Ο γίγαντας φυσικού αερίου / πάγου Ουρανός υπήρξε από καιρό πηγή μυστηρίου για τους αστρονόμους. Εκτός από την παρουσίαση μερικών θερμικών ανωμαλιών και ενός μαγνητικού πεδίου που είναι εκτός κέντρου, ο πλανήτης είναι επίσης μοναδικός στο ότι είναι ο μόνος στο Ηλιακό Σύστημα που περιστρέφεται στο πλάι του. Με αξονική κλίση 98 °, ο πλανήτης βιώνει ριζικές εποχές και έναν κύκλο ημέρας-νύχτας στους πόλους όπου μία μέρα και νύχτα διαρκεί 42 χρόνια το καθένα.
Χάρη σε μια νέα μελέτη με επικεφαλής ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Durham, ο λόγος για αυτά τα μυστήρια μπορεί τελικά να έχει βρεθεί. Με τη βοήθεια ερευνητών της NASA και πολλών επιστημονικών οργανισμών, η ομάδα διεξήγαγε προσομοιώσεις που έδειξαν πώς ο Ουρανός μπορεί να είχε τεράστια επίδραση στο παρελθόν του. Αυτό όχι μόνο αντιστοιχεί στην ακραία κλίση και το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη, αλλά εξηγεί επίσης γιατί η εξωτερική ατμόσφαιρα του πλανήτη είναι τόσο κρύα.
Η μελέτη, "Συνέπειες των γιγάντιων επιπτώσεων στον πρώιμο Ουρανό για περιστροφή, εσωτερική δομή, συντρίμμια και ατμοσφαιρική διάβρωση", εμφανίστηκε πρόσφατα στο Η Αστροφυσική Εφημερίδα. Η μελέτη έγινε υπό την ηγεσία του Jacob Kegerreis, διδακτορικού ερευνητή από το Ινστιτούτο Υπολογιστικής Κοσμολογίας του Πανεπιστημίου Durham και περιελάμβανε μέλη από το Ινστιτούτο Περιβαλλοντικής Έρευνας Bay Area (BAER), το Ερευνητικό Κέντρο Ames της NASA, το Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos, τα Descartes Labs, το Πανεπιστήμιο του Ουάσινγκτον και UC Santa Cruz.
Για χάρη της μελέτης τους, η οποία χρηματοδοτήθηκε από το Συμβούλιο Εγκαταστάσεων Επιστήμης και Τεχνολογίας, τη Βασιλική Εταιρεία, τη NASA και το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos, η ομάδα διεξήγαγε τις πρώτες προσομοιώσεις υπολογιστών υψηλής ανάλυσης για το πώς οι μαζικές συγκρούσεις με τον Ουρανό θα επηρέαζαν τον πλανήτη. εξέλιξη. Όπως εξήγησε ο Kegerries σε πρόσφατο δελτίο τύπου του Πανεπιστημίου Durham:
«Ο Ουρανός περιστρέφεται στο πλάι του, με τον άξονα του να δείχνει σχεδόν σε ορθή γωνία προς αυτούς όλων των άλλων πλανητών στο ηλιακό σύστημα. Αυτό σχεδόν σίγουρα προκλήθηκε από ένα τεράστιο αντίκτυπο, αλλά γνωρίζουμε πολύ λίγα για το πώς συνέβη αυτό πραγματικά και πώς αλλιώς ένα τέτοιο βίαιο γεγονός επηρέασε τον πλανήτη. "
Για να προσδιορίσει πώς ένας γιγαντιαίος αντίκτυπος θα επηρέαζε τον Ουρανό, η ομάδα διεξήγαγε μια σειρά προσομοιώσεων εξομαλυνμένης υδροδυναμικής σωματιδίων (SPH), οι οποίες επίσης χρησιμοποιήθηκαν στο παρελθόν για να μοντελοποιήσουν τον τεράστιο αντίκτυπο που οδήγησε στο σχηματισμό της Σελήνης (γνωστός και ως ο γιγαντιαίος αντίκτυπος) Θεωρία). Συνολικά, η ομάδα έτρεξε περισσότερα από 50 διαφορετικά σενάρια αντίκτυπου χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή υψηλής ισχύος για να δει αν θα αναδημιουργούσε τις συνθήκες που διαμόρφωσαν τον Ουρανό.
Στο τέλος, οι προσομοιώσεις επιβεβαίωσαν ότι η κεκλιμένη θέση του Ουρανού προκλήθηκε από σύγκρουση με ένα τεράστιο αντικείμενο (μεταξύ δύο και τριών γήινων μαζών) που πραγματοποιήθηκε περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν - δηλαδή κατά τη δημιουργία του Ηλιακού Συστήματος. Αυτό ήταν σύμφωνο με μια προηγούμενη μελέτη που έδειξε ότι ο αντίκτυπος με έναν νεαρό πρωτοπλανή από πέτρα και πάγο θα μπορούσε να είναι υπεύθυνος για την αξονική κλίση του Ουρανού.
