50 년 전, 타원형 사무실에서 Richard Nixon은 자신이“가장 역사적인 전화 통화”라고 불렀습니다. 휴스턴은 그를 달의 남자들에게 옮겼습니다. Neil Armstrong은“미국뿐만 아니라 모든 국가의 평화의 사람들을 대표하고 미래에 대한 관심과 호기심과 비전을 대표하는 것은 우리가 여기에있는 것이 큰 영광과 특권입니다.”라고 말했습니다. 열정과 이성의 대담한 위업 인 아폴로 임무는 쇼를위한 것이 아닙니다. 1969 년에 달에 도달하면서 7 년 전 John F. Kennedy의 약속을 충족시킬 수는 없지만 쉽고 힘든 인류는 한계와 달 토양을 테스트했습니다.
우주 비행사가 지구로 돌아온 샘플은 달의 기원에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으켜 과학자들이 우리 지구와 그 동반자가 어떻게 나타 났는지에 대한 새로운 모델을 상상하게 만들었습니다. 그 과학자 중 한 명은 Davis의 캘리포니아 대학의 행성 물리학자인 Sarah T. Stewart입니다. 작년에 그녀는 지구의 달의 기원에 대한 그녀의 작업을 위해 비공식적으로“천재 보조금”으로 알려진 맥아더 재단 친목을 수상했습니다. 그녀의 이론은 수십 년 동안 개최 된 하나를 향상시킨다.
스튜어트의 대담한 비전은 일리노이 주 오 폴론에있는 고등학교에서 심어진 과학에 대한 사랑을 키 웁니다. “저는 경이로운 수학 및 물리 교사가있었습니다.”라고 그녀는 말했습니다. "그래서 대학에 갔을 때 나는 물리 전공이되고 싶었습니다." 하버드에서 천문학과 물리학을 공부하면서“나는 놀라운 과학자들을 만났고 그것은 전체 경력을 촉발시켰다”고 말했다. 그녀는 박사 학위를 받았습니다. Caltech에서.
노틸러스 작년에 스튜어트에게 아폴로 음력 착륙의 과학적 중요성과 행성 충돌의 압력과 온도를 복제하는 실험실 실험이 그녀의 달의 탄생에 대한 모델을 알리는 방법에 대해 이야기했다.
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아폴로 문 상륙은 과학에 얼마나 중요한가?
이번 7 월은 Apollo Moon Landing의 50 주년을 기념합니다. 아폴로 임무가 다시 가져온 암석 샘플은 기본적으로 달의 기원에 대한 모든 이전 아이디어를 버렸습니다. 아폴로 결과가 시작되기 전에 Viktor Safronov라는 러시아 천문학자는 행성의 성장 방식에 대한 모델을 개발하고있었습니다. 그는 그들이이 하위 또는 프로토 플랜트 크기의 몸체로 자라서 충돌 할 것임을 발견했다. 그 후 몇 개의 다른 그룹은 독립적으로 거대한 충격으로 달이 겪은 지구 주위의 디스크를 만들었다 고 제안했습니다. 지난 50 년 동안이 모델은 정량적이고 예측되었습니다. 시뮬레이션에 따르면 달은 주로 원자를 강타한 물체에서 벗어나야합니다. 그러나 Apollo Mission은 달이 실제로 지구의 쌍둥이, 특히 맨틀의 쌍둥이라는 것을 발견했습니다. 다른 중량 요소는 같은 풍부로 존재하는 지문과 같습니다. 태양계의 모든 작은 소행성과 행성은 지구와 달을 제외한 다른 지문이 있습니다. 그래서 거대한 영향 가설은 잘못되었습니다. 과학의 작동 방식에 대한 교훈입니다. 거대한 영향 가설은 아직 반증되지 않은 대체 모델이 없었기 때문에 오랫동안 매달려 있습니다.
달의 출생에 대한 제안은 어떻게 다릅니 까?
우리는 거대한 영향을 바꿨습니다. 그리고 그것을 변경함으로써 우리는 구체적으로 원래의 제약 조건 중 하나를 제거했습니다. 원래의 거대한 영향은 지구의 하루의 길이를 설정하기 위해 제안되었습니다. 각 운동량 (선형 운동량)은 보존되는 물리적 양이기 때문입니다. 달이 자랐을 때 지구는 5 시간 동안 돌고 있었을 것입니다. 그래서 모든 거대한 충격 모델은 거대한 충격 직후 지구를 위해 5 시간의 하루를 보내도록 조정되었습니다. 우리가 한 일은“음, 달이 형성된 후 각도 운동량을 바꿀 수있는 방법이 있다면 어떨까요?” 그것은 태양과의 역동적 인 상호 작용을 통해 이루어져야합니다. 그 의미는 우리가 지구를 훨씬 더 빨리 시작할 수 있다는 것입니다. 우리는 지구가 거대한 충격 후 2 시간에서 3 시간 동안 지구를 탐색하고있었습니다.
