Setelah perhitungan yang hati-hati terbukti kalau tidak ada asteroid yang tertangkap Bumi mampu membuat orbit mengelilingi Bumi seperti yang dilakukan Bulan sekarang. Sekarang para ilmuan memutuskan kalau satu-satunya penjelasan kenapa Bulan dapat memiliki karakteristik rotasi dan orbit seperti sekarang adalah karena sebuah meteorit raksasa yang menghantam Bumi dan menciptakan awan bahan panas mengelilingi Bumi yang kemudian perlahan kembali jatuh lagi membentuk lapisan luar Bumi dan satelitnya, Bulan. Bagaimana ilmuan bisa tahu? Momentum sudut adalah kuncinya.
Momentum sudut adalah ukuran seberapa cepat sebuah benda berputar (berotasi) dan seberapa kuat tenaga yang diperlukan untuk mengubah rotasinya (berapa besar gaya diperlukan untuk memperlambatnya, misalnya). Citra seorang pemain ski yang berputar memberi contoh klasik momentum sudut. Bayangkan seorang pemain ski berputar di tempatnya dengan tangan terentang. Pemain ski ini berotasi, ia memiliki massa, ia berputar dengan kecepatan tetap, dan lengannya diukur sebagai panjang dari pusat tubuh menuju ujung jarinya, dan karenanya ia punya momentum sudut. Saat perubahan terjadi pada pemain ski yang berputar, besar momentum sudut harus sama (ini yang disebut kekekalan momentum sudut dan merupakan sebuah hukum fisika). Bayangkan sang pemain ski menarik tangannya sehingga menempel pada tubuhnya. Panjang dari pusat ke ujung orang yang berputar ini menjadi lebih pendek, dan karena momentum sudut harus sama maka sang pemain ski semakin cepat berputar. Tugas sang pemain ski hanya menarik tangannya, sisanya fisika yang melakukan.
Sistem orbit dan perputaran Bumi dan Bulan juga memiliki momentum sudut. Momentum sudut sistem Bumi – Bulan adalah 3.5 x 1042 kg/m2sec. Hukum kekekalan momentum sudut bekerja nyaris sempurna untuk sistem Bumi – Bulan, walau ada sejumlah kecil energi hilang karena gesekan pasang surut, dan momentum sudut total sistem ini tetap sama semenjak 4.5 miliar tahun terakhir. Walaupun momentum sudut tetap sama, seperti dalam kasus pemain ski yang laju putaran dan jarak antara tubuhnya tidak berubah, dan faktanya memang demikian.
Kelahiran dan Evolusi Bulan
Tonjolan pasang surut air yang tertarik dari permukaan Bumi oleh gaya tarik gravitasi Bulan membawa sumbu Bumi – Buloan membentuk sudut kecil alpha, dan Bulan memberi torsi gravitasi pada tonjolan ini, dan memperlambat rotasi Bumi. Pada gilirannya, tonjolan pasang surut ini juga memberi torsi pada Bulan, mempercepat laju orbit Bulan dan membuat Bulan bergerak menjauh untuk mempertahankan momentum sudut.
Ada lapisan yang sangat tipis yang disebut rhythmite pasang surut, sebuah lapisan yang tercipta tiap kali pasang surut terjadi. Bila lapisan-lapisan tipis (laminae) ini terkubur dan terpanggang menjadi batuan seiring waktu maka mungkin bagi ilmuan untuk menghitung lapisan ini dan menentukan seberapa banyak bulan lunar per tahun saat batuan itu terbentuk. Bila batu juga dapat ditentukan usianya secara mutlak lewat metode radiometrik, maka rhythmite dapat menunjukkan berapa banyak bulan dalam satu tahun di masa lalu.
Berdasarkan analisa ini dan analisa sejenis, para ilmuan berhasil menentukan usianya yaitu 2.45 miliar tahun, sekitar separuh usia Bumi, dimana sehari di Bumi hanya 19 jam lamanya. Ini artinya setiap 19 jam Bumi berotasi dan melewati waktu siang dan waktu malam. Perlahan, dalam 4.56 miliar tahun sejak Bumi lahir, rotasi Bumi telah melambat dan panjang hari semakin panjang. Hari-hari masih terus memanjang, karena kekekalan momentum sudut: Saat Bulan menarik pasang di sekitar Bumi, rotasi Bumi diperlambat oleh gesekan pasang surut ini. Saat rotasi melambat, untuk mempertahankan momentum sudut, Bulan bergerak perlahan menjauhi Bumi. Efek yang sama yang kita amati seperti pada pemain ski yang memperlambat putarannya dengan cara merentangkan tangan. Dengan menganalisa rhythmite pasang surut dan batuan lain yang juga merekam pasang surut atau hari, ilmuan membuat rekaman panjang hari selama 2.5 miliar tahun terakhir. Sebelumnya hanya ada sedikit data yang tersedia, dan para ilmuan mengekstrapolasi data kembali untuk mencoba menentukan panjang hari pada saat Bumi terbentuk. Setelah dihitung ternyata panjang hari di masa awal Tata Surya terbentuk hanya sekitar lima jam!
