Badai petir termasuk dalam daftar hal-hal biasa yang mengejutkan, yang justru sedikit kita ketahui. Tahun lalu, tim insinyur berhasil mengidentifikasi bagaimana petir terbentuk di puncak awan. Kini, tim yang sama kembali dengan penemuan mengejutkan lainnya: sebuah “petir dalam kotak” miniatur dari bahan plastik.
Dalam studi terbaru yang diterbitkan di Physical Review Letters, para insinyur yang dipimpin Victor Pasko dari Penn State University melaporkan bahwa mereka merancang konsep suatu aparatus untuk memodelkan sambaran petir. Mungkin terdengar tidak terlalu istimewa, tetapi menurut simulasi mereka, kotak tersebut hanya sedikit lebih besar dari setumpuk kartu dan membutuhkan bahan-bahan yang relatif murah serta mudah didapat.
Semua itu tergantung pada kemampuan tim untuk membuktikan konsep mereka secara eksperimental. Namun jika berhasil, para insinyur, ilmuwan atmosfer, dan fisikawan akan memiliki kesempatan emas untuk mengeksplorasi petir dengan kemudahan yang belum pernah ada sebelumnya.
“Andai kita bisa bereksperimen dengan kondisi mirip petir di atas meja dalam lingkungan terkontrol, itu akan luar biasa—jauh lebih hemat biaya dan dapat menjawab begitu banyak pertanyaan,” ujar Pasko dalam sebuah pernyataan.
Fisika di Balik Badai yang Mendekat
Hasil ini merupakan yang terbaru dalam serangkaian studi dari Pasko, yang pada tahun 2023 merancang model matematika untuk mensimulasikan kondisi fisik yang menghasilkan petir. Dalam temuan tahun lalu, Pasko dan rekan-rekannya membandingkan model tersebut dengan observasi lapangan menggunakan sensor darat, data satelit, dan pesawat mata-mata ketinggian tinggi.
Dari analisis tersebut, tim menyimpulkan bahwa sambaran petir berasal dari reaksi berantai medan listrik kuat yang mempercepat elektron, yang kemudian menghasilkan radiasi sinar-X setelah bertabrakan dengan partikel nitrogen dan oksigen di udara. Partikel-partikel kacau ini akhirnya melepaskan semburan foton yang kita kenal sebagai lengkungan cahaya yang menyambar di langit.
Mengecilkan Sambaran Besar
Untuk studi baru ini, tim penasaran apakah umpan balik tersebut—secara formal disebut sebagai *relativistic runaway electron avalanche*—dapat direplikasi dalam ruang fisik yang jauh lebih kecil. Lebih baik lagi, apakah ruang ini dapat dibuat dari bahan isolator umum, seperti kaca, akrilik, atau kuarsa?
Simulasi mengevaluasi apakah pasokan elektron berenergi tinggi di lab dapat memicu radiasi mirip petir dalam balok padat berukuran kecil. Yang mengejutkan (maaf), tim menemukan bahwa—secara teoretis, setidaknya—sebuah balok padat yang lebih kecil dari ibu jari dapat meniru kondisi listrik yang sama seperti badai petir nyata.
Hal ini cukup luar biasa, mengingat badai nyata “menghasilkan potensial listrik sekitar 100 juta volt di wilayah awan selebar kilometer,” kata Pasko. Ini dimungkinkan berkat kepadatan tinggi bahan-bahan tersebut, yang bisa hingga seribu kali lebih padat daripada udara. Gaya gesek dalam padatan ini “jauh lebih besar daripada di atmosfer, yang mengecilkan skala spasial prosesnya,” menurut ulasan terhadap makalah tersebut oleh Physics Magazine.
Begitu mata rantai pertama reaksi berantai berhasil direproduksi dalam balok mungil tersebut, kekuatan murni dari umpan balik akan cukup untuk mempertahankan *avalanche* tersebut, demikian hipotesis makalah itu.
Kapan “Petir dalam Kotak” Hadir?
Ini dengan asumsi tim berhasil mengonfirmasi temuan mereka secara eksperimental. Dalam makalahnya, para peneliti menguraikan beberapa faktor yang perlu dikonfirmasi jika metode mini-petir yang mereka usulkan terealisasi, seperti medan listrik minimum yang dibutuhkan untuk reaksi atau bagaimana “berkas” elektron harus diterapkan pada bahan padat.
Meski demikian, keuntungan yang diharapkan sangat besar, ujar Pasko, mengingat betapa mahalnya bagi peneliti untuk melakukan eksperimen “skala masif” guna mengamati pola cuaca ekstrem. Sebuah studi sebelumnya juga menunjukkan bahwa reproduksi reaksi mirip petir dalam aparatus yang relatif kecil adalah mungkin, sehingga prediksi studi baru ini mungkin tidak terlalu tidak realistis, tambahnya.
Saya akui sedikit kecewa ketika tidak menemukan foto dari yang disebut “petir dalam kotak” tersebut. Namun untungnya, tim sudah menangani hal ini, dan mengingat rekam jejak Pasko dalam menyampaikan penelitian petir terkini, semoga kita segera melihatnya.