Согласно гипотезе гигантского столкновения, около 4,5 миллиарда лет назад молодая Земля столкнулась с телом размером с Марс, получившим название Тейя. В результате этого катастрофического удара образовался диск из обломков, из которого впоследствии сформировалась Луна. Эта теория считается общепринятой, хотя у ученых остаются вопросы относительно деталей процесса.
Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal Letters, посвящено моделированию того, как температура и прочность материалов влияли на формирование спутника Земли. Ведущий автор работы — доктор Адин Дентон, постдокторант из Юго-Западного исследовательского института (SwRI). Ученые впервые использовали гидродинамические симуляции сглаженных частиц с учетом реалистичной прочности пород, тогда как предыдущие модели этот фактор игнорировали, полагая, что при такой колоссальной энергии он несущественен.
Как пояснили авторы, более горячий материал слабее холодного, поэтому температура тел играет ключевую роль в исходе столкновения. Симуляции показали, что прочность внешних слоев Тейи препятствует ее деформации, что меняет передачу импульса и приводит к принципиально разным сценариям образования Луны. В одном случае, при горячем, но твердом состоянии Тейи, формируется целая Луна, а в другом, при более холодном и прочном теле, возникает классический протолунный диск, сообщается в пресс-релизе института.
Классическая модель предполагает, что Луна образовалась из вещества мантии Тейи, однако изотопный состав Земли и ее спутника почти идентичен, что противоречит этой схеме. В ходе экспериментов, когда параметры столкновения воспроизводились с учетом прочности, примерно за пять часов возникала целая Луна, захваченная гравитацией Земли. При более горячем сценарии Земля поглощала около 91 процента Тейи, что согласуется с прежними расчетами, а при холодном — часть тела сохранялась как спутник.
По словам доктора Робина Канупа из SwRI, не участвовавшего в работе, эти результаты устанавливают связь между физическими свойствами Луны и тепловым состоянием Земли и Тейи в момент удара. Это может помочь точнее определить время образования спутника. Тем не менее, остается нерешенным вопрос о различиях в элементном составе тел: Луна обеднена летучими веществами и имеет крошечное железное ядро, что требует дальнейших исследований.