buku jarinya ke kunci. Tahun berikutnya seorang ahli fisika Swedia mencoba mengikuti jejak Franklin, tetapi dengan menggunakan penangkal petir sebagai ganti layangan. Ia tewas.

Uman memilih Gainesville untuk menetap karena daerah di bagian Florida tengah tersebut kerap mengalami sambaran petir, rata-rata 40 sambaran per mil persegi tanah tiap tahunnya, tiga kali rata-rata nasional.

Awal terjadinya kilat yang biasa terlihat adaah pemisahan muatan listrik dalam awan, muatan negatif berkumpul di bagian bawah awan, sedang muatan positif di bagian atas. Akhirnya muatan negatif dekat bagian bawah awan menjadi cukup besar untuk mengatasi hambatan udara terhadap aliran listrik.

Pada titik tersebut ada arus elektron yang mengalir secara zigzag menuju tanah dengan kecepatan rata-rata 60 mil per detik. Tidak diketahui mengapa jalurnya berkelok-kelok. Yang diketahui, setiap tahap/ langkah panjangnya beberapa ratus kaki dan berlangsung kurang dari satu mikrodetik. Jeda antara tiap tahap berlangsung 20 hingga 50 kali lamanya. Saat aliran elektron mengalir ke bawah, mereka bertabrakan dengan molekul udara dan mengionisasinya, mengakibatkan lebih banyak elektron yang lepas. Biasanya arus elektron tersebut terpecah menjadi dua, keduanya akan berjalan dengan jalur yang berbeda untuk kemudian memecah lagi, dan seterusnya dan berpola seperti garpu. Tetapi arus elektron tersebut bukanlah sambaran petir yang kuat. Membawa antara 100 hingga 1000 ampere, atau kira-kira 10 hingga 100 kali arus dalam oven pemanggang, arus tersebut nyaris tak terlihat.

Saat arus elektron menuju ke bawah, elektron pada permukaan tanah mulai bergerak menjauh karena tolakan dari muatan yang sama. Tanah yang sudah bermuatan positif, menjadi lebih positif lagi akibat induksi dari lapisan negatif pada bagian bawah awan. Daerah muatan posistif sebenar-nya bergerak ke atas melalui segala obyek penghantar listrik yang ada, seperti bangunan, pohon-pohon, atau manusia, dan naik ke udara menyambut arus elektron yang turun. Pada ketinggian beberapa ratus kaki di atas tanah, suatu cabang dari arus yang zig-zag tersebut bertemu dengan arus positif dari tanah. Saat itulah terjadi petir.

Arus yang berhubungan tersebut menghasilkan sirkuit tertutup, dan pengaruhnya sama seperti memasukkan jari ke lubang kontak listrik: cairan dalam tubuh mulai bergolak dengan dahsyat. Dalam waktu kurang dari satu milidetik, 1026 elektron terkumpul di tanah. Kekuatan arus antara 10.000 hingga 200.000 ampere atau 1.000 hingga 20.000 kali oven pemanggang. Walau sebenarnya partikel bermuatan bergerak ke bawah, tetapi titik kontak antara muatan tanah dan muatan awan bergerak ke atas pada kecepatan 50000 mil per detik, lebih dari seperempat kecepatan cahaya. Ini disebut sambaran balik.

Sambaran balik ini mengionisasi lebih banyak lagi atom di udara sekitarnya dan menghasilkan panas hingga 50.000 derajat Celsius. Sambaran balik ini yang kita lihat sebagai petir dan saat udara panas menghilang secara cepat, akan dihasilkan gelombang supersonik dan terjadi suara guntur.

Sambaran balik yang pertama tidaklah meneruskan pekerjaannya menghilangkan muatan berlebih dari awan. Sebaliknya, sambaran tersebut melemah setelah seperseribu detik. Penyebabnya, menurut Earle Williams dari MIT, yaitu saat arus petir turun hingga tingkat tertentu, udara pada jalur arus elektron mendingin secara cepat, elektron bergabung kembali dengan ion dan jalur tersebut menjadi nokonduktif. Jalur itu menghilang begitu saja hingga tegangan dalam awan mencapai suatu titik di mana akan dihasilkan sambaran yang baru.

Arus elektron kedua yang menuju tanah akan mengikuti jalur pertama, karena meskipun jalur pertama sudah nonkonduktif, tetapi tetap lebih panas dibandingkan udara sekitarnya dan mudah terionisasi lagi saat medan listrik sduah cukup kuat. Rata-rata terjadi empat pasang arus elektron-sambaran balik sekali muncul. Setelah sambaran balik terakhir, elektron berlebihan di daerah tertentu pada awan sudah berpindah ke tanah, dan awan tetap tenang selama kurang lebih 20 detik.

