Pada 13 Disember 1972, angkasawan Apollo 17 Garisson Schmitt mendekati sebuah batu di Laut Ketenangan di Bulan. "Batu ini mempunyai jalan kecil tersendiri yang menuju terus ke bukit," katanya kepada komandannya, Eugene Cernan, sambil mencatat di mana batu itu sebelum meluncur ke bawah bukit. Cernan mengambil beberapa sampel.
"Bayangkan bagaimana rasanya jika kamu berdiri di sana sebelum batu ini digulung," kata Cernan dengan penuh pertimbangan. "Saya mungkin tidak akan melakukan yang lebih baik," jawab Schmitt.
Para angkasawan mengukir potongan bulan dari batu. Kemudian, dengan menggunakan garu, Schmitt mengikis permukaan berdebu dan mengangkat kerikil yang kemudian disebut troctolite 76536.
Batu dan saudara-saudara batu itu sepatutnya menceritakan kisah bagaimana bulan kita menjadi. Dalam kisah penciptaan ini, yang tercatat dalam buku teks dan karya muzium sains yang tidak terhitung jumlahnya selama empat puluh tahun yang lalu, Bulan dicairkan dari tabrakan bencana antara bumi kuman dan dunia yang padat dan berukuran Mars. Dunia lain disebut Teia, setelah dewi Yunani yang melahirkan Selene, bulan. Theia menghempas Bumi dengan begitu keras sehingga kedua-dua dunia itu meleleh. Aliran bahan cair yang dilemparkan oleh Theia kemudian disejukkan dan dipadatkan, membentuk pendamping keperakan yang kita semua kenal dengan baik.
Tetapi pengukuran moden troctolite 76536 dan batuan lain dari Bulan dan Marikh telah mempersoalkan teori ini. Selama lima tahun kebelakangan ini, beberapa kajian telah menemui masalah: hipotesis perlanggaran raksasa kanonik berdasarkan pada andaian yang tidak sesuai dengan bukti. Sekiranya Theia memukul Bumi dan kemudian membentuk Bulan, Bulan mesti dibuat dari bahan Theia. Tetapi Bulan tidak seperti Theia - atau Mars, dalam hal ini. Untuk atom, ia kelihatan hampir sama dengan Bumi.
Menghadapi ketidakkonsistenan ini, penjelajah bulan mencari idea baru untuk memahami bagaimana bulan menjadi. Penyelesaian yang paling jelas mungkin paling mudah, tetapi menimbulkan masalah lain dengan memahami sistem suria muda: mungkin Theia membentuk Bulan, tetapi Theia juga terdiri dari zat yang hampir sama dengan bumi. Sebagai alternatif, proses perlanggaran mencampurkan segala-galanya, menyeragamkan setiap kepingan dan cecair dalam kek, yang kemudian dipotong menjadi beberapa bahagian. Dalam kes ini, perlanggaran harus sangat kuat, atau harus ada beberapa di antaranya. Penjelasan ketiga mempersoalkan pemahaman kita mengenai planet-planet. Mungkin Bumi dan Bulan yang kita alami hari ini telah melalui metamorfosis aneh dan tarian orbit liar yang secara radikal telah mengubah putaran dan masa depan mereka.
Video promosi:
Berita buruk untuk Teia
Untuk memahami apa yang mungkin berlaku pada hari yang paling penting bagi Bumi, anda harus bermula dengan memahami masa muda sistem suria. Empat setengah bilion tahun yang lalu, Matahari dikelilingi oleh awan serpihan berbentuk donat yang panas. Unsur-unsur bintang berputar di sekitar matahari yang baru lahir kita, menyejukkan dan - selama bertahun-tahun - bergabung bersama dalam proses yang tidak kita fahami sepenuhnya. Pertama menjadi gumpalan, kemudian menjadi planetesimals, kemudian ke planet. Pepejal ini kaku dan sering bertembung, menguap dan muncul semula. Di biliar bintang yang sangat keras inilah Bumi dan Bulan ditempa.
Untuk mendapatkan bulan yang kita miliki hari ini, dengan ukuran, putaran dan kecepatan di mana ia menjauh dari Bumi, model komputer terbaik kita mengatakan bahawa apa sahaja Bumi bertembung, ia mestilah seukuran Mars. Apa-apa yang lebih kurang akan menghasilkan sistem dengan momentum sudut yang lebih besar daripada yang kita amati. Proyektil yang lebih besar juga akan membuang besi terlalu banyak ke orbit Bumi dan menghasilkan bulan yang lebih kaya dengan besi daripada yang kita amati.
