Miliardy lat temu wersja naszej Ziemi, która wygląda zupełnie inaczej niż ta, na której żyjemy dzisiaj, została uderzona przez obiekt wielkości Marsa, zwany Theia — iz tego zderzenia powstał Księżyc. Jak dokładnie ta formacja nastąpiła, jest naukową zagadką, którą badacze badali od dziesięcioleci, bez jednoznacznej odpowiedzi.
Większość teorii twierdzi, że Księżyc powstał z szczątków tej kolizji, łącząc się na orbicie przez miesiące lub lata. Nowa symulacja przedstawia inną teorię – Księżyc mógł uformować się natychmiast, w ciągu kilku godzin, gdy materiał z Ziemi i Theia został wystrzelony bezpośrednio na orbitę po uderzeniu.
„Otwiera to zupełnie nowy zakres możliwych miejsc początkowych ewolucji Księżyca” – powiedział Jacob Kegerreis, doktor habilitowany w NASA Ames Research Center w Kalifornijskiej Dolinie Krzemowej i główny autor artykułu na temat tych wyników opublikowanego w The Astrophysical Journal Letters. . „Weszliśmy w ten projekt, nie wiedząc dokładnie, jakie będą wyniki tych symulacji w wysokiej rozdzielczości. Tak więc, oprócz tego, że standardowe rozdzielczości mogą dać mylące odpowiedzi, było bardzo ekscytujące, że nowe wyniki mogą obejmować kusząco podobny do Księżyca satelita na orbicie”.
Symulacje wykorzystane w tych badaniach są jednymi z najbardziej szczegółowych w swoim rodzaju i działają w najwyższej rozdzielczości ze wszystkich symulacji prowadzonych w celu zbadania pochodzenia Księżyca lub innych gigantycznych uderzeń. Ta dodatkowa moc obliczeniowa pokazała, że symulacje o niższej rozdzielczości mogą pominąć ważne aspekty tego rodzaju kolizji, umożliwiając naukowcom obserwowanie pojawiających się nowych zachowań w sposób, którego poprzednie badania po prostu nie były w stanie zobaczyć.
Zagadka historii planety
Zrozumienie pochodzenia Księżyca wymaga wykorzystania tego, co wiemy o Księżycu – naszej wiedzy o jego masie, orbicie i dokładnej analizie próbek księżycowych skał – oraz wymyślenia scenariuszy, które mogą prowadzić do tego, co widzimy dzisiaj.
Wcześniej panujące teorie mogły dość dobrze wyjaśnić niektóre aspekty właściwości Księżyca, takie jak jego masa i orbita, ale z pewnymi poważnymi zastrzeżeniami. Jedną z niezwykłych tajemnic było to, dlaczego skład Księżyca jest tak podobny do ziemskiego. Naukowcy mogą badać skład materiału na podstawie jego sygnatury izotopowej, chemicznej wskazówki, jak i gdzie powstał obiekt. Próbki księżycowe, które naukowcy byli w stanie zbadać w laboratoriach, wykazują bardzo podobne sygnatury izotopowe do skał z Ziemi, w przeciwieństwie do skał z Marsa lub innych części Układu Słonecznego. To sprawia, że prawdopodobnie większość materiału, z którego składa się Księżyc, pochodziła z Ziemi.
W poprzednich scenariuszach, w których Theia wystrzeliła na orbitę i zmieszała się tylko z niewielką ilością materiału z Ziemi, jest mniej prawdopodobne, że zobaczylibyśmy tak silne podobieństwa – chyba że Theia była również izotopowo podobna do Ziemi, co jest mało prawdopodobnym zbiegiem okoliczności. W tej teorii do stworzenia Księżyca wykorzystuje się więcej materiału ziemskiego, zwłaszcza jego zewnętrzne warstwy, co może pomóc wyjaśnić to podobieństwo w składzie.
Zaproponowano inne teorie wyjaśniające te podobieństwa w składzie, takie jak model synestii – w którym Księżyc powstaje wewnątrz wiru wyparowanej skały po zderzeniu – ale prawdopodobnie mają trudności z wyjaśnieniem obecnej orbity Księżyca.
Ta szybsza, jednoetapowa teoria formacji oferuje czystsze i bardziej eleganckie wyjaśnienie obu tych nierozstrzygniętych kwestii. Może również dać nowe sposoby znajdowania odpowiedzi na inne nierozwiązane zagadki. Ten scenariusz może umieścić Księżyc na szerokiej orbicie z wnętrzem, które nie jest w pełni stopione, potencjalnie wyjaśniając właściwości, takie jak nachylona orbita Księżyca i cienka skorupa – co czyni go jednym z najbardziej kuszących wyjaśnień pochodzenia Księżyca.
Zbliżanie się do potwierdzenia, która z tych teorii jest słuszna, będzie wymagało analizy przyszłych próbek księżycowych sprowadzonych na Ziemię w celu zbadania z przyszłych misji NASA Artemis. Gdy naukowcy uzyskają dostęp do próbek z innych części Księżyca i głębiej pod powierzchnią Księżyca, będą mogli porównać, w jaki sposób dane ze świata rzeczywistego pasują do tych symulowanych scenariuszy oraz co wskazują na to, jak Księżyc ewoluował w jego miliardy lat historii.
Wspólne pochodzenie
Poza po prostu dowiedzeniem się więcej o Księżycu, badania te mogą przybliżyć nas do zrozumienia, w jaki sposób nasza własna Ziemia stała się światem życiowym, jakim jest dzisiaj.
„Im więcej dowiadujemy się o tym, jak powstał Księżyc, tym więcej odkrywamy ewolucji naszej własnej Ziemi” – powiedział Vincent Eke, badacz z Durham University i współautor artykułu. „Ich historie są ze sobą splecione – i mogą być powtórzone w historiach innych planet zmienionych przez podobne lub bardzo różne kolizje”.
Kosmos jest wypełniony kolizjami – zderzenia są zasadniczą częścią formowania się i ewolucji ciał planetarnych. Na Ziemi wiemy, że wpływ na Theię i inne zmiany w jej historii są częścią tego, jak udało jej się zebrać materiały niezbędne do życia. Im lepiej naukowcy mogą symulować i analizować, co dzieje się w tych kolizjach, tym lepiej jesteśmy przygotowani do zrozumienia, jak planeta może ewoluować, aby nadać się do zamieszkania, tak jak nasza Ziemia.
Badania te są wspólnym wysiłkiem Amesa i Durham University, wspieranym przez grupę badawczą Planetary Giant Impact Research przy Institute for Computational Cosmology. Wykorzystane symulacje zostały przeprowadzone przy użyciu kodu SWIFT o otwartym kodzie źródłowym (SPH with Inter-Dependent Fine-grained Tasking), przeprowadzonego w usłudze Intensywnej Pamięci DiRAC (Distributed Research Utilizing Advanced Computing) („COSMA”), hostowanej przez Uniwersytet Durham w imieniu zakładu DiRAC High-Performance Computing.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Centrum Badawcze NASA/Ames. Oryginał napisany przez Franka Tavaresa z NASA Ames Research Center. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.