Các nhà khoa học hàng đầu từ Viện Vũ trụ Tính toán tại Đại học Durham đã sử dụng các mô phỏng siêu máy tính chi tiết nhất nhưng vẫn chưa tiết lộ lời giải thích thay thế cho nguồn gốc của mặt trăng, cách đây 4,5 tỷ năm. Và tiết lộ sự tồn tại của một vụ va chạm khổng lồ giữa Trái đất và[{” 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.

Sức mạnh tính toán bổ sung cho thấy rằng các mô phỏng có độ phân giải thấp có thể bỏ sót các khía cạnh quan trọng của các vụ va chạm quy mô lớn. Sử dụng mô phỏng độ phân giải cao, các nhà nghiên cứu có thể khám phá ra các tính năng mà trong các nghiên cứu trước đây không thể tiếp cận được. Chỉ có các mô phỏng độ phân giải cao mới tạo ra vệ tinh giống như mặt trăng và các chi tiết bổ sung đã tiết lộ cách các lớp bên ngoài của nó chứa nhiều vật chất có nguồn gốc từ Trái đất hơn.

Nếu một phần lớn của Mặt trăng hình thành ngay sau cú va chạm khổng lồ, điều này cũng có thể có nghĩa là điểm nóng chảy của Mặt trăng thấp hơn trong quá trình hình thành so với các lý thuyết truyền thống cho rằng Mặt trăng phát triển trong đĩa các mảnh vụn xung quanh Trái đất. Tùy thuộc vào các chi tiết của quá trình đông đặc tiếp theo, những lý thuyết này sẽ dự đoán các cấu trúc bên trong khác nhau của Mặt trăng.

Đồng tác giả nghiên cứu Vincent Eke cho biết: “Con đường hình thành này có thể giúp giải thích sự tương đồng về thành phần đồng vị giữa đá mặt trăng do các phi hành gia Apollo mang về và lớp phủ của Trái đất. Cũng có thể có những hậu quả có thể quan sát được đối với độ dày của lớp vỏ Mặt Trăng, điều này sẽ cho phép chúng ta để xác định loại va chạm đã xảy ra. Nó đã xảy ra nhiều hơn. “

Hơn nữa, họ phát hiện ra rằng ngay cả khi một vệ tinh đi quá gần Trái đất đến mức dự kiến ​​sẽ bị xé toạc bởi “lực thủy triều” từ lực hấp dẫn của Trái đất, vệ tinh vẫn có thể tồn tại. Trên thực tế, nó cũng có thể được đẩy vào một quỹ đạo rộng hơn, an toàn trước sự hủy diệt trong tương lai.

Một loạt các khả năng mới

Jacob Kejris, điều tra viên chính của nghiên cứu cho biết: “Điều này mở ra một bộ bàn đạp tiềm năng hoàn toàn mới cho sự tiến hóa của mặt trăng. Ngoài việc mở đầu lớn mà các quyết định tiêu chuẩn có thể Cung cấp cho bạn những câu trả lời sai, thật thú vị khi những phát hiện mới có thể bao gồm một vệ tinh giống mặt trăng khó hiểu trên quỹ đạo. “

Mặt trăng được cho là hình thành sau một vụ va chạm giữa Trái đất trẻ và một vật thể có kích thước bằng sao Hỏa, được gọi là Theia, cách đây 4,5 tỷ năm. Hầu hết các lý thuyết xây dựng Mặt trăng bằng sự tích tụ dần dần của các mảnh vỡ từ vụ va chạm này. Tuy nhiên, điều này đã bị thách thức bởi các phép đo của đá Mặt Trăng cho thấy thành phần của chúng tương tự như thành phần của lớp phủ Trái Đất, trong khi tác động tạo ra các mảnh vụn chủ yếu đến từ Theia.

Kịch bản vệ tinh tức thời này mở ra những khả năng mới cho quỹ đạo Mặt Trăng ban đầu cũng như dự đoán về thành phần và cấu trúc bên trong của Mặt Trăng. Điều này có thể giúp giải thích những bí ẩn chưa được giải đáp như quỹ đạo nghiêng của mặt trăng ra xa đường xích đạo của Trái đất; Hoặc nó có thể tạo ra một mặt trăng sớm chưa hoàn toàn nóng chảy, mà một số nhà khoa học cho rằng nó có thể phù hợp hơn với lớp vỏ mỏng hơn của nó.

Một số chuyến bay tới mặt trăng sẽ tiết lộ manh mối mới về loại va chạm khổng lồ dẫn đến mặt trăng, từ đó sẽ cho chúng ta biết về lịch sử của chính Trái đất.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học trong[{” 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.