Падающие луны: ученые разгадывают тайны рождения Земли

​Команда ученых из Техниона, Вены и Тюбингена занималась изучением судьбы малых лун - предполагаемых спутников Земли в период ее "бурной юности".​

Луна - единственный естественный спутник Земли, и процесс ее появления на свет продолжает интересовать астрофизиков. Однако, по всей видимости, прото-Земля когда-то обладала не одним естественным спутником. 

Исследования показывают, что когда-то Землю окружало еще несколько небольших лун, но их происхождение остается загадкой. Доктор Ури Маламуд и профессор Хагай Перец из хайфского технологического института Технион, а также Кристофер Бургер из Венского университета и доктор Кристоф Шафер из университета Тюбингена изучали вопрос происхождения малых лун. Комплексные симуляции, созданные исследователями, показывают, что малые луны могли упасть на Землю, изменив тем самым состав земной мантии. Результаты исследования были опубликованы в ежемесячнике британского Королевского Астрономического Общества​.

Принятая сегодня теория гласит, что Луна возникла около 4,5 миллиардов лет назад во время столкновения прото-Земли с другой прото-планетой размером с Марс. Эту планету астрофизики называют Тея. Столкновение привело к формированию вокруг Земли диска из осколков обеих прото-планет. Со временем из этого диска сформировалась Луна в том виде, в котором она так хорошо знакома нам сегодня.

Однако новейшие исследования показывают, что "юность" нашей планеты была еще более бурной - Земля пережила не одно столкновение с другими крупными небесными телами и большое количество столкновений с мелкими. Эти столкновения привели к появлению малых лун, размеры которых исследователи оценивают в пределах от 1/6 до половины массы Луны. 

Команда ученых из Техниона, Вены и Тюбингена занималась изучением судьбы этих малых лун. «Есть три варианта развития событий: малые луны были притянуты гравитацией и сформировали более крупные объекты, из которых со временем сформировалась Луна; некоторые малые луны были выброшены из гравитационного поля Земли или - третий вариант - они могли быть притянуты гравитацией к Земле», - объясняет доктор Кристоф Шафер. - «Мы изучаем все три варианта, и на этот раз опубликовали свои выводы по третьему из них». 

Для симуляции столкновений малых лун с Землей ученые использовали компьютерную программу, разработанную под руководством доктора Шафера в Тюбингенском институте астрономии и астрофизики. Сами расчеты осуществлялись компьютерными кластерами в Тюбингене и в Израиле. Программа использовала гидродинамику гладких частиц для моделирования процесса и графические процессоры для ускорения сложных вычислений. 
 

100 недель вычислений

Астрофизики приняли за основу упрощенную модель прото-Земли и падающей малой луны, в которой оба планетных тела имели железное ядро и силикатную мантию. Группа провела более 70 симуляций столкновения малой луны с Землей, изменяя угол падения, размер малой луны и скорость вращения Земли. По словам доктора Ури Маламуда, в общей сложности вычисления заняли 100 недель машинного времени. 

Доктор Маламуд проанализировал в Хайфе результаты симуляций и установил, какие фрагменты небесных тел могли бы покинуть систему, какие оказались бы на орбите, и какие стала бы частью Земли. Он вычислил также изменения в периоде вращения Земли, вызванные столь катастрофическими небесными коллизями.

«Наши результаты показывают, что когда малая луна падает на Землю, ее вещество не распределяется равномерно. Такого рода столкновение может привести к ассиметрии и к неоднородностям в составе земной мантии», - отмечает доктор Маламуд. «Это совместное исследование дает нам более полную картину того, как появилась Луна, и помогает нам лучше понять процесс формирования планет в Солнечной системе».

Источник: MFA
Фото: Профессор Хагай Перец / пресс-служба Техниона