Pada 13 Desember 1972, astronot Apollo 17 Garisson Schmitt mendekati sebuah batu besar di Laut Ketenangan di Bulan. “Batu besar ini memiliki jalan kecilnya sendiri yang mengarah langsung ke bukit,” dia memberi tahu komandannya, Eugene Cernan, sambil mencatat di mana batu itu berada sebelum berguling ke bawah bukit. Cernan mengambil beberapa sampel.
"Bayangkan bagaimana jadinya jika Anda berdiri di sana sebelum batu besar ini berguling," kata Cernan sambil berpikir. "Saya mungkin tidak akan melakukannya lebih baik," jawab Schmitt.
Para astronot mengukir potongan bulan dari batu besar. Kemudian, dengan menggunakan penggaruk, Schmitt mengikis permukaan yang berdebu dan mengangkat kerikil yang kemudian disebut troctolite 76536.
Batu itu dan bebatuan bersaudara seharusnya menceritakan kisah tentang bagaimana bulan kita muncul. Dalam kisah penciptaan ini, yang tercatat dalam buku teks yang tak terhitung jumlahnya dan pameran museum sains selama empat puluh tahun terakhir, Bulan dilebur dari tabrakan dahsyat antara kuman Bumi dan dunia padat seukuran Mars. Dunia lain disebut Teia, setelah dewi Yunani yang melahirkan Selene, bulan. Theia menabrak Bumi begitu keras sehingga kedua dunia itu meleleh. Aliran bahan cair yang dibuang oleh Theia kemudian didinginkan dan dipadatkan, membentuk pendamping keperakan yang kita semua kenal baik.
Tetapi pengukuran modern troctolite 76536 dan batuan lain dari Bulan dan Mars mempertanyakan teori ini. Selama lima tahun terakhir, berbagai penelitian telah menemukan masalah: hipotesis tabrakan raksasa kanonik didasarkan pada asumsi yang tidak sesuai dengan bukti. Jika Theia menabrak Bumi dan kemudian membentuk Bulan, Bulan harus terbuat dari bahan Theia. Tapi Bulan tidak seperti Theia - atau Mars, dalam hal ini. Bagi atom, itu terlihat hampir sama dengan Bumi.
Menghadapi ketidakkonsistenan ini, para penjelajah bulan mencari ide-ide baru untuk memahami bagaimana bulan muncul. Solusi yang paling jelas mungkin yang paling sederhana, tetapi ini menimbulkan masalah lain dalam memahami tata surya muda: mungkin Theia yang membentuk Bulan, tetapi Theia juga terdiri dari zat yang hampir identik dengan bumi. Pilihan lainnya adalah proses tumbukan mencampur semuanya, menghomogenkan potongan dan cairan individu dalam kue, yang kemudian dipotong menjadi beberapa bagian. Dalam hal ini, tabrakan harus sangat kuat, atau harus ada beberapa di antaranya. Penjelasan ketiga mempertanyakan pemahaman kita tentang planet. Bisa jadi Bumi dan Bulan yang kita miliki saat ini telah mengalami metamorfosis aneh dan tarian orbital liar yang secara radikal mengubah rotasi dan masa depannya.
Video promosi:
Kabar buruk bagi Teia
Untuk memahami apa yang bisa terjadi pada hari terpenting bagi Bumi, Anda perlu mulai dengan memahami masa muda tata surya. Empat setengah miliar tahun lalu, Matahari dikelilingi awan panas dari puing-puing berbentuk donat. Elemen bintang berputar di sekitar matahari kita yang baru lahir, mendingin dan - selama bertahun-tahun - bergabung bersama dalam proses yang tidak sepenuhnya kita pahami. Pertama menjadi rumpun, lalu menjadi planetesimal, lalu menjadi planet. Padatan ini kaku dan sering bertabrakan, menguap dan muncul kembali. Dalam biliar bintang yang sangat keras inilah Bumi dan Bulan ditempa.
Untuk mendapatkan Bulan yang kita miliki saat ini, dengan ukuran, rotasi, dan kecepatan pergerakannya menjauh dari Bumi, model komputer terbaik kami mengatakan bahwa apa pun yang bertabrakan dengan Bumi, pasti seukuran Mars. Apa pun yang lebih atau kurang akan menghasilkan sistem dengan momentum sudut yang jauh lebih besar daripada yang kita amati. Proyektil yang lebih besar juga akan membuang terlalu banyak besi ke orbit Bumi dan menghasilkan bulan yang jauh lebih kaya besi daripada yang kita amati.
