Powstanie Księżyca mogło wyglądać inaczej, niż dotychczas sądzono

Powstanie Księżyca mogło przebiegać inaczej, niż zakładano w dotychczasowych modelach gigantycznego zderzenia. Nowe symulacje uwzględniające temperaturę i wytrzymałość materiałów Ziemi oraz Thei pokazują, że warunki panujące przed kolizją mogły mieć istotny wpływ na sposób uformowania Srebrnego Globu.

Powstanie Księżyca mogło zależeć od temperatury zderzających się ciał

W ramach nowego badania naukowcy z Southwest Research Institute (SwRI) i University of Arizona odkryli, że sposób powstania Księżyca w wyniku gigantycznego zderzenia, które doprowadziło do utworzenia układu Ziemia–Księżyc, mógł być inny, niż wcześniej sądzono. Astronomowie wykorzystali najnowocześniejsze techniki obliczeniowe uwzględniające wytrzymałość materiałów, z których zbudowane były oba zderzające się ciała. Wyniki symulacji mogą zmienić sposób, w jaki badacze rozumieją powstanie Srebrnego Globu, a także pomóc określić, kiedy doszło do tego wydarzenia. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”.

Naukowcy podkreślają, że znaczenie miała również wcześniejsza budowa geologiczna zderzających się ciał. Uwzględnienie właściwości geologicznych Ziemi i Thei w symulacjach zderzenia wpłynęło na sposób, w jaki naturalny satelita naszej planety powstawał w wyniku tego wydarzenia. Dotychczas uznawano, że uwzględnianie tych cech nie jest konieczne.

Wcześniejsze analizy dotyczące scenariusza gigantycznego zderzenia wykazały, że obiekt wielkości Marsa, Theia, mógł uderzyć w Ziemię, prowadząc do powstania układu Ziemia–Księżyc. Nie uwzględniały one jednak wytrzymałości materiałów, z których zbudowane były ciała niebieskie, ponieważ uznawano ją za nieistotną w przypadku tak wysokoenergetycznych wydarzeń.

Nowe symulacje zmieniają obraz gigantycznej kolizji

W czasie nowego badania astronomowie ponownie przeanalizowali tę hipotezę, wykorzystując nowoczesne metody obliczeniowe, które po raz pierwszy uwzględniały zależną od temperatury wytrzymałość geologiczną.

Obecnie większość modeli uwzględnia już wytrzymałość materiałów, co ma szczególne znaczenie przy badaniu zderzeń mniejszych ciał, takich jak asteroidy, oraz przy modelowaniu powstawania układów planetarnych. Naukowcy nie byli jednak pewni, czy ten czynnik odgrywał istotną rolę również w przypadku powstawania Księżyca. Przeprowadzone symulacje wykazały, że jego wpływ był znaczący.

Cieplejsze ciała są słabsze od chłodniejszych, a badacze odkryli, że sposób powstawania Księżyca zależał od temperatury zderzających się ciał. W niektórych scenariuszach w pełni uformowany Srebrny Glob mógł powstać w ciągu kilku godzin od zderzenia. W innych wokół Ziemi tworzył się protoksiężycowy dysk, z którego ostatecznie powstawał w późniejszym czasie.

Jak opisują astronomowie, ponieważ protoplanety zazwyczaj są początkowo gorące i z czasem stygną, wyniki te wskazują na ważny nowy związek między momentem gigantycznego zderzenia a początkowym stanem Księżyca i sposobem jego powstania.

W zależności od temperatury Ziemi i Thei przed całym wydarzeniem kolizja mogła doprowadzić do zniszczenia Thei i powstania rozległego dysku odłamków, z którego ostatecznie uformował się Księżyc. Z kolei w symulacji wykorzystującej te same parametry co w pierwotnych modelach zderzenia, w tym identyczny rozkład temperatury wewnątrz obu ciał, nienaruszony Księżyc powstał w ciągu około pięciu godzin.

Temperatura może pomóc określić czas powstania Księżyca

Choć rezultaty, w których Księżyc powstaje jako nienaruszone ciało, uzyskiwano już we wcześniejszych symulacjach, obecne badanie jest pierwszym, które pokazuje, że wytrzymałość materiałów i temperatura odgrywają kluczową rolę w tym, czy Księżyc powstał jako nienaruszone ciało, czy też uformował się z materii znajdującej się w protoksiężycowym dysku.

Nowe wyniki wskazują na możliwy związek między obecnymi właściwościami fizycznymi Księżyca, w tym być może jego zawartością substancji lotnych, a temperaturą Ziemi i Thei w momencie gigantycznego zderzenia. Zależność ta może pomóc naukowcom dokładniej określić, kiedy doszło do wydarzenia, w wyniku którego powstał Srebrny Glob.

Podobnie jak w przypadku wcześniejszych modeli, podobieństwo składu Ziemi i Księżyca wciąż pozostawało dla badaczy zagadką. Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że Theia i proto-Ziemia powstały w tym samym regionie dysku protoplanetarnego, podczas gdy Mars, którego skład różni się od składu naszej planety i jej naturalnego satelity, uformował się dalej.

Emil Gołoś