СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть
Вернуться   СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть > Дневники > Admin

Оценить эту запись

Непосредственное происхождение Луны как спутника после удара

Запись от Admin размещена 02.05.2024 в 06:14

Непосредственное происхождение Луны как спутника после удара


Дж. Кегеррайс 1;2 , С. Руис-Бонилья 1 , В. Эке 1 , Р. Мэсси 1 , Т. Санднес 1 , Л. Теодоро 3;4 . 1 Даремский университет, Великобритания. 2 Исследовательский центр Эймса НАСА, США. 3 BAERI / Исследовательский центр Эймса НАСА, США. 4 Университет Глазго, Великобритания. jacob.kegerreis@durham.ac.uk

Резюме: Традиционно считается, что Луна медленно образовалась из обломков, выброшенных гигантским ударом о раннюю Землю [1] . Однако такие модели с трудом могут объяснить схожий изотопный состав земных и лунных пород одновременно с угловым моментом системы, а детали потенциальных сценариев воздействия горячо обсуждаются [2, 3] . Мы обнаружили, что при превышении порога высокого разрешения для моделирования гигантские удары могут немедленно вывести спутник с такой же массой и содержанием железа, как у Луны, на орбиту далеко за пределами земного предела Роша. Даже спутники, которые изначально проходят в пределах предела Роша, могут надежно и предсказуемо выжить, если их частично отделить, а затем вывести на более широкие и стабильные орбиты. Более того, внешние слои этих непосредственно сформированных спутников расплавляются в более холодных недрах и на 60% состоят из протоземного материала по -сравнению с 30% у слоев, выращенных из канонических дисков обломков [4, 5] . Это могло бы смягчить противоречие между изотопным составом Луны, подобным земному, и другой сигнатурой, ожидаемой для ударника [6, 7] ; помогает объяснить тонкую лунную кору, для которой требуется лишь частично расплавленная ранняя Луна [8] ; и предлагает более простой одноэтапный сценарий происхождения Луны.
Введение: Согласно канонической гипотезе, ранняя Земля столкнулась с ударным объектом размером с Марс, «Тейя». В результате столкновения выбрасывается диск обломков, который может объяснить большую массу Луны, угловой момент и крошечное железное ядро; но он создает Луну, полученную в основном из материала ударника [ 1, 4] . Это вызывает беспокойство, поскольку Луна имеет почти идентичный с Землей изотопный состав многих элементов [например, 2, 9] , и кажется маловероятным, что Тейя будет идеально соответствовать составу протоземной цели [10] . При этом недавний анализ действительно предполагает наличие совершенно разных изотопов кислорода с увеличением глубины лунной мантии [11] , а изотопы водорода также указывают на несовершенное смешивание между прото-Землей и Тейей [12] .
Были предложены различные альтернативные сценарии воздействия, позволяющие выбросить и перемешать больше протоземного материала с протолунным диском, такие как удары с более высоким угловым моментом с быстро вращающимися целями [13-16 ] , но с удалением правильного количества избыточного углового момента. может быть сложно [3]

