Sebuah analisis kimia baru dari bahan bulan yang dikumpulkan oleh astronot Apollo dalam konflik tahun 1970-an dengan teori yang berlaku luas bahwa tabrakan raksasa antara Bumi dan benda seukuran Mars melahirkan bulan 4,5 miliar tahun yang lalu.
Dalam skenario tabrakan raksasa, simulasi komputer menunjukkan bahwa bulan memiliki dua orang tua: Bumi dan tubuh planet hipotetis yang oleh para ilmuwan disebut "Theia." Tetapi analisis perbandingan titanium dari bulan, Bumi dan meteorit, yang diterbitkan oleh Junjun Zhang, lulusan mahasiswa dalam ilmu geofisika di University of Chicago, dan empat penulis bersama menunjukkan materi bulan berasal dari Bumi saja.
Nicolas Dauphas, profesor rekanan UChicago dalam ilmu geofisika, memegang botol bahan yang dikumpulkan dari bulan selama misi Apollo 14. Dia dan mahasiswa pascasarjana Junjun Zhang juga bekerja dengan sampel dari misi Apollo 15, 16 dan 17 dalam studi baru mereka tentang asal usul bulan. Kredit Gambar: Lloyd DeGrane
Jika dua benda memunculkan bulan, "Sama seperti pada manusia, bulan akan mewarisi beberapa materi dari Bumi dan beberapa materi dari penabrak, sekitar setengah dan setengah," kata Nicolas Dauphas, associate professor di ilmu geofisika di UChicago, dan penulis pendamping penelitian ini, yang muncul dalam Nature Geoscience edisi 25 Maret.
"Apa yang kami temukan adalah bahwa anak itu tidak terlihat berbeda dibandingkan dengan Bumi," kata Dauphas. "Ini adalah anak dengan hanya satu orangtua, sejauh yang kami tahu."
Tim peneliti mendasarkan analisis mereka pada titanium isotop - bentuk titanium yang hanya mengandung sedikit variasi subatomik. Para peneliti memilih titanium untuk studi mereka karena unsur ini sangat tahan api. Ini berarti bahwa titanium cenderung tetap dalam keadaan padat atau cair daripada menjadi gas ketika terkena panas yang luar biasa. Resistensi titanium isotop terhadap penguapan membuatnya lebih kecil kemungkinannya bahwa mereka akan menjadi tergabung oleh Bumi dan bulan berkembang dalam jumlah yang sama.
Titanium juga mengandung tanda tangan isotopik yang berbeda yang ditempa dalam ledakan bintang yang tak terhitung jumlahnya yang terjadi sebelum kelahiran matahari. Ledakan ini melemparkan isotop titanium yang berbeda secara halus ke ruang antarbintang. Objek-objek berbeda di tata surya yang baru terbentuk melahap isotop-isotop itu dengan cara yang berbeda melalui tabrakan, meninggalkan petunjuk yang memungkinkan para ilmuwan menyimpulkan dari mana bahan-bahan matahari termasuk bulan berasal.
DNA planet
“Ketika kita melihat benda yang berbeda, asteroid yang berbeda, ada tanda tangan isotopik yang berbeda. Ini seperti DNA mereka yang berbeda, "kata Dauphas. Meteorit, yang merupakan potongan asteroid yang telah jatuh ke Bumi, mengandung variasi besar isotop titanium. Pengukuran sampel darat dan bulan menunjukkan bahwa "bulan memiliki komposisi isotop yang sangat identik dengan Bumi," katanya.
"Kami berpikir bahwa bulan memiliki dua orang tua, tetapi ketika kami melihat komposisi bulan, sepertinya ia hanya memiliki satu orangtua," kata Zhang.
Zhang awalnya menemukan variasi dalam komposisi titanium isotop antara sampel bulan dan terestrial. Dia kemudian mengoreksi hasil untuk efek sinar kosmik, yang bisa mengubah komposisi titanium isotop sampel bulan.
Bumi dan bulan terus-menerus dibombardir oleh sinar kosmik dari matahari dan dari sumber yang lebih jauh di galaksi. Atmosfer dan medan magnet bumi mencegah sebagian besar sinar ini mencapai permukaannya, tetapi bulan tidak memiliki perlindungan seperti itu.
"Kami membandingkan komposisi titanium isotop dengan samarium dan gadolinium karena kedua sistem tersebut sangat sensitif terhadap efek sinar kosmik," kata Zhang. Satu-satunya perbedaan komposisi yang diharapkan oleh para ilmuwan di samarium dan gandolinium antara Bumi dan bulan adalah hasil dari sinar kosmik. "Kami menemukan korelasi linier yang sangat bagus antara titanium dan samarium atau gadolinium," katanya.
Analisis titanium Zhang sangat memperkuat kerja sebelumnya oleh peneliti lain yang sampai pada kesimpulan yang sama setelah membandingkan isotop oksigen terestrial dan lunar, yang kurang tahan api dan dengan demikian lebih mungkin untuk gasifikasi selama dampak raksasa daripada titanium.
Teka-teki Lunar
Memecahkan teka-teki dari asal usul bulan mungkin akan terbukti menantang karena semua skenario alternatif untuk pembentukan bulan memiliki kelemahan.
Sebagai contoh, ada kemungkinan bahwa meskipun titanium tahan api, mungkin masih ada gasifikasi di tumbukan raksasa dan kemudian dimasukkan ke dalam cakram bahan yang mengorbit Bumi yang berkembang menjadi bulan. Ini mungkin telah menghapus tanda tangan titanium dari Theia, yang bisa menjelaskan pengamatan tim UChicago. Masalah dengan skenario ini adalah bahwa disk mungkin telah jatuh kembali ke Bumi jika terlalu banyak bahan yang dipertukarkan antara kedua badan.
Gagasan lama, yang telah lama ditinggalkan, adalah bahwa bulan muncul melalui fisi dari Bumi yang meleleh dengan cepat mengikuti dampak raksasa. Gagasan ini menjelaskan kesamaan antara Bumi dan bulan, tetapi bagaimana massa yang besar dan terkonsentrasi dapat berputar cukup cepat untuk membelah menjadi dua tetap bermasalah.
Menurut skenario ketiga, Bumi bertabrakan dengan tubuh es yang kekurangan titanium sepenuhnya. Namun, tidak ada tubuh yang murni terbuat dari es di tata surya. "Mereka akan selalu memiliki sebagian besar bahan padat, jadi Anda masih akan mengharapkan objek untuk menghasilkan titanium," kata Dauphas.
Mungkin juga Theia memiliki komposisi yang sama dengan Bumi. Ini tidak mungkin, bagaimanapun, karena pandangan yang diterima secara luas bahwa Bumi memasukkan materi selama puluhan juta tahun dalam tabrakan dengan benda-benda kecil yang terbang dari berbagai daerah di tata surya yang sedang berkembang.
"Kami pikir kami tahu apa yang terbuat dari bulan dan bagaimana bulan terbentuk, tetapi bahkan 40 tahun setelah Apollo, masih ada banyak ilmu yang harus dilakukan dengan sampel-sampel yang berada di fasilitas kuratorial di NASA," kata Dauphas.
Diterbitkan ulang dengan izin dari University of Chicago News.