Kajian geokimia pertama troctolite 76536 dan batuan lain menyokong kisah ini. Mereka menunjukkan bahawa batu bulan pasti lahir di lautan magma bulan, yang pada gilirannya dapat muncul dari tabrakan raksasa. Troctolite melayang di laut cair seperti gunung es di Antartika. Berdasarkan batasan fizikal ini, para saintis memutuskan bahawa Bulan dibuat dari jenazah Theia. Tetapi ada masalah.
Mari kembali ke sistem suria muda. Ketika dunia padat bertembung dan menguap, isinya bercampur, akhirnya menetap di kawasan yang terpisah. Lebih dekat dengan Matahari, di mana ia lebih panas, unsur-unsur yang lebih ringan cenderung memanaskan dan melarikan diri, meninggalkan lebih banyak isotop berat (variasi elemen dengan neutron tambahan). Lebih jauh dari Matahari, batu dapat menahan lebih banyak air dan isotop yang lebih ringan tetap ada. Oleh itu, seorang saintis dapat memeriksa campuran isotop untuk menentukan di mana bahagian tata surya ia muncul, sama seperti aksen yang mengkhianati tanah air seseorang.
Perbezaan ini sangat ketara sehingga digunakan untuk mengelaskan planet dan jenis meteorit. Mars sangat berbeza dari Bumi, misalnya, meteoritnya dapat dikenal pasti dengan hanya mengukur nisbah tiga isotop oksigen yang berbeza.
Pada tahun 2001, dengan menggunakan teknik spektrometri massa yang maju, para saintis Swiss memeriksa semula troctolite 76536 dan sampel bulan yang lain. Ternyata isotop oksigen mereka tidak dapat dibezakan dengan isotop di Bumi. Ahli geokimia sejak itu mempelajari titanium, tungsten, kromium, rubidium, kalium, dan logam lain yang tidak biasa di Bumi - dan semuanya kelihatan hampir sama.
Ini adalah berita buruk bagi Teia. Sekiranya Marikh sangat berbeza dari Bumi, Theia - dan oleh itu Bulan - juga mesti berbeza. Sekiranya ia sama, ini bermaksud bahawa bulan seharusnya terbentuk dari cebisan Bumi yang cair. Batu-batu yang dikumpulkan oleh Apollo, ternyata, secara langsung akan bertentangan dengan apa yang ditegaskan oleh fizik.
"Model kanonik berada dalam krisis serius," kata Sarah Stewart, seorang saintis planet di University of California, Davis. "Dia belum terbunuh sepenuhnya, tetapi statusnya sekarang adalah dia tidak bekerja."
Bulan wap
Stewart telah berusaha untuk memikirkan semula batasan fizikal masalah ini - keperluan untuk badan kesan ukuran tertentu yang bergerak pada kelajuan tertentu - dengan latar belakang bukti geokimia baru. Pada tahun 2012, dia dan Matiya Zhuk, sekarang di SETI Institute, mengusulkan model fizikal baru untuk pembentukan bulan. Mereka menyatakan bahawa Bumi muda itu adalah seorang darwis yang berputar, yang harinya berlangsung dua hingga tiga jam, ketika dilanda Theia. Perlanggaran menghasilkan cakera di sekitar Bumi - seperti cincin Saturnus - tetapi hanya bertahan 24 jam. Pada akhirnya, cakera disejukkan dan dipadatkan untuk membentuk bulan.
Superkomputer tidak cukup kuat untuk mensimulasikan sepenuhnya proses ini, tetapi mereka telah menunjukkan bahawa sebuah proyektil yang menabrak dunia yang begitu cepat berputar dapat mengguncang Bumi yang cukup, menghancurkan Theia sepenuhnya, dan mengikis kulit yang cukup dari kedua-duanya untuk membuat Bulan dan Bumi dengan nisbah isotop yang sama. Seperti tembikar di roda tembikar.
