ดวงจันทร์อาจก่อตัวขึ้นในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง
การศึกษาใหม่ได้เสนอแนะว่าดวงจันทร์อาจเกิดขึ้นทันทีหลังจากเกิดภัยพิบัติที่ฉีกชิ้นส่วนของโลกและเหวี่ยงมันสู่อวกาศ
นับตั้งแต่กลางทศวรรษ 1970 นักดาราศาสตร์ได้คิดว่าดวงจันทร์น่าจะเกิดจากการชนกันระหว่างโลก กับดาวเคราะห์ขนาดเท่า ดาวอังคารโบราณที่เรียกว่าธีอา ผลกระทบขนาดมหึมาจะสร้างทุ่งเศษซากขนาดมหึมาซึ่งสหายบนดวงจันทร์ของเราก่อตัวขึ้นอย่างช้าๆ เป็นเวลาหลายพันปี
แต่สมมติฐานใหม่ซึ่งอิงจากการจำลองซูเปอร์คอมพิวเตอร์ด้วยความละเอียดสูงกว่าที่เคยเป็นมา ชี้ให้เห็นว่าการก่อตัวของดวงจันทร์อาจไม่ใช่กระบวนการที่ช้าและค่อยเป็นค่อยไป แต่เกิดขึ้นภายในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง นักวิทยาศาสตร์ได้ตีพิมพ์ผลการค้นพบของพวกเขาในวัน ที่4 ตุลาคมในวารสารThe Astrophysical Journal Letters
“สิ่งที่เราได้เรียนรู้คือ เป็นเรื่องยากมากที่จะคาดเดาว่าคุณต้องใช้ความละเอียดเท่าใดในการจำลองการชนกันที่รุนแรงและซับซ้อนเหล่านี้ได้อย่างน่าเชื่อถือ คุณเพียงแค่ต้องทำการทดสอบต่อไปจนกว่าคุณจะพบว่าการเพิ่มความละเอียดยิ่งขึ้นไปอีกจะหยุดการสร้างความแตกต่างให้กับคำตอบของคุณ ได้” จาค็อบ เคเกอร์ไรส์ นักจักรวาลวิทยาคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยเดอแรมในอังกฤษ กล่าวกับ WordsSideKick.com
นักวิทยาศาสตร์ได้เบาะแสแรกเกี่ยวกับการสร้างดวงจันทร์หลังจากการกลับมาของภารกิจ Apollo 11 ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2512 เมื่อนักบินอวกาศ Neil Armstrong และ Buzz Aldrin ของ NASA นำหินและฝุ่นจากดวงจันทร์จำนวน 47.6 ปอนด์ (21.6 กิโลกรัม) กลับมายังโลก กลุ่มตัวอย่างมีอายุประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน โดยวางการสร้างดวงจันทร์ในช่วงเวลาปั่นป่วนประมาณ 150 ล้านปีหลังจากการก่อตัวของระบบสุริยะ
เบาะแสอื่นๆ ชี้ว่าดาวเทียมธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดของเราเกิดจากการปะทะกันอย่างรุนแรงระหว่างโลกกับดาวเคราะห์สมมุติ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ตั้งชื่อตาม Theia ไททันกรีกในตำนาน ซึ่งเป็นมารดาของ Selene เทพธิดาแห่งดวงจันทร์ หลักฐานนี้รวมถึงความคล้ายคลึงกันในองค์ประกอบของหินดวงจันทร์และโลก การหมุนของโลกและวงโคจรของดวงจันทร์มีทิศทางเดียวกัน โมเมนตัมเชิงมุมรวมสูงของวัตถุทั้งสอง และการมีอยู่ของดิสก์เศษส่วนอื่นๆ ในระบบสุริยะของเรา
แต่แน่นอนว่าการชนกันของจักรวาลนั้นเป็นอย่างไรนั้นขึ้นอยู่กับการอภิปราย สมมติฐานทั่วไปชี้ให้เห็นว่าเมื่อเธียพุ่งชนโลก แรงสั่นสะเทือนของดาวเคราะห์ทำให้เธียแตกเป็นชิ้นๆ นับล้าน ทำให้เหลือเพียงเศษหินที่ลอยอยู่ ซากของธีอาที่แตกสลาย พร้อมด้วยหินและก๊าซที่ระเหยกลายเป็นไอบางส่วนที่ฉีกออกจากชั้นเปลือกโลกอายุน้อยของเรา ค่อยๆ หลอมรวมกันเป็นดิสก์ที่ทรงกลมที่หลอมละลายของดวงจันทร์รวมตัวกันและทำให้เย็นลงเป็นเวลาหลายล้านปี
