Новое моделирование помогло уточнить, как у Земли появился естественный спутник. Исследователи из Юго-Западного исследовательского института и Университета Аризоны изучили столкновение молодой Земли с объектом размером с Марс, которое произошло около 4,5 млрд лет назад. Работа опубликована в The Astrophysical Journal Letters, а ее результаты приводит сайт Университета Аризоны.
Главным отличием нового подхода стал учет прочности пород и зависимости их свойств от температуры. Ранее тела, участвовавшие в столкновении, обычно представляли как жидкости, поскольку считалось, что столь мощный удар расплавил и испарил значительную часть Земли и Теи. Однако современные расчеты показали: геологическое состояние обоих объектов заметно влияет на дальнейшее формирование Луны.
«Мы обнаружили, что геологические свойства существовавшей ранее протолуны размером с Марс имеют значение», — сказала Адин Дентон, ранее работавшая постдокторантом в Лаборатории Луны и планет Университета Аризоны, а теперь представляющая Юго-Западный исследовательский институт. По ее словам, при моделировании Земли и Луны как сталкивающихся тел с учетом геологических характеристик меняется сам процесс образования спутника.
Для расчетов ученые применили усовершенствованный метод сглаженных частиц — SPH (гидродинамика сглаженных частиц). Использованная версия метода, разработанная в Университете Аризоны и Бернском университете в Швейцарии, учитывает сопротивление деформации у реалистичных материалов: горных пород, металлов и твердого льда. Более горячие тела слабее холодных, поэтому температура Земли и Теи до удара стала одним из ключевых факторов.
В зависимости от заданных условий моделирование давало разные результаты. В одних случаях Луна возникала полностью сформированной уже через несколько часов после столкновения, в других вокруг Земли образовывался диск вещества, из которого спутник складывался постепенно. Когда ученые использовали параметры ранних моделей, включая одинаковую температурную структуру обоих тел, целая Луна появлялась примерно через пять часов.
Ранее похожие сценарии с образованием цельного спутника уже встречались в расчетах, но новая работа впервые показала центральную роль прочности вещества и температуры. По словам Робин Кануп, участвовавшей в создании основополагающей модели гигантского столкновения, эти результаты могут связать нынешние физические свойства Луны, включая возможное содержание летучих веществ, с тепловым состоянием Земли и Теи в момент удара. При этом сходство состава Земли и Луны остается нерешенной научной проблемой: одна из гипотез предполагает, что Тея и Земля сформировались в общей области Солнечной системы, тогда как Марс возник дальше от нее.