Поверхня Місяця вкрита ударними кратерами — від мікроскопічних вибоїн до гігантських басейнів понад 1000 кілометрів у поперечнику. Ці кратери утворилися переважно під час Пізнього Великого Бомбардування приблизно 4 мільярди років тому, коли внутрішня частина Сонячної системи зазнала інтенсивних зіткнень з астероїдами та кометами. На відміну від Землі, де вивітрювання, ерозія та тектонічна активність постійно змінюють поверхню, Місяць не має атмосфери й активної геології, що дозволяє цим ударним утворенням зберігатися мільярди років. Цей винятково добре збережений кратерний запис є ключем до розуміння історії формування та еволюції Сонячної системи.
Під час формування кратерів значна кількість місячного матеріалу викидається з такою швидкістю, що долає гравітацію Місяця та досягає Землі. Вивчення цих уламків допомагає нам зрозуміти, як речовина переміщується між двома тілами. Група дослідників зосередилася саме на цьому питанні, і їхнє дослідження нещодавно було опубліковане. Команда під керівництвом Хосе Даніеля Кастро-Сіснероса використала вдосконалені комп’ютерні моделі, щоб простежити шлях місячних уламків до Землі.
У дослідженні за допомогою симуляцій розглядалося більше початкових умов і довші проміжки часу, щоб краще оцінити, скільки місячного матеріалу досягає Землі, і чи може він поповнювати групу навколоземних об’єктів. Дослідники також сподівалися, що, вивчаючи траєкторії уламків Місяця, зможуть відновити хронологію зіткнень із Землею та зрозуміти, як вони вплинули на життя й геологію. Особливо їх цікавлять такі об’єкти, як Камо’оалева — небесне тіло діаметром від 36 до 100 метрів, що обертається поблизу Землі й, можливо, є уламком Місяця.
Удосконалення попередніх досліджень місячного викиду стало можливим завдяки симуляційній системі REBOUND, яка дозволяє відстежувати частинки з Місяця протягом 100 000 років. На відміну від попередніх робіт, які поділяли моделювання на фази, ця команда одночасно моделювала як Землю, так і Місяць, використовуючи реалістичнішу модель розподілу швидкості викиду. Дані фіксували кожні п’ять років, а зіткнення визначали як досягнення уламками висоти 100 км над поверхнею Землі — це дало повнішу картину переносу речовини з Місяця на Землю.
Модель, яку використовували дослідники, базувалася на спрощених вертикальних ударах, хоча в реальності похилі удари спрямовують більше матеріалу на Землю під меншими кутами — таке спрощення полегшувало моделювання. У симуляціях використовували поточні умови, але в минулому, коли Місяць був ближчим і зазнавав інтенсивніших бомбардувань (понад 1,1 млрд років тому), ще більше матеріалу могло досягати Землі. Майбутні дослідження мають враховувати моделі похилих ударів і давні орбітальні конфігурації, щоб краще зрозуміти ранній обмін матеріалом між Землею та Місяцем.
Команда дійшла висновку, що після місячних ударів Земля збирає близько 22,6% викинутого матеріалу протягом 100 000 років, причому половина зіткнень відбувається протягом перших 10 000 років. Частота зіткнень підпорядковується степеневому закону (співвідношення, за якого зміна однієї величини пропорційно впливає на іншу) незалежно від початкового розміру частинок. Матеріал, викинутий з «задньої» частини Місяця, має найбільшу ймовірність зіткнення з Землею, тоді як з «передньої» — найменшу. При зіткненні уламки Місяця мають швидкість від 11,0 до 13,1 км/с і переважно падають поблизу екватора (на 24% менше ударів біля полюсів). Ці зіткнення майже рівномірно розподілені між ранковими та вечірніми годинами, з піком приблизно о 6 годині ранку/вечора.
Це дослідження суттєво просуває наше розуміння обміну матеріалом між Місяцем і Землею, демонструючи, що майже чверть місячних ударних викидів досягає Землі — половина з них за перші 10 000 років. Висновки про зосередження ударів біля екватора та вплив точки запуску на Місяці відкривають нові закономірності цього процесу. Результати поглиблюють знання про спільну історію ударів Землі й Місяця та підтримують гіпотезу місячного походження об’єктів, таких як Камо’оалева.