Kebekuan yang Sontak Membara, Tinjauan Awal Peristiwa Siberia

Peristiwa Siberia disematkan bagi kejadian ledakan di udara (airburst) yang mengguncang langit dan daratan Chelyabinsk, Yekaterinburg, Sverdlosk, Tyumen serta Orenburg Oblast di kawasan Pegunungan Ural, Siberia (Rusia) pada Jumat pagi 15 Februari 2013 pukul 09:20 setempat (pukul 10:20 WIB). Peristiwa tersebut diawali oleh munculnya sebuah kilatan cahaya sangat terang di langit diikuti semburan asap panjang, dentuman suara menggelegar yang membahana serta berujung pada hempasan kencang menjalari udara yang berkemampuan memecahkan kaca jendela dan merobohkan atap. Hujan pecahan kaca membuat 1.200 penduduk luka-luka dengan 112 diantaranya harus dirumahsakitkan dimana 2 orang sempat berada dalam kondisi serius. Selain kaca-kaca jendela yang pecah berantakan, atap bangunan seluas 600 meter persegi di sebuah pabrik seng pun turut ambruk. Total kerugian material diperkirakan mencapai $ 33 juta (Rp 313,5 milyar).

Gambar 1. Boloid Siberia saat melintas di langit Yekaterinburg berdasarkan rekaman salah satu saksi mata yang telah dimodifikasi sehingga menampilkan sudut pandang lebih lebar dan datar. Nampak boloid mulai mengalami pemecah-belahan (tanda panah kuning). Sumber: Spaceweather.com, 2013.
Gambar 1.
Boloid Siberia saat melintas di langit Yekaterinburg berdasarkan rekaman salah satu saksi mata yang telah dimodifikasi sehingga menampilkan sudut pandang lebih lebar dan datar. Nampak boloid mulai mengalami pemecah-belahan (tanda panah kuning).
Sumber: Spaceweather.com, 2013.

Dalam sekejap Peristiwa Siberia menggegerkan jagat. Imajinasi hujan batu seperti tersaji dalam film-film sci-fi Armageddon maupun Deep Impact pun segera membayang di memori publik. Tak ada keraguan kalau peristiwa Siberia disebabkan oleh jatuhnya meteor. Dan dengan menggunakan data-data yang dirilis NASA Meteoroid Environment Office berdasarkan data infrasonik stasiun IMS (International Monitoring Systems) di bawah payung CTBTO (Comprehensive Test Ban Treaty Organization) dan citra satelit cuaca (Meteosat-9, Meteosat-10, MTSAT-2 dan Fengyun-2D) beserta spreadsheet Calculation of a Meteor Orbit dari Marco Langbroek (Dutch Meteor Society), software Planetary Ephemerides, spreadsheet Nuclear Effects Calculator dari Brian Davis dan spreadsheet Dinamika Meteor dari penulis, maka sejumlah karakteristik Peristiwa Siberia dapat diungkap, meski dalam tahap sangat awal yang perlu diperbaiki kemudian.

Energi
Peristiwa Siberia adalah peristiwa tumbukan benda langit (asteroid/komet) yang berujung pada ledakan di udara. Kilatan cahaya terang disertai kepulan asap memanjang menyerupai gasbuang pesawat disusul dentuman suara menggelegar dan getaran menyerupai gempa bumi merupakan jejak-jejak khas peristiwa tumbukan benda langit. Sebelum memasuki atmosfer Bumi, benda langit itu merupakan meteoroid yang beredar mengelilingi Matahari secara rutin menyusuri orbitnya yang kebetulan berpotongan dengan orbit Bumi. Pada 15 Februari 2013, baik meteoroid maupun Bumi sama-sama berada di titik potong itu sehingga meteoroid pun jatuh ke Bumi. Begitu memasuki atmosfer Bumi, meteoroid berubah menjadi meteor karena berpijar. Dan karena pijarannya sangat terang sehingga mudah dilihat di siang bolong, meteor itu dinamakan ulang sebagai meteor-terang (fireball). Meteor yang masih tersisa setelah melintasi atmosfer disebut meteorit. Dan karena peristiwa Siberia menghasilkan meteorit maka meteor-terangnya kembali dinamakan ulang sebagai boloid (bolide).