แต่บางส่วนของภาพยังคงเข้าใจยาก คำถามที่โดดเด่นข้อหนึ่งคือ เหตุใดหากดวงจันทร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยธีอา หินจำนวนมากของมันมีความคล้ายคลึงอย่างน่าทึ่งกับที่พบในโลกหรือไม่? นักวิทยาศาสตร์บางคนแนะนำว่าหินที่ระเหยกลายเป็นไอของโลกไปสร้างดวงจันทร์มากกว่าเศษผงของเธีย แต่ความคิดนี้นำเสนอปัญหาของตัวเอง เช่น เหตุใดแบบจำลองอื่นๆ จึงแนะนำว่าดวงจันทร์ที่ทำจากหินโลกที่แตกสลายเป็นส่วนใหญ่จะมีวงโคจรที่แตกต่างกันอย่างมากมาย กว่าที่เราเห็นอยู่ทุกวันนี้
เพื่อตรวจสอบสถานการณ์ที่เป็นไปได้ต่างๆ สำหรับการก่อตัวดวงจันทร์หลังจากการชน ผู้เขียนของการศึกษาใหม่ได้หันไปใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking (SWIFT) ซึ่งออกแบบมาเพื่อจำลองเว็บของแรงโน้มถ่วงที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาอย่างใกล้ชิด และแรงอุทกพลศาสตร์ที่กระทำต่อสสารจำนวนมาก การทำเช่นนี้อย่างแม่นยำไม่ใช่เรื่องง่ายในการคำนวณ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อเรียกใช้โปรแกรม: ระบบที่มีชื่อเล่นว่า COSMA (ย่อมาจาก “เครื่องจักรจักรวาลวิทยา”) ที่ศูนย์วิจัย Distributed Research Utilizing Advanced Computing (DiRAC) ของมหาวิทยาลัย Durham
ด้วยการใช้ COSMA เพื่อจำลองการชนกันของ Earth-Theia หลายร้อยครั้งด้วยมุม การหมุน และความเร็วที่ต่างกัน นักสืบดวงจันทร์สามารถจำลองผลที่ตามมาจากการแตกร้าวทางดาราศาสตร์ด้วยความละเอียดสูงกว่าที่เคยเป็นมา ความละเอียดในการจำลองเหล่านี้กำหนดโดยจำนวนอนุภาคที่การจำลองใช้ ตามรายงานของ Kegerreis สำหรับผลกระทบขนาดมหึมา ความละเอียดในการจำลองมาตรฐานมักจะอยู่ระหว่าง 100,000 ถึง 1 ล้านอนุภาค แต่ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ เขาและเพื่อนนักวิจัยสามารถจำลองอนุภาคได้มากถึง 100 ล้านอนุภาค
Kegerreis กล่าวว่า “ด้วยความละเอียดที่สูงขึ้น เราสามารถศึกษารายละเอียดได้มากขึ้น เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่ให้คุณถ่ายภาพดาวเคราะห์หรือกาแลคซี ห่างไกลที่มีความละเอียดสูงขึ้น เพื่อค้นพบรายละเอียดใหม่
“ประการที่สอง บางทีอาจจะสำคัญกว่านั้น การใช้ความละเอียดต่ำเกินไปในการจำลองอาจทำให้คุณเข้าใจผิดหรือแม้กระทั่งคำตอบที่ผิด” เขากล่าวเสริม “คุณอาจจินตนาการว่าถ้าคุณสร้างรถจำลองจากบล็อกของเล่นเพื่อจำลองว่ารถจะพังได้อย่างไร ถ้าคุณใช้บล็อกเพียงไม่กี่โหล มันก็อาจแบ่งตรงกลางได้อย่างสมบูรณ์ แต่ด้วยจำนวนไม่กี่พันบล็อก หรือล้าน จากนั้นคุณอาจเริ่มทำให้มันพังและพังทลายในแบบที่สมจริงมากขึ้น”
การจำลองที่มีความละเอียดสูงทำให้นักวิจัยมีดวงจันทร์ซึ่งก่อตัวขึ้นในเวลาไม่กี่ชั่วโมงจากชิ้นส่วนของโลกที่ถูกขับออกมาและชิ้นส่วนของ Theia ที่แตกเป็นเสี่ยง เสนอทฤษฎีการก่อตัวแบบขั้นตอนเดียวที่ให้คำตอบที่ชัดเจนและสง่างามต่อคุณสมบัติที่มองเห็นได้ของดวงจันทร์ เช่นวงโคจรที่กว้างและเอียง ภายในบางส่วนหลอมเหลว; และเปลือกบางของมัน
