Земята притежава необичайно голям естествен спътник под формата на Луната за планета с нейните размери и местоположение в Слънчевата система, но учените все още не разбират напълно как се е появил този спътник. Сега изследователи от Югозападния изследователски институт (SwRI) и Университета на Аризона използваха усъвършенствани компютърни симулации, за да разкрият важни разлики в сценария на събитията, случили се при сблъсъка на Земята с обект с размерите на Марс преди около 4,5 милиарда години.

Резултатите за първи път отчитат структурната здравина на двата сблъскващи се свята. Този нов фактор може да промени начина, по който учените реконструират сблъсъка, довел до образуването на Луната, и евентуално да помогне за по-точното определяне на времето, когато се е случило това събитие.

„Установихме, че първоначалните геоложки характеристики на протолуната с размерите на Марс са от значение“, коментира Адийн Дентън от SwRI. „Когато симулираме Земята и Луната като сблъскващи се тела с определени геоложки свойства, това променя начина, по който Луната се формира в резултат на сблъсъка – а това е аспект, който преди смятахме за излишен.“

Една от основите на хипотезата за гигантския сблъсък произтича от проучване, проведено през 2001 г. от Робин Кануп – вицепрезидент на Отдела за наука и изследване на Слънчевата система към SwRI в Боулдър, Колорадо – и Ерик Асфауг, професор в Лабораторията за изследване на Луната и планетите и съавтор на новото изследване.

Според сценария за гигантския сблъсък, тяло с размерите на Марс, наречено Тея, се е сблъскало с младата Земя. Ударът е разрушил Тея и е разпръснал материала от нея в диск около Земята, като впоследствие тези отломки са се слели, образувайки Луната.

В тези ранни симулации, както и в много по-късни модели, не е била отчитана здравината на материалите, изграждащи сблъскващите се тела. Учените са предполагали, че това свойство би имало незначително влияние при сблъсък, достатъчно енергичен, за да разтопи и превърне в пара огромни количества скална маса. Дентън и нейните колеги подложиха това предположение на проверка, използвайки по-съвременни изчислителни методи, които отчитат зависимостта на геоложката здравина от температурата.

„Тъй като сблъсъкът се е считал за достатъчно мощен, за да разтопи и изпари големи части от Земята и Тея, в предишните проучвания се е приемало, че е допустимо те да бъдат разглеждани като флуиди“, отбелязва Асфауг. „Въз основа на новите ни резултати обаче смятаме, че е време да преразгледаме този подход.“

За да пресъздаде отново сблъсъка, Дентън използва по-усъвършенствана форма на симулации по метода на хидродинамиката на гладките частици (SPH), която отчита структурната здравина на участващите обекти.

„Оказва се, че здравината на материала е от голямо значение, когато се изследват сблъсъци между по-малки тела като астероиди, планети джуджета и луни“, каза Дентън, на когото хрумва идеята да приложи този подход към земната Луна, докато работи по предишна научна статия за формирането на системата Плутон-Харон. „Не бяхме сигурни дали това ще има значение за нашата Луна. Когато проведохме симулациите, установихме, че всъщност то е от съществено значение.“

Използваният в проучването SPH подход е разработен в Университета на Арканзас и в Университета в Берн (Швейцария). Моделът за здравина позволява на симулираните планетарни тела да се съпротивляват на деформация по начин, характерен за реални геоложки материали – включително скалите и металите, от които вероятно са били съставени Тея и прото-Земята, или плътния лед.

Оказа се, че температурата е от особено значение. По-горещите планетарни тела са по-малко устойчиви от по-студените, а симулациите показаха, че температурата на Земята и Тея може драстично да промени изхода от сблъсъка им.

При някои сценарии Тея бива разрушена, а материалът от нея образува протолунен диск около Земята. Впоследствие Луната постепенно се формира от тези отломки. При други условия обаче симулациите водят до образуването на напълно цяла Луна само часове след сблъсъка.

Тъй като протопланетите са горещи в началото и се охлаждат с течение на времето, тази зависимост създава потенциална връзка между момента на гигантския сблъсък и начина, по който първоначално се е формирала Луната.

„В зависимост от това колко горещи са Земята и Луната преди сблъсъка, ударът може да разруши Тея и да създаде онзи масивен диск от отломки, от който в крайна сметка се образува Луната“, каза Дентън. „Но когато използвахме същите параметри като при първоначалното моделиране на сблъсъка – включително еднаквите температурни структури вътре в двете тела – в рамките на около пет часа се появи цяла Луна.“

Предишни симулации също са показвали образуването на цели луни, но новото изследване е първото, което демонстрира, че температурата и здравината на материала могат да бъдат решаващи за това дали Луната ще се появи в почти цялостен вид, или ще се формира по-късно от материала в протолунния диск.

„Тези изненадващи и вълнуващи нови резултати подсказват за възможна връзка между съвременните физични характеристики на Луната – включително, вероятно, съдържанието на летливи вещества в нея – и топлинното състояние на Земята и Тея по време на гигантския сблъсък“, заявява Кануп. „Това от своя страна би могло да помогне на учените да определят по-точно кога се е случило събитието, довело до образуването на Луната.“

Новите симулации не решават всички загадки около произхода на Луната. Един отдавна известен проблем е забележителната прилика между материалите, изграждащи Земята и Луната.

Както и при предишните модели, въпросът защо двете небесни тела си приличат толкова много по своя състав остава открит.

„Тъй като Земята и Марс са се образували в една и съща част на Слънчевата система, те са като братя и сестри“, казва Дентън. „Луната и Земята пък приличат повече на разнояйчни близнаци.“

Една от възможностите е Тея и прото-Земята да са произлезли от един и същи район на Слънчевата система и съответно да са се образували от сходен материал. Марс, чийто състав се различава от този както на Земята, така и на Луната, вероятно се е формирал по-далеч.

„Вече знаем, че геофизичното състояние на Земята и Тея играе фундаментална роля за изхода от сблъсъка“, обобщава съавторът на изследването Намя Байджал, докторант в екипа на Асфауг. „Това ни дава нов начин да проучим условията на сблъсъка и какво биха могли да разкрият те за произхода на Луната.“

Снимка: Unsplash/NASA/JPL-CalTech/T. Pyle

Виж още: Тези странни нови уебсайтове са създадени специално за да стимулират допамина в мозъка ви