Gambar 2. Rekaman gelombang seismik (atas) dan infrasonik (bawah) dalam Peristiwa Siberia. Sumber: USGS & CTBTO, 2013.
Gambar 2.
Rekaman gelombang seismik (atas) dan infrasonik (bawah) dalam Peristiwa Siberia.
Sumber: USGS & CTBTO, 2013.

Gelombang infrasonik (frekuensi kurang dari 10 Hz) yang dipancarkan Peristiwa Siberia memiliki periode rata-rata 30 detik dan terekam di 11 stasiun IMS seperti di Greenland, Semenanjung Kamchatka (Rusia) dan bahkan hingga sejauh Antartika. Menggunakan hubungan empirik antara periode dan yield (energi ledakan) yang diturunkan dari eksperimen senjata nuklir dengan titik detonasi atmosferik, maka Peristiwa Siberia melepaskan energi 500 kiloton TNT atau 25 kali lipat lebih dahsyat dibanding bom nuklir Hiroshima. Energi tersebut berkorespondensi dengan massa meteoroidnya sekitar 10.000 ton, diameter sekitar 17 meter (jika berbentuk bola sempurna) dan diestimasikan bertipe kondritik (densitas mendekati 4 g/cc). Meteoroid melejit memasuki atmosfer Bumi pada kecepatan sekitar 18 km/detik (64.800 km/jam).

Saat melejit menuruni atmosfer, molekul-molekul udara tersibak dan terkompresi dramatik oleh tingginya kecepatan meteoroid sehingga terpanaskan sampai mencapai suhu sangat tinggi. Konsekuensinya permukaan meteoroid mulai memijar hebat, tergerus, meleleh dan menyublim. Debu pun terhambur ke atmosfer membentuk jejak asap. Pada titik ini meteoroid menjadi boloid yang sangat terang hingga pada puncaknya tingkat terang mencapai -14 atau 4 kali lipat lebih terang dari Bulan purnama. Secara umum meteor dengan tingkat terang -6 dapat terlihat di siang hari, sehingga boloid dengan mudah nampak karena 1.600 kali lebih terang dari batas tersebut.

Gambar 3. Dua keping meteorit dari Peristiwa Siberia sedang dipersiapkan untuk dianalisis dengan spektrometer. Sepasang meteorit ini ditemukan di kawasan Danau Cherbakul sebagai bagian dari 53 buah keping meteorit yang telah ditemukan hingga saat ini. Sumber: Russia Ural Federal University, 2013.
Gambar 3.
Dua keping meteorit dari Peristiwa Siberia sedang dipersiapkan untuk dianalisis dengan spektrometer. Sepasang meteorit ini ditemukan di kawasan Danau Cherbakul sebagai bagian dari 53 buah keping meteorit yang telah ditemukan hingga saat ini.
Sumber: Russia Ural Federal University, 2013.

Ledakan
Kian jauh memasuki atmosfer, tekanan yang dihadapi boloid kian meningkat. Pada ketinggian sekitar 48 km, tekanan tersebut melampaui ambang batas daya tahan tubuh boloid. Sehingga boloid mulai terpecah belah dalam episode reaksi berantai pemecah-belahan nan brutal dan massif. Proses membentuk pecahan-pecahan berukuran lebih kecil yang resistensinya lebih rendah terhadap hambatan atmosfer sehingga geraknya lebih lambat. Seiring kian memadatnya lapisan atmosfer, maka pecahan-pecahan tersebut bergerak menuju ketinggian lebih rendah sehingga kecepatannya semakin melambat.

Pada satu titik di sekitar ketinggian 25 km semua pecahan itu seakan-akan direm secara mendadak saat gravitasi Bumi mengambil alih dinamikanya. Sehingga hampir seluruh energi kinetik yang diangkut boloid terlepas secara mendadak dalam tempo sangat singkat ke lingkungan sekitar, yang tak bisa dibedakan dengan ledakan. Kita melihatnya sebagai ledakan di udara (airburst). Dengan energi ledakan sebesar 500 kiloton TNT, maka Peristiwa Siberia menjadi peristiwa tumbukan benda langit paling energetik yang pernah disaksikan manusia dalam dalam seabad terakhir, terhitung sejak Peristiwa Tunguska (30 Juni 1908) yang juga terjadi di kawasan Siberia (Rusia). Energi ledakan ini pun melampaui Peristiwa Bone (8 Oktober 2009) di Bone, Sulawesi Selatan (Indonesia) yang ‘hanya’ 60 kiloton TNT dan sempat menjadi peristiwa terbesar sejak 1994.