Studi geokimia pertama troctolite 76536 dan batuan lain mendukung cerita ini. Mereka menunjukkan bahwa batuan bulan pasti telah lahir di lautan magma bulan, yang pada gilirannya dapat muncul dari tabrakan raksasa. Troctolite mengapung di laut yang mencair seperti gunung es di Antartika. Berdasarkan keterbatasan fisik ini, para ilmuwan memutuskan bahwa Bulan terbuat dari sisa-sisa Theia. Tapi ada masalah.
Mari kembali ke tata surya muda. Saat dunia padat bertabrakan dan menguap, isinya bercampur, akhirnya menetap di wilayah terpisah. Lebih dekat ke Matahari, di mana ia lebih panas, unsur-unsur yang lebih ringan lebih cenderung memanas dan melarikan diri, meninggalkan kelebihan isotop berat (variasi unsur dengan neutron ekstra). Lebih jauh dari Matahari, batuan mampu menahan lebih banyak air dan isotop yang lebih ringan tetap ada. Oleh karena itu, seorang ilmuwan dapat memeriksa campuran isotop untuk menentukan di bagian mana dari tata surya itu muncul, sama seperti aksen yang mengkhianati tanah air seseorang.
Perbedaan ini begitu mencolok sehingga digunakan untuk mengklasifikasikan planet dan jenis meteorit. Mars sangat berbeda dari Bumi, misalnya, sehingga meteoritnya dapat diidentifikasi hanya dengan mengukur rasio tiga isotop oksigen yang berbeda.
Pada tahun 2001, dengan menggunakan teknik spektrometri massa yang canggih, ilmuwan Swiss memeriksa kembali troctolite 76536 dan sampel bulan lainnya. Ternyata isotop oksigen mereka tidak bisa dibedakan dengan yang ada di Bumi. Sejak itu, ahli geokimia mempelajari titanium, tungsten, kromium, rubidium, kalium, dan logam tidak biasa lainnya di Bumi - dan semuanya tampak hampir sama.
Ini kabar buruk bagi Teia. Jika Mars sangat berbeda dari Bumi, Theia - dan Bulan - pasti juga berbeda. Jika mereka sama, itu berarti bulan seharusnya terbentuk dari potongan-potongan bumi yang meleleh. Bebatuan yang dikumpulkan Apollo, ternyata, secara langsung akan bertolak belakang dengan apa yang dikatakan fisika.
"Model kanonik berada dalam krisis serius," kata Sarah Stewart, ilmuwan planet di University of California, Davis. "Dia belum sepenuhnya terbunuh, tapi statusnya saat ini adalah dia tidak bekerja."
Bulan uap
Stewart telah mencoba untuk memikirkan kembali batasan fisik dari masalah ini - kebutuhan akan ukuran tubuh tumbukan tertentu yang bergerak pada kecepatan tertentu - dengan latar belakang bukti geokimia baru. Pada 2012, dia dan Matiya Zhuk, sekarang di SETI Institute, mengusulkan model fisik baru untuk pembentukan bulan. Mereka menyatakan bahwa Bumi muda adalah seorang darwis yang berputar, yang harinya berlangsung dua hingga tiga jam, ketika ditabrak oleh Theia. Tabrakan tersebut menghasilkan piringan yang mengelilingi bumi - seperti cincin Saturnus - tetapi itu hanya berlangsung selama 24 jam. Akhirnya, piringan itu mendingin dan mengeras untuk membentuk bulan.
Superkomputer tidak cukup kuat untuk sepenuhnya mensimulasikan proses ini, tetapi mereka telah menunjukkan bahwa proyektil yang menabrak dunia yang berputar dengan cepat dapat memotong cukup banyak Bumi, menghancurkan Theia sepenuhnya, dan mengikis kulit yang cukup dari keduanya untuk menciptakan Bulan dan Bumi dengan rasio isotop yang sama. Seperti tukang tembikar di atas roda tembikar.
