달은 불과 몇 시간 만에 형성되었을 수 있습니다.

달은 지구 덩어리를 찢어 우주로 던진 대격변 충격 직후에 형성되었을 수 있다고 새로운 연구가 제안했습니다.

1970년대 중반부터 천문학자들은 달 이 지구 와 테이아(Theia)라고 불리는 고대 화성 크기의 원형 행성 사이의 충돌에 의해 만들어졌을 수 있다고 생각했습니다. 그 엄청난 충격은 우리 달의 동반자가 수천 년에 걸쳐 서서히 형성되는 거대한 잔해 지대를 만들었을 것입니다.

그러나 이전보다 더 높은 해상도로 수행된 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 기반으로 한 새로운 가설은 달의 형성이 결국 느리고 점진적인 과정이 아니라 단 몇 시간 내에 발생했을 수 있음을 시사합니다. 과학자들은 10월 4일 The Astrophysical Journal Letters 저널에 연구 결과를 발표했습니다 .

"우리가 배운 것은 폭력적이고 복잡한 충돌을 안정적으로 시뮬레이션하는 데 필요한 해상도를 예측하는 것이 매우 어렵다는 것입니다. "라고 영국 Durham 대학의 전산 우주론자인 Jacob Kegerreis는 Live Science에 말했습니다.

과학자들은 1969년 7월 NASA 우주 비행사 Neil Armstrong과 Buzz Aldrin이 47.6파운드(21.6kg)의 달 암석과 먼지를 지구로 가져왔을 때 Apollo 11 임무가 돌아온 후 달의 생성에 대한 첫 번째 단서를 얻었습니다. 샘플은 약 45억년 전으로 거슬러 올라가며, 태양계가 형성된 후 약 1억 5천만년 후인 격동기에 달이 생성되었습니다.

다른 단서는 지구와 가상의 행성 사이의 격렬한 충돌에 의해 탄생한 가장 큰 자연 위성을 지적합니다. 이 증거에는 달과 지구 암석의 구성에서 유사성이 포함됩니다. 유사한 방향을 갖는 지구의 자전과 달의 궤도; 두 물체의 결합된 높은 각운동량; 그리고 우리 태양계의 다른 곳에 있는 잔해 원반의 존재.

그러나 우주 충돌이 정확히 어떻게 진행되었는지는 논쟁의 여지가 있습니다. 기존의 가설은 테이아가 지구에 충돌했을 때 행성 파괴 충격으로 테이아가 수백만 개의 조각으로 부서져 떠다니는 잔해가 되었다고 제안합니다. 테이아의 부서진 잔해는 기화된 암석과 우리의 젊은 행성 맨틀에서 찢어진 가스와 함께 서서히 녹아내린 달의 구체가 수백만 년에 걸쳐 합쳐지고 냉각된 원반으로 천천히 섞였습니다.

그러나 그림의 일부는 이해하기 어렵습니다. 달이 대부분 테이아로 만들어졌다면 달의 많은 암석이 지구에서 발견되는 것과 놀라울 정도로 유사한 이유는 무엇입니까? 일부 과학자들은 Theia의 분쇄된 잔해보다 더 많은 지구의 증발된 암석이 달을 만드는 데 사용되었다고 제안했지만, 이 아이디어는 자체 문제를 제시합니다. 오늘날 우리가 보는 것보다

충돌 후 달 형성에 대한 다양한 가능한 시나리오를 조사하기 위해 새로운 연구의 저자는 복잡하고 끊임없이 변화하는 중력 웹을 면밀히 시뮬레이션하도록 설계된 SWIFT(Inter-dependent Fine-grained Tasking)라는 컴퓨터 프로그램을 사용했습니다. 많은 양의 물질에 작용하는 유체 역학적 힘. 그렇게 정확하게 하는 것은 단순한 계산 작업이 아니므로 과학자들은 슈퍼컴퓨터를 사용하여 프로그램을 실행했습니다. 이 시스템은 Durham University의 DiRAC(Distributed Research Utilizing Advanced Computing facility)에서 COSMA("cosmology machine"의 줄임말)라는 별명을 가진 시스템입니다.

COSMA를 사용하여 서로 다른 각도, 회전 및 속도로 수백 건의 Earth-Theia 충돌을 시뮬레이션함으로써 달 탐정은 이전보다 더 높은 해상도로 천문학적 균열의 여파를 모델링할 수 있었습니다. 이러한 시뮬레이션의 해상도는 시뮬레이션에서 사용하는 입자 수에 따라 설정됩니다. Kegerreis에 따르면 거대한 충격에 대한 표준 시뮬레이션 해상도는 일반적으로 100,000에서 1백만 입자 사이이지만 새로운 연구에서 그와 그의 동료 연구자들은 최대 1억 입자까지 모델링할 수 있었습니다.

Kegerreis는 " 더 높은 해상도로 우리는 더 많은 세부 사항을 연구할 수 있습니다. 마치 더 큰 망원경으로 먼 행성이나 은하 의 더 높은 해상도 이미지를 촬영 하여 새로운 세부 사항을 발견하는 것과 같습니다."라고 말했습니다.

"둘째, 아마도 더 중요한 것은 시뮬레이션에서 너무 낮은 해상도를 사용하면 오해의 소지가 있거나 잘못된 답을 얻을 수 있다는 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다. "충돌 시 자동차가 어떻게 부서지는지 시뮬레이션하기 위해 장난감 블록으로 모형 자동차를 만든다면 수십 개의 블록만 사용하면 중간에서 완벽하게 분할될 수 있습니다. 하지만 수천 개의 블록으로 또는 백만, 그러면 당신은 그것을 더 현실적인 방식으로 구겨지고 부서지기 시작할 것입니다."

고해상도 시뮬레이션을 통해 연구자들은 방출된 지구 덩어리와 부서진 테이아 조각에서 몇 시간 만에 형성된 달을 남겼으며, 달의 가시적 특성에 대한 명확하고 우아한 해답을 제공하는 단일 단계 형성 이론을 제공합니다. 넓고 기울어 진 궤도와 같은; 부분적으로 녹은 내부; 그리고 그 얇은 지각. 

그러나 연구원들은 맨틀이 얼마나 혼합될 수 있는지 확인하기 전에 NASA의 미래 아르테미스 임무의 목표인 달 표면 아래 깊은 곳에서 발굴된 암석과 먼지 샘플을 조사해야 합니다.

Kegerreis는 "달 표면에서 더 많은 샘플을 수집하면 달의 구성과 진화에 대한 새롭고 보다 확실한 발견을 하는 데 매우 도움이 될 수 있으며, 그런 다음 우리와 같은 모델 시뮬레이션으로 역추적할 수 있습니다."라고 말했습니다. "이와 같은 임무와 연구는 꾸준히 우리가 더 많은 가능성을 배제하고 달과 지구의 실제 역사에 대한 범위를 좁히며 행성이 태양계 전체와 그 너머에서 어떻게 형성되는지에 대해 더 많이 배우는 데 꾸준히 도움이 됩니다."

그러한 조사는 또한 지구가 어떻게 형성되어 생명을 품는 행성이 되었는지에 대해 밝힐 수 있습니다.

"달이 어떻게 생겨났는지에 대해 더 많이 알수록 우리는 우리 지구의 진화에 대해 더 많이 발견하게 됩니다 . "그들의 역사는 서로 얽혀 있으며 유사하거나 매우 다른 충돌로 인해 변경된 다른 행성의 이야기에 반영될 수 있습니다."