Полностью расплавленная Луна, возникшая в этих сценариях, также конфликтует с тонкой лунной корой, что требует более мелкого океана магмы [8] .
При численном моделировании гигантских столкновений обычно используется гидродинамика сглаженных частиц (SPH) для моделирования планет с использованием частиц, которые эволюционируют под действием силы тяжести и давления . Предыдущие модели формирования Луны обычно использовали около 10 5 – 10 6 частиц, но эти разрешения могут не совпадать даже с крупномасштабными последствиями гигантских -столкновений [17, 18] . Здесь мы используем основание 10 7 частиц и до 10 8 , используя наш открытый код SWIFT [19] . При таком разрешении спутник лунной массы состоит примерно из 10 6 частиц, что позволяет детально изучить его состав . Начав с базового сценария, подобного каноническому столкновению с образованием Луны, мы провели более 400 симуляций сценариев с различными углами удара, скоростями, вращением перед столкновением, массой и температурой Результаты: мы обнаружили, что ключевой особенностью сценариев удара, в которых большой спутник запускает непосредственно в космос или -долото, является раннее отделение протоспутника от основного остатка ударника. Такое поведение надежно проявляется при достаточном численном разрешении. Затем внутренний остаток передает спутнику угловой момент из выброшенной протоземной мантии и материала Тейи и выбрасывает его на орбиту, как показано на рис. 1, прежде чем отступить, чтобы повторно поразить цель.
Начальное разделение спутников соответствует моделированию с >10 6:5. Частицы SPH, вплоть до нашего самого высокого разрешения 10 8 . Вместо этого при более низком разрешении образуется один более крупный остаток, который остается нетронутым до тех пор, пока не заденет или повторно не столкнется с прото-Землей, образуя брызги обломков. В частном сценарии рис. 1, спутник фактически ненадолго догоняет внутренний остаток примерно через 5 часов (пятая панель), а теперь измененный крутящий момент слегка сжимается и делает конечную орбиту круговой. Получившийся в результате спутник имеет массу 0:69 M $ и почти круговую орбиту с перицентром 7 :1 R , что далеко за пределами предела Роша 2:9 R.

Наведите на картинку указатель мыши, чтобы увеличить

Для невращающихся планет диапазон углов падения спутников относительно невелик, но для вращающихся планет, особенно для протоземли, вращающейся в прямом направлении , становятся возможными более широкие диапазоны. В целом мы обнаруживаем схожее поведение в диапазоне различных углов, скоростей, вращений, температур и масс. Область пространства параметров для немедленного формирования стабильных спутников невелика, но представляется численно устойчивой и не настроенной на какие-либо конкретные значения или маловероятные сценарии В некоторых сценариях спутник запускается не так далеко, и его начальный перицентр попадает в пределы предела Роша. Однако эти спутники не только могут пережить частичное приливное разрушение на своей начальной орбите, но и лишенный материала материал может вывести уцелевшее тело на стабильную конечную орбиту. Среди широкого разнообразия спутников до периапсиса периапсисное расстояние увеличивается из-за приливного сноса в каждом случае значительной потери массы, часто далеко за пределами предела Роша. Мы обнаружили, что доля выжившей массы хорошо описывается простым аналитическим прогнозом : m /m j « rp^2np/(3GM 2 ) =t Roche , где rp — периапсис, — плотность спутника, M — масса планеты, а t Роша — время, проведенное в пределах предела Роша.
В областях пространства параметров, которые производят другие луноподобные тела, спутники демонстрируют сильный градиент -происхождения в зависимости от радиуса, с глубокой внутренней частью, состоящей в основном из материала Тейи, под внешними слоями, которые могут достигать более 60% протоземного материала. Внешние 30% по радиусу ( ~ 3 массы) в среднем составляют около 50% протоземли. Это соответствует глубине около 500 км, что соответствует глубинам 300-1000 км, рассматриваемым для лунного магматического океана [8] , в пределах которых можно ожидать смешения начального градиента.

Внешний материал расплавлен и обычно нагревается при ударе до температуры не менее 4000 Кельвинов, но более глубокая внутренняя часть находится всего на несколько сотен Кельвинов выше исходного состояния, близкого к солидусу. Таким образом, в зависимости от начальных температур планет недра спутников в основном являются твердыми или субликвидусно-расплавленными. В недрах всех наших смоделированных спутников содержится некоторое количество железа из ядра ударника. Для спутников с массой, близкой к Луне, типичное содержание железа колеблется от 0,1 до 3%, что сопоставимо с 1% массы лунного ядра [20] .
Выводы: спутник, созданный сразу после гигантского удара, может сравниться по массе, -содержанию железа и угловому моменту с Луной .Чтобы определить, может ли это удовлетворить всем ограничениям для Луны, необходимы значительная работа и специальные будущие исследования для экстраполяции результатов этого моделирования на сегодняшний день - что также остается постоянной проблемой для стандартных моделей аккреции мусора [1] .
Имея это в виду, этот сценарий может помочь решить изотопную загадку. В зависимости от степени долговременного перемешивания на спутнике и Земле [21] находим 6 ft « От -35 до -10 % [15]» , что указывает на достаточно схожий изотопный состав Земли и Луны, чтобы соответствовать диапазону составов Тейи [6, 22] . Более холодные внутренности этих ближайших спутников могут ограничить радиальное перемешивание, а также более соответствуют тонкой коре Луны, в отличие от полностью расплавленной Луны, ожидаемой от других моделей [8] . Сплоченная внутренняя часть могла бы также помочь объяснить окаменелую фигуру Луны, в зависимости от степени приливного нагрева [23] . Кроме того, градиент состава совпадает с измерениями менее земных изотопов в глубокой лунной мантии [11] . Наконец, спутник на широкой наклонной орбите, возникший в результате смещения вращения перед столкновением, может сохранить свой наклон, что поможет объяснить наклон лунной орбиты [24] .


