Gas / isjätten Uranus har länge varit en källa till mysterium för astronomer. Förutom att presentera några termiska avvikelser och ett magnetfält som är utanför centrum, är planeten också unik i och med att den är den enda i solsystemet som roterar på sin sida. Med en axiell lutning på 98 ° upplever planeten radikala säsonger och en dag-natt-cykel vid polerna där en enda dag och natt varade 42 år vardera.
Tack vare en ny studie ledd av forskare från Durham University kan orsaken till dessa mysterier äntligen ha hittats. Med hjälp av NASA-forskare och flera vetenskapliga organisationer genomförde teamet simuleringar som indikerade hur Uranus kan ha lidit en enorm inverkan i dess förflutna. Inte bara skulle detta redogöra för planetens extrema lutning och magnetfält, det skulle också förklara varför planetens yttre atmosfär är så kall.
Studien, "Konsekvenser av jättepåverkan på tidig uran för rotation, intern struktur, skräp och atmosfärisk erosion", dykte nyligen upp i The Astrophysical Journal. Studien leds av Jacob Kegerreis, en doktorandforskare från Durham Universitys Institute for Computational Cosmology, och inkluderade medlemmar från Bay Area Environmental Research (BAER) Institute, NASAs Ames Research Center, Los Alamos National Laboratory, Descartes Labs, University of Washington och UC Santa Cruz.
För deras studie, som finansierades av Science and Technology Facility Council, The Royal Society, NASA och Los Alamos National Laboratory, körde teamet de första högupplösta datorsimuleringarna av hur massiva kollisioner med Uranus skulle påverka planetens Evolution. Som Kegerries förklarade i ett nyligen pressmeddelande från Durham University:
”Uranus snurrar på sin sida, med sin axel som nästan vinkelrätt mot alla andra planeter i solsystemet. Detta orsakades nästan säkert av en gigantisk påverkan, men vi vet väldigt lite om hur detta faktiskt hände och hur annars en sådan våldsam händelse påverkade planeten. "
För att bestämma hur en gigantisk påverkan skulle påverka Uranus genomförde teamet en svit med utjämnade partiklarhydrodynamik (SPH) -simuleringar, som också tidigare användes för att modellera den jättepåverkan som ledde till bildandet av månen (alias Giant Impact) Teori). Sammantaget körde teamet mer än 50 olika effektscenarier med hjälp av en högdriven dator för att se om det skulle återskapa de förhållanden som formade Uranus.
I slutändan bekräftade simuleringarna att Uranus lutade position orsakades av en kollision med ett massivt föremål (mellan två och tre jordmassor) som ägde rum för ungefär 4 miljarder år sedan - dvs under bildandet av solsystemet. Detta stämde överens med en tidigare studie som indikerade att en påverkan med en ung proto-planet gjord av sten och is kunde ha varit ansvarig för Uranus axiella lutning.
”Våra resultat bekräftar att det mest troliga utfallet var att den unga Uranus var inblandad i en kataklysmisk kollision med ett föremål som var dubbelt så mycket som jorden, om inte större, slog den på sin sida och sätter i process de händelser som hjälpte till att skapa planeten vi ser idag, ”sade Kegerries.
Dessutom svarade simuleringarna på grundläggande frågor om Uranus som tagits upp som svar på tidigare studier. I huvudsak har forskare undrat hur Uranus kunde behålla sin atmosfär efter en våldsam kollision, som teoretiskt skulle ha sprängt ut sina lager av väte och heliumgas. Enligt teamets simuleringar berodde det troligtvis på att påverkan slog en bete på Uranus.
Detta skulle ha varit tillräckligt för att förändra Uranus lutning, men var inte tillräckligt stark för att ta bort sin yttre atmosfär. Dessutom indikerade deras simuleringar att påverkan kunde ha sprutat sten och is i omloppsbana runt planeten. Detta kunde då ha sammanfallit för att bilda planetens inre satelliter och förändrat rotationen av alla befintliga månar som redan finns i omloppsbana runt Uranus.
Senast, men inte minst, erbjöd simuleringarna en möjlig förklaring till hur Uranus fick sitt magnetiska fält utanför centrum och sina termiska avvikelser. Kort sagt kan påverkan ha skapat smält is och klippiga stenklumpar inuti planeten (vilket således står för dess magnetfält). Det kunde också ha skapat ett tunt skräpskal nära kanten av planetens islager som skulle ha fångat inre värme, vilket kan förklara varför Uranus yttre atmosfär upplever extremt kalla temperaturer på -216 ° C (-357 ° F).
Utöver att hjälpa astronomer att förstå Uranus, en av de minst förstått planeterna i solsystemet, har studien också konsekvenser när det gäller studiet av exoplaneter. Hittills har de flesta planeter som upptäckts i andra stjärnsystem varit jämförbara i storlek och massa med Uranus. Som sådan hoppas forskarna att deras resultat kommer att belysa denna planets kemiska kompositioner och förklara hur de utvecklats.
Som Dr. Luis Teodoro - från BAER-institutet och NASA Ames Research Center - och en av medförfattarna på tidningen, sade: "Alla bevis pekar på att jättekonsekvenser är ofta under planetbildning, och med denna typ av forskning vi får nu mer inblick i deras effekt på potentiellt bebodda exoplaneter. ”
Under de kommande åren planeras ytterligare uppdrag för att studera det yttre solsystemet och de jätteplaneterna. Dessa studier kommer inte bara att hjälpa astronomer att förstå hur vårt solsystem utvecklats, de kan också berätta för oss vilken roll gasgiganter spelar när det gäller beboddighet.
