Des scientifiques utilisent un supercalculateur pour découvrir l’origine de la Lune

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Des scientifiques utilisent un supercalculateur pour découvrir l'origine de la Lune

Il y a environ 4,5 milliards d’années, la première proto-planète Terre est entrée en collision avec un objet géant de la taille de Mars. L’un des énormes morceaux de débris qui en a résulté a fini par rester sur place. Et c’est ainsi, du moins en théorie, que la Lune est née.

De nombreuses questions restent encore sans réponse concernant la création du seul satellite de la Terre : quelle était la taille de l’impacteur, à quelle vitesse et à quel angle il se déplaçait avant de frapper la Terre, et même, si la collision s’est produite avec un ou plusieurs autres corps ?

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs armés d’un superordinateur a mis au point de nouveaux outils permettant aux scientifiques d’étudier les conséquences des impacts géants, et ces nouvelles connaissances pourraient faire la lumière sur la création de la Lune. « Nous pensons que ces impacts géants de proto-planètes en collision est une voie commune de formation des planètes dans notre système solaire », explique Jacob Kegerreis, qui a dirigé les recherches, à ZDNet. « Et une pièce du puzzle qui est intéressante à regarder, c’est la quantité d’atmosphère que ces collisions enlèvent directement. »

Par exemple, des études ont déjà montré que, lors de la collision qui aurait créée la Lune, la Terre a perdu entre 10 et 60 % de son atmosphère. Le comment et le pourquoi sont moins bien compris, car jusqu’à présent, les simulations de l’impact n’ont pas pris en compte les nombreux paramètres qui déterminent l’érosion atmosphérique lors d’une collision.

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300 simulations réalisées

Jacob Kegerreis et son équipe, basés à l’université de Durham au Royaume-Uni, se sont donc mis en route avec l’objectif de découvrir comment les atmosphères se comportent lorsque des planètes rocheuses subissent une énorme collision comme celle qui a abouti à la formation de la lune. « Quelques projets différents ont abordé ce sujet dans le passé, mais ils n’ont pas exploré la vaste gamme de paramètres possibles », raconte le directeur de recherche. « Des impacts géants peuvent se produire sous différents angles, à différentes vitesses, avec des masses différentes, etc. Nous avons essayé d’explorer tous ces paramètres, et la diversité des impacts, pour comprendre combien d’atmosphère ces collisions enlèvent directement. »

Pour ce faire, les chercheurs ont effectué environ 300 simulations de différents impacts géants, en modifiant des paramètres tels que la vitesse, l’angle, la masse et la composition de l’impacteur pour étudier les conséquences de différents types de collisions. Les scénarios de test comprenaient des masses trois fois supérieures à la masse de la Terre jusqu’à quelques pourcents de la masse de la planète, des angles d’attaque et des vitesses allant d’environ 10 à 30 km/s.

Les simulations ont été effectuées sur un code de simulation open source et réalisées sur le supercalculateur COSMA de l’université de Durham, qui fait partie d’une infrastructure de recherche numérique appelée DiRAC (Distributed Research using Advanced Computing), qui fournit un calcul haute performance pour la recherche scientifique et technologique au Royaume-Uni.

Jacob Kegerreis ajoute que la puissance de calcul disponible permettait à l’équipe d’exécuter efficacement des scénarios 3D à haute résolution de différentes planètes en collision, à une vitesse sans précédent. « Une fois que nous avons dressé une liste d’environ 300 scénarios que nous avons jugés les plus intéressants, il s’agissait essentiellement de résoudre des équations », indique-t-il. « Rien ne nous empêche de le faire à la main, bien sûr, mais cela aurait pris un temps incroyable. »

Nouvel outil de prédiction

Les résultats ont montré les divers effets qu’un impact géant peut avoir sur l’atmosphère d’une planète en fonction des différents facteurs que les chercheurs introduisent dans chacun de leurs scénarios. Cela ne veut pas dire que les chercheurs ont résolu le mystère de la création de la Lune. Ils ont plutôt établi une série de corrélations qui pourraient être utilisées par les scientifiques pour valider les hypothèses qu’ils pourraient avoir sur l’impact géant qui a formé la planète satellite.

« L’impact de la formation de la Lune a été beaucoup étudié, et il existe cinq ou six théories plausibles différentes à ce sujet », souligne Jacob Kegerreis. « Nous n’avons pas découvert comment la Lune s’est formée exactement, mais grâce au large éventail de scénarios que nous avons étudiés, nous avons pu nous faire une idée précise de l’effet des paramètres qui ont joué dans la formation de la Lune. »

Au-delà de l’impact de la formation de la Lune, d’autres corrélations, inconnues jusqu’alors, sont ressorties de l’étude. Par exemple, il a été démontré que les impacts géants entre de jeunes planètes et des objets massifs pouvaient ajouter une atmosphère importante à une planète si l’impacteur avait également beaucoup d’atmosphère. Plus inquiétant encore, dans certains cas, la modification d’une seule des variables a conduit à l’effacement complet de la planète touchée.

Jacob Kegeirris et son équipe ont utilisé les résultats de l’étude pour développer un nouvel outil de prédiction, appelé loi d’échelle, qui peut anticiper la perte atmosphérique pouvant résulter de différents impacts géants. La loi d’échelle peut être appliquée à tout type de collision impliquant des planètes dont l’atmosphère est mince comme celle de la Terre. Les chercheurs espèrent que cet outil accélérera la recherche dans le domaine des impacts géants et la manière dont ces énormes collisions peuvent avoir des effets durables sur les étapes ultérieures de la formation des planètes. Jacob Kegeirris, pour sa part, est particulièrement enthousiaste à l’idée d’appliquer cette technologie à l’étude de l’évolution des atmosphères exoplanétaires.

Source : ZDNet.com

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