«Τα ευρήματά μας επιβεβαιώνουν ότι το πιο πιθανό αποτέλεσμα ήταν ότι ο νεαρός Ουρανός συμμετείχε σε μια κατακλυσμική σύγκρουση με ένα αντικείμενο διπλάσια από τη μάζα της Γης, αν όχι μεγαλύτερη, χτυπώντας το στο πλάι του και θέτοντας σε διαδικασία τα γεγονότα που βοήθησαν στη δημιουργία του πλανήτη βλέπουμε σήμερα », είπε ο Kegerries.
Επιπλέον, οι προσομοιώσεις απάντησαν σε θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με τον Ουρανό που τέθηκαν σε απάντηση σε προηγούμενες μελέτες. Ουσιαστικά, οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν πώς ο Ουρανός θα μπορούσε να διατηρήσει την ατμόσφαιρά του μετά από μια βίαιη σύγκρουση, η οποία θα είχε θεωρητικά εκραγεί τα στρώματα αερίου υδρογόνου και ηλίου. Σύμφωνα με τις προσομοιώσεις της ομάδας, αυτό ήταν πιθανότατα επειδή ο αντίκτυπος έπληξε ένα πλήγμα στον Ουρανό.
Αυτό θα ήταν αρκετό για να αλλάξει την κλίση του Ουρανού, αλλά δεν ήταν αρκετά ισχυρό για να αφαιρέσει την εξωτερική του ατμόσφαιρα. Επιπλέον, οι προσομοιώσεις τους έδειξαν ότι ο αντίκτυπος θα μπορούσε να είχε εκτοξεύσει βράχο και πάγο σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη. Αυτό θα μπορούσε τότε να συνενωθεί για να σχηματίσει τους εσωτερικούς δορυφόρους του πλανήτη και να αλλάξει την περιστροφή τυχόν προϋπάρχοντων φεγγαριών που βρίσκονται ήδη σε τροχιά γύρω από τον Ουρανό.
Τελευταίο, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, οι προσομοιώσεις προσέφεραν μια πιθανή εξήγηση για το πώς ο Ουρανός απέκτησε το κεντρικό μαγνητικό πεδίο και τις θερμικές του ανωμαλίες. Εν ολίγοις, ο αντίκτυπος θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει λειωμένο πάγο και ογκώδη κομμάτια βράχου μέσα στον πλανήτη (με αποτέλεσμα το μαγνητικό πεδίο) Θα μπορούσε επίσης να δημιουργήσει ένα λεπτό κέλυφος συντριμμιών κοντά στην άκρη του στρώματος πάγου του πλανήτη που θα είχε παγιδεύσει την εσωτερική θερμότητα, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί η εξωτερική ατμόσφαιρα του Ουρανού βιώνει εξαιρετικά κρύες θερμοκρασίες -216 ° C (-357 ° F).
Πέρα από τη βοήθεια των αστρονόμων να κατανοήσουν τον Ουρανό, έναν από τους λιγότερο κατανοητούς πλανήτες στο Ηλιακό Σύστημα, η μελέτη έχει επίσης επιπτώσεις όσον αφορά τη μελέτη των εξωπλανητών. Μέχρι στιγμής, οι περισσότεροι από τους πλανήτες που ανακαλύφθηκαν σε άλλα συστήματα αστεριών έχουν συγκρίσιμο μέγεθος και μάζα με τον Ουρανό. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές ελπίζουν ότι τα ευρήματά τους θα ρίξουν φως στις χημικές συνθέσεις αυτών των πλανητών και θα εξηγήσουν πώς εξελίχθηκαν.
Όπως είπε ο Δρ Luis Teodoro - του Ινστιτούτου BAER και του Ερευνητικού Κέντρου της NASA Ames - και ένας από τους συν-συγγραφείς της εφημερίδας, "Όλα τα στοιχεία δείχνουν ότι οι τεράστιες επιπτώσεις είναι συχνές κατά τη διάρκεια του σχηματισμού πλανητών και με αυτό το είδος έρευνας τώρα αποκτούν περισσότερη εικόνα για την επίδρασή τους σε δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες. "
Τα επόμενα χρόνια, επιπλέον αποστολές προγραμματίζονται να μελετήσουν το εξωτερικό ηλιακό σύστημα και τους γιγάντιους πλανήτες. Αυτές οι μελέτες όχι μόνο θα βοηθήσουν τους αστρονόμους να κατανοήσουν πώς εξελίχθηκε το Ηλιακό μας Σύστημα, αλλά θα μπορούσαν επίσης να μας πουν τον ρόλο που διαδραματίζουν οι γίγαντες του φυσικού αερίου όσον αφορά την κατοικησιμότητα.