Secara teoritis, ledakan membuat mayoritas massa boloid yang telah terpecah-belah remuk menjadi bubuk dan membumbung kembali ke atas oleh tiupan angin vertikal menyusul terbentuknya bola-api ledakan untuk kemudian terdistribusi ke bagian lain permukaan Bumi melalui sirkulasi atmosferik. Namun sebagian kecil lainnya masih tersisa dan tetap melanjutkan perjalanannya hingga mencapai permukaan Bumi sebagai meteorit. Hanya saja, selepas titik ledak ini kecepatannya telah jauh lebih lambat karena hanya bergantung kepada gravitasi Bumi. Secara teoritis, dengan mengabaikan resistensi udara, maka meteorit bakal tersebar di kawasan ellips seluas 1 km x 0,5 km, namun pada praktiknya selalu lebih luas dari itu.

Jika diasumsikan 1 % massa asli meteoroid masih tersisa dan jatuh sebagai meteorit tunggal, maka diameternya sekitar 3 meter. Meteorit seukuran ini bakal jatuh membentur tanah pada kecepatan 290 m/detik (1.044 km/jam) dan bakal membentuk cekungan seukuran 20 meter (di daratan). Sempat ditemukan sebuah lubang bundar bergaris tengah 6 meter di permukaan Danau Cherbakul yang membeku yang diduga terbentuk oleh pecahan meteorit berukuran besar. Namun penyelaman pada perairan dibawahnya tidak berhasil menjumpai meteorit tersebut sehingga lubang ini kemungkinan besar tidak terkait dengan Peristiwa Siberia. Dua hari pasca Peristiwa Tunguska, sejumlah meteorit mulai ditemukan oleh tim ilmuwan Rusia dan secara keseluruhan (hingga 19 Februari 2013) telah berjumlah 53 butir. Meteorit ini berupa kepingan-kepingan kecil berukuran 0,5 hingga 1 cm, berwarna kehitaman dan bertipe kondritik. Kecilnya ukuran meteorit yang telah ditemukan hingga kini menunjukkan bahwa Peristiwa Tunguska memang melepaskan energi luar biasa sehingga massa boloid yang masih tersisa lantas terpecah-belah dramatis menjadi taburan kerikil.

Gelombang Kejut dan Panas
Seperti halnya ledakan nuklir atmosferik, Peristiwa Siberia yang melepaskan energi 500 kiloton TNT di ketinggian 25 km pun memproduksi gelombang kejut (shockwave) dan sinar panas (thermal radiation). Sehingga dampak Peristiwa Siberia dapat diaproksimasi menggunakan efek ledakan nuklir atmosferik, terkecuali masalah sampah radioaktifnya.

Gambar 4.  Ilustrasi bagaimana sebuah asteroid (1) memasuki atmosfer Bumi dan terpecah-belah demikian rupa hingga ketinggian tertentu untuk kemudian mengalami ledakan di udara (2) sembari melepaskan gelombang kejut (3) dan sinar panas (4). Hantaman gelombang kejut dan panas tinggi memorak-porandakan permukaan Bumi tepat di bawah titik ledaknya (5). Dalam peristiwa Siberia, energi ledakan dan ketinggian titik ledak adalah demikian rupa sehingga hanya gelombang kejutnya yang menerpa permukaan Bumi sementara sinar panasnya keburu menghilang. Sumber: Sandia National Laboratory, 2009.
Gambar 4.
Ilustrasi bagaimana sebuah asteroid (1) memasuki atmosfer Bumi dan terpecah-belah demikian rupa hingga ketinggian tertentu untuk kemudian mengalami ledakan di udara (2) sembari melepaskan gelombang kejut (3) dan sinar panas (4). Hantaman gelombang kejut dan panas tinggi memorak-porandakan permukaan Bumi tepat di bawah titik ledaknya (5). Dalam peristiwa Siberia, energi ledakan dan ketinggian titik ledak adalah demikian rupa sehingga hanya gelombang kejutnya yang menerpa permukaan Bumi sementara sinar panasnya keburu menghilang.
Sumber: Sandia National Laboratory, 2009.

