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Une simulation de superordinateur révèle comment un impact géant aurait pu façonner la lune

Crédit : Université de Durham

D’éminents scientifiques de l’Institute for Computational Cosmology de l’Université de Durham ont utilisé les simulations de supercalculateurs les plus détaillées à ce jour pour révéler une autre explication de l’origine de la lune, il y a 4,5 milliards d’années. Et a révélé l’existence d’une collision géante entre la Terre et[{ » 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.

Une puissance de calcul supplémentaire a révélé que les simulations à faible résolution peuvent passer à côté d’aspects critiques des collisions à grande échelle. À l’aide de simulations à haute résolution, les chercheurs peuvent découvrir des fonctionnalités qui n’étaient pas accessibles dans les études précédentes. Seules des simulations à haute résolution ont produit le satellite semblable à la lune, et des détails supplémentaires ont révélé comment ses couches externes contenaient plus de matériaux d’origine terrestre.

Si une grande partie de la Lune s’est formée immédiatement après l’impact géant, cela pourrait également signifier que le point de fusion de la Lune est plus bas pendant la formation par rapport aux théories traditionnelles où la Lune a grandi dans le disque de débris autour de la Terre. Selon les détails de la solidification ultérieure, ces théories devraient prédire les différentes structures internes de la Lune.

Le co-auteur de l’étude, Vincent Eke, a déclaré: « Cette trajectoire de formation pourrait aider à expliquer la similitude de la composition isotopique entre les roches lunaires ramenées par les astronautes d’Apollo et le manteau terrestre. Il peut également y avoir des conséquences observables sur l’épaisseur de la croûte lunaire, ce qui nous permettra pour déterminer le type de collision qui s’est produite. Cela s’est produit plus souvent. »

De plus, ils ont découvert que même lorsqu’un satellite passe si près de la Terre qu’on s’attend à ce qu’il soit déchiré par les « forces de marée » de la gravité terrestre, le satellite peut en fait survivre. En fait, il pourrait également être propulsé sur une orbite plus large, à l’abri d’une destruction future.

Un tas de nouvelles possibilités

« Cela ouvre un tout nouvel ensemble de tremplins potentiels pour l’évolution lunaire », a déclaré Jacob Kejris, auteur principal de l’étude. « Nous nous sommes lancés dans ce projet sans savoir exactement quels seraient les résultats de ces simulations à haute résolution. Donc, dans En plus de la grande ouverture que les décisions standard peuvent vous donner de mauvaises réponses, il était très excitant que les nouvelles découvertes puissent inclure un satellite déroutant de type lunaire en orbite. »

On pense que la lune s’est formée après une collision entre la jeune Terre et un objet de la taille de Mars, appelé Theia, il y a 4,5 milliards d’années. La plupart des théories construisent la Lune par l’accumulation progressive de débris issus de cette collision. Cependant, cela a été remis en question par des mesures de roches lunaires qui ont montré que leur composition est similaire à celle du manteau terrestre, tandis que l’impact produit des débris qui proviennent principalement de Theia.

Ce scénario satellite immédiat ouvre de nouvelles possibilités pour l’orbite lunaire initiale ainsi que pour la composition et la structure interne prévues de la Lune. Cela peut aider à expliquer des mystères non résolus tels que l’orbite inclinée de la lune loin de l’équateur terrestre ; Ou cela pourrait produire une lune précoce qui n’est pas complètement fondue, ce qui, selon certains scientifiques, pourrait mieux correspondre à sa croûte plus mince.

Les prochains vols lunaires devraient révéler de nouveaux indices sur le type d’impact géant qui a conduit à la lune, qui à son tour nous parlera de l’histoire de la Terre elle-même.

L’équipe de recherche comprenait des scientifiques de[{ » 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.

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Delphine Perrault

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