Supercomputer-Simulation zeigt, wie ein riesiger Einschlag den Mond geformt haben könnte

Führende Wissenschaftler des Institute for Computational Cosmology an der Durham University haben die bisher detailliertesten Supercomputer-Simulationen verwendet, um eine alternative Erklärung für die Entstehung des Mondes vor 4,5 Milliarden Jahren aufzudecken. Und enthüllte die Existenz einer riesigen Kollision zwischen Erde und[{“ 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.

Zusätzliche Rechenleistung zeigte, dass Simulationen mit niedriger Auflösung kritische Aspekte von großflächigen Kollisionen übersehen können. Mithilfe hochauflösender Simulationen können Forscher Merkmale entdecken, die in früheren Studien nicht zugänglich waren. Nur hochauflösende Simulationen erzeugten den mondähnlichen Satelliten, und zusätzliche Details zeigten, dass seine äußeren Schichten mehr von der Erde stammendes Material enthielten.

Wenn sich ein großer Teil des Mondes unmittelbar nach dem Einschlag des Riesen gebildet hat, könnte dies auch bedeuten, dass der Schmelzpunkt des Mondes während der Entstehung niedriger ist als bei traditionellen Theorien, bei denen der Mond in der Trümmerscheibe um die Erde gewachsen ist. Abhängig von den Details der anschließenden Erstarrung sollten diese Theorien die verschiedenen inneren Strukturen des Mondes vorhersagen.

Der Co-Autor der Studie, Vincent Eke, sagte: „Dieser Entstehungspfad könnte helfen, die Ähnlichkeit in der Isotopenzusammensetzung zwischen Mondgestein, das von Apollo-Astronauten zurückgebracht wurde, und dem Erdmantel zu erklären. Es könnte auch beobachtbare Konsequenzen für die Dicke der Mondkruste geben, die uns erlauben werden um die Art der Kollision zu bestimmen, die aufgetreten ist. Es ist mehr passiert.“

Darüber hinaus entdeckten sie, dass selbst wenn ein Satellit so nahe an der Erde vorbeifliegt, dass erwartet wird, dass er durch „Gezeitenkräfte“ von der Schwerkraft der Erde auseinandergerissen wird, der Satellit tatsächlich überleben kann. Tatsächlich könnte es auch in eine breitere Umlaufbahn geschleudert werden, sicher vor künftiger Zerstörung.

Ein Haufen neuer Möglichkeiten

„Dies eröffnet eine ganze Reihe neuer potenzieller Sprungbretter für die Mondentwicklung“, sagte Jacob Kejris, Hauptautor der Studie. „Wir sind in dieses Projekt eingestiegen, ohne genau zu wissen, was die Ergebnisse dieser hochauflösenden Simulationen sein würden. Also rein Zusätzlich zu der großen Öffnung, die Standardentscheidungen Ihnen falsche Antworten geben können, war es sehr aufregend, dass die neuen Erkenntnisse einen rätselhaften, mondähnlichen Satelliten im Orbit beinhalten könnten.“

Es wird angenommen, dass der Mond nach einer Kollision zwischen der jungen Erde und einem marsgroßen Objekt namens Theia vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden ist. Die meisten Theorien bauen den Mond durch die allmähliche Ansammlung von Trümmern aus dieser Kollision auf. Dies wurde jedoch durch Messungen von Mondgestein in Frage gestellt, die gezeigt haben, dass ihre Zusammensetzung der des Erdmantels ähnlich ist, während der Aufprall Trümmer erzeugt, die hauptsächlich von Theia stammen.

Dieses unmittelbare Satellitenszenario eröffnet neue Möglichkeiten für die anfängliche Mondumlaufbahn sowie die vorhergesagte Zusammensetzung und innere Struktur des Mondes. Dies kann helfen, ungelöste Rätsel zu erklären, wie die vom Erdäquator weg geneigte Umlaufbahn des Mondes; Oder es könnte einen frühen Mond produzieren, der nicht vollständig geschmolzen ist, was nach Ansicht einiger Wissenschaftler besser zu seiner dünneren Kruste passen könnte.

Die nächsten paar Mondflüge sollten neue Hinweise auf die Art des Rieseneinschlags geben, der zum Mond führte, was uns wiederum etwas über die Geschichte der Erde selbst erzählen wird.

Das Forschungsteam umfasste Wissenschaftler[{“ 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.