Рекомендации


[1] Р.М. Кануп и др. Электронные отпечатки arXiv , arXiv:2103.02045, 2021. [2] HJ Melosh. ПТРСА , 372(2024):20130168-20130168, 2014.
[3] Р. Руфу и Р. М. Кануп. JGR (Planets) , 125(8):e06312, 2020. [4] Р.М. Кануп и Э. Асфауг. Nature , 412(6848):708-712, 2001. [5] Э. Асфауг. Анну. Преподобный Планета Земля. наук. , 42:551-578, 2014.
[6] МММ Мейер и др. Икар , 242:316-328, 2014.
[7] Н. Дауфас. Природа , 541(7638):521-524, 2017.
[8] Б. Шарлье и др. Геохим. Космо. Акта , 234:50-69, 2018.
[9] С. Дж. Лок и др. Космическая наука. Ред. , 216(6):109, 2020 г.
[10] М. Шиллер и др. Природа , 555(7697):507-510, 2018.
[11] Э. Дж. Кано и др. Nature Geoscience , 13:270-274, 2020. [12] С. Дж. Деш и К. Робинсон. хим. Erde , 79(4):125546, 2019. [13] М. Кук и С. Т. Стюарт. Наука , 338:1047, 2012.
[14] Р.М. Кануп. Наука , 338:1052, 2012.
[15] А. Ройфер и др. Икар , 221:296-299, 2012.
[16] С. Дж. Лок и др. JGR (Планеты) , 123:910-951, 2018.
[17] Н. Хосоно и др. Опубл. Астрон. Соц. Япония. , 69:26, 2017.
[18] Дж. А. Кегеррейс и др. МНРАС , 487(4):1536, 2019.
[19] М. Шаллер и др. SWIFT: SPH с взаимозависимыми мелкозернистыми задачами. Библиотека исходного кода астрофизики, 2018.
[20] Дж. Г. Уильямс и др. JGR (Planets) , 119(7):1546-1578, 2014. [21] H. Deng, et al. Астрофиз. Дж. , 887(2):211, 2019.
[22] Э. Асфауг и др. Планета. наук. Дж , 2(5):200, 2021.
[23] И. Мацуяма и др. Планета. наук. Дж , 2(6):232, 2021.
[24] З. Тиан и Дж. Уиздом. Учеб. Нат. Ака. наук. США , 117(27):15460-15464, 2020.
Размещено в Без категории
Просмотров 64 Комментарии 0
Всего комментариев 0

Комментарии

 

Часовой пояс GMT +3, время: 07:03.

СЦБ на железнодорожном транспорте Справочник 
сцбист.ру сцбист.рф

СЦБИСТ (ранее назывался: Форум СЦБистов - Railway Automation Forum) - крупнейший сайт работников локомотивного хозяйства, движенцев, эсцебистов, путейцев, контактников, вагонников, связистов, проводников, работников ЦФТО, ИВЦ железных дорог, дистанций погрузочно-разгрузочных работ и других железнодорожников.
Связь с администрацией сайта: admin@scbist.com
Advertisement System V2.4