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超级计算机模拟可能会解开月球形成的奥秘

超级计算机模拟可能会解开月球形成的奥秘

天文学 太空探索 外文翻译
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2020-12-04 19:44:52


 来源于:PHYS

达勒姆大学


研究人员调查早期地球与火星大小的物体之间的碰撞可能如何导致月球形成的3D模拟横截面的静止图像.png

 


研究人员调查早期地球与火星大小的物体之间的碰撞可能如何导致月球形成的3D模拟横截面的静止图像。图片来源:塞尔吉奥·鲁伊斯·波尼利亚(Sergio Ruiz-Bonilla)

 

天文学家已经迈出了一步,以了解月球可能是由早期地球与45亿年前的另一个巨大天体之间的巨大碰撞形成的。

由英国达勒姆大学(Durham University)领导的科学家在DiRAC高性能计算设备上进行了超级计算机仿真,以将火星大小的行星Theia撞向早期地球。

他们的模拟产生了一个有轨道的物体,它有可能演变成类似月球的物体。

尽管研究人员谨慎地说这并不是月球起源的确定证据,但他们补充说,这可能是了解我们最近的邻居可能如何形成的有希望的阶段。

这项发现发表在《皇家天文学会月刊》上。

人们认为月球是在早期地球与Theia的碰撞中形成的,科学家认为,该碰撞可能是我们太阳系中的一个古老星球,大约相当于火星。

研究人员进行了模拟,以追踪碰撞发生后四天中来自地球和Theia早期的物质,然后在像球池球一样旋转Theia之后进行其他模拟。

Theia初次旋转的大小和方向有关的与早期地球的模拟碰撞产生了不同的结果。

研究人员研究3D模拟的横截面,研究早期地球与火星大小物体之间的碰撞如何导致月球形成。将少量自旋添加到撞击器(Theia)时,会产生类似月亮的物体,类似于未添加自旋的情况。图片来源:塞尔吉奥·鲁伊斯·波尼利亚(Sergio Ruiz-Bonilla)

 

在一个极端中,碰撞将两个物体融合在一起,而在另一个极端,则发生了刮擦碰撞。

重要的是,没有在Theia中添加自旋的模拟会产生质量约为月球质量80%的自重块材料,而在添加少量自旋时会创建另一个类似月球的物体。

由此产生的团块将落入撞击后地球周围的轨道,并通过扫掠围绕地球的碎片盘而增长。

模拟的团块还具有一个类似于月球的小铁芯,外层材料由早期的地球和Theia组成。

最近对阿波罗太空任务收集的月球样品中氧同位素比率的分析表明,早期地球和撞击物质的混合物可能形成了月球。

主要作者Sergio Ruiz-Bonilla,博士学位。达勒姆大学计算宇宙研究所的研究员说:“通过在模拟过程中向Theia添加不同量的自旋,或者完全不进行自旋,它为您提供了地球早期地球可能发生的各种不同结果。数十亿年前,它们都被一个巨大的物体撞击。

“令人兴奋的是,我们的一些模拟产生了这种轨道上的团块,该团块相对比月球小得多,并且在撞击后的地球周围还形成了一盘额外的材料,这将有助于团块随时间增长。

研究人员进行的3D模拟的横截面研究了早期地球与火星大小物体之间的碰撞如何导致月球的形成。当撞击者(Theia)未加任何自旋时,与早期地球的碰撞产生了一种自引力的物质团,其质量约为月球的80%。图片来源:塞尔吉奥·鲁伊斯·波尼利亚(Sergio Ruiz-Bonilla)

 

“我不会说这是月亮,但这肯定是一个继续寻找的非常有趣的地方。”

由达勒姆(Durham)领导的研究小组现在计划进行进一步的模拟,以改变靶标和撞击器的质量,速度和旋转速度,以了解其对潜在月球形成的影响。

达勒姆大学计算宇宙学研究所的合著者Vincent Eke博士说:“我们能否获得一系列不同的结果,取决于我们是否在蒂亚号撞上地球之前对其进行了自旋。

“特别令人着迷的是,当没有向蒂娅施加任何自旋或很少自旋时,与早期地球的撞击会留下一堆碎片,在某些情况下,其中包括一个足够大的尸体,值得称其为原型月亮。

“很可能还有许多可能发生的碰撞需要进一步研究,这可能使我们更加了解月球是如何形成的。”


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