.더 빠른 스핀스 지구는 모델에 무엇을 했습니까?
놀라운 새로운 것은 지구가 뜨겁고 기화되고 빠르게 회전 할 때 더 이상 행성이 아니라는 것입니다. 지구의 모든 재료가 완전히 회전하는 물체에 물리적으로 머물 수없는 경계가 있습니다. Corotation 한계를 초과하는 신체는 우리가 연결된 구조를 나타내는 그리스어 유래 단어 인 Synestia라는 새로운 대상을 형성합니다. Synestia는 행성과 디스크와 다른 대상입니다. 내부 역학이 다릅니다. 이 뜨거운 기화 상태에서, 디스크의 뜨거운 가스는 지구에 떨어질 수 없습니다. 지구에는 가스를 밀어내는 대기가 있기 때문입니다. 결국 일어난 일은 공간으로 방사하여 공감을 형성하는 암석 증기가 공간으로 방출되고, Synestia의 바깥 부분에서 마그마 비를 형성하고, 마그마 비가 excreto다는 것이 바위 증기 내에서 달을 형성하여 나중에 지구가되기 위해 냉각된다는 것입니다.
공감에 대한 아이디어는 어떻게 되었습니까?
2012 년에 Matija ćuk와 저는 달의 기원에 대한 고 스핀 모델 인 논문을 출판했습니다. 우리는 충격 이벤트를 변경했지만 영향을받은 후에는 상황이 완전히 다르다는 것을 몰랐습니다. 우리가 시뮬레이션에서 추출한 것은 아니 었습니다. 2 년이 지난 지금까지 학생 Simon Lock과 나는 같은 시뮬레이션에서 우리가 한 적이없는 다른 음모를보고 있었을 때, 우리는 다음에 일어난 일을 잘못 해석하고 있음을 깨달았습니다. Bonafide Eureka의 순간이 있었는데, 우리가 함께 앉아있는 순간이 있었는데, 우리가 충격 후 디스크가 지구를 어떻게 진화시키는 지에 대해 이야기하고 그것이 표준 디스크가 아니라는 것을 깨달았습니다. 이 Synestias는 아마도 실제로 다른 것으로 식별하지 않고 사람들의 컴퓨터 시스템에 앉아 있었을 것입니다.
은 달의 현재 궤도를 넘어 Synestia의 크기였습니까?
더 커 졌을 수도 있습니다. 정확히 얼마나 큰지는 사건의 에너지와 회전이 얼마나 빨리 있는지에 달려 있습니다. 우리는 공감의 범위가 달을 만들 수 있기 때문에 달을 만들기위한 정확한 제약이 없습니다.
공감 상태에서 지구는 얼마나 걸렸습니까?
Synestia는 매우 크지 만 오래 가지 못했습니다. 암석 증기는 매우 뜨겁고 태양계의 위치는 태양과는 거리가 멀기 때문에 평균 온도가 암석 증기보다 시원하기 때문에 Synestia는 매우 빨리 식 었습니다. 그래서 다시 평범한 행성처럼 보이기 전에 천년 정도 지속될 수 있습니다. 정확히 얼마나 오래 지속되는지는 지구 주변의 태양계에서 다른 일이 일어나는 일에 달려 있습니다. 오래 살았던 대상이 되려면 별에 매우 가깝게되어야합니다.
원자를 강타한 물체의 크기는 얼마입니까?
우리는 다양한 질량 비율, 충격 각도, 충격 속도로 인해 달을 만들기에 충분한 질량과 각 운동량이있는 공감을 만들 수 있기 때문에 우리는 말할 수 없습니다. 나는 우리가 우리를 때리는 것을 정확히 알 수 있다는 것을 모르겠습니다. 가능성을 제한하는 방법이있을 수 있습니다. 그렇게하는 한 가지 방법은 이벤트가 얼마나 큰지에 대한 단서에 대해 지구를 깊이 바라 보는 것입니다. 깊은 맨틀의 화학 트레이서가 있으며, 달 형성 사건에 의해서도 지구가 완전히 녹고 혼합되지 않았 음을 나타냅니다. 그것들은 핵심 맨틀 경계 근처에서 맨틀 전체에서 표면까지 맨틀 깃털이라고 불리는 오션 아일랜드 현무암이라고 불리는 표면에 도달합니다. 너무 큰 것에 대한 제약으로 사용될 수 있습니다. 지구와 달은 두 시체의 맨틀에서 매우 비슷하기 때문에 이벤트의 너무 작은 것을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 그것은 우리에게 여러 가지 다른 충격 구성으로 만족할 수있는 범위를 줄 것입니다.
synestia를 형성하는 데 얼마나 많은 에너지가 필요합니까?
거대한 영향은 엄청나게 활기찬 사건입니다. 이 사건의 에너지는 충격의 운동 에너지 측면에서 몇 시간에 걸쳐 방출됩니다. 관련된 힘은 태양의 힘 또는 광도와 유사합니다. 우리는 지구를이 행성에 방금 태양의 에너지를 버렸을 때 지구를 지구처럼 보이는 것으로 생각할 수 없습니다.
