Считается, что Луна образовалась после столкновения молодой Земли с объектом размером с Марс под названием Тейя 4,5 миллиарда лет назад. Большинство теорий строят Луну путем постепенного накопления обломков от этого удара. Однако это было поставлено под сомнение измерениями лунных пород, показывающими, что их состав подобен составу мантии Земли, в то время как в результате удара образуются обломки, которые в основном исходят от Тейи.
В поисках сценариев, которые могли бы объяснить современную систему Земля-Луна, исследователи смоделировали сотни различных столкновений с высоким разрешением, варьируя угол и скорость столкновения, а также массы и вращения двух сталкивающихся тел. Эти расчеты были выполнены с использованием кода моделирования с открытым исходным кодом SWIFT, работающего на сервисе DiRAC Memory Intensive («COSMA»), размещенном Даремским университетом от имени Центра высокопроизводительных вычислений DiRAC.
Дополнительная вычислительная мощность показала, что моделирование с более низким разрешением может упустить важные аспекты крупномасштабных столкновений. Благодаря моделированию с высоким разрешением исследователи могут обнаружить функции, недоступные в предыдущих исследованиях. Только моделирование с высоким разрешением произвело луноподобный спутник, а дополнительные детали показали, что его внешние слои содержат больше материала, происходящего с Земли.
Если большая часть Луны сформировалась сразу после гигантского удара, то это также может означать, что во время формирования порода расплавилась меньше, чем в традиционных теориях, согласно которым Луна росла внутри обломочного диска вокруг Земли. В зависимости от деталей последующего затвердевания эти теории должны предсказывать различные внутренние структуры Луны.
Более того, ученые обнаружили, что даже когда спутник проходит так близко к Земле, что можно было бы ожидать, что он будет разорван на части приливными силами от земного притяжения, спутник действительно может выжить. На самом деле, его также можно вывести на более широкую орбиту, защитив от будущего разрушения.
Этот сценарий с непосредственным спутником открывает новые возможности для начальной лунной орбиты, а также для предсказанного состава и внутренней структуры Луны. Это могло бы помочь объяснить нерешенные загадки, такие как отклонение орбиты Луны от экватора Земли.
Многие предстоящие лунные миссии должны раскрыть новые подсказки о том, какое гигантское столкновение привело к появлению Луны, что, в свою очередь, расскажет нам об истории самой Земли.