지구의 위성인 달의 성립에 대해서는 복수의 가설이 있지만 그 중에서도 약 46억 년 전에 테이아라는 천체가 지구에 충돌해 그 파편이 달이 되었다는 자이언트 임팩트설이 유력한 것으로 여겨지고 있습니다. 새롭게 영국의 더럼대학, 글래스고대학, NASA의 에임스연구센터의 연구자로 구성된 팀이 슈퍼컴퓨터를 사용하여 자이언트 임팩트설을 시뮬레이션 한 결과에서 달은 행성충돌로부터 불과 몇 시간 만에 형성되었을 가능성이 부상했습니다.
Collision May Have Formed the Moon in Mere Hours, Simulations Reveal | NASA
https://www.nasa.gov/feature/ames/lunar-origins-simulations
How did the moon form? A supercomputer may have just found the answer | Live Science
https://www.livescience.com/moon-formed-in-hours-new-simulations-suggest
How did the moon form? A supercomputer may have just found the answer
The scientists need lunar samples from future Artemis missions to confirm their hypothesis.
www.livescience.com
자이언트 임팩트설에도 여러 패턴이 있고 달이 어떻게 형성되어 갔는지에 대해서는 논의의 여지가 있습니다. 지구에 충돌한 테이어가 수백만 개의 파편과 지구에서 기화한 암석과 가스가 섞여 천천히 지구를 도는 원반이 형성되었고 수백만 년에 걸쳐 냉각되면서 달이 되었다는 가설에서는 달의 대부분이 테이아 유래의 물질임에도 불구하고 동위원소 조성이 지구와 비슷하다는 점에 대한 설명이 부족합니다. 또 달은 테이아의 충돌에 의해 지구로부터 기화한 물질로 이루어진 원반 속에서 형성되었다는 가설에서는 현재의 달의 궤도를 설명하기 어렵다고 합니다.
이에 더럼대학의 계산우주학자인 Jacob Kegerreis 씨 연구팀은 대량의 물질에 작용하는 중력과 유체역학적인 힘을 시뮬레이션하는 'SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking(SWIFT)'라는 컴퓨터 프로그램과 더럼대학의 우주연구용 슈퍼컴퓨터인 COSMA를 이용한 시뮬레이션을 실시했습니다.
연구팀은 COSMA를 이용하여 다양한 각도, 회전, 속도로 지구와 테이어의 충돌을 시뮬레이션했습니다. Kegerreis 씨에 의하면 일반적인 컴퓨터에서는 모델화할 수 있는 입자의 수는 10만~100만 개 정도이지만 COSMA를 사용하면 1억 개의 입자를 모델화할 수 있다고 합니다.
COSMA를 이용한 고해상도 시뮬레이션을 통해 연구팀은 행성충돌로 방출된 지구의 물질과 분쇄된 테이아의 파편으로부터 단 몇 시간 만에 달이 형성되었을 가능성이 있다고 결론지었습니다.
New Supercomputer Simulation Sheds Light on Moon’s Origin - YouTube
https://youtu.be/kRlhlCWplqk
화면의 왼쪽에서 날아온 테이아가 오른쪽의 원시의 지구와 충돌해 녹은 대량의 파편이 휘날립니다. 그러나 지구 쪽은 곧바로 형태를 되찾고 거기에서 꼬리처럼 녹은 파편이 늘어나는 형태로 파편은 2개의 덩어리가 되었고 지구에 가까웠던 큰 덩어리는 흡수되었지만 지구로부터 멀었던 작은 덩어리는 흡수되지 않고 남아 달이 되었다는 것.
이번 시뮬레이션은 달이 단 몇 시간 만에 형성되었을 가능성이 있다는 것을 보여주었습니다. 이 시나리오에서는 달의 외층은 약 60%가 원시 지구 유래의 재료로 구성되어 있으며 채취된 달 샘플과 지구의 동위원소 조성이 유사하다는 점과 달의 기울어진 궤도에 대해서도 설명을 할 수 있습니다.
이 시나리오가 옳다는 것을 증명하려면 미래의 달탐사에서 월면 아래 심층부에서 암석 등의 샘플을 채취하여 맨틀의 혼합상태 등에 대해 분석해야 합니다. Kegerreis 씨는 향후 더 많은 달 샘플이 입수하면 그 분석결과를 모델에 반영해 더욱 정밀도를 높일 수 있다고 보고 있습니다. “이번 임무와 연구는 달과 지구의 역사에 대한 규명과 태양계 내외의 행성 형성에 대해 더 깊이 알기 위해 확실히 도움이 된다”고 평가했습니다.
또한 논문의 공동저자인 더럼대학의 빈센트 에이크 씨는 “달이 어떻게 탄생했는지 알수록 우리가 사는 지구의 진화가 보인다”고 말했습니다.
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