كيف تشكل القمر؟ ربما وجد كمبيوتر عملاق الإجابة للتو
اقترحت دراسة جديدة أن القمر قد يكون قد تشكل على الفور بعد اصطدام كارثي أدى إلى مزق جزء من الأرض وألقاه في الفضاء.
منذ منتصف السبعينيات ، اعتقد علماء الفلك أن القمر يمكن أن يكون قد حدث عن طريق الاصطدام بين أرض وقديم كوكب المريخ– حجم كوكب أولي يسمى ثيا ؛ كان من الممكن أن يؤدي التأثير الهائل إلى إنشاء حقل حطام هائل تشكل منه رفيقنا القمري ببطء على مدى آلاف السنين.
لكن فرضية جديدة ، مبنية على محاكاة الحواسيب العملاقة التي تم إجراؤها بدقة أعلى من أي وقت مضى ، تشير إلى أن تكوين القمر ربما لم يكن عملية بطيئة وتدريجية بعد كل شيء ، ولكنها حدثت بدلاً من ذلك في غضون ساعات قليلة. نشر العلماء النتائج التي توصلوا إليها في 4 أكتوبر في المجلة رسائل مجلة الفيزياء الفلكية.
متعلق ب: قالت ناسا إن الصاروخ الغامض الذي اصطدم بالقمر خلف حفرتين
“ما تعلمناه هو أنه من الصعب جدًا توقع مقدار الدقة التي تحتاجها لمحاكاة هذه الاصطدامات العنيفة والمعقدة بشكل موثوق – عليك ببساطة الاستمرار في الاختبار حتى تجد أن زيادة الدقة توقف أيضًا عن إحداث فرق في إجابتك “الحصول على ،” جاكوب كيجريس ، عالم الكونيات الحاسوبي في جامعة دورهام في إنجلترا ، قال لـ Live Science.
حصل العلماء على أدلةهم الأولى حول تكوين القمر بعد عودة مهمة أبولو 11 في يوليو 1969 ، عندما أعاد رائدا الفضاء ناسا نيل أرمسترونج وباز ألدرين 47.6 رطلاً (21.6 كجم) من الصخور القمرية والغبار إلى الأرض. يعود تاريخ العينات إلى حوالي 4.5 مليار سنة ، مما يضع تكوين القمر في فترة مضطربة بعد حوالي 150 مليون سنة من تكوين النظام الشمسي.
تشير أدلة أخرى إلى أن أكبر قمر صناعي طبيعي لدينا ولد نتيجة تصادم عنيف بين الأرض وكوكب افتراضي ، والذي أطلق عليه العلماء اسم تيتان اليوناني الأسطوري ثيا – والدة سيلين ، إلهة القمر. تتضمن هذه الأدلة أوجه تشابه في تكوين الصخور القمرية والأرضية ؛ دوران الأرض ومدار القمر لهما اتجاهات متشابهة ؛ الزخم الزاوي العالي المشترك للهيئتين ؛ ووجود أقراص حطام في أماكن أخرى من نظامنا الشمسي.
لكن بالضبط كيف حدث التصادم الكوني هو مطروح للنقاش. تشير الفرضية التقليدية إلى أنه عندما اصطدمت ثيا بالأرض ، حطم تأثير خرق الكوكب ثيا إلى ملايين القطع ، مما جعلها حطامًا عائمًا. اختلطت بقايا ثيا المكسورة ، جنبًا إلى جنب مع بعض الصخور المتبخرة والغازات المنزوعة من وشاح كوكبنا الشاب ، ببطء في قرص تلتحم حوله الكرة المنصهرة للقمر وتبريدها على مدى ملايين السنين.
ومع ذلك ، لا تزال بعض أجزاء الصورة بعيدة المنال. أحد الأسئلة البارزة هو لماذا ، إذا كان القمر مصنوعًا في الغالب من ثيا ، فهل تحمل العديد من صخورها أوجه تشابه مذهلة مع تلك الموجودة على الأرض؟ اقترح بعض العلماء أن عددًا أكبر من صخور الأرض المتبخرة دخلت في تكوين القمر أكثر مما فعلت بقايا ثيا المسحوقة ، لكن هذه الفكرة تطرح مشاكلها الخاصة ، مثل لماذا تشير النماذج الأخرى إلى أن القمر الذي يتكون في الغالب من صخور الأرض المتحللة سيكون له مدار مختلف تمامًا. من الذي نراه اليوم.
