اکثر تئوری ها ادعا می کنند که ماه از بقایای برخورد بین زمین و جسمی به اندازه مریخ به نام Theia تشکیل شده است که در طول ماه ها یا سال ها در مدار گرد آمده است. یک شبیه‌سازی جدید نظریه متفاوتی را مطرح می‌کند – ماه ممکن است بلافاصله، در عرض چند ساعت، زمانی که مواد زمین و Theia مستقیماً پس از برخورد به مدار پرتاب شد، شکل گرفته باشد.

میلیاردها سال پیش، نسخه‌ای از زمین ما که به نظر بسیار متفاوت از زمینی است که امروز در آن زندگی می‌کنیم، مورد اصابت جسمی به اندازه مریخ به نام Theia قرار گرفت – و از آن برخورد ماه شکل گرفت. اینکه دقیقاً چگونه این شکل‌گیری رخ داده، معمایی علمی است که محققان دهه‌ها بدون پاسخ قطعی آن را بررسی کرده‌اند.

بیشتر تئوری ها ادعا می کنند که ماه از زباله های این برخورد تشکیل شده است و در طول ماه ها یا سال ها در مدار ادغام می شود. یک شبیه‌سازی جدید نظریه متفاوتی را مطرح می‌کند – ماه ممکن است بلافاصله، در عرض چند ساعت، زمانی که مواد زمین و Theia مستقیماً پس از برخورد به مدار پرتاب شد، شکل گرفته باشد.

ژاکوب کگریس، محقق فوق دکتری در مرکز تحقیقات ایمز ناسا در دره سیلیکون کالیفرنیا و نویسنده اصلی مقاله در مورد این نتایج که در The Astrophysical Journal Letters منتشر شده است، می گوید: “این طیف جدیدی از مکان های شروع احتمالی را برای تکامل ماه باز می کند.” . ما وارد این پروژه شدیم بدون اینکه دقیقاً بدانیم نتایج این شبیه‌سازی‌های با وضوح بالا چه خواهد بود. بنابراین، علاوه بر چشم‌گشایی بزرگی که وضوح استاندارد می‌تواند پاسخ‌های گمراه‌کننده به شما بدهد، بسیار هیجان‌انگیز بود که نتایج جدید می‌تواند شامل شود. یک ماهواره وسوسه انگیز شبیه ماه در مدار.”

شبیه‌سازی‌های مورد استفاده در این تحقیق از جزئی‌ترین شبیه‌سازی‌ها در نوع خود هستند که در بالاترین وضوح از هر شبیه‌سازی برای مطالعه منشأ ماه یا سایر برخوردهای غول‌پیکر عمل می‌کنند. این قدرت محاسباتی اضافی نشان داد که شبیه‌سازی‌های با وضوح پایین‌تر می‌توانند جنبه‌های مهم این نوع برخوردها را از دست بدهند، و به محققان این امکان را می‌دهد تا رفتارهای جدیدی را مشاهده کنند که مطالعات قبلی نمی‌توانستند ببینند.

پازل تاریخ سیاره

درک منشاء ماه مستلزم استفاده از آنچه در مورد ماه می دانیم – دانش ما از جرم، مدار و تجزیه و تحلیل دقیق نمونه های سنگ ماه – و ارائه سناریوهایی است که می تواند به آنچه امروز می بینیم منجر شود.

تئوری‌های رایج قبلی می‌توانستند برخی از جنبه‌های ویژگی‌های ماه، مانند جرم و مدار آن را به خوبی توضیح دهند، اما با برخی اخطارهای عمده. یکی از معماهای برجسته این است که چرا ترکیب ماه بسیار شبیه به زمین است. دانشمندان می توانند ترکیب یک ماده را بر اساس امضای ایزوتوپی آن مطالعه کنند، که یک سرنخ شیمیایی از چگونگی و مکان ایجاد یک شی است. نمونه‌های قمری که دانشمندان توانسته‌اند در آزمایشگاه‌ها مطالعه کنند، بر خلاف سنگ‌های مریخ یا جاهای دیگر منظومه شمسی، نشانه‌های ایزوتوپی بسیار شبیه به سنگ‌های زمین را نشان می‌دهند. این باعث می‌شود که بسیاری از مواد تشکیل‌دهنده ماه در اصل از زمین آمده باشند.