Gelombang kejut adalah aliran massa udara yang menjalar pada kecepatan tinggi menjauhi titik ledak dan mampu menyebabkan beragam dampak, mulai dari runtuhnya jembatan dan bangunan bertingkat bertulangpunggung baja sebagai dampak terberat hingga yang teringan hanyalah bergetarnya kaca jendela. Pecahnya kaca-kaca jendela di Chelyabinsk mengindikasikan terpaan gelombang kejut memiliki tekanan lebih (overpressure) melebihi batas 20 mbar (20 kPa). Terhitung dari episentrum ledakan, yakni proyeksi titik ledakan pada permukaan Bumi yang tepat berada dibawahnya, radius area terdampak gelombang kejut dengan efek ini mencapai 9,5 km. Dengan demikian gelombang kejut yang mampu memecahkan kaca pada Peristiwa Tunguska berdampak pada area seluas 283 kilometer persegi.

Sementara tiadanya jejak hangus pada struktur bangunan/manusia mengindikasikan kota ini berada di luar jangkauan sinar panas. Simulasi menunjukkan di episentrum intensitas panasnya sebesar 86 kiloJoule per meter persegi, sementara hingga radius 9,5 km dari episentrum intensitasnya 74 kiloJoule per meter persegi. Angka-angka tersebut jauh di bawah nilai ambang batas intensitas 127 kiloJoule per meter persegi untuk bisa menyebabkan lukabakar tingkat tiga ataupun batas 254 kiloJoule per meter persegi untuk bisa membakar kertas koran. Maka, meskipun Peristiwa Siberia melepaskan energi sangat tinggi dan sontak memanaskan kolom udara yang semula dingin membekukan di sekitar titik ledaknya, namun di permukaan Bumi intensitas sinar panas yang dipancarkannya telah demikian rendah sehingga tak berdampak fisik apapun.

Selain gelombang kejut dan sinar panas, peristiwa Siberia juga melepaskan gelombang akustik (suara) dalam bentuk dentuman suara menggelegar. Saat tiba di permukaan Bumi, sebagian kecil gelombang akustik berubah menjadi gelombang seismik menyerupai gempa bumi, khususnya dalam bentuk gelombang Rayleigh (gelombang permukaan). Dengan efisiensi pengubahan gelombang akustik menjadi seismik diasumsikan sebesar 1/10.000, maka gelombang seismik yang diproduksinya setara dengan gempa berkekuatan 2 skala Richter. Pada kekuatan tersebut seluruh kota Chelyabinsk bakal merasakan getaran dengan skala 2 MMI, yakni jenis getaran yang hanya bisa dirasakan oleh orang-orang yang berada di gedung bertingkat saja tanpa menimbulkan kerusakan apapun.

Maka kerusakan dan korban luka-luka di Chelyabinsk dan sekitarnya dalam Peristiwa Siberia sepenuhnya disebabkan oleh hantaman gelombang kejut, bukan sinar panas atau gempa buminya, apalagi oleh meteorit yang berjatuhan kemudian.

Ditulis oleh

Muh. Ma'rufin Sudibyo

Muh. Ma'rufin Sudibyo

Orang biasa saja yang suka menatap bintang dan terus berusaha mencoba menjadi komunikator sains. Saat ini aktif di Badan Hisab dan Rukyat Nasional Kementerian Agama Republik Indonesia. Juga aktif berkecimpung dalam Lembaga Falakiyah dan ketua tim ahli Badan Hisab dan Rukyat Daerah (BHRD) Kebumen, Jawa Tengah. Aktif pula di Lembaga Pengkajian dan Pengembangan Ilmu Falak Rukyatul Hilal Indonesia (LP2IF RHI), klub astronomi Jogja Astro Club dan konsorsium International Crescent Observations Project (ICOP). Juga sedang menjalankan tugas sebagai Badan Pengelola Geopark Nasional Karangsambung-Karangbolong dan Komite Tanggap Bencana Alam Kebumen.