لاستكشاف السيناريوهات المحتملة المختلفة لتشكيل القمر بعد الاصطدام ، تحول مؤلفو الدراسة الجديدة إلى برنامج كمبيوتر يسمى SPH مع المهام الدقيقة المترابطة (SWIFT) ، والذي تم تصميمه لمحاكاة شبكة الجاذبية المعقدة والمتغيرة باستمرار. والقوى الهيدروديناميكية التي تعمل على كميات كبيرة من المادة. إن القيام بذلك بدقة ليست مهمة حسابية بسيطة ، لذلك استخدم العلماء حاسوبًا عملاقًا لتشغيل البرنامج: نظام يُطلق عليه اسم COSMA (اختصار لـ “آلة علم الكونيات”) في مركز البحوث الموزعة باستخدام مرفق الحوسبة المتقدمة (DiRAC) بجامعة دورهام.
باستخدام COSMA لمحاكاة مئات الاصطدامات بين الأرض و Theia بزوايا ودوران وسرعات مختلفة ، تمكن المحققون القمريون من نمذجة آثار التصدع الفلكي بدقة أعلى من أي وقت مضى. يتم تعيين القرارات في هذه المحاكاة بعدد الجسيمات التي تستخدمها المحاكاة. وفقًا لـ Kegerreis ، بالنسبة للتأثيرات العملاقة ، تتراوح دقة المحاكاة القياسية عادةً بين 100000 و 1 مليون جسيم ، ولكن في الدراسة الجديدة تمكن هو وزملاؤه من نمذجة ما يصل إلى 100 مليون جسيم.
“باستخدام دقة أعلى ، يمكننا دراسة المزيد من التفاصيل – تمامًا مثل كيف يتيح لك التلسكوب الأكبر التقاط صور عالية الدقة للكواكب البعيدة أو المجرات لاكتشاف تفاصيل جديدة “.
وأضاف: “ثانيًا ، وربما الأهم من ذلك ، أن استخدام دقة منخفضة جدًا في محاكاة يمكن أن يمنحك إجابات مضللة أو حتى مجرد إجابات خاطئة”. “قد تتخيل أنك إذا صنعت نموذجًا لسيارة من مكعبات اللعب لمحاكاة كيف يمكن للسيارة أن تنكسر في حادث ، ثم إذا استخدمت بضع عشرات من الكتل ، فقد تنقسم تمامًا إلى أسفل المنتصف. ولكن مع بضعة آلاف أو مليون ، فقد تبدأ في جعلها تنهار وتنكسر بطريقة أكثر واقعية “.
تركت المحاكاة عالية الدقة للباحثين قمرًا تشكل في غضون ساعات من قطع الأرض المقذوفة والقطع المحطمة من ثيا ، مما يوفر نظرية تشكيل أحادية المرحلة قدمت إجابة نظيفة وأنيقة للخصائص المرئية للقمر ، مثل مداره الواسع المائل ؛ باطنها المنصهر جزئيًا ؛ وقشرتها الرقيقة.
ومع ذلك ، سيتعين على الباحثين فحص عينات من الصخور والغبار التي تم استخراجها من أعماق سطح القمر – وهو هدف مهمات ناسا المستقبلية في Artemis – قبل أن يتمكنوا من تأكيد مدى اختلاط عباءة القمر.
وقال كيجريس: “المزيد من العينات من سطح القمر يمكن أن تكون مفيدة للغاية لإجراء اكتشافات جديدة وأكثر ثقة حول تكوين القمر وتطوره ، والتي يمكننا بعد ذلك تتبعها إلى نماذج محاكاة مثلنا”. “البعثات والدراسات مثل هذه والعديد من الدراسات الأخرى تساعدنا بشكل ثابت على استبعاد المزيد من الاحتمالات وتضييق نطاق التاريخ الفعلي لكل من القمر والأرض ، ومعرفة المزيد حول كيفية تشكل الكواكب في جميع أنحاء نظامنا الشمسي وخارجه.”
يمكن أن تلقي مثل هذه التحقيقات الضوء أيضًا على كيفية تشكل الأرض وتصبح كوكبًا يؤوي الحياة.
وقال فينسينت إيك ، مؤلف الدراسة المشارك ، الأستاذ المساعد في الفيزياء بجامعة دورهام ، في بيان: “كلما عرفنا المزيد عن كيفية ظهور القمر ، اكتشفنا المزيد عن تطور كوكبنا”. “تاريخهم متشابك – ويمكن أن يتكرر في قصص الكواكب الأخرى التي تغيرت بسبب اصطدامات مشابهة أو مختلفة تمامًا.”