Ada juga sambaran balik yang tidak melemah, tetapi mengalami arus kontinyu satu detik penuhdan karena itu sangat berbahaya. Sepertiga dari petir-petir yang terjadi berlangsung demikian dan merupakan penyebab dari semua kebakaran hutan akibat petir.

Jenis lain adalah “petir positir” dengan arus positif dari awan yang menuju ke tanah dan menghasilkan sambaran balik yang bermuatan elektron. Karena muatan positif cenderung berada di bagian atas awan, maka petir jenis ini relatif jarang diamati dan biasanya terjadi pada badai musim dingin.

Kesulitan bagi para peneliti adalah menentukan kapan dan di mana petir terjadi. Karena itu, kebanyakan dari merka mendatangi Bill Jafferis (65 tahun), seorang insinyur NASA.

Saat sensor medan listriknya mendeteksi awan bermuatan di dekatnya, Jafferis akan mengirim roket plastik setinggi tigakaki dengan kawat tipis pada ekornya ke landasan peluncuran. Karena medan listrik cenderung meningkat pada pinggiran yang tajam dan menuju ke konduktor, kawat tersebut dengan cepat membentuk medan yang kuat pada ujungnya saat roket bergerak menuju bagian bawah awan yang bermuatan negatif.

Saat roket mencapai ketinggian 300 kaki atau lebih,medan pada ujung kawat biasanya cukup kuat untuk mengionisasi udara dan menghasilkan percikan api. Percikan ini akan ber-kembang menjadi arus positif yang menuju awan, menguapkan kawat dan mengakibatkan awan mengirim arus negatif kembali ke landasan melalui jalur yang sama.

Peneliti lain adalah Philip Krider, ahli fisika dari Universitas Arizona. Bersama Uman, ia mengerjakan detektor sambaran-petir. Alat tersebut mengukur perubahan tiba-tiba medan magnetik di sekelilingnya, menentukan apakah perubahan tersebut memiliki sifat petir yang menyambar, dan kemudian hasilnya digabung dengan komputer dari detektor lain untuk menentukan posisi tepat sambaran petir. Lima ratus peralatan mereka tersebar di Amerika Utara, Eropa, dan Jepang. Biro Manajemen Tanah Amerika Serikat memperkirakan sistem seharga 23.000 dollar milik Uman dan Krider ini menghemat 1,3 juta dollar dalam memerangi kebakaran hutan.

Dalam kebanyakan kasus, bukan arus petir tersebut yang menyebabkan kerusakan, tetapi arus elektromagnetiknya; pulsa tersebut menginduksi arus sekunder. Kekuatan arus tersebut tidak tergantung pada kekuatan arus petir, tetapi pada kecepatan mencapai puncaknya.

Yang menjadi teka-teki hingga sekarang adalah pertanyaan kenapa-petir dapat terjadi. Bagaimana awan dapat memisahkan muatan negatif dan positifnya? Menurut Krider, sedikit-nya ada 30 mekanisme yang sudah diusulkan, tetapi ia dan koleganya sudah menyaring hingga diperoleh dua teori. Yang pertama, bahwa petir disebabkan pengendapan. Muatan positif dan negatif dalam awan menjadi terpisah saat air hujan yang lebih berat turun dan bertabrakan dengan kristal es yang ringan. Akibatnya elektron berpindah ke air hujan yang menjadi bermuatan negatif, sedang kristal es yang kehilangan elektron tetap tinggal di atas.

Teori lain dikemukakan Bernard Vonnegut, profesor pada Universitas bagian dari New York di Albany, menyatakan bahwa muatan listrik pada awan terpisah karena gerakan konveksi ke atas dan ke bawah.

Tetapi, kebanyakan peneliti cenderung mengikuti teori pengendapan, disebabkan karena pemindahan muatan dari kristal es telah dicoba di laboratorium dan juga disebabkan karena petir tampaknya tidak terjadi jika tidak ada es pada awan. Ini menurut pengamatan Williams dari MIT yang telah menyiapkan piringan radar di lapangan udara Orlando untuk menyelidiki lokasi dan kecepatan pengendapan awan hujan.

Tampaknya debat antara pengendapan versus konveksi belum akan berakhir. Menurut Krider, kemungkinan jawaban dari teka-teki tersebut adalah gabungan kedua teori itu. Pertanyaan mendasar lain adalah bagaimana petir memilih targetnya. Hingga kini belum ditemukan jawabannya.

Agustinah Sanusi/ sumber dari biscover, Desember 1990

Sumber: Majalah AKU TAHU/ MARET 1992