Врезавшийся в Протоземлю объект предположительно имел размеры, сравнимые с Марсом. От удара большое количество вещества выбросило в космос, где часть его образовала вокруг Земли газопылевой диск. В конце концов, под действием сил тяготения, это вещество сконцентрировалось и образовало наш естественный спутник. Красивая теория, если не считать того, что ее очень нелегко проверить.
Обычно подобные катаклизмы моделируют методом частиц. Сталкивающиеся тела представляются совокупностями точечных частиц, которые взаимодействую по правилам, учитывающим силы тяготения и давления. Но количество частиц в таких численных экспериментах измеряется лишь тысячами ≈ больше не потянуть даже суперкомпьютерам, а этого недостаточно для расчета деталей внутренней структуры диска. В результате уже через сутки после столкновения по модельному времени расчет становится безнадежно неадекватным.
Чтобы справиться с этой трудностью, японские астрономы подошли к делу иначе, применив методы, которые обычно используются в гидродинамике. Формирующийся вокруг планеты диск разделили трехмерной сеткой на множество ячеек и для каждой из них стали отслеживать изменения температуры, плотности и других параметров. Такой подход позволил достаточно уверенно проследить эволюцию диска на протяжении 4 суток после столкновения.
Главной целью моделирования было выяснение условий, при которых возникший вокруг Земли диск может стать источником вещества для формирования столь крупного спутника, как Луна. Для этого моделирование проводилось при разных скоростях столкновения. В одном из двух крайних сценариев столкновения выброшенное вещество в основном представляло собой горячий газ, в другом ≈ преимущественно расплав и твердые обломки.
В течение первых 10 часов после удара поведение всех моделей было довольно сходным ≈ столкнувшийся с Землей объект, потеряв скорость, возвращался под действием тяготения обратно и полностью разрушался при повторном столкновении. Однако дальше развитие шло по-разному. Если удары приводили к тому, что значительная часть вещества испарялась, то по газовому диску начинала распространяться ударная волна, которая замедляла его вращение. В результате вещество диска выпадало обратно на поверхность Земли и не могло сформировать на орбите крупный спутник.
Но если основная часть выброшенного вещества оставалась в жидкой и твердой фазах, ударная волна не могла распространяться по диску, и на орбите оставалась достаточно большая масса. Исследователи полагают, что при любом столкновении, если оно достаточно сильное, чтобы меньший объект испарился, крупного спутника образоваться не может. Для случая, когда Земля сталкивается с объектом размером с Марс, критическая скорость составляет около 15 километров в секунду. Более сильный удар уже не смог бы привести к образованию Луны.
Однако новая модель вс╦ же не полностью свободна от произвольных предположений. Одним из сложных вопросов при моделировании газовых дисков является учет их вязкости, то есть внутреннего трения. Определить его из модели невозможно и приходится его вводить в расчет в качестве параметра. Между тем именно от вязкости диска во многом зависит, насколько быстро он осядет на поверхность планеты и сможет ли из его остатков, а также погруженных в него твердых и жидких частиц сформироваться спутник.
Александр Сергеев