Apakah Air yang Ada di Bumi Langsung Diturunkan Dari Langit?

Mungkin ada yang panas dengan judul ini, karena biasanya hanya baca judul. Pertanyaan ini mungkin kedengaran aneh atau ngaco bagi sebagian orang: Mungkinkah air di Bumi diturunkan langsung dari langit? Bukan melalui proses yang terjadi di Bumi?

Pertanyaan ini menjadi menarik dengan memperhatikan fakta bahwa air tidak ada di planet Venus, tidak ada di planet Mars, dan tidak ada Bulan (sampai saat ini).

1. Tapi kan suhu Bulan jauh lebih panas dari Bumi. Jelas air akan menguap habis dong. Eh, tidak semudah itu Ferguso. Di atmosfer bulan terdeteksi helium, argon, neon, natrium, kalium, hidrogen, dan radon. Massa hidrogen dan helium jauh lebih kecil daripada massa molekul air. Nah, mngapa gas yang ringan itu bisa ada, sedangkan air yang memiliki massa lebih besar tidak ada?
2. Suhu rata-rata Mars lebih rendah dari Bumi karena jaraknya lebih jauh dari Matahari. Tetapi belum dideteksi adanya air di Mars.
3. Venus memang memiliki suhu lebih tinggi dari Bumi. Walaupun massa, jari-jari, dan percepatan gravitasi di permukaanya mirip dengan Bumi.

Sekarang kita lihat dari persamaan fisika.

Kita mengenal yang namanya kecepatan lepas (escape velocity)? Benda akan lepas dari gravitasi planet jika lajunya melebihi laju lepas yang memenuhi persamaan

\( v = \sqrt {{{2 G M} \over R}} \)

dengan

\( G = 6,67 \times 10^{-11} \) N m²/kg² adalah konstanta gravitasi universal

\( M \) adalah massa planet

\( R \) adalaj jari-jari planet.

Mari kita cek untuk planet Bumi, Venus, Mars, dan Bulan.

Bumi:

\( M = 5,97 \times 10^{24} \) kg

\( R = 6,371 \times 10^6 \) m

Maka kita dapatkan

\( v = 1,12 \times 10^4 \) m/s

Jadi benda di permukaan Bumi baru bisa meninggalkan Bumi jika memiliki laju lebih besar dari \( 1,12 \times 10^4 \) m/s

Venus

\( M = 4,87 \times 10^{24} \) kg

\( R = 6,052 \times 10^6 \) m

Maka kita dapatkan

\( v = 1,01 \times 10^4 \) m/s

Jadi benda di permukaan Venus baru iusa meninggalkan Venus jika memiliki laju lebih besar dari \( 1,01 \times 10^4 \) m/s

Mars

\( M = 6,42 \times 10^{23} \) kg

\( R = 3,3895 \times 10^6 \) m

Maka kita dapatkan

\( v = 5,025 \times 10^3 \) m/s

Jadi benda di permukaan Mars baru bisa meninggalkan Mars jika memiliki laju lebih besar dari \( 5,025 \times 10^3 \) m/s

Bulan

\( M = 7,34 \times 10^{22} \) kg

\( R = 1,737 \times 10^6 \) m

Maka kita dapatkan

\( v = 2,375 \times 10^3 \) m/s

Jadi benda di permukaan Bulan baru bisa meninggalkan Bulan jika memiliki laju lebih besar dari \( 2,375 \times 10^3 \) m/s

Pertanyaan kita selanjutnya adalah, jika molekul air ada di planet-planet tersebut, berapakah laju molekul air? Apakah melebihi laju lepas atau malah lebih kecil?

Laju  rata-rata molekul diperoleh dari persamaan Fisika Statistik, yaitu:

\( u = \sqrt{{{ 3 k T} \over m} } \)

dengan

\( k = 1,38 \times 10^{-23} \) J/K adalah konstanta Boltzmann

\( T \) adalah suhu dalam satuan kelvin

\( m = 2,99 \times 10^{-26} \) kg adalah massa molekul air.

