Supercomputersimulatie onthult hoe een gigantische inslag de maan had kunnen vormen

Vooraanstaande wetenschappers van het Institute for Computational Cosmology aan de Durham University hebben de meest gedetailleerde supercomputersimulaties tot nu toe gebruikt om een ​​alternatieve verklaring voor het ontstaan ​​van de maan te onthullen, 4,5 miljard jaar geleden. En onthulde het bestaan ​​van een gigantische botsing tussen de aarde en…[{” attribute=””>Mars-sized body could immediately place a Moon-like body into orbit around Earth.

High-end simulations

In their search for scenarios that could explain the present-day Earth-Moon system, the researchers simulated hundreds of different impacts at high resolution, varying the angle and speed of the collision as well as the masses and spins of the two colliding bodies. These calculations were performed using the SWIFT open-source simulation code, run on the DiRAC Memory Intensive service (“COSMA”), hosted by Durham University on behalf of the DiRAC High-Performance Computing facility.

Extra rekenkracht onthulde dat simulaties met een lage resolutie kritieke aspecten van grootschalige botsingen kunnen missen. Met behulp van simulaties met hoge resolutie kunnen onderzoekers functies ontdekken die in eerdere onderzoeken niet toegankelijk waren. Alleen simulaties met hoge resolutie produceerden de maanachtige satelliet, en aanvullende details onthulden hoe de buitenste lagen meer van de aarde afkomstig materiaal bevatten.

Als een groot deel van de maan zich onmiddellijk na de gigantische inslag zou vormen, zou dit ook kunnen betekenen dat het smeltpunt van de maan lager is tijdens de vorming in vergelijking met traditionele theorieën waarin de maan groeide in de schijf van puin rond de aarde. Afhankelijk van de details van de daaropvolgende stolling, zouden deze theorieën de verschillende interne structuren van de maan moeten voorspellen.

Studie co-auteur Vincent Eke zei: “Dit formatiepad zou kunnen helpen bij het verklaren van de overeenkomst in isotopensamenstelling tussen maangesteenten die zijn teruggebracht door Apollo-astronauten en de aardmantel. Er kunnen ook waarneembare gevolgen zijn voor de dikte van de maankorst, waardoor we om het type botsing te bepalen dat zich heeft voorgedaan. Het gebeurde meer.”

Bovendien ontdekten ze dat zelfs wanneer een satelliet zo dicht bij de aarde passeert dat deze naar verwachting zal worden verscheurd door “getijdekrachten” van de zwaartekracht van de aarde, de satelliet daadwerkelijk kan overleven. In feite zou het ook in een bredere baan kunnen worden gestuwd, veilig voor toekomstige vernietiging.

Een heleboel nieuwe mogelijkheden

“Dit opent een geheel nieuwe reeks potentiële springplanken voor maanevolutie”, zegt Jacob Kejris, hoofdonderzoeker van het onderzoek. “We gingen in dit project zonder precies te weten wat de resultaten van deze simulatie met hoge resolutie zouden zijn. Dus, in naast de grote opening die standaardbeslissingen kunnen geven. Om je verkeerde antwoorden te geven, was het erg opwindend dat de nieuwe bevindingen een raadselachtige, maanachtige satelliet in een baan om de aarde konden bevatten.”

De maan zou zijn gevormd na een botsing tussen de jonge aarde en een object ter grootte van Mars, Theia genaamd, 4,5 miljard jaar geleden. De meeste theorieën bouwen de maan op door de geleidelijke ophoping van puin van deze botsing. Dit is echter in twijfel getrokken door metingen van maangesteenten die hebben aangetoond dat hun samenstelling vergelijkbaar is met die van de aardmantel, terwijl de impact puin produceert dat meestal van Theia komt.

Dit onmiddellijke satellietscenario opent nieuwe mogelijkheden voor zowel de initiële baan om de maan als de voorspelde samenstelling en interne structuur van de maan. Dit kan onopgeloste mysteries helpen verklaren, zoals de gekantelde baan van de maan weg van de evenaar van de aarde; Of het zou een vroege maan kunnen produceren die niet volledig gesmolten is, wat volgens sommige wetenschappers beter zou kunnen passen bij zijn dunnere korst.

De volgende paar maanvluchten zouden nieuwe aanwijzingen moeten onthullen over het soort gigantische inslag die naar de maan heeft geleid, wat ons op zijn beurt zal vertellen over de geschiedenis van de aarde zelf.

Het onderzoeksteam omvatte wetenschappers in[{” attribute=””>NASA Ames Research Centre and the University of Glasgow, UK, and their simulation findings have been published in the Astrophysical Journal Letters.

Reference: “Immediate Origin of the Moon as a Post-impact Satellite” by J. A. Kegerreis, S. Ruiz-Bonilla, V. R. Eke, R. J. Massey, T. D. Sandnes and L. F. A. Teodoro, 4 October 2022, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac8d96

The research was partly supported by a DiRAC Director’s Discretionary Time award and a Science and Technology Facilities Council (STFC) grant.