超级计算机模拟月球形成：44.5亿年前，一颗火星大小的行星撞向地球-技术圈

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来源：dailymail

编译：xt

月球从何而来？这一问题科学界给出过很多解释。

一个新的超级计算机模拟研究显示，月球可能是在45亿年前地球与一颗叫做Theia的行星相撞形成的，这个行星和火星大小差不多，科学家们还模拟了其形成机制。

来自英国的科学家们生成了数种模拟情景的动画展示，每一种代表了这颗“漫游行星” Theia在靠近地球过程中带有不同自旋数的情况。

每个模拟描绘了从碰撞点散发出岩石碎屑的不同爆炸模式，爆炸散出的岩石可能最终就聚集形成了月球。

这些模拟的理论基础是天文学家们通常说的“大飞溅”理论或者叫做“巨大冲击假说”。

根据这一理论，这颗直径约为3792英里的Theia一头扎进直径7917英里的地球，给我们的母星围上一圈碎屑星环，最终这些碎屑逐渐演变成为月球。

学界认为这一事件发生在约44.5亿年前，大概是太阳星形成后1.5亿年——这也是解释月球和其他岩石星体相比具有较大尺寸的普遍观点。

上图为“撞击动画”截图，展示了Theia不带自旋时的撞击场景。这种情形和“无旋转撞击”相同，不过选取了一个不同的角度。

“通过模拟带有不同自旋的Theia，甚至是不带自旋的情况，我们获得了早期地球被大型星体撞击后历经数十亿年可能发生不同后果的一系列情况，”杜伦大学（Durham University）的研究学作者Sergio Ruiz-Bonilla说道。

令人振奋的是我们模拟中的一些结果中，轨道物质聚合的产物体积比月球略小，那么再结合地球被撞击后产生的环绕在地球一圈的额外物质，有助于聚合物体积随着时间增大。

“我不会说这团聚合物就是月球，但这绝对是值得继续探寻下去的有趣课题。”

杜伦大学的科学家们与格拉斯哥大学合作，在DiRAC高性能计算设施上运行了他们的超级计算模拟。

DiRAC的计算资源——其中包括大量的处理器、线材以及其他硬件设备，分布在包括杜伦大学在内的四所大学校址内。

研究者们在模拟中对可能源于撞击并可能形成月球的岩石物质进行追踪。

在模拟撞击中，早期地球可能的演化情况取决于Theia初始自旋的速度和方向，实验中模拟了不带自旋到像“一颗台球”一样旋转，包括顺时针和逆时针的旋转方向等不同情况。

其中一个极端条件是顺时针最大自旋，这种条件下，撞击使得两颗星体合二为一了。

而没有自旋的情形中，Theia的撞击产生了一团具备自引力的聚合物质，其质量是月球的80%。

在此条件下添加少量的自旋，也能产出一个类似月球的星体。

模拟中这个聚合体将留在撞击后地球的轨道上，并通过吞食地球周围盘状环绕的碎屑而增长。

和月球一样，模拟出的聚合体也具有一个小型的铁核，外层材料则源于早期地球和Theia。

杜伦大学的研究作者Vincent Eke博士介绍说：“根据是否在Theia撞进早期地球前引入自旋，我们获得了一系列不同的模拟结果。”

不加入自旋或是引入少量自旋的情况最为引人入胜，撞入早期地球的Theia产生的碎屑在一定条件下聚集成为足以被称为月球原型的大型星体。

“或许还有一些我们尚未研究过的撞击可能，能够让我们更进一步理解月球最初形成的情况。”

尽管模拟计算并不能作为月球起源的决定性证据，但专家们认为模拟是我们在了解月球，这一我们最邻近邻居，其起源时充满前景的研究阶段。

今年三月份一项的研究宣告证明了“大飞溅”理论，该研究在月球岩石中发现了Theia的遗迹。来自新墨西哥大学（University of New Mexico）的研究者们通过氧同位素手段检测了由阿波罗号宇航员带回地球的月球岩石，得出此结论。

他们发现月球岩石和地球岩石中存在不同的氧同位素——氧同位素的种类是物质起源的指示之一，氧同位素的差异可能源于撞击之后Theia的残留物。

然而，五月份的一项研究则报道说在月球表面发现了碳的离子。

碳元素在巨大撞击事件产生的极高温度下理应会被完全汽化。

新研究的发现发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。研究团队如今计划进一步运行模拟，他们将通过变更质量、速度、撞击物和被撞击物的旋转速率等参数，以探究这些条件对可能形成的月球产生什么影响。