Gas / is-giganten Uranus har længe været en kilde til mysterium for astronomer. Ud over at præsentere nogle termiske anomalier og et magnetfelt, der er ude af centrum, er planeten også unik, idet den er den eneste i solsystemet, der roterer på sin side. Med en aksial hældning på 98 ° oplever planeten radikale sæsoner og en dag-nat-cyklus ved polerne, hvor en enkelt dag og nat varer 42 år hver.
Takket være en ny undersøgelse ledet af forskere fra Durham University kan årsagen til disse mysterier endelig være fundet. Ved hjælp af NASA-forskere og flere videnskabelige organisationer gennemførte teamet simuleringer, der tydede på, hvordan Uranus kan have haft en massiv indflydelse i sin fortid. Ikke kun ville dette redegøre for planetens ekstreme hældning og magnetiske felt, det ville også forklare, hvorfor planetens ydre atmosfære er så kold.
Undersøgelsen, "Konsekvenser af gigantiske virkninger på den tidlige uran for rotation, indre struktur, rester og atmosfærisk erosion" dukkede for nylig op i The Astrophysical Journal. Undersøgelsen blev ledet af Jacob Kegerreis, en ph.d.-forsker fra Durham University's Institute for Computational Cosmology, og omfattede medlemmer fra Bay Area Environmental Research (BAER) Institute, NASAs Ames Research Center, Los Alamos National Laboratory, Descartes Labs, University of Washington og UC Santa Cruz.
Af hensyn til deres undersøgelse, som blev finansieret af Science and Technology Facility Council, The Royal Society, NASA og Los Alamos National Laboratory, kørte teamet de første højopløsnings-computersimuleringer af, hvor massive kollisioner med Uranus ville påvirke planetens udvikling. Som Kegerries forklarede i en nylig pressemeddelelse fra Durham University:
”Uranus snurrer på sin side med sin akse næsten vinkelret på dem fra alle de andre planeter i solsystemet. Dette var næsten helt sikkert forårsaget af en kæmpe påvirkning, men vi ved meget lidt om, hvordan dette faktisk skete, og hvordan ellers en så voldelig begivenhed påvirkede planeten. ”
For at bestemme, hvordan en gigantisk påvirkning ville påvirke Uranus, gennemførte teamet en pakke med udjævnet partikelhydrodynamik (SPH) -simuleringer, som også tidligere blev brugt til at modellere den gigantiske påvirkning, der førte til dannelsen af Månen (aka Giant Impact) Teori). Alt i alt kørte teamet mere end 50 forskellige påvirkningsscenarier ved hjælp af en højdrevet computer for at se, om det ville genskabe de forhold, der formede Uranus.
I sidste ende bekræftede simuleringerne, at Uranus 'vippede position var forårsaget af en kollision med en massiv genstand (mellem to og tre jordmasser), der fandt sted for ca. 4 milliarder år siden - dvs. under dannelsen af solsystemet. Dette var i overensstemmelse med en tidligere undersøgelse, der indikerede, at en påvirkning med en ung proto-planet lavet af sten og is kunne have været ansvarlig for Uranus 'aksiale hældning.
”Vores konklusioner bekræfter, at det mest sandsynlige resultat var, at den unge Uranus var involveret i en kataklysmisk kollision med en genstand, der var dobbelt så stor som Jorden, hvis ikke større, bankede den på sin side og indførte begivenheder, der hjalp med at skabe planeten vi ser i dag, ”sagde Kegerries.
Derudover besvarede simuleringerne et grundlæggende spørgsmål om Uranus, der blev rejst som svar på tidligere undersøgelser. I det væsentlige har forskere spekuleret på, hvordan Uranus kunne beholde sin atmosfære efter en voldelig kollision, som teoretisk ville have sprængt dens ud lag af brint og heliumgas. Ifølge holdets simuleringer var dette mest sandsynligt, fordi påvirkningen ramte et græsende slag på Uranus.
Dette ville have været nok til at ændre Uranus 'hældning, men var ikke stærk nok til at fjerne dens ydre atmosfære. Derudover indikerede deres simuleringer, at påvirkningen kunne have sprængt sten og is ind i kredsløb omkring planeten. Dette kunne derefter have sammenfaldet for at danne planetens indre satellitter og ændret rotationen af eventuelle allerede eksisterende måner, der allerede er i kredsløb omkring Uranus.
Sidst, men ikke mindst, bød simuleringerne en mulig forklaring på, hvordan Uranus fik sit off-center magnetfelt og sine termiske anomalier. Kort sagt kunne påvirkningen have skabt smeltet is og skæve klumper inde i planeten (og dermed tegne sig for dets magnetiske felt). Det kunne også have skabt en tynd skal af snavs nær kanten af planetens islag, som ville have fanget den indre varme, hvilket kunne forklare, hvorfor Uranus 'ydre atmosfære oplever ekstremt kolde temperaturer på -216 ° C (-357 ° F).
Ud over at hjælpe astronomer med at forstå Uranus, en af de mindst forståede planeter i solsystemet, har undersøgelsen også konsekvenser, når det gælder studiet af eksoplaneter. Indtil videre har de fleste planeter, der blev opdaget i andre stjernesystemer, været sammenlignelige i størrelse og masse med Uranus. Som sådan håber forskerne, at deres fund vil kaste lys over disse planets kemiske sammensætninger og forklare, hvordan de udviklede sig.
Som Dr. Luis Teodoro - fra BAER-instituttet og NASA Ames Research Center - og en af medforfatterne på papiret, sagde: ”Alle beviser peger på, at kæmpe effekter er hyppige under planetdannelse, og med denne form for forskning vi får nu mere indsigt i deres virkning på potentielt beboelige exoplaneter. ”
I de kommende år planlægges yderligere missioner for at studere det ydre solsystem og de gigantiske planeter. Disse studier vil ikke kun hjælpe astronomer med at forstå, hvordan vores solsystem udviklede sig, de kunne også fortælle os, hvilken rolle gasgiganter spiller, når det kommer til beboelsesmuligheder.
