Bulan telah terkena angin matahari selama miliaran tahun. Namun, bukti baru menunjukkan bahwa kedua belahan bumi tidak mengalami pemboman dengan cara yang sama. Partikel yang menumbuk sisi dekat dan sisi jauh mempunyai kecepatan berbeda dan membawa jumlah energi berbeda.
Analisis terhadap material yang dikumpulkan oleh misi Chang’e 6 Tiongkok kini menunjukkan bahwa magnetosfer bumi bertanggung jawab atas sebagian besar perbedaan ini. Hasilnya dipublikasikan di Geosains alam.
Debu bulan menyimpan catatan angin matahari
Angin matahari adalah aliran konstan partikel bermuatan bergerak cepat yang dilepaskan oleh Matahari. Karena Bulan tidak memiliki atmosfer yang tebal atau medan magnet secara keseluruhan, partikel-partikel ini langsung menghantam permukaannya.
Seiring waktu, regolit bulan telah menyimpan bukti paparan ini. Ia bertindak sebagai arsip alami bahan-bahan mudah menguap yang dibawa oleh angin matahari, terutama gas-gas langka (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Karena unsur-unsur ini jarang bereaksi secara kimia dengan bahan lain, para ilmuwan dapat menggunakannya sebagai penanda yang dapat dipercaya tentang bagaimana partikel angin matahari masuk dan terakumulasi di tanah bulan.
Hingga saat ini, para peneliti hanya dapat mempelajari sampel dari sisi dekat Bulan. Tanpa material dari sisi jauh, mereka tidak dapat menguji secara langsung apakah pola angin matahari berbeda secara sistematis di antara kedua belahan bumi.
Hal itu berubah ketika misi Chang’e 6 Tiongkok membawa 1,935 gram regolith dari Cekungan Aitken di Kutub Selatan ke sisi jauh Bulan. Sampel tersebut memberikan kesempatan langsung pertama untuk membandingkan bagaimana partikel angin matahari tertanam di tanah di kedua sisi Bulan.
Sampel Chang’e 6 mengungkapkan perbedaan isotop
Sebuah tim yang dipimpin oleh Institut Geologi dan Geofisika (IGG) dari Akademi Ilmu Pengetahuan China (CAS) meneliti konsentrasi dan komposisi isotop helium, neon, argon, kripton, dan xenon dalam material Chang’e 6.
Penelitian ini dipimpin oleh Xuhang Zhang, seorang peneliti postdoctoral di IGG yang bekerja di bawah pengawasan Profesor HE Huaiyu. Proyek ini juga melibatkan para peneliti dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok dan anggota tim muatan volatil Chang’e 7.
Salah satu perbedaan paling jelas tampak pada isotop neon. Regolit Chang’e 6 memiliki rata-rata 20Dilahirkan/22Rasio Ne sebesar 11,34 ± 0,22. Nilai ini jauh lebih rendah dibandingkan pengukuran semua sampel sisi dekat yang dipelajari sebelumnya, namun sangat sesuai dengan komposisi teoritis yang diharapkan setelah pemisahan angin matahari yang kuat.
Tren ini menunjukkan bahwa sisi jauh mengalami fraksinasi isotop yang lebih intens, yang menjadikan isotop neon yang lebih berat relatif lebih melimpah.
Angin matahari menjangkau lebih dalam ke sisi lain
Krypton dan xenon memberikan bukti lebih lanjut bahwa kedua belahan bumi terkena partikel dengan energi berbeda.
Selama percobaan pemanasan bertahap, xenon yang dihasilkan oleh angin matahari dilepaskan dari material Chang’e 6 terutama pada suhu tinggi, sehingga menciptakan satu puncak suhu tinggi. Sampel dari Chang’e 5 di sisi dekat menunjukkan pola yang berbeda, dengan sejumlah besar xenon dilepaskan pada suhu rendah dan tinggi.
Kontrasnya menunjukkan bahwa partikel angin matahari menembus lebih jauh ke dalam regolit di sisi jauh. Permukiman yang lebih dalam umumnya membutuhkan partikel dengan energi yang lebih besar, yang menunjukkan bahwa sisi jauh Bulan telah terkena angin matahari yang lebih cepat dan berenergi.
Bagaimana Bumi memperlambat angin matahari
Para peneliti menjelaskan perbedaan ini dengan efek “pengaturan kecepatan” magnetosfer bumi.
Saat Bulan bergerak mengelilingi Bumi, terkadang ia melewati selubung magnet, wilayah penyangga yang mengelilingi magnetosfer. Di wilayah ini, angin matahari melambat dari kecepatan biasanya sekitar 400 km/s menjadi sekitar 200 km/s.
Berkurangnya kecepatan ini terutama berdampak pada sisi dekat Bulan yang menghadap Bumi. Partikel berenergi lebih rendah tidak bergerak jauh ke dalam permukaan, sehingga penempatannya tetap lebih dekat ke puncak regolit.
Sisi jauh yang selalu menghadap Bumi tidak terpengaruh dengan cara yang sama. Ia tetap terkena angin matahari yang tidak terganggu, sehingga memungkinkan partikel yang lebih cepat menembus lebih jauh ke dalam tanah bulan.
Para peneliti memperkirakan sekitar 25% dari total paparan angin matahari yang tercatat di lokasi pendaratan Chang’e 5 melibatkan aliran yang lebih lambat ini. Sebagai perbandingan, situs Chang’e 6, yang terletak di sisi lain, tidak menunjukkan bukti menerima efek perlindungan yang sama.
Tanah bulan bisa merekam masa lalu magnet bumi
Sampel sisi jauh ini memberikan bukti fisik langsung pertama bahwa magnetosfer bumi mengontrol kecepatan partikel angin matahari yang mencapai berbagai bagian Bulan. Pengaruhnya terus dicatat baik pada kedalaman partikel memasuki regolit maupun pada tanda isotop gas mulia yang terperangkap di sana.
Para peneliti juga mengusulkan bahwa gas mulia berat di tanah bulan dapat bertindak sebagai “catatan fosil” interaksi masa lalu antara angin matahari dan magnetosfer bumi. Ketika dipelajari bersama dengan bukti paleomagnetik, gas-gas ini mungkin menawarkan cara baru untuk melacak evolusi magnetosfer bumi dalam jangka waktu yang lama.
Hasilnya mengungkapkan bahwa hubungan antara Matahari, Bumi, dan Bulan ternyata lebih rumit dari perkiraan para ilmuwan sebelumnya. Mereka juga berpendapat bahwa Bulan telah menyimpan bukti tersembunyi dari interaksi kuno ini, sehingga memberikan para peneliti cara baru untuk mempelajari sejarah jangka panjang lingkungan magnetik Bumi.
