Para ilmuwan memperkirakan waktu kematian Dinamo bulan

Para ilmuwan memperkirakan waktu kematian Dinamo bulan
Sebuah analisis baru dari batuan bulan mengarah ke ujung dinamo bulan, proses dimana bulan pernah menghasilkan medan magnet. Kredit: Hernán Cañellas dan Benjamin Weiss

Kompas konvensional tidak banyak berguna di bulan, yang saat ini tidak memiliki medan magnet global.

Tetapi bulan memang menghasilkan medan magnet miliaran tahun yang lalu, dan itu kemungkinan bahkan lebih kuat dari medan bumi saat ini. Para ilmuwan percaya bahwa bidang bulan ini, seperti halnya Bumi, dihasilkan oleh dinamo yang kuat – pengocok inti bulan. Pada titik tertentu, dinamo ini, dan medan magnet yang dihasilkannya, mereda.

Sekarang para ilmuwan dari MIT dan di tempat lain telah memperkirakan waktu akhir dinamo bulan, menjadi sekitar 1 miliar tahun yang lalu. Temuan ini muncul hari ini di jurnal Science Advances .

Pengaturan waktu yang baru mengesampingkan beberapa teori tentang apa yang mendorong dinamo bulan pada tahap-tahap selanjutnya dan mendukung satu mekanisme tertentu: kristalisasi inti. Saat inti besi bagian dalam bulan mengkristal, fluida bermuatan listrik inti cair diaduk dengan apung, menghasilkan dinamo.

“Medan magnet adalah benda samar yang menembus ruang, seperti medan gaya tak kasat mata,” kata Benjamin Weiss, profesor ilmu bumi, atmosfer, dan planet di MIT. “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.”

Rekan penulis Weiss di atas kertas adalah rekan penulis utama Saied Mighani dan Huapei Wang, serta Caue Borlina dan Claire Nichols dari MIT, bersama dengan David Shuster dari University of California di Berkeley.

Teori dinamo duel

Selama beberapa tahun terakhir, kelompok Weiss dan yang lainnya telah menemukan tanda-tanda medan magnet yang kuat, sekitar 100 mikroteslas, pada batuan bulan setua 4 miliar tahun. Sebagai perbandingan, medan magnet bumi saat ini adalah sekitar 50 mikroteslas.

Pada 2017, kelompok Weiss mempelajari sampel yang dikumpulkan dari proyek Apollo NASA, dan menemukan jejak-jejak medan magnet yang jauh lebih lemah, di bawah 10 mikroteslas, dalam batuan bulan yang mereka tentukan berusia sekitar 2,5 miliar tahun. Pemikiran mereka pada saat itu adalah bahwa mungkin dua mekanisme untuk dinamo bulan sedang bermain: Yang pertama bisa menghasilkan medan magnet yang lebih kuat, lebih awal sekitar 4 miliar tahun yang lalu, sebelum digantikan oleh mekanisme kedua, berumur panjang yang menopang bidang yang jauh lebih lemah, hingga setidaknya 2,5 miliar tahun yang lalu.

“Ada beberapa ide untuk mekanisme apa yang mendukung dinamo bulan, dan pertanyaannya adalah, bagaimana Anda mengetahui yang mana yang melakukannya?” Kata Weiss. “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.”

Sebagian besar penelitian magnetik sampel bulan dari misi Apollo berasal dari batuan purba, berumur sekitar 3 miliar hingga 4 miliar tahun. Ini adalah batuan yang awalnya memuntahkan lava ke permukaan bulan yang sangat muda, dan saat mereka mendingin, butiran mikroskopis mereka sejajar dengan arah medan magnet bulan. Sebagian besar permukaan bulan ditutupi oleh bebatuan seperti itu, yang tetap tidak berubah sejak itu, menjaga catatan medan magnet kuno.

Namun, batuan bulan yang sejarah magnetiknya dimulai kurang dari 3 miliar tahun lalu jauh lebih sulit ditemukan karena sebagian besar vulkanisme bulan telah berhenti pada saat ini.

