Bumi dan Mars Terbentuk dari Materi di Tata Surya Bagian Dalam

 Bumi dan Mars terbentuk dari material yang sebagian besar berasal dari tata surya bagian dalam; hanya beberapa persen saja dari blok bangunan kedua planet ini berasal dari luar orbit Jupiter. Sekelompok peneliti yang dipimpin oleh University of Münster, Jerman, telah menerbitkan temuan ini di jurnal Science Advances pada 22 Desember 2021 berjudul Terrestrial planet formation from lost inner solar system material.

Dalam studi tersebut mereka menyajikan perbandingan paling komprehensif hingga saat ini tentang komposisi isotop Bumi, Mars, dan bahan bangunan murni dari tata surya bagian dalam dan luar. Beberapa bahan tersebut saat ini masih ditemukan sebagian besar tidak berubah di meteorit. Hasil penelitian memiliki konsekuensi yang luas bagi pemahaman kita tentang proses pembentukan planet Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars. Teori yang mendalilkan bahwa empat planet berbatu tumbuh ke ukurannya sekarang dengan mengumpulkan kerikil debu berukuran milimeter dari luar tata surya tidak dapat dipertahankan.

Sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu pada hari-hari awal tata surya kita, piringan debu dan gas mengorbit Matahari muda. Dua teori telah menjelaskan bagaimana dalam jutaan tahun planet berbatu bagian dalam terbentuk dari bahan bangunan asli ini.

Menurut teori yang lebih tua, debu di tata surya bagian dalam diaglomerasi menjadi bongkahan yang lebih besar secara bertahap mencapai kira-kira seukuran Bulan kita. Tabrakan embrio planet ini akhirnya menghasilkan planet bagian dalam Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars. Namun, teori yang lebih baru lebih menyukai proses pertumbuhan yang berbeda: "kerikil" debu berukuran milimeter bermigrasi dari tata surya bagian luar menuju Matahari. Dalam perjalanannya, mereka ditambahkan ke embrio planet tata surya bagian dalam, dan selangkah demi selangkah memperbesarnya ke ukuran yang sekarang.

Kedua teori tersebut didasarkan pada model teoritis dan simulasi komputer yang bertujuan untuk merekonstruksi kondisi dan dinamika di awal tata surya, di mana keduanya menggambarkan kemungkinan jalur pembentukan planet. Namun yang mana yang benar? Proses mana yang sebenarnya terjadi? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, dalam studi mereka saat ini para peneliti dari Universitas Münster (Jerman), Observatoire de la Cote d'Azur (Prancis), Institut Teknologi California (AS), Museum Sejarah Alam Berlin (Jerman), dan Universitas Bebas Berlin (Jerman) menentukan komposisi yang tepat dari planet berbatu Bumi dan Mars.

"Kami ingin mengetahui apakah blok bangunan Bumi dan Mars berasal dari luar atau dalam tata surya," kata Dr. Christoph Burkhardt dari University of Münster, penulis pertama studi tersebut. Untuk tujuan ini, isotop logam langka titanium, zirkonium, dan molibdenum yang ditemukan dalam jejak kecil di lapisan luar yang kaya silikat dari kedua planet memberikan petunjuk penting. Isotop adalah varietas berbeda dari unsur yang sama, yang hanya berbeda dalam berat inti atomnya.

Para ilmuwan berasumsi bahwa di awal tata surya, ini dan isotop logam lainnya tidak terdistribusi secara merata. Sebaliknya, kelimpahan mereka tergantung pada jarak dari Matahari. Oleh karena itu mereka menyimpan informasi berharga tentang di mana di tata surya awal blok bangunan tubuh tertentu berasal.

Sebagai referensi untuk inventarisasi isotop asli tata surya bagian luar dan dalam, para peneliti menggunakan dua jenis meteorit. Potongan batu ini umumnya menemukan jalan mereka ke Bumi dari sabuk asteroid, wilayah antara orbit Mars dan Jupiter. Mereka dianggap sebagian besar bahan murni dari awal tata surya. Sementara apa yang disebut chondrites berkarbon, yang dapat mengandung hingga beberapa persen karbon, berasal dari luar orbit Jupiter dan hanya kemudian pindah ke sabuk asteroid karena pengaruh dari raksasa gas yang tumbuh, sepupu mereka yang lebih kehabisan karbon, chondrites non-karbon adalah anak-anak sejati dari tata surya bagian dalam.

Komposisi isotop yang tepat dari lapisan batuan luar yang dapat diakses di Bumi dan kedua jenis meteorit telah dipelajari selama beberapa waktu; namun, belum ada analisis komprehensif yang sebanding tentang batuan Mars. Dalam studi mereka saat ini, para peneliti sekarang memeriksa sampel dari total 17 meteorit Mars, yang dapat ditetapkan untuk enam jenis batuan Mars yang khas. Selain itu, para ilmuwan untuk pertama kalinya menyelidiki kelimpahan tiga isotop logam yang berbeda.

Sampel meteorit Mars pertama kali dibuat bubuk dan mengalami perlakuan awal kimia yang kompleks. Para ilmuwan kemudian menggunakan spektrometer massa plasma multi-kolektor untuk mendeteksi sejumlah kecil isotop titanium, zirkonium, dan molibdenum. Kemudian, dengan melakukan simulasi komputer, para ilmuwan menghitung rasio di mana bahan bangunan yang ditemukan saat ini di chondrites berkarbon dan non-karbon harus telah dimasukkan ke Bumi dan Mars untuk mereproduksi komposisi terukur mereka. Dalam melakukannya, mereka mempertimbangkan dua fase pertambahan yang berbeda untuk menjelaskan sejarah yang berbeda dari isotop titanium dan zirkonium serta isotop molibdenum, masing-masing.

Tidak seperti titanium dan zirkonium, molibdenum terakumulasi terutama di inti planet logam. Jumlah kecil yang masih ditemukan saat ini di lapisan luar yang kaya silikat karena itu hanya dapat ditambahkan selama fase terakhir pertumbuhan planet ini.

Hasil para peneliti menunjukkan bahwa lapisan batuan terluar Bumi dan Mars memiliki sedikit kesamaan dengan chondrites karbon di luar tata surya. Mereka hanya menyumbang sekitar empat persen dari blok bangunan asli kedua planet.

“Jika Bumi dan Mars awal memiliki butiran debu yang bertambah dari luar tata surya, nilai ini seharusnya hampir sepuluh kali lebih tinggi,” kata Prof. Dr. Thorsten Kleine dari Universitas Münster, yang juga direktur di Institut Max Planck untuk penelitian tata surya di Göttingen. "Dengan demikian, kami tidak dapat mengonfirmasi teori pembentukan planet dalam ini," tambahnya.

“Komposisi Bumi dan Mars juga tidak sama persis dengan bahan chondrites non-karbon. Simulasi komputer menunjukkan bahwa jenis bahan bangunan lain yang berbeda juga pasti telah dimainkan. Komposisi isotop dari jenis bahan bangunan ketiga ini seperti yang disimpulkan oleh simulasi komputer kami menyiratkan bahwa itu pasti berasal dari wilayah terdalam tata surya.” kata Christoph Burkhardt.

“Temuan yang mengejutkan ini tidak mengubah konsekuensi penelitian terhadap teori pembentukan planet. Fakta bahwa Bumi dan Mars mengandung sebagian besar materi dari tata surya bagian dalam sangat cocok dengan pembentukan planet dari tabrakan benda-benda besar di tata surya bagian dalam,” pungkasnya.