Simulasi superkomputer menunjukkan bagaimana dampak raksasa dapat membentuk bulan

Ilmuwan perintis di Institut Komputasi Kosmologi Universitas Durham menggunakan simulasi superkomputer paling detail untuk menemukan penjelasan alternatif tentang asal usul Bulan 4,5 miliar tahun yang lalu. Ternyata dampak besar 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 menunjukkan bahwa simulasi resolusi rendah dapat melewatkan aspek penting dari tabrakan skala besar. Dengan 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 bahwa lapisan luarnya mengandung lebih banyak material yang berasal dari Bumi.

Jika sebagian besar bulan terbentuk segera setelah tumbukan raksasa, itu juga bisa berarti bahwa pencairan selama pembentukannya lebih sedikit daripada teori tradisional tentang bulan yang tumbuh di piringan puing di sekitar bumi. Bergantung pada detail pemadatan berikutnya, teori-teori ini seharusnya memprediksi struktur internal yang berbeda untuk bulan.

Rekan penulis studi Vincent Eke mengatakan: “Rute formasi 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 lebih lanjut sifat tabrakan yang terjadi.”

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

Berbagai kemungkinan baru

Jacob Kegerreis, peneliti utama dalam studi tersebut, mengatakan: “Ini membuka berbagai kemungkinan titik awal baru untuk evolusi bulan. Kami masuk ke proyek ini tidak tahu persis apa hasil dari simulasi resolusi yang sangat tinggi ini. Selain pembuka mata besar bahwa resolusi standar dapat memberikan jawaban yang salah, sangat menarik bahwa hasil baru dapat mencakup satelit mirip bulan yang menarik di orbit.

Bulan diperkirakan terbentuk setelah tabrakan antara Bumi muda dan objek seukuran Mars yang disebut Theia 4,5 miliar tahun yang lalu. Sebagian besar teori membangun bulan dengan mengumpulkan puing-puing secara bertahap dari dampak ini. Namun, hal ini ditentang oleh pengukuran batuan bulan yang menunjukkan komposisi mereka cocok dengan mantel bumi sementara dampaknya menghasilkan puing-puing, sebagian besar dari Theia.

Skenario satelit langsung ini membuka kemungkinan baru untuk orbit bulan awal dan komposisi yang diprediksi serta struktur internal bulan. Ini bisa membantu menjelaskan misteri yang belum terpecahkan seperti orbit bulan yang miring menjauh dari ekuator Bumi; atau bisa menghasilkan bulan awal yang belum sepenuhnya meleleh, yang menurut beberapa ilmuwan mungkin lebih cocok untuk kerak tipisnya.

Banyak misi bulan yang akan datang harus memberikan petunjuk baru tentang jenis dampak besar apa yang menyebabkan bulan, yang pada gilirannya akan memberi tahu kita sesuatu tentang sejarah Bumi itu sendiri.

Tim peneliti termasuk ilmuwan[{” 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.