Наш Місяць — або ла Луна — надихав людство протягом тисячоліть.
Загальноприйнято, що Місяць утворився приблизно 4,5 мільярда років тому, коли протопланета зіткнулася з молодою розплавленою Землею, вибивши великий уламок, який згодом став Місяцем. Цю протопланету, розміром із Марс, часто називають Теєю. Унікальне зіткнення з Теєю спричинило ефект метелика, який вплинув майже на всі аспекти історії Землі та сучасного життя. Без Місяця не існувало б припливів, і цілком можливо, що наші водні предки ніколи б не вийшли на сушу.
Наш твердий, кам’янистий Місяць — це рідкість. Із трьох планет, найближчих до Сонця, лише у нас є Місяць. До того ж він надзвичайно великий — його діаметр становить близько чверті земного, що також є рідкістю у Сонячній системі.
Більшість місяців починають свій шлях як диски — подібні до кілець Сатурна. Ці диски поступово зливаються у все більші згустки, аж поки не утворюють одне велике небесне тіло. Або ж Місяці можуть бути астероїдами, які захоплює гравітація, коли ті пролітають поруч.
Вони провели розрахунки
Колись ця ідея вважалася суперечливою, але математичне моделювання підтверджує теорію гігантського зіткнення. Доктор Джейкоб Кегерріс, астрофізик з Імперського коледжу Лондона, використовує суперкомп’ютерні симуляції, щоб досліджувати подібні зіткнення. Ці симуляції відтворюють ранню Сонячну систему. Через повторення та метод проб і помилок вони досліджують, що могло відбутися мільярди років тому.
Джейкоб описує давню Сонячну систему як «величезну хмару газу, льоду та пилу» навколо Сонця, що поступово стискалася та збиралася під дією власної гравітації. На ранніх етапах планети на кшталт Юпітера швидко зростали, а їхня гравітація притягувала навколишню речовину. Кам’янисті планети, як-от Земля та Венера, формувалися інакше.
«Вони складалися з десятків менших протопланет — малих кам’янистих тіл, що формувалися самостійно, а потім зіштовхувалися між собою», — пояснює Джейкоб.
Астрономи вже давно припускають, що наша Сонячна система почалася як щільна, поступово стискаюча хмара газу. Сучасні телескопи зафіксували подібні процеси в інших зоряних системах — наприклад, на зображеннях HL Tauri, яка нині є протопланетним диском.
З малого виростає велике
Раніше вважалося, що Місяць — це астероїд, захоплений земною орбітою, або частина Землі, яка відкололася через обертання. Але Джейкоб вважає ці теорії малоймовірними:
«Дуже важко придумати механізм, який міг би вивести таку кількість маси, матеріалу, енергії та кутового моменту на орбіту без гігантського зіткнення», — каже він.
Схожість Землі та Місяця робить цю ідею переконливою — адже вони могли утворитися з однієї речовини.
«Водночас ця схожість є викликом, — додає Джейкоб. — Адже в більшості симуляцій гігантських зіткнень ми не отримуємо однакової суміші матеріалу від протоземлі та тіла, що врізалося. Ми досі не маємо повного пояснення, чому їхній склад настільки ідентичний».
Довжини місячних циклів
Місяць щороку повільно віддаляється від Землі. Це також підтримує гіпотезу гігантського зіткнення, оскільки вчені можуть простежити історію його орбіти та зіставити з моделями.
«Як змінювалася орбіта Місяця і скільки часу знадобилося, щоб він віддалився від Землі, допомагає обмежити, наскільки швидко оберталася Земля після зіткнення», — пояснює Джейкоб.
Однією з причин, чому вчені так багато дізнаються, вивчаючи Місяць, є те, що він залишається порівняно незайманим небесним тілом, сформованим у ранній Сонячній системі — на відміну від Землі, яка постійно змінюється через погоду та тектонічні процеси.
Велика космічна головоломка
У своїх симуляціях Джейкоб використовує метод, який називається гладка частинкова гідродинаміка (SPH).
«Ми описуємо систему та моделюємо її за допомогою мільйонів або навіть мільярдів частинок, що представляють матерію», — пояснює він.
Комп’ютер крок за кроком розраховує, як кожна частинка рухається та взаємодіє під впливом гравітації й тиску.
«Ми створюємо коди, які використовують потужні суперкомп’ютери, щоб робити це якомога ефективніше та швидше», — каже Джейкоб. — «Це стандартні рівняння, які можна тестувати окремо, щоб потім передбачати, що станеться в надзвичайно складній системі».
Без машини часу дуже складно точно з’ясувати, що сталося 3,5 мільярда років тому. Проте аналіз місячних зразків, зібраних під час місій «Аполлон», також підтверджує, що Земля та Місяць колись були одним цілим.
Підтвердити гігантське зіткнення з Теєю — колосальне завдання. Джейкоб вважає, що це потребує подальшого вдосконалення технологій моделювання та глибшого розуміння системи «Земля–Місяць».
«Це величезна головоломка з безліччю частин», — говорить він. — «Йдеться не лише про походження Місяця, а й про відповіді на багато пов’язаних питань».
