スーパーコンピューターによるシミュレーションで、巨大な衝突がどのようにして月を形作ったのかが明らかに

ダーラム大学の計算宇宙論研究所の主要な科学者は、最も詳細なスーパーコンピューター シミュレーションを使用して、45 億年前の月の起源に関する別の説明を明らかにしました。 そして、地球と地球との間の巨大衝突の存在を明らかにした[{” 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.

追加の計算能力により、低解像度のシミュレーションでは大規模な衝突の重要な側面を見逃す可能性があることが明らかになりました。 高解像度のシミュレーションを使用することで、研究者は以前の研究ではアクセスできなかった機能を発見できます。 月のような衛星を生成したのは高解像度のシミュレーションのみであり、追加の詳細により、その外層に地球由来の物質がどのように含まれているかが明らかになりました。

月の大部分が巨大衝突の直後に形成された場合、これは、月が地球の周りの破片の円盤内で成長したという従来の理論と比較して、形成中の月の融点が低いことを意味する可能性もあります。 その後の凝固の詳細に応じて、これらの理論は月のさまざまな内部構造を予測するはずです。

「この形成経路は、アポロ宇宙飛行士によって持ち帰られた月の岩石と地球のマントルとの間の同位体組成の類似性を説明するのに役立つ可能性があります。また、月の地殻の厚さについて観察可能な結果があるかもしれません。発生した衝突の種類を特定するために、さらに発生しました。」

さらに、衛星が地球の重力による「潮汐力」によって引き裂かれると予想されるほど地球に接近した場合でも、衛星は実際に生き残ることができることを発見しました。 実際、将来の破壊から安全に、より広い軌道に推進することもできます。

たくさんの新しい可能性

「これは、月の進化のための潜在的な踏み台のまったく新しいセットを開きます。私たちは、これらの高解像度シミュレーションの結果がどうなるかを正確に知らずに、このプロジェクトに参加しました。標準的な決定が可能にする大きな開口部に加えて、間違った答えを与えるために、新しい発見が軌道上の不可解な月のような衛星を含む可能性があることは非常にエキサイティングでした.

月は、45 億年前に、若い地球と火星サイズの天体 (Theia と呼ばれる) が衝突した後に形成されたと考えられています。 ほとんどの理論は、この衝突からの破片の漸進的な蓄積によって月を構築します。 しかし、これは、月の岩石の組成が地球のマントルの組成に似ていることを示した月の岩石の測定によって挑戦されていますが、衝突は主にテイアから来る破片を生成します.

この即時の衛星シナリオは、月の最初の軌道だけでなく、月の予測された組成と内部構造の新しい可能性を開きます。 これは、地球の赤道から離れた月の傾いた軌道などの未解決の謎を説明するのに役立つかもしれません。 あるいは、完全に溶けていない初期の月を生成する可能性もあり、一部の科学者は、その薄い地殻により適している可能性があると示唆しています。

次の数回の月面飛行では、月につながった巨大な衝突の種類に関する新しい手がかりが明らかになるはずです。これは、地球自体の歴史についても教えてくれるでしょう。

研究チームには科学者が含まれていました[{” 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.