Studi Ionosfer menggunakan GPS

ATMOSFER BUMI

Atmosfer adalah campuran gas yang mengelilingi permukaan bumi. Campuran gas ini mengitari bumi karena ditarik oleh gaya gravitasi yang ada pada bumi dan campuran gas ini disebut dengan udara. Lapisan gas tersebut mengelilingi bumi dengan ketebalan yang sulit untuk ditentukan secara teliti, namun ketebalan rata-rata dari atmosfer ini ditentukan kira kira 500 km [Spiegel & Gruber, 1983].

Udara bercampur secara baik di atmosfer. Meskipun bercampur, atmosfer mempunyai perbedaan-perbedaan yang signifikan dalam temperatur dan tekanan dalam setiap perbedaan ketinggiannya. Perbedaan ini didefinisikan ke dalam sejumlah lapisan atmosfer.

Lapisan atmosfer ini terdiri dari troposfer (0-16 km), stratosfer (16-50 km), mesosfer (50-80 km) dan termosfer (80-640 km). batas antara keempat lapisan ditentukan dengan perubahan temperatur yang mencolok, dan termasuk berturut turut tropopause, stratopause, dan mesopause. Di dalam troposfer dan mesosfer, temperatur secara umum menurun susuai dengan kenaikan ketinggian, sebaliknya pada stratosfer dan termosfer, temperatur naik seiring dengan kenaikan ketinggian [pettersen,1958;Miller et al,1983].

Hampir seluruh udara (90 %) mengandung uap air dan sisanya tidak mengandung uap air [Kurniawan, 1998]. Udara yang tidak mengandung uap air ini disebut dengan udara kering.

————————————————————————————————————————————————–

LAPISAN IONOSFER

Ionosfer adalah bagian dari lapisan atas atmosfer dimana terdapat sejumlah elektron bebas yang mempengaruhi perambatan gelombang radio.  Jumlah elektron dan ion bebas pada lapisan ionosfer ini bergantung pada besarnya intensitas radiasi matahari serta densitas gas pada lapisan tersebut [ Davies, 1990].  Lapisan ionosfer kira-kira terletak 50 sampai 1000 Km diatas permukaan bumi.

Berdasarkan membesarnya nilai ketinggian dan densitas elektron, lapisan ionosfer dapat dikategorisasikan menjadi lapisan- lapisan D, E, F1, dan F2.  Ionosfer merupakan medium dispersif yaitu medium dimana kecepatan perlambatan gelombang yang akan melintasnya sangat tergantung pada  frekuensi gelombang tersebut.

Adanya sinar matahari dan radiasi kosmik menyebabkan molekul-molekul gas yang bersifat netral di atmosfer mengalami ionisasi. Energi ionisasi ini berasal dari energi photon yang memecahkan ikatan elektron dengan atom induknya, sehingga menghasilkan sejumlah elektron bebas yang bermuatan [klobuchar, 1991].  Proses ini banyak terjadi pada ionosfer.

Kecepatan perambatan gelombang  pada titik-titik di ionosfer ditentukan oleh densitas electron di titik-titik tersebut. Makin besar densitas electron , makin tinggi kecepatan perambatannya.

Densitas electron diukur dengan menghitung jumlah electron  di suatu kolom vertikal setinggi 1m di ionosfer dengan penampang melintang 1m2. jumlah densitas electron di suatu kolom vertikal sepanjang lintasan sinyal dari pembangkit  sinyal ke penerima sinyal dengan penampang melintang seluas 1m2 disebut Total Electron content (TEC).

—————————————————————————————————————————————————

TEKNIK STUDI IONOSFER

Pengamatan Ionosfer dapat dilakukan dengan 2 teknik  yaitu teknik direct (in-situ) dengan menggunakan roket dan satelit, dan Teknik remote dengan menggunakan ionosonde (HF), Radar (VHF), dan satelit (GPS).  Contoh dengan menggunakan radar ber-frekuensi 50 MGhz, dengan panjang gelombang 60 meter dapat melihat karakteristik ionosfer dalam radius pengamatan sekitar 500 kilometer.  Teknik GPS sekarang merupakan teknik yang cukup banyak dikembangkan karena mempunyai kelebihan dalam hal efektifitas dan efisiensi.

—————————————————————————————————————————————————

MANFAAT STUDI IONOSFER

Manfaat dari studi ionosfer yaitu untuk memperoleh model koreksi ionosfer bagi sinyal sinyal gelombang satelit aplikasi seperti satelit GPS, InSAR, Altimetri dan lain-lain.  Studi ionosfer juga akan memberikan informasi MUF (Maximum Usable Frequency) dan scintilasi ionosfer.

Studi tidak langsung dari ulah manusia terhadap kerusakan lingkungan juga dapat dilakukan melalui studi ionosfer, dengan melihat indikator perubahan atmosfer global dari data ionosfer.