Sekarang, dengan data lebih banyak, tampaknya Bumi tidak pernah berputar secepat itu (yang berdasarkan hukum Kekekalan momentum sudut berarti Bulan sangat dekat dengan Bumi, seperti di film fiksi ilmiah). Tampaknya, Bulan dan Bumi menjauhi satu sama lain dengan dipercepat, dan karenanya perpanjangan hari di Bumi dipercepat. Dua setengah miliar tahun lalu, laju resesi Bulan hanyalah sepertiga sekarang, dan 620 juta tahun lalu hanya dua pertiga sekarang. Dengan mengukur jarak dari Bulan ke Bumi menggunakan laser (memantulkan laser dengan cermin yang dipasang astronot Apollo di Bulan), diketahui kalau Bulan menjauh dari Bumi dengan tingkat 3.75 – 3.89 cm per tahun!
Sementara ini tampaknya perubahan yang mengejutkan dalam sistem Bumi – Bulan yang tidak berubah, ia sesungguhnya gagasan yang sangat lama. Filsuf besar, Immanuel Kant, berpendapat pada tahun 1754 kalau gesekan pasang surut akan memperlambat rotasi Bumi, namun ia seorang penulis dan pemikir, bukannya ilmuan, sehingga ia tidak menyelidiki gagasan ini lebih jauh, dan akhirnya terlupakan hingga pertengahan abad ke-19.
Momentum sudut juga merupakan kendala penting untuk gagasan bagaimana Bulan tercipta. Apapun model yang dimiliki seorang ilmuan untuk pembentukan sistem Bumi – Bulan, model tersebut harus menghasilkan sistem Bumi – Bulan dengan jumlah momentum sudut yang sama. Teori asteroid yang tertangkap orbih Bumi tidak dapat menghasilkan sistem dengan nilai momentum sudut yang sama, namun teori tumbukan raksasa bisa. Sebuah penumbuk raksasa seukuran planet Mars menghantam Bumi dan potongan dari campuran antara benda ini dan potongan Bumi yang tercabut kembali jatuh dan membentuk Bulan.
Seorang ilmuan bernama Robin Canup, bekerja di Universitas Negeri Arizona, membuat program komputer raksasa untuk memodelkan proses ini. Programnya melacak jejak kecepatan, arah dan suhu Bumi dan asteroid yang menghantamnya, yang disebut Penghantam Raksasa (Giant Impactor). Setelah Penghantam Raksasa menghantam Bumi, program melacak jejak kecepatan, arah dan suhu dari puluhan ribu pecahan yang beterbangan dari Bumi. Energi dari tumbukan ini begitu besar sehingga sebagian Bumi dan semua tubuh Penghantam Raksasa ini meleleh. Bumi kemudian menggumpal kembali membentuk bola dan potongan-potongan Bumi dan Penghantam Raksasa ini terbang ke orbit mengelilingi Bumi. Perlahan potongan yang paling besar dari kumpulan potongan ini saling mendekat satu sama lain membentuk planetesimal-planetesimal (planet kecil atau potongan-potongan planet), planetesimal-planetesimal ini saling tumbuk atau tarik lewat gravitasi dan membentuk Bulan. Canup telah menggunakan model komputernya untuk menghitung kalau ukuran sang Penghantam Raksasa yang menabrak Bumi haruslah seukuran Mars. Tumbukan ini harus cukup awal di masa muda Tata Surya dimana para penghantam raksasa berkeliaran secara acak di Tata Surya dalam, belum stabil dalam orbit mereka sendiri. Ia harus terjadi sebelum batuan tertua yang diketahui ada di Bumi terbentuk, karena seluruh lapisan luar Bumi saat itu terguncang dan mencair akibat hantaman raksasa. Batu tertua di Bumi berusia sekitar 4 miliar tahun. Tumbukan raksasa ini harus terjadi sebelum batuan tertua di Bulan terbentuk. Berkat misi Apollo, yang membawa pulang sekitar 700 kg material dari Bulan, para ilmuan memiliki batuan dari Bulan yang dapat ditentukan usianya. Batuan tertua dari Bulan berusia 4.4 miliar tahun. Karenanya pembentukan Bulan terjadi setelah pembentukan planet di Tata Surya, pada 4.56 miliar tahun lalu, dan sebelum 4.4 miliar tahun lalu, saat batuan Bulan tertua terbentuk.
Sang Penghantam Besar menabrak Bumi
sumber;asaborneo.blogspot.com
0 komentar:
Post a Comment