Первые сведения о появлении Луны исследователи получили после возвращения миссии «Аполлон-11» в июле 1969 года, когда астронавты NASA Нил Армстронг и Базз Олдрин доставили на Землю 21,6 кг лунной породы и пыли. Образцы датированы примерно 4,5 миллиардами лет назад, что указывает на то, что возникновение Луны приходится на период примерно через 100-150 миллионов лет после образования Солнечной системы.
Наш естественный спутник возник в результате столкновения Земли с гипотетической планетой Тейей. В пользу этой гипотезы свидетельствуют сходство в составе лунных и земных пород, одинаковая ориентация вращений Земли и орбиты Луны, а также высокий суммарный угловой момент двух тел.
Но как именно происходило космическое столкновение, остаётся предметом многочисленных споров. Традиционная гипотеза предполагает, что, когда Тейя врезалась в Землю, столкновение с планетой разбило Тейю на миллионы осколков, превратив её в плавающие обломки. Останки Тейи вместе с испарившимися камнями и газом, вырванными из мантии нашей молодой планеты, медленно смешались в облако, из которого сформировалась и остыла расплавленная сфера Луны в течение миллионов лет.
Чтобы исследовать возможные сценарии формирования Луны после столкновения, авторы нового исследования обратились к компьютерной программе под названием SPH With Inter-depended Fine-Grapined Tasking (SWIFT), которая предназначена для точного моделирования сложной и постоянно меняющейся сети гравитационного поля и гидродинамических сил, которые действуют на большие массы материи. Выполнить это точно — непростая вычислительная задача, поэтому учёные применили суперкомпьютер для запуска программы — систему под названием COSMA (сокращение от «космологическая машина») в Центре распределённых исследований Даремского университета с использованием передовых вычислений (DiRAC).
Используя COSMA для моделирования сотен столкновений Земля-Тея с разными углами, вращениями и скоростями, исследователи смогли смоделировать последствия астрономического удара с более высоким разрешением, чем когда-либо прежде. Разрешение в этой симуляции задаётся количеством частиц, использующихся в ней. По словам одного из исследователей, для гигантских столкновений стандартное разрешение моделирования обычно составляет от 100 000 до 1 миллиона частиц, но в новом исследовании учёные смогли смоделировать до 100 миллионов частиц.
Моделирование с более высоким разрешением выдало исследователям результат, в котором Луна сформировалась за считанные часы из выброшенных кусков Земли и осколков Тейи. Подобный результат предлагает теорию одностадийного формирования Луны. Эта гипотеза также даёт ответ на видимые свойства Луны, например, её широкую наклонённую орбиту и тонкую кору.
Для более точного ответа исследователям необходимо будет изучить образцы породы и пыли, извлечённые глубоко из-под поверхности Луны. Это будет целью будущих миссий NASA «Артемида».
yaplakal.com