Salah satu masalah mendasar dalam ilmu planet adalah mencoba menentukan bagaimana benda-benda planet di tata surya bagian dalam terbentuk dan berevolusi. Sebuah model komputer baru menunjukkan bahwa benda-benda besar - beberapa sama besar dengan Objek Sabuk Kuiper besar seperti Pluto dan Eris - kemungkinan menghantam Bumi, Bulan dan Mars selama tahap akhir pembentukan planet, membawa logam berat ke permukaan planet. Model ini - dibuat oleh berbagai peneliti dari NASA Lunar Science Institute - secara mengejutkan membahas banyak teka-teki berbeda di Tata Surya, seperti bagaimana Bumi dapat mempertahankan logam, unsur-unsur seperti emas dan platinum yang ditemukan dalam mantelnya, bagaimana interior Bulan sebenarnya bisa basah, dan distribusi aneh dalam ukuran asteroid.
"Sebagian besar bukti dari apa yang terjadi selama tahap akhir pembentukan planet telah terhapus seiring waktu," kata Bill Bottke dari Southwest Research Institute, yang memimpin tim peneliti. “Jejak yang telah kami lacak di dunia ini sangat dingin dan untuk dapat menggali lebih banyak informasi dari apa yang kami miliki dan dapat menjawab beberapa masalah lama sudah cukup menarik.”
Bottke mengatakan kepada Space Magazine bahwa kisah yang diceritakan model baru ini "tidak serumit kelihatannya pada pandangan pertama," katanya. "Ini mencakup banyak konsep bersama, dan beberapa konsep sebenarnya sudah ada untuk sementara waktu."
Bottke dan timnya telah menerbitkan hasil mereka di jurnal Ilmu.
Para peneliti mulai dengan teori yang diterima secara luas tentang bagaimana Bulan kita diciptakan oleh dampak raksasa antara Bumi purba dan planet lain seukuran Mars. "Ini adalah peristiwa paling traumatis yang mungkin pernah dilalui Bumi, dan saat itulah mungkin Bumi dan Bulan membentuk inti mereka," kata Bottke.
Besi yang berat jatuh ke tengah dua tubuh, dan apa yang disebut unsur yang sangat siderofil, atau pecinta logam, seperti renium, osmium platinum, paladium, dan emas seharusnya mengikuti besi dan logam lainnya sampai ke inti setelahnya. dari peristiwa pembentukan Bulan, meninggalkan kerak dan mantel berbatu dari benda-benda ini batal elemen ini.
"Elemen-elemen ini suka mengikuti logam," kata Bottke, "jadi jika logam mengalir ke inti, elemen-elemen ini ingin mengalir bersama mereka. Jadi jika ini benar, apa yang kita harapkan bahwa batuan yang berasal dari mantel kita seharusnya hampir tidak memiliki unsur siderofil yang tinggi, mungkin 10 sampai minus level 5 atau lebih. Namun yang mengejutkan, bukan itu yang kita lihat. Mereka hanya kurang berlimpah dengan faktor kurang dari 200, dibandingkan dengan apa yang kita harapkan, faktor 100.000 atau lebih. "
Bottke mengatakan masalah ini telah diperdebatkan sejak tahun 1970-an, dengan berbagai saran tentang cara menjawab masalah.
“Jawaban yang paling layak adalah bahwa setelah dampak pembentukan Bulan terjadi, ada juga hal-hal lain yang menghantam Bumi selama tahap akhir pembentukan planet, benda-benda yang lebih kecil, dan benda-benda yang lebih kecil ini mengisi kembali unsur-unsur ini dan memberi kita banyak lihat hari ini. Inilah yang kami sebut sebagai akresi terlambat, ”katanya.
Di Bulan, hal yang sama terjadi. Tapi ada masalah dengan skenario ini. Rasio unsur-unsur ini di Bumi dibandingkan dengan batuan di Bulan adalah sekitar 1000 banding 1.
"Penampang gravitasi Bumi adalah sekitar 20 kali dari Bulan," kata Bottke, "Jadi untuk setiap objek yang menabrak Bulan, sekitar dua puluh seharusnya menabrak Bumi. Dan jika keterlambatan akresi menghasilkan elemen-elemen ini, Anda harus memiliki rasio sekitar 20 banding 1. Tapi itu bukan yang kita lihat — kita melihat rasio 1000 banding 1. ”
Bottke - seorang ahli dinamika planet - membahas hal ini dengan rekannya David Nesvorny, juga dari SWRI, serta pemodel geofisika-geokimia, seperti Richard Walker dari Universitas Maryland, James Day dari University of Maryland, dan Linda Elkins-Tanton dari Institut Teknologi Massachusetts.
Mereka datang dengan model komputer yang sepertinya memberikan jawaban.
"Dengan bermain roulette dengan benda-benda ini, saya menemukan bahwa sangat sering Bumi ditabrak oleh penabrak besar yang tidak akan pernah dilihat Bulan," kata Bottke. "Hasil ini menunjukkan bahwa benda-benda yang menghantam Bumi dan Bulan pada akhir periode pembentukan planet didominasi oleh benda-benda yang sangat besar."
Model tersebut meramalkan bahwa yang terbesar dari penabrak akhir di Bumi, pada diameter 2.400 - 3.200 km (1.500-2.000 mil) dengan diameter, sedangkan yang untuk Bulan, pada sekitar 240 - 320 km.
