Selama beberapa dekade, para ilmuwan berpendapat bahwa sistem Bumi-Bulan terbentuk sebagai akibat tabrakan antara Bumi dan benda seukuran Mars kira-kira 4,5 miliar tahun yang lalu. Dikenal sebagai Hipotesis Dampak Raksasa, teori ini menjelaskan mengapa Bumi dan Bulan memiliki struktur dan komposisi yang serupa. Yang cukup menarik, para ilmuwan juga menentukan bahwa selama sejarah awalnya, Bulan memiliki magnetosfer - seperti halnya Bumi saat ini.
Namun, sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti di MIT (dengan dukungan yang diberikan oleh NASA) menunjukkan bahwa pada suatu waktu, medan magnet Bulan mungkin sebenarnya lebih kuat daripada Bumi. Mereka juga dapat menempatkan kendala yang lebih ketat pada saat bidang ini mereda, mengklaim itu akan terjadi sekitar 1 miliar tahun yang lalu. Temuan-temuan ini telah membantu memecahkan misteri mekanisme apa yang mendukung medan magnet Bulan dari waktu ke waktu.
Studi tersebut, yang baru-baru ini muncul di jurnal Kemajuan Sains, dipimpin oleh Saied Mighani, seorang ahli fisika batuan eksperimental dengan Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer, dan Planetarium MIT. Dia bergabung dengan anggota Berkeley Geochronology Center di UC Berkeley dan China University of Geosciences, dengan dukungan tambahan yang diberikan oleh profesor EAPS yang terkenal, Dr. Benjamin Weiss.
Sebagai rekapitulasi, medan magnet Bumi sangat penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui. Ketika partikel angin matahari yang masuk mencapai Bumi, mereka dibelokkan oleh bidang ini dan membentuk kejutan busur di depan Bumi dan magnetotail di belakangnya. Partikel-partikel yang tersisa diendapkan pada kutub magnet tempat mereka berinteraksi dengan atmosfer kita, yang menyebabkan Aurorae terlihat di belahan bumi utara dan selatan.
Seandainya bukan karena medan magnet ini, atmosfer Bumi akan perlahan-lahan dihilangkan oleh angin matahari selama miliaran tahun dan menjadikan tempat yang dingin dan kering. Ini diyakini sebagai apa yang terjadi di Mars, di mana atmosfer yang pernah lebih tebal habis antara 4,2 dan 3,7 miliar tahun yang lalu dan semua air cair di permukaannya hilang atau membeku sebagai hasilnya.
Selama bertahun-tahun, kelompok Weiss telah membantu menunjukkan melalui studi batuan bulan yang kira-kira 4 miliar tahun yang lalu, Bulan juga memiliki medan magnet yang kuat sekitar 100 mikroteslas dalam kekuatan (sedangkan Bumi sekitar 50 mikroteslas saat ini). Pada tahun 2017, mereka mempelajari sampel yang dikumpulkan oleh astronot Apollo yang berasal dari sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu dan menemukan bidang yang jauh lebih lemah (kurang dari 10 mikroteslas).
Dengan kata lain, medan magnet Bulan melemah oleh faktor lima antara 4 dan 2,5 miliar tahun yang lalu, kemudian menghilang seluruhnya sekitar 1 miliar tahun yang lalu. Pada saat itu, Weiss dan rekan-rekannya berteori bahwa mungkin ada dua mekanisme dinamo di interior Bulan yang bertanggung jawab atas perubahan ini.
Singkatnya, mereka berpendapat bahwa efek dinamo pertama bisa menghasilkan medan magnet yang lebih kuat sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Kemudian, 2,5 miliar tahun yang lalu, ia digantikan oleh dinamo kedua yang berumur panjang tetapi menopang medan magnet yang jauh lebih lemah. Seperti yang dijelaskan Dr. Weiss dalam rilis MIT News:
"Ada beberapa ide untuk mekanisme apa yang mendukung dinamo bulan, dan pertanyaannya adalah, bagaimana Anda mengetahui yang mana yang melakukannya? Ternyata semua sumber daya ini memiliki masa hidup yang berbeda. Jadi jika Anda bisa mengetahui kapan dinamo dimatikan, maka Anda dapat membedakan antara mekanisme yang telah diusulkan untuk dinamo bulan. Itulah tujuan dari makalah baru ini. "
Sampai sekarang, memperoleh batu bulan yang berusia kurang dari 3 miliar tahun telah menjadi tantangan besar. Alasan untuk ini berkaitan dengan fakta bahwa aktivitas gunung berapi, yang biasa terjadi di Bulan 4 miliar tahun yang lalu, berhenti sekitar 3 miliar tahun yang lalu. Untungnya, tim MIT mampu mengidentifikasi dua sampel batuan bulan yang diperoleh oleh astronot Apollo yang diciptakan oleh dampak 1 miliar tahun yang lalu.
