Wróć myślami do czasów, gdy Ziemia była dzieckiem. Układ słoneczny był brutalnym żłobkiem. Gigantyczne fragmenty skał wirowały chaotycznie wokół płonącego młodego słońca, regularnie bombardując młode planety. Ziemia uformowała się w tym okresie, trafnie zwanym Hadeanem, i bez tego stałego deszczu ognia, budującego kości naszej planety, w ogóle by nas tu nie było.
Księżyc też nie.
Pod koniec tego okresu, około 4.5 miliarda lat temu, protoplaneta wielkości Marsa zwana Theia uderzyła w Ziemię w kolizji, która prawdopodobnie uwolniła 100 milionów razy więcej energii niż asteroida, która zakończyła dinozaury. Uderzenie zniszczyło Theię, wyrzuciło na orbitę tytaniczny pióropusz materiału — i… urodziła nasz księżyc.
To zdjęcie scenariusz gigantycznego wpływu jest wiodącą teorią na temat powstawania księżyca, ponieważ pasuje do większości tego, co obserwujemy dzisiaj na temat Ziemi i Księżyca. Ale naukowcy wciąż debatują nad szczegółami. Na przykład wczesne symulacje uderzenia sugerowały, że księżyc byłby w większości wykonany z materiału Theia, ale analiza skał księżycowych pokazuje, że skład geochemiczny Ziemi i Księżyca jest prawie identyczny.
Teraz jednak nowa symulacja w wysokiej rozdzielczości, opisane w niedawnym artykule naukowców i badaczy NASA Ames z Durham University, może pomóc w rozwiązaniu rozbieżności.
Według artykułu, wyniki w wielu możliwych scenariuszach zderzenia są bardziej zbieżne z obserwacjami, w tym z orbitą i składem księżyca. Ale być może najbardziej zaskakujące, o ile wcześniejsze prace sugerowały, że powstanie księżyca zajęłoby miesiące lub lata, nowa symulacja sugeruje, że nasz satelita uformował się i został wystrzelony na orbitę w ciągu zaledwie godzin.
W symulacji pokazanej na poniższym filmie Theia uderza w Ziemię szybkim ciosem. Łuk materii, pochodzący zarówno z Thei, jak iz Ziemi, wpada na orbitę i tworzy dwa ciała. Większy z nich, skazany na powrót na Ziemię, wystrzeliwuje mniejszy, księżyc, na stabilną orbitę. Gdyby pierwsze zderzenie miało miejsce o północy, księżyc uformowałby się do śniadania.
[Osadzone treści]
Nie jest to pierwsza próba lepszego dopasowania naszych obserwacji do historii powstania gigantycznego uderzenia Księżyca.
Naukowcy zaproponowali i zasymulowali szereg teorii wyjaśniających skład geochemiczny księżyca. Obejmują one wyższą energię lub wielokrotne uderzenia, uderzenie i ucieczkę lub możliwość wcześniejszego uderzenia, kiedy Ziemia była jeszcze pokryta ocean magmy. Są one nadal możliwe, ale każde z nich wiąże się z własnym zestawem wyzwań.
W tym przypadku zespół przyjął inne podejście, sugerując, że być może problemem nie jest teoria, ale nasza jej symulacja. Starsze symulacje wykorzystywały setki tysięcy lub miliony „cząstek” — można je traktować jako wyidealizowane cyfrowe zastępniki dla kawałków Ziemi i Theia, z których każda przestrzegała praw fizyki podczas zderzenia. Z drugiej strony najnowsza symulacja wykorzystuje setki milionów cząstek, każda o średnicy około 8.5 kilometrów.
To jest jak dotąd cyfrowe odtworzenie formacji księżyca w najwyższej rozdzielczości.
Rozdzielczość skupiła się na mechanice dużych uderzeń w sposób, w jaki wcześniejsze, mniej szczegółowe symulacje po prostu nie były w stanie. W efekcie prace rzuciły nową, potencjalnie prostszą teorię do kapelusza: Księżyc uformował się szybko, w zaledwie jednym kroku. Zespół odkrył, że ten scenariusz może wytworzyć księżyc podobny do naszego, od orbity po skład.
Jednak, chociaż nowe prace są kuszące, ich dalsze wzmocnienie będzie wymagało większej liczby symulacji w wysokiej rozdzielczości i, co najważniejsze, przyszłych misji zbierających więcej próbek z samego księżyca.
Cokolwiek odkryją naukowcy, historia powstania księżyca ma dalekosiężne implikacje. Jego los jest ściśle związany z ziemskim, od pływów do tektoniki płyt oraz powstania i ewolucji samego życia. Jeśli odkryjemy, że nasz księżyc jest wartością odstającą — tak jak wydaje się być przynajmniej w naszym Układzie Słonecznym — być może szanse na to, że życie powstanie i przetrwa na dłuższą metę gdzie indziej są mniejsze. Po prostu jeszcze nie wiemy.
Dlatego tak ważne jest tworzenie i badanie symulacji takich jak ta.
„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”.
Kredytowych Image: Centrum badawcze NASA Ames
