Gass / isgiganten Uranus har lenge vært en kilde til mysterium for astronomer. I tillegg til å presentere noen termiske anomalier og et magnetfelt som er utenfor sentrum, er planeten også unik ved at den er den eneste i solsystemet som roterer på sin side. Med en aksial tilt på 98 °, opplever planeten radikale årstider og en dag-natt-syklus ved polene der en enkelt dag og natt varer 42 år hver.
Takket være en ny studie ledet av forskere fra Durham University, kan årsaken til disse mysteriene endelig ha blitt funnet. Ved hjelp av NASA-forskere og flere vitenskapelige organisasjoner gjennomførte teamet simuleringer som indikerte hvordan Uranus kan ha hatt en enorm innvirkning i fortiden. Ikke bare ville dette redegjøre for planetens ekstreme tilt og magnetiske felt, det vil også forklare hvorfor planetens ytre atmosfære er så kald.
Studien, "Konsekvenser av gigantiske effekter på tidlig uran for rotasjon, indre struktur, søppel og atmosfærisk erosjon", dukket nylig opp i The Astrophysical Journal. Studien ble ledet av Jacob Kegerreis, en PhD-forsker fra Durham Universitys Institute for Computational Cosmology, og inkluderte 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.
For studiens skyld, som ble finansiert av Science and Technology Facility Council, The Royal Society, NASA og Los Alamos National Laboratory, kjørte teamet de første høyoppløselige datasimuleringene av hvor massive kollisjoner med Uranus ville påvirke planetens utvikling. Som Kegerries forklarte i en fersk pressemelding fra Durham University:
”Uranus snurrer på sin side, med aksen som nesten peker vinkelrett på alle de andre planetene i solsystemet. Dette var nesten helt sikkert forårsaket av en gigantisk påvirkning, men vi vet veldig lite om hvordan dette faktisk skjedde og hvordan ellers en så voldelig hendelse påvirket planeten. "
For å bestemme hvordan en gigantisk påvirkning ville påvirke Uranus, gjennomførte teamet en pakke med glatt partikkelhydrodynamikk (SPH) -simuleringer, som også tidligere ble brukt til å modellere den gigantiske påvirkningen som førte til dannelsen av Månen (aka the Giant Impact) Teori). Når alt kommer til alt kjørte teamet mer enn 50 forskjellige påvirkningsscenarier ved hjelp av en høydrevet datamaskin for å se om det ville gjenskape forholdene som formet Uranus.
Til slutt bekreftet simuleringene at Uranus 'tilte stilling var forårsaket av en kollisjon med en massiv gjenstand (mellom to og tre jordmasser) som fant sted for omtrent 4 milliarder år siden - dvs. under dannelsen av solsystemet. Dette var i samsvar med en tidligere studie som indikerte at en innvirkning med en ung proto-planet laget av stein og is kunne ha vært ansvarlig for Uranus 'aksiale tilt.
Funnene våre bekrefter at det mest sannsynlige utfallet var at den unge Uranus var involvert i en kataklysmisk kollisjon med en gjenstand som var dobbelt så stor som jordens masse, om ikke større, slo den på sin side og satte i gang prosessene for hendelsene som bidro til å skape planeten vi ser i dag, ”sa Kegerries.
I tillegg svarte simuleringene på et grunnleggende spørsmål om Uranus som ble reist som svar på tidligere studier. I hovedsak har forskere lurt på hvordan Uranus kunne beholde sin atmosfære etter en voldelig kollisjon, som teoretisk sett ville ha blåst av dens ut lag med hydrogen og heliumgass. I følge teamets simuleringer var dette mest sannsynlig fordi påvirkningen slo et beite på Uranus.
Dette ville vært nok til å forandre Uranus 'tilt, men var ikke sterk nok til å fjerne den ytre atmosfæren. I tillegg indikerte simuleringene deres at påvirkningen kunne ha ødelagt stein og is til bane rundt planeten. Dette kunne da ha koblet sammen for å danne planetens indre satellitter og forandret rotasjonen av eventuelle eksisterende måner som allerede er i bane rundt Uranus.
Sist, men ikke minst, bød simuleringene en mulig forklaring på hvordan Uranus fikk sitt magnetiske felt utenfor sentrum og sine termiske anomalier. Kort sagt, kan påvirkningen ha skapt smeltet is og skjev klumpete klumper inne i planeten (og dermed utgjør magnetfeltet). Det kunne også ha skapt et tynt skall av rusk nær kanten av planetens islag som ville fanget indre varme, noe som kan forklare hvorfor Uranus 'ytre atmosfære opplever ekstreme kalde temperaturer på -216 ° C (-357 ° F).
Utover å hjelpe astronomer med å forstå Uranus, en av de minst forståtte planetene i solsystemet, har studien også implikasjoner når det gjelder studiet av eksoplaneter. Så langt har de fleste av planetene som ble oppdaget i andre stjernesystemer vært sammenlignbare i størrelse og masse til Uranus. Som sådan håper forskerne at funnene deres vil belyse planetenes kjemiske sammensetninger og forklare hvordan de utviklet seg.
Som Dr. Luis Teodoro - fra BAER-instituttet og NASA Ames Research Center - og en av medforfatterne på papiret, sa: "Alle bevisene peker på at gigantiske effekter er hyppige under planetdannelse, og med denne typen forskning får nå mer innsikt i effekten deres på potensielle beboelige eksoplaneter. ”
I de kommende årene planlegges ytterligere oppdrag for å studere det ytre solsystemet og de gigantiske planetene. Disse studiene vil ikke bare hjelpe astronomer til å forstå hvordan solsystemet vårt utviklet seg, de kan også fortelle oss hvilken rolle gassgiganter spiller når det gjelder levedyktighet.
