Månen kunne ha dannet seg umiddelbart etter et katastrofalt sammenstøt som rev av en del av jorden og kastet den ut i verdensrommet, har en ny studie antydet.
Siden midten av 1970-tallet har astronomer trodd at måne kunne ha skjedd ved en kollisjon mellom Jord og en eldgammel Mars-størrelse protoplanet kalt Theia; det kolossale nedslaget ville ha skapt et enormt ruskfelt som vår månefølge sakte ble dannet fra over tusenvis av år.
Men en ny hypotese, basert på superdatasimuleringer gjort med høyere oppløsning enn noen gang før, antyder at månens dannelse kanskje ikke har vært en langsom og gradvis prosess likevel, men en som i stedet fant sted i løpet av bare noen få timer. Forskerne publiserte funnene sine 4. oktober i tidsskriftet The Astrophysical Journal Letters.
I slekt: Mysterisk rakett som knuste inn i månen etterlot 2 kratere, sier NASA
“Det vi har lært er at det er veldig vanskelig å forutsi hvor mye oppløsning du trenger for å simulere disse voldelige og komplekse kollisjonene på en pålitelig måte – du må ganske enkelt fortsette å teste til du finner ut at å øke oppløsningen enda mer slutter å gjøre en forskjell for svaret du få,” sa Jacob Kegerreis, en beregningskosmolog ved Durham University i England, til WordsSideKick.com.
Forskere fikk sine første ledetråder om månens skapelse etter at Apollo 11-oppdraget kom tilbake i juli 1969, da NASA-astronautene Neil Armstrong og Buzz Aldrin brakte 47,6 pund (21,6 kilo) månestein og støv tilbake til jorden. Prøvene datert til rundt 4,5 milliarder år siden, og plasserte månens skapelse i den turbulente perioden omtrent 150 millioner år etter dannelsen av solsystemet.
Andre ledetråder peker på at vår største naturlige satellitt ble født av en voldsom kollisjon mellom Jorden og en hypotetisk planet, som forskere har oppkalt etter den mytiske greske titanen Theia – moren til Selene, månegudinnen. Dette beviset inkluderer likheter i sammensetningen av måne- og jordbergarter; Jordens spinn og månens bane har lignende orienteringer; det høye kombinerte vinkelmomentet til de to kroppene; og eksistensen av ruskskiver andre steder i vårt solsystem.
Men nøyaktig hvordan den kosmiske kollisjonen utspilte seg er opp til debatt. Den konvensjonelle hypotesen antyder at da Theia krasjet inn i jorden, knuste det planetøde støtet Theia i millioner av biter, og reduserte det til flytende steinsprut. Theias ødelagte rester, sammen med noen fordampede steiner og gass revet fra vår unge planets mantel, blandet seg sakte inn i en skive som månens smeltede sfære smeltet sammen og avkjølte seg over millioner av år.
Likevel forblir noen deler av bildet unnvikende. Et enestående spørsmål er hvorfor, hvis månen for det meste er laget av Theia, har mange av steinene slående likheter med de som finnes på jorden? Noen forskere har antydet at flere av jordens fordampede bergarter gikk inn for å skape månen enn Theias pulveriserte rester gjorde, men denne ideen byr på sine egne problemer, for eksempel hvorfor andre modeller antyder at en måne som hovedsakelig består av oppløste jordbergarter, ville ha en helt annen bane. enn den vi ser i dag.
For å undersøke forskjellige mulige scenarier for månedannelse etter kollisjonen, henvendte forfatterne til den nye studien seg til et dataprogram kalt SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking (SWIFT), som er utformet for å tett simulere det komplekse og stadig skiftende nettet av gravitasjon. og hydrodynamiske krefter som virker på store mengder materie. Å gjøre det nøyaktig er ingen enkel beregningsoppgave, så forskerne brukte en superdatamaskin til å kjøre programmet: et system med kallenavnet COSMA (forkortelse for “kosmologimaskin”) ved Durham Universitys distribuerte forskningsutnyttelse av avanserte databehandlingsanlegg (DiRAC).
Ved å bruke COSMA til å simulere hundrevis av Earth-Theia-kollisjoner med forskjellige vinkler, spinn og hastigheter, var månespedalene i stand til å modellere kjølvannet av det astronomiske oppbruddet med høyere oppløsninger enn noen gang før. Oppløsninger i disse simuleringene er satt av antall partikler simuleringen bruker. Ifølge Kegerreis er standard simuleringsoppløsning vanligvis mellom 100 000 og 1 million partikler for gigantiske påvirkninger, men i den nye studien var han og hans medforskere i stand til å modellere opptil 100 millioner partikler.
“Med en høyere oppløsning kan vi studere flere detaljer – omtrent som hvordan et større teleskop lar deg ta bilder med høyere oppløsning av fjerne planeter eller galakser å oppdage nye detaljer,” sa Kegerreis.
“For det andre, kanskje enda viktigere, kan bruk av for lav oppløsning i en simulering gi deg misvisende eller rett og slett feil svar,” la han til. “Du kan tenke deg at hvis du bygger en modellbil av leketøysblokker for å simulere hvordan bilen kan gå i stykker i en krasj, så hvis du bare bruker noen få dusin blokker, kan den bare dele seg perfekt på midten. Men med noen få tusen eller millioner, da kan det hende du begynner å få det til å krølle sammen og gå i stykker på en mer realistisk måte.”
Simuleringen med høyere oppløsning etterlot forskerne en måne som ble dannet i løpet av noen timer fra de utstøttede delene av jorden og de knuste delene av Theia, og ga en-trinns formasjonsteori som ga et rent og elegant svar på månens synlige egenskaper, slik som dens brede, skråstilte bane; dens delvis smeltede indre; og dens tynne skorpe.
Forskerne må imidlertid undersøke stein- og støvprøver som er gravd ut dypt under månens overflate – et mål for NASAs fremtidige Artemis-oppdrag – før de kan bekrefte hvor blandet mantelen kan være.
“Enda flere prøver fra månens overflate kan være ekstremt nyttige for å gjøre nye og tryggere oppdagelser om månens sammensetning og evolusjon, som vi deretter kan spore tilbake til modellsimuleringer som vår,” sa Kegerreis. “Oppdrag og studier som disse og mange andre hjelper oss jevnlig å utelukke flere muligheter og begrense den faktiske historien til både månen og jorden, og å lære mer om hvordan planeter dannes gjennom og utenfor vårt solsystem.”
Slike undersøkelser kan også kaste lys over hvordan Jorden tok form og ble en liv-bærende planet.
“Jo mer vi lærer om hvordan månen ble til, jo mer oppdager vi om utviklingen av vår egen jord,” studiemedforfatter Vincent Eke, en førsteamanuensis i fysikk ved Durham University, sa i en uttalelse. “Historien deres er sammenvevd – og kan gjentas i historiene til andre planeter endret av lignende eller svært forskjellige kollisjoner.”