Моделирование показывает, что столкновение могло сформировать Луну всего за несколько часов

Миллиарды лет назад версия нашей Земли, которая сильно отличается от той, на которой мы живем сегодня, столкнулась с объектом размером с Марс, который называется Тейя, и в результате этого столкновения образовалась Луна. Как именно произошло это образование, ученые десятилетиями изучают научную загадку, но не могут дать окончательного ответа.

Большинство теорий утверждают, что Луна образовалась из обломков этого столкновения, слившись на орбите в течение месяцев или лет. Новая симуляция выдвигает другую теорию — Луна могла образоваться сразу же, в течение нескольких часов, когда материал с Земли и Теи был выведен непосредственно на орбиту после удара.

«Это открывает совершенно новый диапазон возможных отправных точек для эволюции Луны», — сказал Джейкоб Кегеррайс, научный сотрудник Исследовательского центра Эймса НАСА в Силиконовой долине в Калифорнии и ведущий автор статьи об этих результатах, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters. . «Мы приступили к этому проекту, не зная точно, какими будут результаты этих симуляций с высоким разрешением. Таким образом, вдобавок к большому откровению, что стандартные разрешения могут дать вам вводящие в заблуждение ответы, было особенно интересно, что новые результаты могут включать соблазнительно похожий на Луну спутник на орбите».

Симуляции, используемые в этом исследовании, являются одними из самых подробных в своем роде, они работают с самым высоким разрешением из всех симуляций, запускаемых для изучения происхождения Луны или других гигантских столкновений. Эта дополнительная вычислительная мощность показала, что симуляции с более низким разрешением могут упустить важные аспекты таких столкновений, что позволяет исследователям увидеть появление нового поведения так, как предыдущие исследования просто не могли увидеть.

Загадка планетарной истории

Понимание происхождения Луны требует использования того, что мы знаем о Луне — наших знаний о ее массе, орбите и точного анализа образцов лунной породы — и разработки сценариев, которые могут привести к тому, что мы видим сегодня.

Ранее господствовавшие теории могли довольно хорошо объяснить некоторые аспекты свойств Луны, такие как ее масса и орбита, но с некоторыми серьезными оговорками. Одна выдающаяся загадка заключалась в том, почему состав Луны так похож на состав Земли. Ученые могут изучать состав материала на основе его изотопной сигнатуры — химического ключа к тому, как и где был создан объект. Лунные образцы, которые ученые смогли изучить в лабораториях, имеют очень похожие изотопные характеристики на камни с Земли, в отличие от камней с Марса или других мест Солнечной системы. Это делает вероятным, что большая часть материала, из которого состоит Луна, первоначально была получена с Земли.

В предыдущих сценариях, когда Тейя выбрасывалась на орбиту и смешивалась лишь с небольшим количеством земного материала, маловероятно, что мы увидим такое сильное сходство — если только Тейя не была также изотопно подобна Земле, маловероятное совпадение. В этой теории для создания Луны используется больше земного материала, особенно ее внешние слои, что может помочь объяснить это сходство в составе.

Были и другие теории, предложенные для объяснения этого сходства в составе, такие как модель синестии, где Луна формируется внутри водоворота испарившейся породы в результате столкновения, но они, возможно, не могут объяснить текущую орбиту Луны.

Эта более быстрая одностадийная теория образования предлагает более четкое и элегантное объяснение обоих этих нерешенных вопросов. Это также может дать новые способы найти ответы на другие неразгаданные загадки. Этот сценарий может вывести Луну на широкую орбиту с не полностью расплавленной внутренней частью, что потенциально объясняет такие свойства, как наклон орбиты Луны и тонкая кора, что делает его одним из самых заманчивых объяснений происхождения Луны.

Чтобы приблизиться к подтверждению того, какая из этих теорий верна, потребуется анализ будущих лунных образцов, доставленных на Землю для изучения в рамках будущих миссий НАСА «Артемида». Когда ученые получат доступ к образцам из других частей Луны и из более глубоких слоев Луны, они смогут сравнить, насколько данные реального мира соответствуют этим смоделированным сценариям, и что они говорят о том, как Луна эволюционировала за время своего существования. миллиарды лет истории.

Общее происхождение

Помимо того, что мы просто больше узнаем о Луне, эти исследования могут приблизить нас к пониманию того, как наша собственная Земля стала тем живым миром, которым она является сегодня.

«Чем больше мы узнаем о том, как появилась Луна, тем больше мы узнаем об эволюции нашей собственной Земли», — сказал Винсент Эке, исследователь из Даремского университета и соавтор статьи. «Их истории переплетены — и могут быть отражены в историях других планет, которые изменились в результате подобных или очень разных столкновений».

Космос полон столкновений — удары являются неотъемлемой частью того, как формируются и развиваются планетарные тела. На Земле мы знаем, что столкновение с Тейей и другие изменения на протяжении всей ее истории являются частью того, как она смогла собрать материалы, необходимые для жизни. Чем лучше ученые смогут смоделировать и проанализировать, что происходит в этих столкновениях, тем лучше мы будем готовы понять, как планета может эволюционировать, чтобы стать пригодной для жизни, как наша Земля.

Это исследование является совместным проектом Эймса и Даремского университета при поддержке исследовательской группы Planetary Giant Impact Института вычислительной космологии. Используемые симуляции были запущены с использованием кода SWIFT с открытым исходным кодом (SPH с взаимозависимой мелкозернистой постановкой задач), выполненного в сервисе DiRAC (распределенное исследование с использованием передовых вычислений) с интенсивным использованием памяти («COSMA»), организованном Даремским университетом. от имени Центра высокопроизводительных вычислений DiRAC.