Namun, agar penjelasan Bumi yang berputar cepat benar, pasti ada hal lain yang memperlambat laju rotasi planet ke keadaannya saat ini. Dalam makalah 2012 mereka, Stewart dan Chuck berpendapat bahwa untuk interaksi resonansi-orbital tertentu, Bumi seharusnya telah mentransfer momentum sudut ke matahari. Belakangan, Jack Wisdom dari Massachusetts Institute of Technology mengusulkan beberapa skenario alternatif untuk mengekstraksi momentum sudut dari sistem Bumi-Bulan.
Namun, tidak ada penjelasan yang memuaskan. Model tahun 2012 tidak pernah bisa menjelaskan orbit Bulan atau sifat kimianya, kata Stewart. Jadi, tahun lalu, Simon Locke, lulusan Harvard dan mahasiswa Stuart pada saat itu, mempresentasikan model terbaru yang menyarankan struktur planet yang sebelumnya tidak terlihat.
Menurutnya, setiap bagian Bumi dan Teia menguap dan membentuk awan yang membengkak dalam bentuk donat tebal. Awan tersebut berputar sangat cepat hingga mencapai titik yang disebut batas rotasi bersama. Di tepi luar awan ini, batuan yang menguap berputar begitu cepat sehingga awan mengambil struktur baru, dengan cakram tebal yang mengelilingi wilayah dalam. Yang penting, cakram itu tidak dipisahkan dari wilayah tengah dengan cara yang sama seperti cincin Saturnus.
Kondisi dalam bangunan ini sangat mengerikan; tidak ada permukaan, melainkan awan dari batuan cair, dengan setiap area awan membentuk tetesan hujan batuan cair. Bulan tumbuh di dalam uap ini, kata Locke, sebelum uap akhirnya mendingin dan meninggalkan sistem Bumi-Bulan.
Mengingat karakteristik struktur yang tidak biasa, Locke dan Stewart merasa bahwa itu pantas mendapatkan nama baru. Mereka mencoba beberapa versi sebelum sampai pada "sinesti", yang menggunakan awalan Yunani "sin" yang berarti "bersama", dan dewi Hestia, yang melambangkan rumah, perapian, dan arsitektur. Kata ini berarti "struktur terkait," kata Stewart.
“Badan-badan ini tidak seperti yang Anda pikirkan. Dan mereka tidak terlihat seperti yang Anda kira."
Pada bulan Mei, Locke dan Stewart menerbitkan makalah tentang fisika sinestesia; pekerjaan mereka tentang sinestesia bulan masih tertunda. Mereka mempresentasikannya pada konferensi planet dan mengatakan bahwa rekan mereka tertarik, tetapi hampir tidak setuju dengan gagasan itu. Mungkin karena keserasian tetap hanya sebuah gagasan; tidak seperti planet bercincin, yang banyak terdapat di tata surya, dan cakram protoplanet, yang banyak terdapat di alam semesta, tidak ada yang pernah melihat satu pun.
Tapi ini cara yang menyenangkan untuk menjelaskan keanehan Bulan kita saat model kita sepertinya tidak berfungsi.
Sepuluh bulan
Di antara satelit alami tata surya, bulan di bumi mungkin yang paling menakjubkan karena kesepiannya. Merkurius dan Venus tidak memiliki satelit alami, sebagian karena kedekatannya dengan matahari, efek gravitasinya membuat orbit satelit tidak stabil. Mars memiliki Phobos dan Deimos kecil, yang diyakini beberapa orang ditangkap oleh asteroid; yang lain mendukung benda besar yang jatuh ke Mars. Raksasa gas memiliki banyak satelit, baik satelit keras maupun lunak.
Tidak seperti satelit ini, satelit Bumi juga menonjol karena ukurannya dan tekanan fisik yang dibawanya. Bulan membentuk kurang dari 1% massa Bumi, dan massa total satelit planet luar kurang dari 1/10 persen dari induknya. Lebih penting lagi, Bulan menyumbang 80% dari momentum sudut sistem Bumi -
Bulan. Dengan kata lain, Bulan bertanggung jawab atas 80% pergerakan sistem secara keseluruhan. Untuk planet luar, nilai ini kurang dari 1%.
