Dujų / ledo milžinas Uranas jau seniai yra paslapties šaltinis astronomams. Be to, kad yra keletas šiluminių anomalijų ir magnetinio lauko, esančio ne centre, planeta taip pat yra išskirtinė tuo, kad yra vienintelė Saulės sistemos sukimosi pusė. Ašies 98 ° pasvirimu planeta patiria radikalius sezonus ir dienos-nakties ciklą poliuose, kur kiekviena diena ir naktis trunka 42 metus.
Dėl naujo tyrimo, kuriam vadovavo tyrėjai iš Durhamo universiteto, galiausiai buvo rasta šių paslapčių priežastis. Padedant NASA tyrėjams ir kelioms mokslinėms organizacijoms, komanda atliko modeliavimą, kuris parodė, kaip Uranas anksčiau galėjo patirti didžiulį poveikį. Tai ne tik paaiškintų kraštutinį planetos pasvirimą ir magnetinį lauką, bet ir paaiškintų, kodėl planetos išorinė atmosfera yra tokia šalta.
Tyrimas „Milžiniško poveikio ankstyvam uranui sukimosi, vidinės struktūros, šiukšlių ir atmosferos erozijos padariniai“ neseniai pasirodė Astrofizinis žurnalas. Tyrimui vadovavo Jokūbas Kegerreisas, Durhamo universiteto Kompiuterinės kosmologijos instituto doktorantas. Tyrime dalyvavo nariai iš Bay Area aplinkos tyrimų (BAER) instituto, NASA Ames tyrimų centro, Los Alamos nacionalinės laboratorijos, Descartes Labs universiteto. Vašingtone ir UC „Santa Cruz“.
Tyrimo, kurį finansavo Mokslo ir technologijos įrenginių taryba, Karališkoji draugija, NASA ir Los Alamoso nacionalinė laboratorija, dėka komanda atliko pirmąsias didelės skiriamosios gebos kompiuterines simuliacijas, kaip masiniai susidūrimai su Uranu paveiks planetos planetą. evoliucija. Kaip Kegerries paaiškino naujausiame Durhamo universiteto pranešime spaudai:
Uranas sukasi iš šono, jo ašis nukreipta beveik stačiu kampu į visų kitų Saulės sistemos planetų ašis. Beveik neabejotinai tai padarė milžiniškas smūgis, tačiau mes labai mažai žinome, kaip tai įvyko ir kaip kitaip toks smurtinis įvykis paveikė planetą.
Siekdama nustatyti, kaip milžiniškas poveikis paveiks Uraną, komanda atliko išlygintų dalelių hidrodinamikos (SPH) modeliavimą, kurie taip pat praeityje buvo naudojami modeliuojant milžinišką poveikį, kuris lėmė Mėnulio susidarymą (dar žinomas kaip „Giant Impact“). Teorija). Viskas pasakyta, komanda, naudodama didelio galingumo kompiuterį, atliko daugiau nei 50 skirtingų scenarijų, kad patikrintų, ar jis atkuria sąlygas, kurios formavo Uraną.
Galų gale modeliavimas patvirtino, kad Urano pasvirusią padėtį lėmė susidūrimas su didžiuliu daiktu (tarp dviejų ir trijų Žemės masių), kuris įvyko maždaug prieš 4 milijardus metų - t.y., Saulės sistemos formavimosi metu. Tai atitiko ankstesnį tyrimą, kuriame nurodoma, kad smūgis su jauna uolienų ir ledo proto planeta galėjo lemti Urano ašinį pasvirimą.
„Mūsų išvados patvirtina, kad labiausiai tikėtina baigtis buvo ta, kad jaunasis Uranas susidūrė su kataklizminiu susidūrimu su objektu, kuris yra dvigubai didesnis nei Žemės masė, jei ne didesnis, - numušė jį į šoną ir įtraukė į procesą įvykius, kurie padėjo sukurti planetą. matome šiandien “, - sakė Kegerriesas.
Be to, modeliavimas atsakė į esminius klausimus apie Uraną, kurie buvo iškelti atsižvelgiant į ankstesnius tyrimus. Iš esmės mokslininkai domėjosi, kaip Uranas galėtų išlaikyti savo atmosferą po stipraus susidūrimo, kuris teoriškai būtų išpūtęs vandenilio ir helio dujų sluoksnius. Remiantis komandos modeliavimu, greičiausiai tai įvyko todėl, kad smūgis smarkiai nukentėjo nuo Urano.
To pakaktų pakeisti Urano pakreipimą, tačiau jis nebuvo pakankamai stiprus, kad pašalintų jo išorinę atmosferą. Be to, jų modeliavimas parodė, kad dėl smūgio uola ir ledas galėjo nugrimzti į planetos orbitą. Tada tai galėjo susiformuoti ir sudaryti vidinius planetos palydovus ir pakeisti bet kokių jau egzistuojančių mėnulių, esančių orbitoje aplink Uraną, sukimąsi.
Galiausiai, bet ne mažiau svarbu, kad modeliavimas pateikė galimą paaiškinimą, kaip Uranas įgijo savo centro magnetinį lauką ir jo šilumines anomalijas. Trumpai tariant, dėl smūgio planetos viduje galėjo susidaryti išlydytas ledas ir nelygūs uolienų gabalėliai (taigi tai atspindi jos magnetinį lauką). Tai taip pat galėjo sukurti ploną šiukšlių apvalkalą šalia planetos ledo sluoksnio krašto, kuris būtų įstrigęs vidinėje šilumoje, ir tai galėtų paaiškinti, kodėl Urano išorinėje atmosferoje patiriama ypač šalta –216 ° C (–357 ° F) temperatūra.
Be to, kad astronomai suprato Uraną, vieną iš mažiausiai suprantamų Saulės sistemos planetų, šis tyrimas taip pat turi reikšmės tiriant egzoplanetas. Iki šiol dauguma kitų žvaigždžių sistemose aptiktų planetų savo dydžiu ir mase buvo panašios į Uraną. Tyrėjai tikisi, kad jų radiniai paaiškins šių planetų chemines kompozicijas ir paaiškins, kaip jie vystėsi.
Kaip sakė daktaras Luis Teodoro - iš BAER instituto ir NASA Ames tyrimų centro - ir vienas iš bendraautorių, rašytų: „Visi įrodymai rodo, kad milžiniškas poveikis dažnai būna formuojantis planetai, ir atlikdami tokius tyrimus mes dabar gauna daugiau žinių apie jų poveikį potencialiai tinkamoms egzoplanetoms. “
Ateinančiais metais planuojamos papildomos misijos išorinės Saulės sistemos ir milžiniškų planetų tyrinėjimui. Šie tyrimai padės ne tik astronomams suprasti, kaip vystėsi mūsų Saulės sistema, bet ir mums papasakoti, kokį vaidmenį atlieka dujų milžinai, kalbėdami apie jų tinkamumą gyventi.
