Seandainya hal-hal berjalan berbeda pada hari-hari awal tata surya bagian dalam, tontonan menakjubkan dari gerhana matahari total mungkin merupakan peristiwa bulanan.
Ilustrasi kemiringan orbit bulan, sehubungan dengan bidang Bumi-matahari. Itu sebabnya kami tidak memiliki bulan dan gerhana matahari setiap bulan. Tidak untuk skala. Gambar melalui NASA SpacePlace.
Oleh Graham Jones dari tensentences.com
Gerhana matahari total yang akan datang 21 Agustus 2017 - tampaknya pasti akan menginspirasi generasi baru pemburu gerhana. Setelah gerhana itu, kapan yang berikutnya? Agak lama, ternyata. Terlepas dari empat gerhana sebagian, sebagian besar terjadi di garis lintang selatan atau utara, kita harus menunggu hingga 2 Juli 2019 untuk gerhana matahari total berikutnya, yang melintasi Chili dan Argentina dan berakhir saat matahari terbenam di selatan Buenos Aires.
Ini menimbulkan pertanyaan: mengapa? Karena bulan mengorbit Bumi sebulan sekali (tepatnya, ia melewati antara Bumi dan matahari setiap 29,53 hari), mengapa kita tidak memiliki 12 atau 13 gerhana setiap tahun? Saya mengatur lokakarya gerhana matahari untuk siswa, dan pertanyaan ini telah terbukti menggugah pikiran. Jawaban yang mudah adalah bahwa orbit bulan di sekitar Bumi miring, lima derajat, ke bidang orbit Bumi di sekitar matahari. Sebagai akibatnya, dari sudut pandang kami di Bumi, bulan biasanya lewat juga atas atau di bawah matahari setiap bulan di bulan baru.
Tetapi ada pertanyaan yang lebih dalam: mengapa orbit bulan dimiringkan? Siswa sering terkejut mengetahui bahwa kami tidak memiliki jawaban yang pasti untuk pertanyaan ini. Faktanya, ini adalah teka-teki yang dikenal sebagai masalah kecenderungan bulan.
Pada akhir 2015, dua ilmuwan planet - Kaveh Pahlevan dan Alessandro Morbidelli - menerbitkan solusi yang elegan. Mereka telah menjalankan simulasi komputer untuk melihat efeknya pertemuan tanpa tabrakan (nyaris celaka) antara sistem Bumi-bulan dan benda-benda besar, mirip dengan apa yang sekarang kita sebut asteroid, sisa dari pembentukan planet-planet bagian dalam. Hasil mereka - diterbitkan dalam jurnal peer-review Alam - menunjukkan bahwa benda-benda ini bisa secara gravitasi mendorong bulan ke orbit miring.
Sebuah. Pembentukan bulan di bidang ekuator Bumi. b. Perluasan orbit bulan dan pertemuan tanpa tabrakan dengan tubuh tata surya bagian dalam yang besar. c. Efek kumulatif dari banyak pertemuan semacam itu cenderung bidang orbit bulan relatif terhadap Bumi. Gambar melalui Canup, R. (2015) Nature, 527 (7579), 455-456 / AstroBites. Tidak skala)
Beberapa benda besar ini akhirnya akan bertabrakan dengan Bumi - dan ini memberikan jawaban untuk teka-teki lainnya. Ketika Bumi terbentuk, logam mulia seperti platinum dan emas akan dibawa ke inti besi planet kita. (Logam mulia adalah siderofil, yang artinya mencintai besi.) Namun platinum dan emas dapat ditemukan di permukaan Bumi dalam jumlah yang relatif tinggi, yang menunjukkan bahwa mereka dikirim ke Bumi nanti.
Dan benda-benda besar Pahlevan dan Morbidelli menjadi multi-tasker. Pertama, melalui pertemuan tanpa tabrakan, mereka mendorong bulan ke orbit miring. Selanjutnya, dengan menabrak bumi, mereka mengirimkan logam mulia. Robin Canup, ilmuwan planet lain, menyoroti pentingnya peran ganda ini dalam peran lain Alam artikel, ketika dia menulis:
Jika populasi objek seperti itu tidak ada, bulan mungkin mengorbit di bidang orbit Bumi, dengan gerhana matahari total terjadi sebagai peristiwa bulanan yang spektakuler. Tapi perhiasan kami akan jauh lebih mengesankan - terbuat dari timah dan tembaga, bukan dari platinum dan emas.
Kaveh Pahlevan saat ini berbasis di School of Earth and Space Exploration di Arizona State University. Saya bertanya kepadanya tentang pekerjaannya - dimulai dengan dua pertanyaan dari siswa di lokakarya gerhana saya. Artinya, orang sering terkejut mengetahui bahwa ada banyak tentang bulan yang tidak kita pahami sepenuhnya, termasuk pertanyaan tentang bagaimana bulan terbentuk. Seperti yang ditanyakan seorang siswa:
Kami telah melakukan flyby of Pluto; kami telah menemukan exoplanet; kami mempelajari galaksi jauh, quasar, dan lubang hitam. Jadi bagaimana mungkin kita masih tidak tahu pasti tentang bulan?
Pahlevan menjawab:
Jika Anda hidup di abad ke-17 atau ke-18, Anda akan melakukan pengamatan yang sama tentang asal usul makhluk hidup: kami telah mengelilingi dunia; kami telah menemukan daratan dan laut yang jauh, dengan flora dan fauna yang tidak pernah kami bayangkan; namun kami masih tidak mengerti asal usul spesies. Lebih mudah untuk melakukan inventarisasi apa yang dapat diamati hari ini daripada mencoba menyimpulkan peristiwa asal yang terjadi jauh sebelumnya dan yang tidak dapat diamati.
