Bulan lahir dalam tabrakan tubuh seukuran Mars dan Bumi awal, tetapi lebih dari itu, banyak tentang dunia yang kita lihat di langit setiap malam masih merupakan misteri. Setelah 61 misi, termasuk enam kunjungan astronot yang mengumpulkan sampel batuan bulan, masih banyak pertanyaan, termasuk berapa banyak bulan dibuat dari sisa planet yang hilang itu, dan berapa banyak yang dicuri dari Bumi? Menjawab pertanyaan-pertanyaan ini dapat menawarkan wawasan baru tentang evolusi kedua benda langit.
Konten terkait
- Dead Star Merobek Tubuh Berbatu Menawarkan Pratinjau Nasib Bumi
- Bumi Membuat Bulan Hangat dan Lembut di Bagian Dalam
Sekarang, para ilmuwan di Perancis dan Israel telah menemukan bukti bahwa tubuh yang lebih kecil yang menabrak proto-Bumi kemungkinan terbuat dari bahan yang mirip dengan dunia asal kita. Juga, menurut model komputer mereka, komposisi material bulan saat ini paling baik dijelaskan jika apa pun yang mengenai Bumi awal terbentuk di dekatnya. Dua studi tambahan menunjukkan bahwa kedua badan kemudian membangun lapisan bahan tambahan saat protoplanet yang lebih kecil terus membombardir sistem muda, tetapi Bumi mengambil lebih banyak lapisan selanjutnya.
Menurut "hipotesis dampak raksasa", bulan terbentuk sekitar 4, 5 miliar tahun yang lalu, ketika sebuah objek mirip planet sekitar sepersepuluh massa Bumi saat ini menghantam planet kita. Simulasi dan penelitian baru-baru ini terhadap batuan bulan menunjukkan bahwa bulan sebagian besar harus dibuat dari sisa-sisa penabrak, dijuluki Theia. Ini akan menjelaskan mengapa bulan tampaknya terbuat dari bahan yang sangat mirip mantel bumi, seperti terlihat pada sampel batuan dan peta mineral.
Masalahnya adalah bahwa planet cenderung memiliki komposisi yang berbeda. Mars, Merkurius, dan asteroid besar seperti Vesta semuanya memiliki rasio yang agak berbeda dari berbagai elemen. Jika Theia terbentuk di tempat lain di tata surya, susunannya seharusnya agak berbeda dari Bumi, dan komposisi sebagian besar bulan seharusnya tidak terlihat sangat mirip dengan mantel Bumi.
Untuk mencoba dan menyelesaikan teka-teki ini, Alessandra Mastrobuono-Battisti dan Hagai Perets di Institut Teknologi Israel menganalisis data dari simulasi 40 sistem tata surya buatan, menggunakan daya komputer lebih banyak daripada yang telah digunakan dalam pekerjaan sebelumnya. Model tersebut menumbuhkan planet-planet yang dikenal dan sejumlah planetesimal hipotesis dan kemudian membiarkannya lepas dalam permainan biliar kosmik.
Simulasi mengasumsikan bahwa planet yang lahir lebih jauh dari matahari cenderung memiliki jumlah isotop oksigen yang relatif lebih tinggi, berdasarkan pada campuran bahan kimia yang diamati di Bumi, bulan dan Mars. Itu berarti setiap planetesimal yang muncul dekat dengan Bumi harus memiliki jejak kimia yang serupa. "Jika mereka tinggal di lingkungan yang sama, mereka akan dibuat dari bahan yang kira-kira sama, " kata Perets.
Tim menemukan bahwa banyak waktu - 20 hingga 40 persen - dampak besar melibatkan tabrakan antara tubuh yang terbentuk pada jarak yang sama dari matahari dan memiliki susunan serupa. Digambarkan minggu ini di Nature, karya ini mendukung gagasan intuitif bahwa kecil kemungkinan sesuatu akan berlayar dan menghantam Anda dari jauh, dan itu jauh untuk menjelaskan komposisi massal bulan.
