Газовый / ледяной гигант Уран долгое время оставался загадкой для астрономов. В дополнение к представлению некоторых тепловых аномалий и магнитного поля, которое не в центре, планета также уникальна тем, что является единственной в Солнечной системе, которая вращается на своей стороне. С осевым наклоном 98 ° планета испытывает радикальные времена года и цикл день-ночь на полюсах, где каждый день и ночь длится 42 года каждый.
Благодаря новому исследованию, проведенному исследователями из Даремского университета, причина этих загадок, наконец, может быть найдена. С помощью исследователей НАСА и многочисленных научных организаций, команда провела симуляции, которые показали, как Уран мог сильно пострадать в прошлом. Это не только объясняет экстремальный наклон планеты и магнитное поле, но и объясняет, почему внешняя атмосфера планеты настолько холодная.
Исследование «Последствия гигантских воздействий на ранний Уран для вращения, внутренней структуры, мусора и атмосферной эрозии» недавно появилось в Астрофизический журнал. Исследование проводилось под руководством Якоба Кегерреиса, доктора философии из Института вычислительной космологии Даремского университета, и включало в себя сотрудников из Института экологических исследований района залива (BAER), Исследовательского центра Эймса НАСА, Лос-Аламосской национальной лаборатории, Лаборатории Декарта, Университета Вашингтон и ОК Санта-Круз.
Ради их исследования, которое финансировалось Советом по науке и технологиям, Королевским обществом, НАСА и Лос-Аламосской национальной лабораторией, команда провела первые компьютерные симуляции с высоким разрешением того, как массивные столкновения с Ураном повлияют на планету. эволюция. Как объяснил Кегерри в недавнем пресс-релизе Даремского университета:
«Уран вращается на своей стороне, а его оси направлены почти под прямым углом к осям всех других планет Солнечной системы. Это почти наверняка было вызвано гигантским воздействием, но мы очень мало знаем о том, как это на самом деле произошло и как еще такое сильное событие повлияло на планету ».
Чтобы определить, как гигантский удар повлияет на Уран, команда провела серию симуляций гидродинамики сглаженных частиц (SPH), которые также использовались в прошлом для моделирования гигантского удара, который привел к образованию Луны (так называемый гигантский удар). Теория). В общей сложности команда запустила более 50 различных сценариев воздействия с помощью мощного компьютера, чтобы посмотреть, будет ли он воссоздавать условия, которые сформировали Уран.
В конце концов, модели подтвердили, что наклонное положение Урана было вызвано столкновением с массивным объектом (между двумя и тремя массами Земли), которое произошло примерно 4 миллиарда лет назад, то есть во время формирования Солнечной системы. Это соответствовало предыдущему исследованию, которое указывало на то, что удар по молодой протопланете из камня и льда мог быть причиной осевого наклона Урана.
«Наши результаты подтверждают, что наиболее вероятным результатом было то, что молодой Уран был вовлечен в катастрофическое столкновение с объектом, в два раза превышающим массу Земли, если не больше, сбивая его с боку и инициируя события, которые помогли создать планету. мы видим сегодня », - сказал Кегерри.
Кроме того, моделирование ответило на фундаментальные вопросы об Уране, которые были подняты в ответ на предыдущие исследования. По сути, ученые задавались вопросом, как Уран мог сохранить свою атмосферу после сильного столкновения, которое теоретически могло бы сдуть его из слоев водорода и гелия. Согласно симуляции команды, это было, скорее всего, потому что удар нанес сокрушительный удар по Урану.
Этого было бы достаточно, чтобы изменить наклон Урана, но его было недостаточно для удаления его внешней атмосферы. Кроме того, их моделирование показало, что в результате столкновения могут быть выброшены камни и лед на орбиту вокруг планеты. Тогда это могло бы слиться с образованием внутренних спутников планеты и изменить вращение любых ранее существовавших лун, уже находящихся на орбите вокруг Урана.
Наконец, что не менее важно, моделирование дало возможное объяснение того, как Уран получил свое нецентральное магнитное поле и его тепловые аномалии. Короче говоря, удар мог создать расплавленный лед и изогнутые комки скалы внутри планеты (таким образом, учитывая его магнитное поле). Это могло бы также создать тонкую оболочку из-за обломков ледяного слоя планеты, которая могла бы удерживать внутреннее тепло, что могло бы объяснить, почему внешняя атмосфера Урана испытывает чрезвычайно низкие температуры -216 ° C (-357 ° F).
Помимо помощи астрономам в понимании Урана, одной из наименее изученных планет в Солнечной системе, исследование также имеет значение, когда дело доходит до изучения экзопланет. До сих пор большинство планет, обнаруженных в других звездных системах, были сопоставимы по размеру и массе с Ураном. Таким образом, исследователи надеются, что их результаты пролят свет на химический состав этих планет и объяснят, как они развивались.
Как сказал доктор Луис Теодоро из Института BAER и Исследовательского центра Эймса НАСА и один из соавторов статьи: «Все свидетельства указывают на частые гигантские удары во время формирования планет, и с помощью такого рода исследований мы в настоящее время получают больше понимания их влияния на потенциально обитаемых экзопланет ».
В ближайшие годы запланированы дополнительные миссии по изучению внешней Солнечной системы и планет-гигантов. Эти исследования не только помогут астрономам понять, как развивалась наша Солнечная система, но и расскажут нам, какую роль играют газовые гиганты, когда речь заходит о обитаемости.