Sekarang kita hitung untuk Venus, Bumi, Mars, dan Bulan. Kita ambil suhu maksimum di planet dan satelit tersebut untuk menentukan laju rata-rata molekul air.

Bumi:

Suhu tertinggi di permukaan Bumi adalah \( T = 330 \) K. Dengan demikian \( u = 676 \) m/s

Venus:

Suhu tertinggi di permukaan Venus adalah \( T = 737 \) K. Dengan demikian \( u = 1,01 \times 10^3 \) m/s

Mars:

Suhu tertinggi di permukaan Mars adalah \( T = 390 \) K. Dengan demikian \( u = 735 \) m/s

Bulan:

Suhu tertinggi di permukaan Bulan adalah \( T = 473 \) K. Dengan demikian \( u = 809 \) m/s

Dari semua data di atas tampak jelas bahwa laju rata-rata molekul air, andaikan ada di planet dan satelit di atas jauh lebih kecil daripada laju untuk bisa lepas dari tarikan gravitasi planet. Dengan demikian, jika dulu air ada di planet-planet dan di Bulan maka sampai sekarang pun air harusnya masih ada. Jika pun tidak terbentuk cair, maka air dalam bentuk gas harus ada.

Apalagi mengingat semua planet di tata surya dibentuk dari proses yang sama, dari material yang sama sekitar 4,6 miliar tahun yang lalu akibat runtuhan gravitasi dari kabut raksasa. Namun, mengapa air hanya ada di Bumi?

Atau jangan-jangan molekul air telah terurai menjadi atom hidrogen dan oksigen yang tepisah. Mari kita cek.

Energi ikat atom hidrogen dengan atom oksigen dalam molekul air adalah \( 492,2145\)  kJ/mol yang sama dengan \( \epsilon = 8,18 \times 10^{-19} \) J. Dengan menggunakan persamaan \( \epsilon = (3/2) k T \) maka untuk mendapatkan energi tersebut, molekul air harus berada dalam ruang yang memiliki suhu \( T = 2 \epsilon / 3 k = 39.500 \) K.

Jadi, agar molekul air di planet terurai menjadi atom hidrogen dan osigen yang terpisah maka suhu permukaan planet harus mencapai \( 39.500 \) K. Namun, belum ada data ilmiah bahwa Venus, Mars, dan Bulan pernah mencapai suhu yang luar biasa tinggi tersebut.

Kemudian kita perhatikan data unsur di atmosfer Bulan. Walaupun atmosfer bulan sangat tipis, namun masih dideteksi adanya hidrogen. Kalaupun dulu di permukaan Bulan ada air maka harusnya oksigen juga terdeteksi di permukaan bulan (air –> hidrogen + oksigen). Tetapi tidak ada oksigen di atmosfer Bulan.

Salah satu hipotesis adalah air tidak dibentuk saat terbentuknya tata surya. Tetapi air hadir di Bumi melalui mekanisme lain. Dugaan saya (belum tentu benar ya):

Air di Bumi dibawa oleh komet atau benda langit lainnya yang menabrak bumi setelah Bumi terbentuk. Tabrakan tersebut juga menyebabkan terbentuknya kubangan besar di permukaan bumi yang sekarang menjadi lautan.

Ini sejalan dengan hasil penelitian Wu dkk bahwa air di bumi dibawa oleh material batuan seperti asteroid dan dari kabut debu dan gas dari material sisa pembentukan tata surya [J. Wu, et al., Origin of Earth’s Water: Chondritic Inheritance Plus Nebular Ingassing and Storage of Hydrogen in the Core, Journal of Geophysical Research: Planets, doi: 10.1029/2018JE005698].

Tetapi pendapat saya, bahwa air semuanya berasal dari luar. Kalau sumbernya dari dari kabut sisa pembentukan tata surya, maka air harusnya ada di Venus dan Mars.

Kira-kita begitu. Gak apa-apa yang sekali-kali mengkhayal.

Catatan: semua data yang digunakan berasal dari wikipedia.org