ירחים נופלים: כאשר כדור הארץ הקדמוני פגש את יוצריו

מחשבי על גרמנים וישראלים הקדישו 100 שבועות לחישוב מספרים אסטרונומיים

פרופ' חגי פרץ

פרופ' חגי פרץ

הירח הוא הלוויין הטבעי היחיד של כדור הארץ. היווצרותו מעלה שאלות רבות במחקר האסטרופיזיקה – ייתכן שהירח לא היה לבדו בשמי כדור הארץ הקדמוני. מחקרים שנערכו לאחרונה מצביעים כי היו מספר ירחים קטנים – המכונים ירחונים – אבל איננו יודעים מה קרה להם.

מחקר משותף, של ד"ר אורי מלמוד ופרופ' חגי פרץ מהפקולטה לפיזיקה בטכניון, ד"ר כריסטוף שפר מאוניברסיטת טיבינגן וכריסטוף בורגר מאוניברסיטת וינה, נועד לחקור מה קרה לירחונים של כדור הארץ. הסימולציות המורכבות של החוקרים העלו כי ייתכן שהם נפלו לכדור הארץ בהתנגשויות ששינו את הרכב מעטפת כדור הארץ. מחקרם פורסם בגיליון האחרון של כתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

על פי התאוריה המקובלת כיום, הירח נוצר לפני כ-4.5 מיליארד שנים בהתנגשות בין כדור הארץ הקדמוני לבין כוכב לכת אחר בגודל של מאדים. אסטרופיזיקאים מכנים כוכב לכת זה בשם תיאה (Theia). אירוע זה הוביל להיווצרות דסקה סביב כדור הארץ, המורכבת מחומר שנפלט מתוך שני הגופים בשל ההתנגשות. החומר בדסקה הצטבר בסופו של דבר לירח שאנו מכירים היום.

אולם מחקר שנערך לאחרונה מצביע כי כדור הארץ לא עבר רק התנגשות אחת, אלא מספר התנגשויות גדולות, וכי גופים קטנים יותר פגעו בכדור הארץ לעיתים תכופות אף יותר. תהליכים אלו הובילו להיווצרות מספר ירחונים, שהחוקרים מניחים כי המסה של כל אחד מהם הייתה בין שישית למחצית ממסת הירח.

ד"ר אורי מלמוד

ד"ר אורי מלמוד

"ישנן שלוש אפשרויות: ייתכן שחלק מהגופים התמזגו בשל כוח הכבידה ויצרו אובייקטים גדולים יותר (ובסופו של התהליך את הירח הנוכחי) , חלקם הוצאו מהשפעת הכבידה של כדור הארץ בשל אינטראקציות הדדיות, וחלקם נפלו לכדור הארץ והתנגשו בו," מסביר האסטרופיזיקאי ד"ר כריסטוף שפר. "האפשרות האחרונה היא זו בה אנו מתמקדים בעיקר במחקר הנוכחי".

לביצוע סימולציה של התנגשויות הירחונים עם כדור הארץ, השתמשו החוקרים בתוכנת מחשב שפותחה, בהנחייתו של ד"ר כריסטוף שפר, על ידי קבוצת העבודה של פרופ' וילהלם קליי במכון טיבינגן לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה. החישובים עצמם נערכו באשכול המחשבים טיבינגן BinAC ובאשכול תמנון בישראל. התוכנה של הפיזיקאים מטיבינגן עשתה שימוש בסימולציות הידרודינמיות כדי ליצור מודל של התהליכים, וביחידות עיבוד גרפי כדי להאיץ את תהליכי החישוב המורכבים. כריסטוף בורגר מהמכון לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה באוניברסיטת וינה כתב את הקוד לתנאים המורכבים והראשוניים עבור הסימולציות.

זמן חישוב של 100 שבועות

האסטרופיזיקאים הניחו מודל מפושט של כדור הארץ הקדמוני וירחון נופל – שבו לשניהם הייתה ליבת ברזל ומעטפת סיליקט, לפי יחס מסות הדומה לזה שקיים כיום. הקבוצה ביצעה יותר מ-70 סימולציות של התנגשות ירחון עם כדור הארץ, עם משתנים שונים כגון זווית הפגיעה, גודל הירחון ומהירות סיבוב כדור הארץ. "בסך הכול, החישובים דרשו זמן חישוב של יותר מ-100 שבועות," אומר ד"ר אורי מלמוד.

ד"ר אורי מלמוד מהטכניון ניתח את תוצאות הסימולציות. הוא קבע אילו רסיסים מהגופים היו יכולים לצאת מהמערכת, אלו רסיסים היו יכולים להיכנס למסלול הסובב סביב כדור הארץ, ואלו נותרו לאחר שפגעו בכדור הארץ. הוא חישב גם את השינוי בזמן סיבוב כדור הארץ שנגרם מההתנגשות. "התוצאות שלנו מראות כי כאשר ירחון פוגע בכדור הארץ, החומר שמתווסף למערכת אינו מתפזר באופן הומוגני. סוג זה של התנגשות עשוי, על כן, להוביל לחוסר סימטריות וחוסר הומוגניות בהרכב מעטפת כדור הארץ," אומר ד"ר מלמוד. מחקר משותף זה נותן לנו תמונה שלמה יותר כיצד נוצר הירח ומציב אותו בהקשר נרחב יותר של היווצרות כוכבי הלכת במערכת השמש.

למאמר המלא ב- Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  לחצו כאן