Simulasi superkomputer mengungkapkan bagaimana dampak raksasa dapat membentuk bulan

Kredit: Universitas Durham

Ilmuwan terkemuka dari Institute for Computational Cosmology di Durham University telah menggunakan simulasi superkomputer paling detail untuk mengungkap penjelasan alternatif asal usul bulan, 4,5 miliar tahun lalu. Dan mengungkapkan adanya tabrakan raksasa antara Bumi dan[{” attribute=””>Mars-sized body could immediately place a Moon-like body into orbit around Earth.

High-end simulations

In their search for scenarios that could explain the present-day Earth-Moon system, the researchers simulated hundreds of different impacts at high resolution, varying the angle and speed of the collision as well as the masses and spins of the two colliding bodies. These calculations were performed using the SWIFT open-source simulation code, run on the DiRAC Memory Intensive service (“COSMA”), hosted by Durham University on behalf of the DiRAC High-Performance Computing facility.

Kekuatan komputasi tambahan mengungkapkan bahwa simulasi resolusi rendah dapat melewatkan aspek penting dari tabrakan skala besar. Menggunakan simulasi resolusi tinggi, peneliti dapat menemukan fitur yang tidak dapat diakses dalam penelitian sebelumnya. Hanya simulasi resolusi tinggi yang menghasilkan satelit mirip bulan, dan detail tambahan mengungkapkan bagaimana lapisan luarnya mengandung lebih banyak material yang berasal dari Bumi.

Jika sebagian besar Bulan terbentuk segera setelah tumbukan raksasa, ini juga bisa berarti bahwa titik leleh Bulan lebih rendah selama pembentukan dibandingkan dengan teori tradisional di mana Bulan tumbuh di dalam piringan puing-puing di sekitar Bumi. Bergantung pada detail pemadatan berikutnya, teori-teori ini seharusnya memprediksi berbagai struktur internal Bulan.

Rekan penulis studi Vincent Eke mengatakan: “Jalur pembentukan ini dapat membantu menjelaskan kesamaan komposisi isotop antara batuan bulan yang dibawa kembali oleh astronot Apollo dan mantel Bumi. Mungkin juga ada konsekuensi yang dapat diamati untuk ketebalan kerak bulan, yang memungkinkan kita untuk menentukan jenis tabrakan yang terjadi. Itu lebih banyak terjadi.”

Selain itu, mereka menemukan bahwa bahkan ketika sebuah satelit lewat begitu dekat dengan Bumi sehingga diperkirakan akan terkoyak oleh “gaya pasang surut” dari gravitasi Bumi, satelit tersebut sebenarnya dapat bertahan. Bahkan, bisa juga didorong ke orbit yang lebih luas, aman dari kehancuran di masa depan.

Sekelompok kemungkinan baru

“Ini membuka satu set batu loncatan baru yang potensial untuk evolusi bulan. Kami masuk ke proyek ini tanpa tahu persis apa hasil simulasi resolusi tinggi ini. Jadi, di selain pembukaan besar yang dapat dilakukan oleh keputusan standar. Untuk memberi Anda jawaban yang salah, sangat menarik bahwa temuan baru dapat mencakup satelit mirip bulan yang membingungkan di orbit.”

Bulan diyakini terbentuk setelah tabrakan antara Bumi muda dan objek seukuran Mars, yang disebut Theia, 4,5 miliar tahun yang lalu. Kebanyakan teori membangun Bulan dengan akumulasi bertahap dari puing-puing dari tabrakan ini. Namun, hal ini ditentang oleh pengukuran batuan bulan yang telah menunjukkan bahwa komposisinya mirip dengan mantel bumi, sementara dampaknya menghasilkan puing-puing yang sebagian besar berasal dari Theia.

Skenario satelit langsung ini membuka kemungkinan baru untuk orbit bulan awal serta komposisi yang diprediksi dan struktur internal Bulan. Ini mungkin membantu menjelaskan misteri yang belum terpecahkan seperti orbit miring bulan menjauh dari ekuator bumi; Atau itu bisa menghasilkan bulan awal yang tidak sepenuhnya cair, yang menurut beberapa ilmuwan bisa menjadi pasangan yang lebih baik untuk keraknya yang lebih tipis.

Beberapa penerbangan bulan berikutnya akan mengungkapkan petunjuk baru tentang jenis tumbukan raksasa yang mengarah ke bulan, yang pada gilirannya akan memberi tahu kita tentang sejarah Bumi itu sendiri.

Tim peneliti termasuk ilmuwan di[{” attribute=””>NASA Ames Research Centre and the University of Glasgow, UK, and their simulation findings have been published in the Astrophysical Journal Letters.

Reference: “Immediate Origin of the Moon as a Post-impact Satellite” by J. A. Kegerreis, S. Ruiz-Bonilla, V. R. Eke, R. J. Massey, T. D. Sandnes and L. F. A. Teodoro, 4 October 2022, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac8d96

The research was partly supported by a DiRAC Director’s Discretionary Time award and a Science and Technology Facilities Council (STFC) grant.