Sangat lama orang mengira Bulan hanyalah asteroid besar yang
kebetulan mendekati orbit Bumi dan tertangkap oleh gravitasi Bumi.
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!
 |
| yatimmandiri.org |
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.
http://akudanduniafisika.wordpress.com/
Posting Komentar