Synestias는 얼마나 흔한가?
우리는 실제로 Synestias가 Rocky Planet 형성 중에 상당히 자주 일어나야한다고 생각합니다. 우리는 가스 거대 행성을 보지 않았습니다. 그것들과 함께 일어나는 몇 가지 물리학이 있습니다. 그러나 지구와 같은 바위가 많은 몸을 키우기 위해 우리는 공감이 얼마나 자주 있어야하는지에 대한 통계를 추정하려고 시도했습니다. 그리고 우주의 어느 곳에서나 지구 질량의 몸의 경우, 아마도 몸은 자라면서 적어도 한 번은 공감입니다. 시체가 커지면서 Synestia를 만들 가능성이 높아집니다. Super-Earths는 또한 어느 시점에서 공감증이었을 것입니다.
당신은 행성 형성 중에 도달 한 모든 압력과 온도가 이제 실험실에서 접근 할 수 있다고 말합니다. 먼저, 우리에게 압력과 온도의 크기를 우리에게 말한 다음 실험실에서 어떻게 접근 할 수 있는지 알려주십시오. .
지구의 중심은 수천도에 있으며 수백 개의 gigapascals의 압력을 가지고 있으며, 이는 표면보다 약 3 백만 배 더 많은 압력이 더 많습니다. 목성의 중심은 더 뜨겁습니다. 신체가 함께 충돌함에 따라주기 중심의 압력은 거대한 영향을받는 동안 일시적으로 도달 할 수 있습니다. 거대한 충격과 목성의 중심은 행성 형성 중에 도달 한 압력과 온도의 한계에 관한 것입니다. 그래서 수만도, 지구의 압력의 백만 배입니다. 이를 복제하기 위해서는 압력과 온도에서 이러한 진폭에 도달하는 충격파를 생성하기 위해서는 암석이나 미네랄에 에너지를 매우 빠르게 덤프해야합니다. 우리는 지구의 주요 미네랄 또는 바위 행성을 사용합니다. 그래서 우리는 철, 석영, 포스터 라이트, enstatite 및 그에 대한 다른 합금 조성물을 연구했습니다. 다른 사람들은 목성을위한 수소 헬륨 혼합물과 천왕성과 해왕성을위한 아이스를 연구했습니다. 실험실에는 가벼운 가스 총, 본질적으로 대포가 있습니다. 그리고 압축 수소를 사용하여, 우리는 금속 전단지 플레이트 (문구적으로 얇은 디스크)를 초당 거의 8 킬로미터까지 발사 할 수 있습니다. 우리는 지구의 핵심 압력에 도달 할 수 있지만 실험실에서 거대한 영향이나 목성의 중심에 도달 할 수는 없습니다. 그러나 자기력을 사용하여 금속판을 발사하는 큰 커패시터 인 Sandia Z 기계는 초당 40km에 도달 할 수 있습니다. Lawrence Livermore National Lab의 National Ignition Facility 레이저를 통해 목성의 중심에서 압력에 도달 할 수 있습니다.
촬영할 때 전단지 판은 어떻게됩니까?
대상은 기화 된 후 다시 냉각 한 후 단순히 먼지로 변합니다. 그들은 매우 파괴적인 실험입니다. 수십 개의 나노초와 함께 실시간 측정 (파도 자체 및 이동 속도)을 사용해야합니다. 우리는 압력으로 번역 할 수 있습니다. 우리 그룹은 온도를 측정하고 위상 경계를 찾는 방법을 개발하는 데 많은 시간을 보냈습니다. 달의 기원으로 이어진 작업은 구체적으로 지구 재료를 기화시키고 암석의 끓는점을 결정하는 데 필요한 것을 연구하는 것이 었습니다. 우리는 무언가가 공감이 될시기를 계산하기 위해 언제 기화 될 것인지 알아야했습니다.
실험 결과를 어떻게 사용합니까?
우리 코드에서 실행되는 것은 행성의 단순화 된 버전입니다. 실험을 통해 단순화 된 행성을 시뮬레이션하여 더 복잡한 화학 시스템을 유추 할 수 있습니다. 평균 시스템의 압력 온도를 결정한 후에는 실제 행성의 다중 성분 화학에 대해 더 자세한 질문을 할 수 있습니다. 작년에 출판 된 문지에는 두 개의 큰 섹션이 있습니다. 거대한 영향의 단순화 된 모델링을 수행하는 것은 Synestia의 압력 온도 범위를 제공합니다. 그런 다음이 높은 압력과 온도와 냉각에서 시작되는 시스템의 화학을 살펴 보는 또 다른 하나는 지구에보다 현실적인 모델을 사용합니다.
Brian Gallagher는 Facts So Romantic의 편집자입니다. Nautilus 블로그. 트위터 @bsgallagher에서 그를 팔로우하십시오.