Satu hal lagi yang cukup menarik dari studi ionosfer sekarang ini yaitu mendeteksi gempa bumi dan tsunami.  Hasil studi awal beberapa peneliti memperlihatkan keterkaitan aktivitas tektonik gempa bumi dengan aktifitas ionosfer.  Sebelum terjadinya gempa dimungkinkan ada gangguan terhadap kondisi ionosfer, sehingga efek gangguan tersebut apabila dapat teridentifikasi maka dapat dijadikan sebagai precusor gempa bumi (parameter prediksi gempa bumi).

—————————————————————————————————————————————————

STUDI IONOSFER MENGGUNAKAN GPS

Satelit GPS memancarkan sinyal-sinyal gelombang elektromagnetik yang sebelum diterima oleh antena receiver GPS akan melewati medium lapisan-lapisan atmosfer yaitu ionosfer dan troposfer. Dalam kedua lapisan ini, sinyal GPS akan mengalami gangguan (bias),

Bias yang disebabkan oleh adanya lapisan troposfer dan ionosfer ini ditambah dengan kesalahan orbit dan waktu akan menyebabkan kesalahan pada ukuran jarak dari satelit GPS ke antena receiver, yang akan menyebabkan kekurang telitian pada penentuan posisi pengamat. Oleh karena itu estimasi besaran bias troposfer dan ionosfer perlu dilakukan untuk memperoleh hasil posisi yang lebih teliti.

Informasi tentang karakteristik ionosfer dalam suatu wilayah, yang biasanya diwakili oleh karakteristik TEC (Total Electron Content), akan sangat berguna untuk beberapa hal, seperti untuk telekomunikasi, penentuan posisi dengan satelit, dan kedirgantaraan [ Abidin,1999 ]. Secara definisi, TEC adalah jumlah elektron dalam kolom vertikal (silinder) berpenampang 1 meter persegi sepanjang lintasan sinyal dalam lapisan ionosfer.

Penentuan TEC dengan GPS pada dasarnya adalah suatu inverse problem dari penentuan posisi dengan GPS, dalam hal ini dengan menggunakan receiver GPS tipe geodetic dual frekuensi pada titik yang telah diketahui koordinatnya kita akan dapat menghitung besarnya TEC dalam arah pengamatan-pengamatan satelit GPS.  Model matematika untuk penentuan TEC dapat diturunkan dari persamaan pengamatan pseudorangge dua frekuensi atau dari persamaan carrier phase dua frekuensi. Dalam hal ini TEC yang dihitung adalah TEC vertikal [Abidin, 1995].

GPS merupakan tools  yang potensial dalam melakukan studi ionosfer dibandingkan dengan teknologi lain yang telah digunakan, misalnya radiosonde.  Teknologi GPS memiliki potensi besar untuk menentukan nilai TEC terutama untuk wilayah yang cukup luas dan banyak tertutup air seperti indonesia [ Abidin, 1995 ]

————————————————————————————————————————————————–

Studi Karakteristik Ionosfer di Indonesia dengan GPS

LAPAN merupakan lembaga yang cukup banyak melakukan studi karakteristik ionosfer di wilayah Indonesia.  Model ionosfer yang telah dibuat diantaranya model ionosfer lintang rendah Indonesia dengan menggunakan jaringan syaraf tiruan fungsi basis radial (JFBR) untuk parameter frekuensi kritis lapisan F ionosfer (foF2) dari data hasil pengamatan vertikal di sekitar Indonesia (Buldan Muslim dkk, program terpadu PUSFAT SAINSA tahun 2001).

Dengan adanya teknologi Global Positioning System (GPS) yang menjadi perangkat baru yang cukup efektif dalam melakukan studi ionosfer, maka LAPAN kemudian bekerjasama dengan KK Geodesi ITB  mulai melakukan studi karakteristik ionosfer di Indonesia dengan menggunakan GPS.  Data-data GPS diperoleh dari stasiun-stasiun GPS kontinyu yang ada di Indonesia, diantaranya stasiun BAKO di Cibinong, PARE di Pare pare Sulawesi Barat, kemudian stasiun KOEP di Kupang Nusa Tenggara Timur, SAMP di Sampali Medan Sumatera utara, dan di beberapa stasiun lainnya.  Meskipun data stasiun yang ada belum bisa mengcakup area regional Indonesia, namun diharapkan dengan data GPS ini, kita dapat melakukan studi awal mengenai karakteristik Ionosfer di Lintang rendah yaitu kawasan Indonesia.  Seperti telah disebutkan di atas, cukup banyak manfaat yang dapat diperoleh dengan melakukan studi ionosfer ini.
Sampai dengan saat ini masih dilakukan proses pengolahan data, kemudian nantinya akan dibuat model ionosfer wilayah Indonesia hasil dari inversi data GPS.

Berita Terkait