Agar penjelasan Bumi yang berputar cepat betul, pasti ada yang lain yang memperlahankan kadar putaran planet ke keadaan sekarang. Dalam makalah 2012 mereka, Stewart dan Chuck berpendapat bahawa untuk interaksi orbit-resonan tertentu, Bumi seharusnya memindahkan momentum sudut ke matahari. Kemudian, Jack Wisdom dari Massachusetts Institute of Technology mencadangkan beberapa senario alternatif untuk mengeluarkan momentum sudut dari sistem Bumi-Bulan.
Walau bagaimanapun, tiada penjelasan yang memuaskan. Model 2012 tidak pernah dapat menjelaskan orbit Bulan atau kimianya, kata Stewart. Oleh itu, tahun lalu, Simon Lock, seorang siswazah Harvard dan pelajar Stuart pada masa itu, menyampaikan model terkini yang mencadangkan struktur planet yang sebelumnya tidak kelihatan.
Pada pendapatnya, setiap bahagian Bumi dan Teia menguap dan membentuk awan yang membengkak dan membengkak dalam bentuk donat tebal. Awan berputar begitu cepat sehingga mencapai titik yang disebut had putaran bersama. Di pinggir luar awan ini, batu yang menguap berputar begitu cepat sehingga awan mengambil struktur baru, dengan cakera tebal mengelilingi kawasan dalam. Yang penting, cakera tidak dipisahkan dari wilayah tengah dengan cara yang sama seperti cincin Saturnus.
Keadaan dalam struktur ini tidak dapat dijelaskan; tidak ada permukaan, sebaliknya awan batu leleh, dengan setiap kawasan awan membentuk titisan hujan batu cair. Bulan tumbuh di dalam wap ini, kata Locke, sebelum wap akhirnya menyejuk dan meninggalkan sistem Bumi-Bulan.
Memandangkan ciri struktur yang tidak biasa, Locke dan Stewart berpendapat bahawa ia layak mendapat nama baru. Mereka mencuba beberapa versi sebelum tiba di "synestia," yang menggunakan awalan Yunani "sin," yang bermaksud "bersama-sama", dan dewi Hestia, yang mewakili rumah, perapian dan seni bina. Kata ini bermaksud "struktur terpaut," kata Stewart.
"Badan-badan ini bukan seperti yang anda fikirkan. Dan mereka tidak kelihatan seperti yang anda sangka."
Pada bulan Mei, Locke dan Stewart menerbitkan makalah mengenai fizik sinestesia; kerja mereka mengenai sinestesia lunar masih belum selesai. Mereka membentangkannya di sebuah persidangan planet dan mengatakan bahawa rakan-rakan mereka berminat, tetapi hampir tidak bersetuju dengan idea itu. Mungkin kerana kesinambungan tetap menjadi idea; tidak seperti planet berdering, yang banyak terdapat di sistem suria, dan cakera protoplanet, yang banyak di alam semesta, tidak ada yang pernah melihat satupun.
Tetapi ini adalah cara yang menyeronokkan untuk menjelaskan keunikan Bulan kita apabila model kita nampaknya tidak berfungsi.
Sepuluh bulan
Di antara satelit semula jadi sistem suria, bulan bumi mungkin yang paling menakjubkan kerana kesunyiannya. Merkuri dan Venus tidak mempunyai satelit semula jadi, sebahagiannya kerana kedekatannya dengan matahari, kesan graviti yang menjadikan orbit satelit tidak stabil. Mars mempunyai Phobos dan Deimos kecil, yang diyakini oleh beberapa orang ditangkap oleh asteroid; yang lain bersuara menyokong badan besar jatuh ke Marikh. Raksasa gas mempunyai banyak satelit, baik yang keras dan lembut.
Tidak seperti satelit ini, satelit Bumi juga menonjolkan ukuran dan tekanan fizikal yang ditanggungnya. Bulan membentuk kurang dari 1% Bumi secara jisim, dan jumlah jisim satelit dari planet luar kurang dari 1/10 peratus daripada ibu bapa mereka. Lebih penting lagi, Bulan menyumbang 80% momentum sudut sistem Bumi -
Bulan. Dengan kata lain, Bulan bertanggungjawab untuk 80% pergerakan sistem secara keseluruhan. Untuk planet luar, nilai ini kurang daripada 1%.
Mungkin Luna tidak selalu memikul semua beban ini. Muka satelit menunjukkan bukti pengeboman berat; jadi mengapa kita menganggap bahawa hanya satu pukulan yang membentuk bulan dari bumi? Bulan mungkin terbentuk dalam banyak tabrakan, menurut Raluka Rufu, seorang saintis planet di Weizman Research Institute di Israel.
