Рождение Луны: новые подробности

Согласно существующей гипотезе, около 4,5 млрд. лет назад с Землей столкнулся космический объект, приблизительно равный по размерам Марсу (т.е. в два раза меньший, чем Земля). Столкновение с нашей планетой привело к разрушению этого объекта, и его осколки образовали диск вокруг Земли, из которого и сформировалась Луна.

Чтобы смоделировать процесс столкновения Земли и космического тела с последующим образованием Луны, используются различные методы, самым популярным из которых является метод гидродинамики сглаженных частиц (SPH). Но даже самые точные из существующих моделей позволяют делать расчеты только для нескольких тысяч частиц и поэтому не способны отобразить детальную структуру диска. В результате эти модели способны воссоздать события за очень короткий период — менее суток после столкновения.

Японские ученые из Национальной астрономической обсерватории Японии во главе с доктором Кеичи Вада (Keiichi Wada) использовали другой подход, позволяющий моделировать состояние диска в течение приблизительно четырех суток после столкновения, сообщает New Scientist. Диск разделили на сеть более мелких трехмерных частей с заданными свойствами (плотность, температура) и параллельно просчитывали каждую из них. Компьютерное моделирование проводилось для двух условий: сначала предполагалось, что диск состоит в основном из газообразного вещества, затем — из жидких и твердых частиц.

Обе модели показывали одинаковую картину в течение первых 10 часов после столкновения, включая процесс повторного столкновения поврежденного объекта с Землей, вызвавшего его разрушение. Результаты согласуются с SPH-моделями, поскольку свидетельствуют о том, что гравитация является определяющей силой в формировании диска на начальной стадии. Но с течением времени в картинах столкновения для двух моделей наблюдаются существенные различия. Моделирование показало, что если космический объект испаряется после удара, то образуются спиральные ударные волны, замедляющие вращение диска. В этом случае частицы диска будут падать на Землю, и Луна не сформируется. И наоборот, если в результате столкновения образуются в основном жидкие и твердые частицы, то ударные волны не в состоянии замедлить вращение диска, что приводит к образованию Луны.

На основе результатов компьютерного моделирования астрономы сделали вывод, что сильный удар при столкновении планеты с космическим объектом привел бы к испарению вещества, и спутник не смог бы образоваться. В случае «мягкого» столкновения Земли с космическим объектом «прародитель» Луны должен быть равен по размерам Марсу и двигаться со скоростью менее 15 км в секунду. Столкновение Земли с более крупным объектом не привело бы к  формированию Луны, полагают исследователи.

#gallery#

Доктор Скотт Кеньон (Scott Kenyon), астроном из Смитсонианской астрофизической обсерватории в Кембридже, согласен с выводами японских коллег, но указывает на то, что выбранная ими модель более других зависит от параметра вязкости космического газа во вращающихся дисках, и неправильный выбор этого параметра может существенно повлиять на результаты расчетов.