Kasta tillbaka ditt sinne till när jorden var en baby. Solsystemet var en brutal plantskola. Jättebitar av sten virvlade kaotiskt runt en eldig ung sol och bombarderade regelbundet spädbarnsplaneter. Jorden bildades under denna period, lämpligen kallad Hadean, och utan detta ständiga eldregn som bygger upp benen på vår planet, skulle vi inte vara här alls.
Och det skulle inte månen heller.
Mot slutet av denna period, för cirka 4.5 miljarder år sedan, slog en protoplanet i Mars-storlek vid namn Theia in i jorden i en kollision som tros ha släppts 100 miljoner gånger mer energi än asteroiden som gjorde slut på dinosaurierna. Nedslaget förstörde Theia, kastade en titanisk plym av material i omloppsbana - och födde vår måne.
Denna jätteeffektscenario är den ledande teorin för hur månen bildades eftersom den passar mycket av det vi observerar om jorden och månen idag. Men forskare diskuterar fortfarande detaljerna. Tidiga simuleringar av nedslaget antydde till exempel att månen till största delen skulle vara gjord av material från Theia, men analys av månstenar visar att jordens och månens geokemiska sammansättning är nästan identisk.
Nu har dock en ny högupplöst simulering, beskrivs i en ny artikel av NASA Ames-forskare och forskare vid Durham University, kan hjälpa till att lösa avvikelsen.
Enligt tidningen stämmer resultaten över ett antal möjliga nedslagsscenarier närmare observationer, inklusive månens bana och sammansättning. Men kanske mest överraskande, där tidigare arbete antydde att månens bildning skulle ha tagit månader eller år, tyder den nya simuleringen på att vår satellit bildades och slungades in i omloppsbana på bara timmar.
I simuleringen, som visas i videon nedan, slår Theia jorden med ett blickande slag. En båge av material, som kommer från både Theia och jorden, piskar in i omloppsbana och bildar två kroppar. Den större av dessa, dömd att falla tillbaka till jorden, skjuter upp den mindre, månen, i en stabil omloppsbana. Om den första kollisionen ägde rum vid midnatt skulle månen ha bildats vid frukost.
[Inbäddat innehåll]
Detta är inte det första försöket att bättre anpassa våra observationer till månens gigantiska nedslagsursprung.
Forskare har föreslagit och simulerat ett antal teorier för att förklara månens geokemiska sammansättning. Dessa inkluderar högre energi eller flera stötar, en hit-and-run, eller möjligheten till tidigare påverkan, när jorden fortfarande var täckt av en hav av magma. Dessa är fortfarande möjliga, även om var och en kommer med sin egen uppsättning utmaningar.
Här tog teamet ett annat tillvägagångssätt och antydde att problemet kanske inte är teorin utan vår simulering av den. Äldre simuleringar använde hundratusentals eller miljoner "partiklar" - du kan tänka på dessa som idealiserade digitala stand-ins för bitar av jorden och Theia, som var och en följer fysikens lagar i kollisionen. Den senaste simuleringen, å andra sidan, använder hundratals miljoner partiklar, var och en cirka 8.5 miles (14 kilometer) i diameter.
Det är högsta upplösning digital rekreation av månens formation hittills.
Upplösningen satte mekaniken i stora effekter i fokus på ett sätt tidigare, mindre detaljerade simuleringar kunde helt enkelt inte. Och i processen kastade verket en ny, potentiellt enklare teori i hatten: Att månen bildades snabbt, i bara ett steg. Teamet fann att detta scenario kunde producera en måne ungefär som vår, från omloppsbana till sammansättning.
Men även om det nya arbetet är lockande, kommer ytterligare förstärkning att kräva fler högupplösta simuleringar och, avgörande, framtida uppdrag som samlar in fler prover från månen själv.
Vad forskare än finner, har historien om månens bildning långtgående konsekvenser. Dess ödet är nära knutet till jordens, från tidvatten till plattektonik och livets uppgång och utveckling. Om vi upptäcker att vår måne är en outlier – som den verkar vara i vårt solsystem, åtminstone – kanske chanserna att liv uppstår och överlever långväga någon annanstans är lägre. Vi vet bara inte än.
Det är därför det är viktigt att bygga och studera simuleringar som denna.
"Ju mer vi lär oss om hur månen kom till, desto mer upptäcker vi om utvecklingen av vår egen jord", säger Vincent Eke, forskare vid Durham University och medförfattare till tidningen, i ett uttalande. "Deras historia är sammanflätade - och kan återspeglas i berättelserna om andra planeter som förändrats av liknande eller mycket olika kollisioner."
Image Credit: NASA Ames Research Center
