Hujan meteor Geminid dilihat dari bawah, pada sebuah malam di bulan Desember di Virginia. Genevieve de Messieres/Shutterstock.com

Ilmuwan Amerika bikin meteorit di laboratorium untuk jelaskan kelahiran Tata Surya

26 April 1803 adalah hari yang tidak biasa di kota kecil L'Aigle di Normandy, Prancis–saat itu terjadi hujan batu.

Lebih dari 3.000 bebatuan jatuh dari langit. Untungnya tidak ada yang terluka. Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis menyelidiki dan memberitakan, berdasarkan banyak cerita saksi mata dan tampilan bebatuan yang tidak biasa, bahwa mereka berasal dari luar angkasa.

Planet Bumi dihantam dengan batu tanpa henti selama mengorbit Matahari, bebatuan ini menambahkan sekitar 50 ton ke massa planet kita setiap hari. Meteorit, demikian sebutan untuk bebatuan ini, mudah ditemukan di padang pasir dan di dataran es Antartika, tempat bebatuan ini sangat mudah terlihat. Meteorit bahkan dapat mendarat di halaman belakang, layaknya harta karun yang tersembunyi di antara batu terestrial biasa.

Para amatir dan profesional mengumpulkan meteorit, dan meteorit yang lebih menarik diantarkan ke museum dan laboratorium di seluruh dunia untuk dipamerkan dan dipelajari. Selain itu, Anda juga dapat membeli dan menjualnya di eBay.

Meskipun telah dilakukan penelitian intensif oleh ribuan ilmuwan, tidak ada konsensus umum tentang bagaimana sebagian besar meteorit terbentuk. Sebagai astronom dan geolog, kami baru-baru ini mengembangkan teori baru tentang apa yang terjadi selama pembentukan tata surya sehingga dapat menciptakan peninggalan berharga dari masa lalu ini. Karena planet terbentuk dari tabrakan bebatuan, meteorit menjadi bagian penting dari sejarah Bumi.

Kawah meteor di Arizona ini diciptakan 50.000 tahun yang lalu ketika sebuah meteorit besi menghantam Bumi. Jaraknya sekitar satu mil. W. Herbst, CC BY-SA

Chondrules yang misterius

Drew Barringer (kiri), pemilik kawah meteor Arizona, istrinya, Clare Schneider, dan penulis William Herbst di Van Vleck Observatory Library dari Universitas Wesleyan, tempat dipajangnya sebuah meteorit besi dari kawah. W. Herbst

Sekitar 10% meteorit adalah besi murni. Mereka terbentuk melalui proses bertahap. Asteroid cair besar memiliki gaya gravitasi yang dapat menyebabkan besi tenggelam ke pusatnya. Ini kemudian membentuk inti besi seperti milik Bumi. Setelah asteroid ini membeku, ia dapat hancur menjadi meteorit melalui tabrakan dengan benda lain.

Meteorit besi berusia setua tata surya itu sendiri, membuktikan bahwa asteroid besar terbentuk dengan cepat dan asteroid cair dulunya berlimpah.

Sedangkan 90% meteorit lainnya disebut “chondrites” karena mereka penuh dengan bola-bola kecil dari batu misterius yang dikenal sebagai “chondrules.” Tidak ada batu di Bumi yang memiliki sesuatu seperti chondrule di dalamnya.

Jelaslah bahwa chondrules terbentuk di ruang angkasa selama periode singkat pemanasan yang hebat ketika suhu mencapai titik leleh batuan, sekitar 3.000 derajat Fahrenheit (atau 1.649 derajat Celsius), selama kurang dari satu jam. Apa yang bisa menjelaskan hal itu?

Tampilan dekat meteorit Semarkona yang menunjukkan lusinan _chondrules. Kenichi Abe

Para peneliti telah menghasilkan banyak hipotesis selama 40 tahun terakhir. Namun, belum ada konsensus tentang bagaimana pemanasan singkat ini terjadi.

Permasalahan terkait chondrule sangat terkenal sulit dan kontroversial sehingga ketika kami mengumumkan kepada rekan kerja beberapa tahun yang lalu bahwa kami sedang mengerjakannya, reaksi mereka adalah tersenyum, menggelengkan kepala, dan menyampaikan belasungkawa.

Sekarang kami mengajukan jawaban terkait masalah chondrule ini, dan bersiap-siap menerima kritik, yang lumrah dalam proses pengembangan ilmu pengetahuan.

Model “terbang dekat”

Ide kami cukup sederhana. Penanggalan radioaktif dari ratusan chondrules menunjukkan bahwa mereka terbentuk antara 1,8 dan 4 juta tahun setelah awal tata surya-sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu. Selama masa ini, asteroid yang sepenuhnya leleh yang merupakah tubuh induk dari meteorit besi, jumlahnya berlimpah. Letusan gunung berapi di asteroid ini melepaskan panas yang luar biasa ke ruang di sekitar mereka. Setiap benda kecil yang lewat saat letusan terjadi akan merasakan panas yang singkat dan intens.

