To nie stało się tak, jak myśleliśmy! Przełomowe odkrycie ws. narodzin Księżyca!
Od dawna wiadomo, że Ziemia ma zaskakująco dużego towarzysza jak na swoje rozmiary i położenie w Układzie Słonecznym. Naukowcy z Southwest Research Institute oraz University of Arizona przeprowadzili nowe symulacje komputerowe, które rzucają inne światło na to, jak Księżyc powstał w wyniku zderzenia Ziemi z obiektem wielkości Marsa około 4,5 miliarda lat temu.
Dotychczasowe modele tego kosmicznego zderzenia traktowały ciała biorące w nim udział niemal jak płyny, ponieważ zderzenie uznawano za na tyle gwałtowne, że stopiło i odparowało znaczne części Ziemi oraz uderzającego obiektu, nazywanego Theią. Zespół badawczy, kierowany przez Adeene Denton, byłą badaczkę Lunar and Planetary Laboratory, obecnie związaną z SwRI, postanowił sprawdzić, co się stanie, gdy w symulacjach uwzględni się wytrzymałość materiałową skał i metali budujących oba ciała.
Okazało się, że uwzględnienie geologicznych właściwości ciał – a więc ich odporności na odkształcenia, typowej dla skał, metali czy lodu – ma ogromne znaczenie dla przebiegu i wyniku kolizji. Do symulacji wykorzystano zaawansowaną metodę zwaną wygładzoną hydrodynamiką cząstek (SPH), opracowaną na University of Arizona oraz University of Bern w Szwajcarii, która po raz pierwszy w tym kontekście uwzględniła zależną od temperatury wytrzymałość geologiczną.
Jak zauważyła Denton, wcześniej pomysł zastosowania takiego podejścia pojawił się przy okazji pracy nad modelowaniem powstania układu Pluton–Charon. Nie było jednak pewności, czy wytrzymałość materiału odegra istotną rolę również w przypadku Ziemi i Księżyca. Symulacje pokazały, że ma to bardzo duże znaczenie.
Temperatura decyduje o losie Księżyca
Zespół ustalił, że kluczowym czynnikiem jest temperatura zderzających się ciał – cieplejsze obiekty są słabsze niż zimniejsze. W zależności od tej temperatury, wynik symulowanego zderzenia bywał zupełnie inny: w niektórych scenariuszach w ciągu zaledwie kilku godzin od uderzenia powstawał od razu w pełni uformowany Księżyc, w innych natomiast wokół Ziemi tworzył się dysk gruzu, z którego Księżyc formował się stopniowo przez dłuższy czas.
Ponieważ protoplanety zazwyczaj zaczynają istnienie jako gorące ciała, które z czasem stygną, odkrycie to ustanawia nowy związek między momentem, w którym doszło do zderzenia, a sposobem, w jaki uformował się Księżyc. Gdy naukowcy zastosowali parametry zbliżone do oryginalnych modeli – z takimi samymi strukturami temperaturowymi wewnątrz obu ciał – w ciągu około pięciu godzin powstał w pełni uformowany Księżyc.
Robin Canup z SwRI, współautorka klasycznej pracy z 2001 roku, niezaangażowana w nowe badanie, zauważyła, że wyniki sugerują możliwy związek między dzisiejszymi właściwościami fizycznymi Księżyca, w tym zawartością lotnych substancji, a stanem termicznym Ziemi i Theii w chwili zderzenia. Może to pomóc naukowcom lepiej ograniczyć moment, w którym doszło do zdarzenia formującego Księżyc.
Otwartym pytaniem pozostaje wciąż zbliżone podobieństwo składu Ziemi i Księżyca – możliwym wyjaśnieniem jest to, że Theia i proto-Ziemia uformowały się w tym samym regionie Układu Słonecznego, podczas gdy Mars, różniący się składem, powstał dalej.
Wyniki opublikowano w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”.
Źródło: University of Arizona
Czytaj też: To największe wyzwanie baz na Księżycu i Marsie! Naukowcy badają niezwykłe materiały!
Grafika tytułowa: Ganapathy Kumar / Unsplash
