月はどのように作られたのか？
天文学者らは、1969年7月のアポロ11号ミッションの折に、月の誕生に関する最初の手がかりを得ました。
約21.6キロの月の岩石と塵のサンプルが、地球に持ち帰られたのです。
そのサンプルは約45億年前のものであり、月の誕生は太陽系が形成されてから、およそ1億5000万年後だったと推定されました。
加えて、月と地球の岩石組成が似ていること、地球の自転と月の公転の向きが似ていること、月のサンプルに揮発性物質や軽元素がほぼ含まれていないこと（それらが気化してしまうほどの極高温下で、月が形成されたことを示唆する）が判明。
そこから、初期の地球に原始惑星がぶつかったという「ジャイアント・インパクト説」が浮上しました。
この仮説上の原始惑星は、ギリシア神話の女神テイア（月の女神セレネの母）にちなんで、「テイア（Theia）」と名付けられています。
一方で、地球とテイアの衝突がどのように起こり、その後、どんなプロセスを踏んだかは正確にわかっていません。
従来の仮説では、テイアが地球に衝突した際、その衝撃でテイアは無数の破片に砕け、地球の周りを公転しながら数百万年かけて冷却され、月ができたといわれています。
しかし、もし月の大部分がテイアを原料としているのなら、現在の月の組成の多くが地球とよく似ているのか、説明がつきません。
これについて一部の専門家は、テイアとの衝突によって地球の大部分が破壊され、その破片の多くが月の形成に使われたのではないか、と考えます。
ところが、地球が大きく崩壊した場合、現在の月と地球とは、まったく異なる軌道を描くことになるという。
これらの疑問に答えることを目的として、研究チームは今回のシミュレーションを行いました。
月の形成は思ったより短時間で終わった？
本研究では、テイア衝突後の月形成に関するシナリオを検討するため、「SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking （SWIFT）」と呼ばれるコンピュータプログラムを使用しました。
SWIFTは、大量の物質に作用する重力と流体力学的な力が複雑に絡み合い、常に変化する様子を綿密にシミュレートするよう設計されています。
さらに、このプログラムを正確に実行するべく、ダラム大学にあるスーパーコンピュータ「COSMA」を使用しました。
これらを駆使し、さまざまな角度、回転、速度で地球/テイアの衝突シミュレーションを行うことにより、かつてない高解像度で、衝突の余波をモデル化することに成功しています。
具体的には、従来のシミュレーションの場合、モデル化できる粒子の数は10万〜100万個ほどですが、今回は、最大で1億個もの粒子がモデル化されています。
その結果、衝突により生じた地球とテイアの破片は、わずか数時間のうちに月を形成した可能性が高いことが示されました。
実際のシミュレーション結果が、こちらです。
まず、テイアが地球にぶつかると、極端な高温によりドロドロに溶けた破片が無数に生じます。
地球の方は自転しながら、散乱した破片を取り込みつつ、元の形を整えようとします。
一方で、地球から細く伸びた破片の先に、大きな塊と小さな塊の2つが形成され、大きな塊の方は地球に取り込まれてなくなります。
ところが小さな塊は地球に吸収されることなくそのまま公転を続け、これが月となったのです。
このシミュレーションでいくと、月の表層は約60%が地球由来の材料となり、採取されたサンプルの組成に近づきます。
さらに現在の月と地球の軌道についても説明がつくとのことです。
しかし、このシミュレーション結果が本当に正しいかどうかを確認するには、より多くの月のサンプルが必要になります。
そして、そのミッションはNASAの「アルテミス計画」で実施される予定です。
ダラム大学の宇宙物理学者で、研究主任の一人であるヴィンセント・エケ（Vincent Eke）氏は次のように話します。
「月と地球の歴史は複雑に絡み合っています。
月がどのように誕生したかを詳しく知れば知るほど、私たちの住む地球の進化についても、より多くの発見ができるでしょう」