Untuk menguji hipotesis kami, kami membagi tantangan. Astronom Herbst menghitung angka untuk menentukan berapa banyak pemanasan yang diperlukan dan berapa lama untuk membuat chondrules. Kemudian ahli geologi Greenwood menggunakan tungku pembakaran di laboratorium kami di Wesleyan untuk menciptakan kembali kondisi yang diprediksi dan melihat apakah kita bisa membuat chondrules kita sendiri.

Teknisi laboratorium Jim Zareski (atas) memuat tungku yang dapat diprogram saat rekan penulisnya Jim Greenwood melihat, di laboratoriumnya di Universitas Wesleyan. Ini tempat chondrules sintetis dibuat. W. Herbst

Eksperimen itu ternyata cukup berhasil.

Kami menempatkan debu halus dari batuan bumi dengan komposisi menyerupai debu luar angkasa ke dalam kapsul kecil, menempatkannya di tungku kami dan memutar suhunya dalam kisaran yang kami tentukan. Keluarlah sebuah chondrule sintetis yang terlihat bagus. Masalah selesai? Tidak secepat itu.

Dua masalah muncul dengan model kami. Pertama, kami telah mengabaikan masalah yang lebih besar tentang bagaimana chondrules menjadi bagian dari keseluruhan meteorit. Apa hubungan mereka dengan hal-hal di antara chondrules - yang disebut matriks? Selain itu, model kami sepertinya terlalu untung-untungan bagi kami. Hanya sebagian kecil materi primitif yang akan dipanaskan sesuai cara yang kami usulkan.

Apakah itu cukup untuk menjelaskan semua meteorit berisi chondrule yang menghantam Bumi?

Perbandingan chondrule sintetik (kiri) yang dibuat di laboratorium Wesleyan dengan kurva pemanasan dari model flyby, dengan chondrule aktual ( kanan) dari meteorit Semarkona. Struktur kristalnya sangat mirip, seperti yang ditunjukkan pada pembesaran (baris bawah). J. Greenwood

Membuat meteorit

Untuk mengatasi masalah ini, kami memperluas model awal kami untuk mempertimbangkan pemanasan objek besar yang terbang dekat dengan asteroid. Saat bahan ini mendekati asteroid panas, bagian-bagiannya akan menguap seperti komet, menghasilkan atmosfer yang kaya oksigen dan elemen volatil lainnya. Kondisi atmosfer ini sama dengan kondisi atmosfer dimana chondrules terbentuk, berdasarkan studi kimia terperinci sebelumnya.

Tekanan panas dan gas akan mengeraskan objek terbang menjadi meteorit keseluruhan melalui proses yang dikenal sebagai hot isostatic pressing (penekanan isostatik panas), yang digunakan secara komersial untuk membuat paduan logam. Ketika chondrules meleleh menjadi bola-bola kecil, chondrules akan melepaskan gas ke matriks, yang menjebak elemen-elemen tersebut saat meteorit mengeras. Jika chondrules dan chondrites sama-sama terbentuk dengan cara ini, matriks akan berkembang menggunakan elemen-elemen yang tekuras dalam chondrules. Fenomena ini, yang dikenal sebagai komplementaritas, sebenarnya telah diamati selama beberapa dekade, dan model kami memberikan penjelasan yang masuk akal untuk itu.

Model penulis untuk membentuk chondrules. Sepotong kecil batu (kanan) melintas - beberapa mil atau kurang - berayun dekat ke asteroid besar yang mengeluarkan lava di permukaannya. Radiasi inframerah dari lava panas secara singkat meningkatkan suhu yang cukup tinggi pada batu kecil untuk membentuk chondrules dan mengeraskan bagian dari objek itu menjadi sebuah meteorit. W. Herbst/Icarus

Mungkin fitur paling baru dari model kami adalah dengan menghubungkan pembentukan chondrule langsung ke pengerasan meteorit. Karena hanya benda-benda yang dikeraskan dengan baik dari luar angkasa yang dapat menembus atmosfer Bumi, meteorit di museum-museum kita tentu penuh dengan chondrules.

Akan tetapi meteorit yang keras penuh dengan chondrules merupakan pengecualian, bukan hal wajar, di ruang angkasa, karena mereka terbentuk oleh proses yang relatif untung-untungan–terbang dekat dengan asteoid yang panas.

Kita akan segera mengetahui jika ide ini, yang artinya chondrules akan langka pada asteroid teruji. Jepang dan Amerika Serikat memiliki misi berkelanjutan menuju asteroid terdekat yang akan mengumpulkan sampel selama beberapa tahun ke depan.

Jika asteroid itu penuh dengan chondrules, seperti meteorit keras yang membuatnya sampai ke permukaan bumi, maka model kita dapat tergantikan dan pencarian solusi untuk masalah chondrule yang terkenal dapat dilanjutkan. Di lain pihak, jika chondrules jarang ada di asteroid, maka model terbang dekat kami akan lulus ujian penting.

Las Asimi Lumban Gaol menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris.

This article was originally published in English