Sementara batu-batu ini dicairkan oleh tumbukan dan kemudian di-resolidifikasi, sehingga menghapus catatan magnetik mereka dalam proses, tim mampu melakukan tes pada mereka untuk merekonstruksi tanda tangan magnetik mereka. Pertama, mereka menganalisis orientasi elektron batuan, yang dijelaskan oleh Weiss sebagai "kompas kecil" karena mereka akan menyelaraskan ke arah medan magnet yang ada atau muncul dalam orientasi acak dengan tidak adanya satu.
Dalam kedua sampel, tim mengamati yang terakhir, yang menunjukkan bahwa batuan terbentuk dalam medan magnet yang sangat lemah tidak lebih dari 0,1 mikroteslas (mungkin tidak ada sama sekali). Ini diikuti oleh teknik penanggalan radiometrik yang diadaptasi untuk penelitian ini oleh Weiss dan David L. Shuster (seorang peneliti Pusat Geokronologi Berkeley dan rekan penulis penelitian). Hasil ini menegaskan bahwa batu itu memang berusia 1 miliar tahun.
Akhirnya, tim melakukan tes panas pada sampel untuk menentukan apakah mereka dapat memberikan catatan magnetik yang baik pada saat dampak. Ini terdiri dari menempatkan kedua sampel dalam oven dan memaparkannya pada jenis suhu tinggi yang akan diciptakan oleh dampak. Ketika mereka mendingin, mereka memaparkannya ke medan magnet yang dihasilkan secara buatan di laboratorium dan memastikan bahwa mereka dapat merekamnya.
Hasil ini mengkonfirmasi bahwa kekuatan magnet yang awalnya diukur oleh tim (0,1 mikroteslas) akurat dan pada 1 miliar tahun yang lalu, dinamo yang menggerakkan medan magnet Bulan kemungkinan telah berakhir. Seperti yang diungkapkan Weiss:
"Medan magnet adalah benda samar yang menembus ruang, seperti medan gaya yang tak terlihat. Kami telah menunjukkan bahwa dinamo yang menghasilkan medan magnet bulan mati di suatu tempat antara 1,5 dan 1 miliar tahun yang lalu, dan tampaknya telah diberdayakan dengan cara yang mirip Bumi. "
Sebagaimana dicatat, penelitian ini juga membantu menyelesaikan perdebatan seputar apa yang mendorong dinamo bulan di tahap selanjutnya. Sementara beberapa teori telah disarankan, temuan baru ini konsisten dengan teori bahwa kristalisasi inti bertanggung jawab. Pada dasarnya, teori ini menyatakan bahwa inti dalam Bulan mengkristal seiring waktu, memperlambat aliran cairan bermuatan listrik dan menangkap dinamo.
Weiss menyarankan bahwa sebelum ini, presesi mungkin telah bertanggung jawab untuk menyalakan dinamo yang lebih kuat (tetapi berumur pendek) yang akan menghasilkan medan magnet yang kuat. Ini konsisten dengan fakta bahwa 4 miliar tahun lalu, Bulan diperkirakan telah mengorbit lebih dekat ke Bumi. Ini akan mengakibatkan gravitasi Bumi memiliki efek yang jauh lebih besar pada Bulan, menyebabkan mantelnya bergetar dan membangkitkan aktivitas di inti.
Ketika Bulan perlahan-lahan bermigrasi jauh dari Bumi, efek presesi menurun dan dinamo penghasil medan magnet akan melemah. Sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu, kristalisasi menjadi mekanisme dominan di mana dinamo bulan berlanjut, menghasilkan medan magnet yang lebih lemah yang bertahan hingga inti luar akhirnya mengkristal satu miliar tahun yang lalu.
Studi seperti ini juga bisa membantu menyelesaikan misteri mengapa planet-planet seperti Venus dan Mars kehilangan medan magnetnya (berkontribusi terhadap perubahan iklim dahsyat) dan bagaimana Bumi bisa kehilangan miliknya sendiri suatu hari nanti. Mempertimbangkan kepentingannya terhadap kelayakhunian, pemahaman yang lebih besar tentang dinamo dan medan magnet juga dapat membantu dalam pencarian exoplanet yang layak huni.