Sejauh ini bagus, tapi itu tidak menjelaskan semuanya. Masih ada teka-teki yang terkait dengan kelimpahan elemen tungsten. Unsur siderofil ini, atau pencinta besi, harus tenggelam ke inti planet dari waktu ke waktu, menjadikan kelimpahannya jauh lebih bervariasi dalam tubuh yang berbeda bahkan jika mereka terbentuk berdekatan. Itu karena tubuh dengan ukuran yang berbeda akan membentuk inti dengan laju yang berbeda. Sementara akan ada sedikit pencampuran dari dampak, sebagian besar bahan mantel kaya tungsten Theia akan terlempar ke orbit dan dimasukkan ke dalam bulan, sehingga jumlah tungsten di Bumi dan bulan harus sangat berbeda.
Dalam dua penelitian independen yang juga muncul di Nature, Thomas Kruijer di Universitas Münster di Jerman dan Mathieu Touboul di Universitas Lyon di Perancis memeriksa rasio dua isotop tungsten — tungsten-184 dan tungsten-182 — dalam batuan bulan dan di Bumi. secara keseluruhan. Batuan bulan memiliki tungsten-182 sedikit lebih dari Bumi, tim melaporkan.
Ini menarik, karena isotop tungsten tersebut berasal dari peluruhan radioaktif isotop unsur hafnium. Paruhnya pendek, hanya sekitar 9 juta tahun. Jadi, sementara tungsten yang mencintai besi cenderung tenggelam ke inti, isotop hafnium lebih dekat ke permukaan dan, seiring waktu, berubah menjadi tungsten-182. Yang meninggalkan kelebihan tungsten-182 di mantel planet versus jumlah tungsten-184 dan isotop alami lainnya.
Perbedaan antara Bumi dan bulan relatif kecil: kedua penelitian menemukannya pada level 20 hingga 27 bagian per juta. Tetapi bahkan pergeseran kecil itu akan membutuhkan banyak penyesuaian kimia, kata Kruijer, yang membuatnya tidak mungkin hanya kebetulan. "Memvariasikan tungsten dengan hanya satu persen atau lebih memiliki efek dramatis, " katanya. "Satu-satunya solusi adalah jika mantel proto-Earth memiliki konten tungsten-182 yang mirip dengan Theia, dan inti penabrak langsung bergabung dengan Bumi."
Itu tidak mungkin. Sementara sebagian besar inti Theia, yang lebih berat daripada mantelnya, akan tetap sebagai bagian dari Bumi, mantelnya akan bercampur dengan bumi ketika ia dilemparkan ke orbit. Lebih banyak pencampuran terjadi ketika bulan bertambah. Proporsi bahan inti dan mantel Theia yang akan berubah menjadi bulan adalah peluang acak, tetapi harus ada setidaknya beberapa bahan inti, kata Kruijer. Tim Touboul sampai pada kesimpulan yang sama: Jika perbedaan dalam kelimpahan tungsten disebabkan oleh pencampuran acak ketika jeroan Theia tumpah ruah di sekitar Bumi, planet dan bulan seharusnya bahkan lebih berbeda dari mereka.
Solusi paling sederhana, kata para penulis, tampaknya adalah hipotesis "veneer akhir", yang menunjukkan bahwa Bumi dan bulan proto dimulai dengan rasio isotop tungsten yang serupa. Bumi, yang lebih besar dan lebih besar, akan terus menarik lebih banyak planetesimal setelah dampak, menambahkan bahan baru ke mantel. Lapisan dari planetesimal itu akan memiliki lebih banyak tungsten-184 relatif terhadap tungsten-182, sementara bulan akan mempertahankan rasio yang berasal dari dampak.
"Ini terlihat seperti data yang solid, " kata Fréderic Moynier, seorang kosmokimiawan dan astrofisika di Institut de Physique du Globe de Paris, melalui email. "Ini sesuai dengan teori veneer akhir, yang hanya didasarkan pada kelimpahan unsur elemen siderofil (di antara mereka tungsten): ada terlalu banyak elemen siderofil dalam mantel Bumi saat ini (mereka semua harus berada di inti) dan karena itu mereka pasti dibawa ke Bumi setelah pembentukan inti melalui dampak meteorit. "
Satu misteri tetap ada: Agar proto-moon cocok dengan rasio tungsten Bumi, Theia dan Bumi pasti sudah mulai dengan kelimpahan tungsten yang sangat mirip. Memecahkan teka-teki itu akan menjadi karya studi planet di masa depan, tetapi setidaknya untuk saat ini, kisah asal bulan mulai terlihat sedikit lebih jelas.