Bottke menyebut itu hasil yang “lucu” - tetapi mereka membutuhkan lebih banyak bukti pendukung. Jadi, mereka melihat pada populasi terakhir dari benda-benda yang membangun planet, sabuk asteroid bagian dalam. "Anda menemukan asteroid besar seperti Ceres, Vesta, dan Pallas," kata Bottke, jadi ada asteroid besar yang berjarak 500 hingga 900 km, tetapi kemudian asteroid terbesar Anda berikutnya hanya berjarak sekitar 250 km. Ini cocok dengan ukuran yang dihasilkan oleh model kami, ”di mana tidak ada asteroid dengan ukuran“ di antara ”yang diamati di wilayah ini.
Selanjutnya, mereka melihat Mars, yang memiliki beberapa cekungan dampak yang sangat besar yang mungkin tersisa dari zaman ketika planet ini terbentuk, termasuk Cekungan Borealis, yang begitu besar sehingga kemungkinan menjelaskan perbedaan di belahan utara dan selatan di belahan bumi utara. Planet Merah.
“Kami melihat dan memproyeksikan ukuran penabrak yang akan menciptakan cekungan tersebut dan kami melihat distribusi ukuran sangat mirip dengan apa yang diprediksi untuk Bumi dan Bulan, dan juga apa yang ditemukan di sabuk asteroid bagian dalam.
Jadi semua hal itu bersama - dasar teoretis, bukti pengamatan dari unsur-unsur di Bumi dan Bulan, dan dampak terhadap Mars secara kolektif mengatakan sesuatu tentang distribusi ukuran benda-benda menuju akhir pembentukan planet.
Dan apa implikasinya?
"Kita bisa membuat prediksi untuk apa yang menabrak Bumi, Bulan dan Mars pada waktu itu, dan mereka sejalan dengan apa yang kita lihat di permukaan," kata Bottke. "Di Mars kita bisa memainkan permainan apa yang merupakan proyektil terbesar yang seharusnya mengenai Mars, dan itu cocok dengan ukuran cekungan besar yang terbentuk di Mars, dan juga menghasilkan banyak elemen yang kita lihat di sana."
"Untuk Bulan, penabrak terbesar adalah 250-300 km, yaitu sekitar ukuran cekungan Aiken kutub selatan," lanjut Bottke. "Untuk Bumi, penabrak besar ini menjelaskan mengapa beberapa dampak ini berhasil menghantam Bumi dan tidak semua elemen pergi ke inti Bumi."
Bottke mengatakan bahwa menambah komplikasi, beberapa dampak terbesar sebenarnya mungkin telah membajak di Bumi dan benar-benar keluar dari sisi lain - dalam keadaan yang sangat terfragmentasi - dan menghujani bumi. "Jika ini benar, ini menyediakan cara untuk menyebarkan fragmen ke seluruh Bumi," katanya, "tetapi bagaimana puing-puing itu didistribusikan kembali di sekitar tubuh planet adalah pertanyaan yang sangat menarik. Bagian itu membutuhkan lebih banyak pekerjaan dan hanya berada di ujung sekarang dari apa yang dapat kita lakukan secara numerik. "
Ketika datang ke air di bagian dalam Bulan - yang pernah dianggap kering, namun pengukuran sampel baru-baru ini, bagaimanapun, menunjukkan bahwa kandungan air dalam mantel bulan adalah antara 200 dan beberapa ribu bagian per miliar - model Bottke juga bisa mengatasi ini isu.
“Jika benar,” tulis tim dalam makalah mereka, “ada kemungkinan bahwa proyektil yang sama yang mengirim sebagian besar HSE Bulan mungkin juga telah menyediakan air…. Akresi terakhir memberikan penjelasan alternatif jika air mantel bulan tidak dapat bermigrasi. dari dampak pos-raksasa Bumi ke Bulan yang tumbuh melalui piringan protolunar yang panas dan sebagian besar menguap. "
Mengenai mengapa proyektil yang lebih kecil menghantam Bulan dibandingkan dengan Bumi, Bottke mengatakan itu hanyalah permainan angka. “Kita mulai dengan populasi yang memiliki sejumlah hal besar, ukuran menengah dan kecil,” katanya. “Dan kami secara acak memilih proyektil dari populasi itu dan untuk setiap orang besar yang menghantam Bulan, 20 menghantam Bumi. Dan kami memainkan permainan itu, dan jika jumlah proyektil terbatas, jika Bulan hanya terkena satu atau dua kali dari populasi ini, itu berarti Bumi terkena 20-30 kali, itu sudah cukup untuk memberi kita - pada kebanyakan kesempatan - apa yang kita lihat. "
Bottke mengatakan penelitian ini memberinya kesempatan untuk bekerja dengan ahli geokimia, “yang memiliki segala macam hal menarik untuk dikatakan yang membantu menghambat proses yang menyebabkan pembentukan planet. Masalahnya adalah bahwa kadang-kadang mereka memiliki informasi yang hebat tetapi mereka tidak memiliki proses dinamis yang dapat bekerja. Jadi dengan bekerja bersama, saya pikir kami dapat menghasilkan beberapa hasil menarik. ”
“Hal yang paling menarik bagi saya adalah bahwa kita harus dapat menggunakan kelimpahan yang kita miliki di Bumi, Bulan dan Mars untuk benar-benar menceritakan kisah tentang pembentukan planet,” kata Bottke.
Sumber: Sains, wawancara telepon dengan Bottke