“3 miliar tahun terakhir dari sejarah bulan telah menjadi misteri karena hampir tidak ada catatan rock tentang itu,” kata Weiss.

“Kompas kecil”

Namun demikian, ia dan rekan-rekannya mengidentifikasi dua sampel batuan bulan, yang dikumpulkan oleh para astronot selama misi Apollo, yang tampaknya telah menderita dampak besar sekitar 1 miliar tahun yang lalu dan sebagai hasilnya dicairkan dan dilas kembali bersama sedemikian rupa sehingga mereka catatan magnetik kuno sudah terhapus.

Tim mengambil sampel kembali ke laboratorium dan pertama menganalisis orientasi masing-masing elektron batuan, yang menggambarkan Weiss sebagai “kompas kecil” yang baik menyelaraskan ke arah medan magnet yang ada atau muncul dalam orientasi acak dengan tidak adanya satu. Untuk kedua sampel, tim mengamati yang terakhir: konfigurasi acak elektron, menunjukkan bahwa batuan terbentuk pada medan magnet yang sangat lemah hingga dasarnya nol, tidak lebih dari 0,1 mikroteslas.

Tim kemudian menentukan usia kedua sampel menggunakan teknik penanggalan radiometrik yang dapat diadaptasi oleh Weiss dan Shuster untuk penelitian ini.

Tim menempatkan sampel melalui serangkaian tes untuk melihat apakah mereka benar-benar perekam magnetik yang baik. Dengan kata lain, begitu mereka dipanaskan kembali oleh dampak besar, dapatkah mereka masih cukup sensitif untuk merekam bahkan medan magnet yang lemah di bulan, jika ada?

Untuk menjawab ini, para peneliti menempatkan kedua sampel dalam oven dan menghancurkannya dengan suhu tinggi untuk secara efektif menghapus catatan magnetik mereka, kemudian mengekspos batuan ke medan magnet yang dihasilkan secara buatan di laboratorium saat mereka didinginkan.

Hasilnya mengkonfirmasi bahwa kedua sampel itu memang merupakan perekam magnetik andal dan bahwa kekuatan medan yang awalnya mereka ukur, 0,1 microteslas, secara akurat mewakili nilai maksimum yang mungkin dari medan magnet sangat lemah di bulan 1 miliar tahun yang lalu. Weiss mengatakan bidang 0,1 mikroteslas sangat rendah sehingga kemungkinan dinamo bulan berakhir pada saat ini.

Temuan baru ini sejalan dengan prediksi masa kristalisasi inti, sebuah mekanisme yang diusulkan untuk dinamo bulan yang bisa menghasilkan medan magnet yang lemah dan berumur panjang di bagian akhir sejarah bulan. Weiss mengatakan bahwa sebelum kristalisasi inti, suatu mekanisme yang dikenal sebagai presesi mungkin telah mendukung dinamo yang lebih kuat meskipun berumur pendek. Presesi adalah sebuah fenomena di mana kulit luar yang padat dari suatu benda seperti bulan, yang dekat dengan benda yang jauh lebih besar seperti Bumi, bergetar dalam menanggapi gravitasi Bumi. Goyangan ini mengaduk cairan di inti, seperti mengocok secangkir kopi mengaduk cairan di dalamnya.

Sekitar 4 miliar tahun yang lalu, bulan bayi kemungkinan jauh lebih dekat ke Bumi daripada hari ini, dan jauh lebih rentan terhadap efek gravitasi planet ini. Saat bulan bergerak perlahan menjauh dari Bumi, efek presesi menurun, melemahkan dinamo dan medan magnet pada gilirannya. Weiss mengatakan kemungkinan sekitar 2,5 miliar tahun yang lalu, kristalisasi inti menjadi mekanisme dominan di mana dinamo bulan berlanjut, menghasilkan medan magnet yang lebih lemah yang terus menghilang ketika inti bulan akhirnya sepenuhnya mengkristal.

Kelompok ini mencari di sebelah untuk mengukur arah medan magnet kuno bulan dengan harapan mendapatkan lebih banyak informasi tentang evolusi bulan.

oleh Jennifer Chu, Institut Teknologi Massachusetts

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *