Земная Луна могла сформироваться из развалин за несколько часов

Согласно новому исследованию, Луна могла образоваться сразу после катастрофического удара, оторвавшего кусок Земли и выбросившего его в космос.

С середины 1970-х годов астрономы считали, что Луна могла образоваться в результате столкновения Земли с древней протопланетой размером с Марс под названием Тейя; колоссальное столкновение создало бы огромное поле обломков, из которого наш лунный спутник медленно формировался в течение тысяч лет.

Но новая гипотеза, основанная на моделировании суперкомпьютера, выполненном с более высоким разрешением, чем когда-либо прежде, предполагает, что Формирование Луны, возможно, не было медленным и постепенным процессом, а произошло всего за несколько часов.

Ученые опубликовали свои выводы 4 октября в журнале The Astrophysical Journal Letters.

«Мы узнали, что очень трудно предсказать, какое разрешение вам нужно надежно смоделировать эти жестокие и сложные столкновения — вы просто должны продолжать тестирование, пока не обнаружите, что дальнейшее увеличение разрешения перестает влиять на получаемый вами ответ», — сказал Джейкоб Кегеррайс, вычислительный космолог из Даремского университета в Англии. Живая наука.

Наука Ученые получили первые сведения о сотворении Луны после возвращения миссии «Аполлон-11» в июле 1969 года, когда астронавты НАСА Нил Армстронг и Базз Олдрин доставили на Землю 47,6 фунтов (21,6 кг) лунного камня и пыли.

Образцы датированы возрастом около 4,5 миллиардов лет назад, что указывает на то, что Луна образовалась в бурный период примерно через 150 миллионов лет после образования Солнечной системы.

Другие подсказки указывают на то, что наш крупнейший естественный спутник был рожден жестокое столкновение между Землей и гипотетической планетой, которую ученые назвали в честь мифического греческого титана Тейи — матери Селены, богини Луны.

Это свидетельство включает сходство в состав лунных и земных пород; Вращение Земли и орбита Луны имеют одинаковую ориентацию; высокий суммарный угловой момент двух тел; и существование дисков обломков в других местах нашей Солнечной системы.

Но то, как именно разыгралось космическое столкновение, является предметом споров. Традиционная гипотеза предполагает, что, когда Тейя врезалась в Землю, столкновение с планетой разбило Тейю на миллионы осколков, превратив ее в летающие обломки.

Разбитые останки Тейи, а также несколько испарившихся камней и газа, вырванного из нашей мантия молодой планеты медленно слилась в диск, вокруг которого слилась и остыла расплавленная сфера Луны в течение миллионов лет.

Однако некоторые части картины остаются неуловимыми. Один нерешенный вопрос: почему, если Луна в основном состоит из Тейи, многие из ее камней имеют поразительное сходство с найденными на Земле?

Некоторые ученые предположили, что больше испарившихся земных камней пошло на создание Луну, чем измельченные остатки Тейи, но у этой идеи есть свои проблемы, например, почему другие модели предполагают, что Луна, состоящая в основном из разрушенных земных камней, будет иметь совершенно другую орбиту, чем та, которую мы видим сегодня.

Чтобы изучить различные возможные сценарии формирования Луны после столкновения, авторы нового исследования обратились к компьютерной программе под названием SPH с взаимозависимыми мелкозернистыми задачами (SWIFT), которая предназначена для точного моделирования сложной и постоянно меняющейся сети гравитационные и гидродинамические силы, действующие на большое количество материи.

Выполнение такой точной задачи — непростая вычислительная задача, поэтому ученые использовали суперкомпьютер для запуска программы: системы под названием COSMA (сокращение от «космоло»). gy machine») в Центре распределенных исследований Университета Дарема с использованием передовых вычислительных мощностей (DiRAC).

Используя COSMA для моделирования сотен столкновений Земля-Тея с разными углами, вращениями и скоростями, лунные сыщики смогли смоделируйте последствия астрономического краха с более высоким разрешением, чем когда-либо прежде.

Разрешение в этих симуляциях определяется количеством частиц, используемых в симуляции. По словам Кегеррайса, для гигантских столкновений стандартное разрешение моделирования обычно составляет от 100 000 до 1 миллиона частиц, но в новом исследовании он и его коллеги смогли смоделировать до 100 миллионов частиц.

«С при более высоком разрешении мы можем изучить больше деталей — подобно тому, как большой телескоп позволяет делать снимки далеких планет или галактик с более высоким разрешением, чтобы открывать новые детали», — сказал Кегеррайс.

«Во-вторых, что, возможно, даже более важно, использование слишком низкого разрешения в моделировании может привести к вводящим в заблуждение или даже просто неверным ответам», — добавил он.

«Вы можете себе представить, что если построить модель автомобиля из игрушечных кубиков, чтобы смоделировать, как машина может сломается при аварии, тогда, если вы используете всего несколько десятков блоков, он может просто идеально расколоться посередине. Но с несколькими тысячами или миллионами вы можете начать сминать и ломать его более реалистично.»

Моделирование с более высоким разрешением оставило исследователей с Луной, которая формирует d в течение нескольких часов из выброшенных кусков Земли и осколков Тейи, предлагая теорию одноэтапного формирования, которая предлагала четкий и элегантный ответ на видимые свойства Луны, такие как ее широкая наклонная орбита; его частично расплавленный интерьер; и ее тонкая кора.

Однако исследователям придется изучить образцы горных пород и пыли, извлеченные глубоко под поверхностью Луны — цель будущих миссий НАСА «Артемида», — прежде чем они смогут подтвердить, насколько смешанной может быть ее мантия. .

«Еще больше образцов с поверхности Луны может оказаться чрезвычайно полезным для новых и более достоверных открытий о составе и эволюции Луны, которые мы затем сможем проследить до модели, подобной нашей», — Кегеррайс. сказал.

«Миссии и исследования, подобные этим и многим другим, постоянно помогают нам исключить больше возможностей и сузить фактическую историю как Луны, так и Земли, а также узнать больше о том, как планеты формируются повсюду и вне нашей Солнечной системы».

Такие исследования могли бы также пролить свет на то, как Земля сформировалась и стала обитающей планетой.

«Чем больше мы узнаем о том, как Луна образовалась быть, чем больше мы узнаем об эволюции нашей собственной Земли», — соавтор исследования Винсент Эке, адъюнкт-профессор физики Даремского университета, говорится в заявлении. «Их истории переплетены и могут быть отражены в историях о других планетах, которые изменились в результате подобных или очень разных столкновений».