Mungkin Luna tidak selalu memikul semua beban ini. Wajah satelit menunjukkan bukti pemboman berat; mengapa, kemudian, haruskah kita berasumsi bahwa hanya satu pukulan yang membentuk bulan dari bumi? Bulan mungkin terbentuk selama banyak tabrakan, menurut Raluka Rufu, seorang ilmuwan planet di Weizman Research Institute di Israel.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan musim dingin lalu, dia berpendapat bahwa satelit Bumi mungkin tidak asli. Sebaliknya, itu menjadi kumpulan ribuan keping - setidaknya sepuluh, berdasarkan perhitungannya. Proyektil terbang pada berbagai sudut dan kecepatan berbeda ke Bumi dan membentuk cakram yang bergabung menjadi "puing-puing bulan", yang akhirnya membutakan bulan yang kita kenal sekarang.
Ilmuwan planet mencatat karyanya. Robin Canup, ilmuwan bulan di Southwest Research Institute dan pakar teori pembentukan bulan, mengatakan bahwa teori tersebut layak dipertimbangkan. Namun, diperlukan lebih banyak penelitian. Rufu tidak yakin apakah puing-puing itu bergerak ke arah yang sama, sama seperti bulan yang terus-menerus melihat ke arah yang sama. Jika demikian, bagaimana mereka bisa bergabung? Ini masih harus dilihat.
Sementara itu, yang lain beralih ke penjelasan lain untuk persamaan antara Bumi dan Bulan, yang bisa jadi jawabannya sangat sederhana. Dari sinergi hingga sabuk bulan, model fisika baru - dan fisika baru - bisa jadi kontroversial. Mungkin Bulan mirip dengan Bumi hanya karena Theia mirip.
Sama
Bulan bukanlah satu-satunya benda "duniawi" di tata surya. Batuan seperti troctolite 76536 memiliki rasio isotop oksigen yang sama dengan batuan terestrial, serta kelompok asteroid - kondrit enstatite. Isotop oksigen asteroid ini mirip dengan yang ada di Bumi, kata Miriam Telus, seorang kosmokimia yang mempelajari meteorit di Carnegie Institution di Washington. "Salah satu argumennya adalah bahwa mereka terbentuk di area panas di piringan yang bisa lebih dekat ke matahari," katanya. Mereka mungkin terbentuk di dekat Bumi.
Beberapa dari bebatuan ini bersatu membentuk Bumi; yang lainnya membentuk Theia. Kondrit enstatit adalah batuan sisa yang belum pernah dikumpulkan atau tumbuh cukup besar untuk membentuk mantel, inti, dan planet yang terbentuk sempurna.
Pada Januari lalu, Nicholas Daufas, seorang ahli geofisika di University of Chicago, menyatakan bahwa sebagian besar batuan yang menjadi Bumi adalah meteorit jenis enstatite. Ia berpendapat bahwa segala sesuatu yang terbentuk di suatu daerah akan dikumpulkan dari mereka. Konstruksi planet berlangsung menggunakan bahan campuran yang sama yang sekarang kita temukan di Bumi dan Bulan; mereka terlihat sama karena mereka sama. Benda raksasa yang membentuk Bulan kemungkinan besar memiliki komposisi isotop yang mirip dengan Bumi.
David Stevenson, seorang ilmuwan planet dari Institut Teknologi California yang telah mempelajari asal-usul bulan sejak hipotesis Theia pertama kali dipresentasikan pada tahun 1974, mengatakan bahwa dia menganggap karya ini sebagai kontribusi paling penting terhadap kontroversi selama setahun terakhir. Karena ini berfokus pada masalah yang telah coba dipecahkan oleh ahli geokimia selama beberapa dekade.
“Ini adalah kisah yang cerdas tentang bagaimana berbagai elemen yang sampai ke Bumi harus dilihat,” kata Stevenson.
Tapi tidak semua orang setuju. Pertanyaan tetap tentang rasio isotop unsur-unsur seperti tungsten, catat Stewart. Tungsten-182 diturunkan dari hafnium-182, sehingga rasio tungsten terhadap hafnium bekerja seperti jam untuk menentukan umur batuan tertentu. Jika satu batuan memiliki lebih banyak tungsten-182 daripada yang lain, Anda dapat dengan aman mengatakan bahwa batuan kaya tungsten terbentuk lebih awal. Tetapi pengukuran paling akurat menunjukkan bahwa rasio tungsten ke hafnium sama untuk Bumi dan Bulan. Dua mayat harus berada dalam kondisi khusus agar ini terjadi.
Berdasarkan materi dari Quanta
Ilya Khel