Dalam makalah yang diterbitkan musim sejuk lalu, dia berpendapat bahawa satelit Bumi mungkin tidak asli. Sebaliknya, ia menjadi koleksi beribu-ribu keping - sekurang-kurangnya sepuluh, berdasarkan perhitungannya. Proyektil terbang pada sudut yang berbeza dan dengan kecepatan yang berbeda ke Bumi dan membentuk cakera yang bergabung menjadi "puing-puing bulan", akhirnya membutakan bulan yang kita kenal sekarang.
Para saintis planet memperhatikan kerjanya. Robin Canup, seorang saintis lunar di Institut Penyelidikan Barat Daya dan pakar teori pembentukan lunar, mengatakan teori itu patut dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, lebih banyak penyelidikan diperlukan. Rufu tidak pasti sama ada puing-puing itu bergerak ke arah yang sama, sama seperti bulan terus melihat ke arah yang sama. Sekiranya demikian, bagaimana mereka dapat bergabung? Ini masih perlu dilihat.
Sementara itu, yang lain beralih ke penjelasan lain untuk persamaan antara Bumi dan Bulan, yang mungkin mempunyai jawapan yang sangat sederhana. Dari sinesties hingga ikat pinggang, model fizik baru - dan fizik baru - boleh menjadi kontroversi. Mungkin Bulan serupa dengan Bumi hanya kerana Theia serupa.
Sama
Bulan bukan satu-satunya perkara "duniawi" dalam sistem suria. Batu seperti troctolite 76536 mempunyai nisbah isotop oksigen yang sama dengan batuan daratan, dan juga kumpulan asteroid - enstatite chondrites. Isotop oksigen asteroid ini serupa dengan yang ada di Bumi, kata Miriam Telus, seorang ahli kosmokimia yang mengkaji meteorit di Carnegie Institution di Washington. "Salah satu argumen adalah bahawa ia terbentuk di kawasan panas disk yang mungkin lebih dekat dengan matahari," katanya. Mereka mungkin terbentuk berhampiran Bumi.
Sebilangan batuan ini bersatu membentuk Bumi; yang lain membentuk Theia. Enstatite chondrites adalah batuan sisa yang belum pernah dikumpulkan atau tumbuh cukup besar untuk membentuk mantel, teras, dan planet yang terbentuk sepenuhnya.
Pada bulan Januari, Nicholas Daufas, ahli geofizik di University of Chicago, menyatakan bahawa sebahagian besar batuan yang menjadi Bumi adalah meteorit jenis enstatite. Dia berpendapat bahawa semua yang terbentuk di satu wilayah akan dikumpulkan dari mereka. Pembinaan planet berlaku dengan menggunakan bahan campuran yang sama yang kita dapati di Bumi dan Bulan; mereka kelihatan sama kerana mereka sama. Tubuh raksasa yang membentuk Bulan kemungkinan mempunyai komposisi isotop yang serupa dengan Bumi.
David Stevenson, seorang saintis planet Institut Teknologi California yang telah mengkaji asal-usul bulan sejak hipotesis Theia pertama kali dibentangkan pada tahun 1974, mengatakan dia menganggap karya ini merupakan sumbangan terpenting dalam kontroversi sejak setahun yang lalu. Kerana fokus pada masalah yang cuba diselesaikan oleh ahli geokimia selama beberapa dekad.
"Ini adalah kisah pintar tentang bagaimana berbagai elemen yang membuatnya ke Bumi harus dilihat," kata Stevenson.
Tetapi tidak semua orang bersetuju. Soalan tetap mengenai nisbah isotop elemen seperti tungsten, catatan Stewart. Tungsten-182 berasal dari hafnium-182, jadi nisbah tungsten ke hafnium berfungsi seperti jam untuk menentukan usia batu tertentu. Sekiranya satu batu mempunyai lebih banyak tungsten-182 daripada batu lain, anda boleh mengatakan bahawa batu kaya tungsten terbentuk lebih awal. Tetapi ukuran yang paling tepat menunjukkan bahawa nisbah tungsten hingga hafnium adalah sama untuk Bumi dan Bulan. Dua mayat mesti berada dalam keadaan khas untuk perkara ini berlaku.
Berdasarkan bahan dari Quanta
Ilya Khel