در سناریوهای قبلی که تیا به مدار می‌پاشد و تنها با مواد کمی از زمین مخلوط می‌شود، کمتر احتمال دارد که چنین شباهت‌های قوی را ببینیم – مگر اینکه تیا از نظر ایزوتوپی نیز شبیه زمین باشد، اتفاقی غیرمحتمل. در این نظریه، مواد بیشتری از زمین برای ایجاد ماه استفاده می شود، به ویژه لایه های بیرونی آن، که می تواند به توضیح این شباهت در ترکیب کمک کند.

تئوری های دیگری برای توضیح این شباهت ها در ترکیب ارائه شده است، مانند مدل سینستیا – که در آن ما ه در داخل چرخشی از سنگ های تبخیر شده از برخورد تشکیل می شود – اما اینها احتمالاً برای توضیح مدار فعلی ماه تلاش می کنند.

این تئوری شکل‌گیری سریع‌تر و تک‌مرحله‌ای توضیحی تمیزتر و ظریف‌تر برای هر دو این مسائل برجسته ارائه می‌دهد. همچنین می تواند راه های جدیدی برای یافتن پاسخ برای معماهای حل نشده دیگر ارائه دهد. این سناریو می‌تواند ماه را در مداری گسترده قرار دهد که فضای داخلی آن کاملاً مذاب نیست و به طور بالقوه ویژگی‌هایی مانند مدار کج‌شده و پوسته نازک ما ه را توضیح می‌دهد – و آن را به یکی از جذاب‌ترین توضیح‌ها برای منشا ما ه تبدیل می‌کند.

نزدیک‌تر شدن به تایید اینکه کدام یک از این نظریه‌ها درست است، نیازمند تجزیه و تحلیل نمونه‌های ما ه آینده است که برای مطالعه از ماموریت‌های آتی آرتمیس ناسا به زمین بازگردانده می‌شوند. همانطور که دانشمندان به نمونه‌هایی از سایر بخش‌های ما ه و از اعماق زیر سطح ما ه دسترسی پیدا می‌کنند، می‌توانند نحوه تطابق داده‌های دنیای واقعی را با این سناریوهای شبیه‌سازی‌شده مقایسه کنند و آنچه را که آنها در مورد چگونگی تکامل ما ه بر روی آن نشان می‌دهند، مقایسه کنند. میلیاردها سال تاریخ…

یک منبع مشترک

فراتر از یادگیری بیشتر در مورد ماه، این مطالعات می تواند ما را به درک اینکه چگونه زمین خودمان به دنیای امروزی پناه دهنده حیات تبدیل شده است، نزدیک تر کند.

وینسنت اکه، محقق دانشگاه دورهام و یکی از نویسندگان مقاله می گوید: «هرچه بیشتر در مورد چگونگی پیدایش ماه بیاموزیم، بیشتر در مورد تکامل زمین خودمان کشف می کنیم. “تاریخ آنها در هم تنیده شده است – و می تواند در داستان های سیارات دیگر که توسط برخوردهای مشابه یا بسیار متفاوت تغییر کرده اند منعکس شود.”

کیهان مملو از برخوردها است — برخوردها بخش مهمی از چگونگی شکل گیری و تکامل اجسام سیاره ای هستند. بر روی زمین، ما می دانیم که تاثیر تیا و سایر تغییرات در طول تاریخ آن بخشی از چگونگی جمع آوری مواد لازم برای زندگی است. هرچه دانشمندان بهتر بتوانند آنچه را که در این برخوردها اتفاق می‌افتد شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل کنند، ما آمادگی بیشتری برای درک چگونگی تکامل یک سیاره به گونه‌ای که مانند زمین خودمان قابل سکونت است، خواهیم داشت.

این تحقیق یک تلاش مشترک بین ایمز و دانشگاه دورهام است که توسط گروه تحقیقاتی تأثیر غول سیاره ای مؤسسه کیهان شناسی محاسباتی پشتیبانی می شود. شبیه‌سازی‌های مورد استفاده با استفاده از کد منبع باز SWIFT، (SPH با وظایف ریز بین وابسته) اجرا شدند، که بر روی سرویس فشرده حافظه DiRAC (تحقیق توزیع‌شده با استفاده از محاسبات پیشرفته) (“COSMA”)، به میزبانی دانشگاه دورهام انجام شد.