Czy potężne zderzenie ukształtowało ewolucję Urana?

Credit: Jacob Kegerreis/Durham University

Uran zderzył się z masywnym, dwukrotnie większym od Ziemi obiektem, co doprowadziło do nachylenia planety i może tłumaczyć panujące na niej niezwykle niskie temperatury.

Astronomowie z Uniwersytetu w Durham w Wielkiej Brytanii kierujący międzynarodowym zespołem ekspertów, zastanawiali się co mogło do prowadzić do przechylenia Urana na bok oraz jakie konsekwencje dla ewolucji planety mogło nieść potencjalne, gigantyczne zderzenie.

Badacze przeprowadzili pierwszej wysokiej rozdzielczości symulacje komputerowe różnych, masywnych zderzeń z lodowym olbrzymem, starając się w ten sposób poznać ewolucję planety.

Badania potwierdzają wyniki wcześniejszych badań, które wskazywały, że nachylenie Urana jest skutkiem zderzenia planety z masywnym obiektem – najprawdopodobniej młodą protoplanetą zbudowaną z mieszaniny skał i lodu – do którego doszło w trakcie formowania się układu planetarnego jakieś 4 miliardy lat temu.

Symulacje wskazują także, że pozostałości po owym masywnym obiekcie mogły utworzyć cienką otoczkę w pobliżu krawędzi  lodowej warstwy planety i uwięzić ciepło emanujące z jądra Urana. Takie uwięzienie wewnętrznego ciepła może po części tłumaczyć ekstremalnie niskie temperatury zewnętrzne warstwy atmosfery Urana (-216 stopni Celsjusza).

Wyniki badań opublikowano w najnowszym wydaniu The Astrophysical Journal.

Główny autor opracowania Jacob Kegerreis z Instytutu Kosmologii Obliczeniowej w Durham dodaje: „Oś rotacji Urana skierowana jest pod kątem prostym w stosunku do osi rotacji innych planet w Układzie Słonecznym. Niemal na pewno jest to skutek potężnego zderzenia, jednak niewiele wiemy o tym jak do tego w rzeczywistości doszło i jak takie gwałtowne zdarzenie mogło wpłynąć na planetę.

„Przeanalizowaliśmy ponad 50 różnych scenariuszy zderzenia, wykorzystując do tego silne superkomputery, próbując odtworzyć warunki, które ukształtowały ewolucję planety. Uzyskane przez nas wyniki potwierdzają, że najprawdopodobniej Urana ukształtowało potężne zderzenie z obiektem o masie co najmniej dwukrotnie większej od masy Ziemi. Wskutek zderzenia planeta przewróciła się na bok rozpoczynając sekwencję zdarzeń, która doprowadziła do powstania takiej planety jaką obserwujemy obecnie”.

Naukowcy od dawna zastanawiają się jak Uran był w stanie utrzymać swoją atmosferę, skoro tak gwałtowne zderzenie mogło skutecznie wywiać ją w przestrzeń kosmiczną. Według nowych symulacji można to tłumaczyć zderzeniem, które nie było zderzeniem czołowym.  Takie uderzenie mogło być na tyle silne, aby wpłynąć na nachylenie planety, a jednocześnie umożliwiło utrzymanie większości atmosfery planety.

Credit: Lawrence Sromovsky, University of Wisconsin-Madison/W.W. Keck Observatory

Badania mogą także pomóc naukowcom wyjaśnić proces powstawania pierścieni i księżyców Urana. Symulacje wskazują, że zderzenie mogło wyrzucić skały i lód na orbitę wokół planety. To właśnie one mogły złączyć się ze sobą w wewnętrzne księżyce planety i prawdopodobnie wpłynąć na rotację innych już istniejących księżyców planety.

Analizy symulacji wskazują także, że zderzenie mogło doprowadzić do powstania stopionego lodu i niejednorodnych zagęszczeń skał we wnętrzu planety. To z kolei mogłoby tłumaczyć nachylone i niewyśrodkowane pole magnetyczne Urana.

Uran o planeta, która przypomina najczęściej odkrywany typ egzoplanet. Badacze mają nadzieję, że uzyskane przez nich wyniki pomogą wyjaśnić ewolucję tych planet i dowiedzieć się czegoś nowego o ich składzie chemicznym.