Ketika kejahatan terjadi, polisi investigasi dengan cepat tiba di tempat kejadian dan mencoba untuk melestarikan bukti. Dalam kasus asal bulan, ada peristiwa kekerasan, tetapi tidak ada saksi, dan kami tiba di tempat kejadian lima miliar tahun terlambat! Sebagian besar bukti dari peristiwa ini telah dilenyapkan selama ribuan tahun berikutnya. Kita harus melihat pada beberapa bukti yang tersisa untuk mencoba menyusun cerita. Ini sebuah tantangan. Tapi itu bagian dari kisah asal kita sendiri, dan itulah yang menawan.
Metode ilmiah, melalui Keterampilan Sains Tahun Sembilan.
Kapan (jika pernah) kita dapat menunjuk ke jawaban definitif tentang bagaimana sistem Bumi-bulan terbentuk? Pahlevan berkata:
Perkembangan jarang definitif. Untuk membuat kemajuan, kita harus mengakui ketidaktahuan kita. Bahkan ketika kita memiliki ide yang tampaknya memiliki kekuatan penjelas, kita mempertahankannya di samping beberapa keraguan, dan mengakui bahwa itu mungkin salah. Manusia ingin memiliki cerita dengan kekuatan penjelas: ini adalah sumber mitos asal di seluruh dunia. Tetapi dengan teori asal ilmiah kami, kami telah belajar bahwa mereka selalu tentatif. Kita harus menyadari keterbatasan pengetahuan kita jika kita ingin membuat kemajuan.
Satu bidang yang menjanjikan kemajuan melibatkan data sampel. Para astronot Apollo membawa kembali hampir 400 kilogram batu bulan selama perjalanan singkat bulan mereka di tahun 1960-an dan 70-an. Teknologi untuk menganalisis komposisi bebatuan ini telah meningkat pesat dalam setengah abad terakhir. Jadi kita sekarang dapat menangkap beberapa sinyal dari batu bulan yang tidak bisa kita lakukan sebelumnya.
Ini menarik karena atom-atom di bebatuan bulan - atom-atom di bulan - ada di sana selama peristiwa asal bulan dan, dalam beberapa hal, mereka adalah saksi atas apa yang terjadi. Menggunakan tanda tangan yang baru tersedia yang dicatat dalam sampel ini untuk menguji dan mengembangkan ide-ide kami adalah bidang yang siap untuk kemajuan.
Berkat misi Apollo ke bulan, para ilmuwan dapat menganalisis batuan bulan. Dalam beberapa hal, Kaveh Pahlevan berkata, "... mereka adalah saksi atas apa yang terjadi."
Makalah Pahlevan 2015 dengan Alessandro Morbidelli melihat efek dari pertemuan tanpa tabrakan yang mendahului tabrakan antara Bumi dan benda-benda lain di tata surya bagian dalam. Saya bertanya kepada Pahlevan bagaimana ia dan Morbidelli awalnya memikirkan gagasan ini, dan kemudian mengembangkannya. Dia berkata:
Beberapa tahun yang lalu, saya menghadiri konferensi di Ascona, Swiss, di mana Dr. Morbidelli memberi ceramah tentang pembentukan planet terestrial. Dia menyebutkan bahwa dampak pembentukan bulan mungkin merupakan dampak raksasa terakhir dalam sejarah pembentukan Bumi, mungkin karena satelit yang dihasilkan sebelumnya akan hilang secara gravitasi melalui pertemuan dengan benda besar lainnya di tata surya bagian dalam, yang sangat tempat ramai pada saat itu. Saya tahu bahwa kecenderungan bulan adalah masalah ilmiah terbuka, dan di sanalah benih untuk proyek ini ditanam. Saya pulang dan melakukan perhitungan.
Saya kemudian mendekati Dr. Morbidelli di konferensi lain tentang menerapkan pertemuan tanpa tabrakan dengan masalah kecenderungan bulan, dan dia menyatakan minatnya pada ide tersebut dan mengundang saya ke Nice, Prancis, pada 2012 untuk mengerjakan proyek ini. Dr Morbidelli memiliki kelancaran dengan integrasi numerik yang sangat langka, jadi begitu gagasan itu ada, segala sesuatunya berkembang dengan cepat dan segera menjadi jelas bahwa ada potensi di sana.
Beberapa astronom profesional menghabiskan seluruh waktu mereka di depan komputer dan tidak pernah benar-benar menatap langit.Anda adalah ilmuwan planet, bukan astronom, tetapi apakah Anda pernah menghabiskan waktu menatap objek studi Anda?
Saya seorang ahli teori jadi saya tidak menghabiskan banyak waktu di teleskop atau di tempat-tempat di mana langit gelap. Terkadang, ketika kami berada di luar, teman-teman non-ilmuwan saya bertanya kepada saya 'Di mana bulan?' Saya tidak tahu di mana itu. Tapi kadang-kadang, ketika saya menjalani hari saya, saya memperhatikannya di langit. Ini adalah pengingat untuk kembali bekerja.
Graham Jones, yang menulis artikel ini, menyelenggarakan lokakarya gerhana matahari untuk siswa melalui tensentences.com. Graham akan menghadirkan liputan langsung gerhana 21 Agustus di timeanddate.com.
Intinya: Kemiringan lima derajat dari orbit bulan - yang merupakan alasan gerhana matahari merupakan peristiwa langka - baru-baru ini dijelaskan oleh pertemuan tanpa tabrakan (nyaris celaka) antara sistem Bumi-bulan dan benda-benda besar yang tersisa dari pembentukan tata surya bagian dalam.