Phoebe Newman 
Źródło: Uniwersytet Durham
Czołowi naukowcy z Institute for Computational Cosmology na Durham University wykorzystali najbardziej szczegółowe symulacje superkomputerowe, aby odkryć alternatywne wyjaśnienie pochodzenia Księżyca 4,5 miliarda lat temu. I ujawnił istnienie gigantycznej kolizji między Ziemią a[{” attribute=””>Mars-sized body could immediately place a Moon-like body into orbit around Earth.
High-end simulations
In their search for scenarios that could explain the present-day Earth-Moon system, the researchers simulated hundreds of different impacts at high resolution, varying the angle and speed of the collision as well as the masses and spins of the two colliding bodies. These calculations were performed using the SWIFT open-source simulation code, run on the DiRAC Memory Intensive service (“COSMA”), hosted by Durham University on behalf of the DiRAC High-Performance Computing facility.
Dodatkowa moc obliczeniowa ujawniła, że symulacje o niskiej rozdzielczości mogą pominąć krytyczne aspekty kolizji na dużą skalę. Korzystając z symulacji o wysokiej rozdzielczości, naukowcy mogą odkryć funkcje, które nie były dostępne w poprzednich badaniach. Dopiero symulacje w wysokiej rozdzielczości pozwoliły uzyskać satelitę podobnego do księżyca, a dodatkowe szczegóły ujawniły, w jaki sposób jego zewnętrzne warstwy zawierały więcej materiału pochodzącego z Ziemi.
Jeśli duża część Księżyca uformowała się natychmiast po gigantycznym uderzeniu, może to również oznaczać, że temperatura topnienia Księżyca jest niższa podczas formowania w porównaniu z tradycyjnymi teoriami, w których Księżyc wzrastał w dysku gruzu wokół Ziemi. W zależności od szczegółów późniejszego krzepnięcia teorie te powinny przewidywać różne struktury wewnętrzne Księżyca.
Współautor badania Vincent Eke powiedział: „Ta ścieżka formacji może pomóc wyjaśnić podobieństwo w składzie izotopów między skałami księżycowymi przywiezionymi przez astronautów Apollo a płaszczem Ziemi. Mogą również wystąpić obserwowalne konsekwencje dla grubości skorupy księżycowej, co pozwoli nam aby określić rodzaj kolizji, która miała miejsce. Zdarzyło się to częściej.”
Co więcej, odkryli, że nawet gdy satelita przechodzi tak blisko Ziemi, że oczekuje się, że zostanie rozerwany przez „siły pływowe” z ziemskiej grawitacji, satelita może faktycznie przetrwać. W rzeczywistości mógłby również zostać wyrzucony na szerszą orbitę, zabezpieczony przed przyszłym zniszczeniem.
Kilka nowych możliwości
„To otwiera zupełnie nowy zestaw potencjalnych trampolin dla ewolucji Księżyca” – powiedział Jacob Kejris, główny badacz w badaniu. „Weszliśmy w ten projekt, nie wiedząc dokładnie, jakie będą wyniki tej symulacji w wysokiej rozdzielczości. Oprócz dużego otwarcia, które mogą dać standardowe decyzje. Aby dać błędne odpowiedzi, bardzo ekscytujące było to, że nowe odkrycia mogą obejmować zagadkowego, podobnego do księżyca satelitę na orbicie.
Uważa się, że księżyc powstał po zderzeniu młodej Ziemi z obiektem wielkości Marsa, zwanym Theia, 4,5 miliarda lat temu. Większość teorii buduje Księżyc poprzez stopniowe gromadzenie się szczątków z tej kolizji. Zostało to jednak zakwestionowane przez pomiary skał księżycowych, które wykazały, że ich skład jest podobny do składu płaszcza Ziemi, podczas gdy uderzenie wytwarza szczątki pochodzące głównie z Theia.
Ten natychmiastowy scenariusz satelitarny otwiera nowe możliwości dla początkowej orbity Księżyca, a także przewidywanego składu i wewnętrznej struktury Księżyca. To może pomóc wyjaśnić nierozwiązane tajemnice, takie jak nachylona orbita Księżyca od równika Ziemi; Lub może wytworzyć wczesny księżyc, który nie jest całkowicie stopiony, co według niektórych naukowców może lepiej pasować do jego cieńszej skorupy.
Kilka następnych lotów księżycowych powinno ujawnić nowe wskazówki dotyczące rodzaju gigantycznego uderzenia, które doprowadziło do Księżyca, co z kolei powie nam o historii samej Ziemi.
W skład zespołu badawczego weszli naukowcy z[{” attribute=””>NASA Ames Research Centre and the University of Glasgow, UK, and their simulation findings have been published in the Astrophysical Journal Letters.
Reference: “Immediate Origin of the Moon as a Post-impact Satellite” by J. A. Kegerreis, S. Ruiz-Bonilla, V. R. Eke, R. J. Massey, T. D. Sandnes and L. F. A. Teodoro, 4 October 2022, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac8d96
The research was partly supported by a DiRAC Director’s Discretionary Time award and a Science and Technology Facilities Council (STFC) grant.
