Kaasu / jään jättiläinen Uranus on jo kauan ollut salaperäinen lähde tähtitieteilijöille. Sen lisäksi, että esitetään joitain lämpöanomalia ja magneettikenttää, joka on keskipisteen ulkopuolella, planeetta on myös ainutlaatuinen siinä mielessä, että se on aurinkokunnan ainoa pyörimään sivullaan. Akselin 98 ° kaltevuudella planeetta kokee radikaaleja vuodenaikoja ja päivä-yösyklin napoilla, joissa yksi päivä ja yö kestävät kumpikin 42 vuotta.
Durhamin yliopiston tutkijoiden johtaman uuden tutkimuksen ansiosta syy näihin mysteereihin on vihdoin löytynyt. Ryhmä toteutti NASA: n tutkijoiden ja useiden tieteellisten organisaatioiden avulla simulaatioita, jotka osoittivat, kuinka Uranus on saattanut kärsiä valtavia vaikutuksia menneisyydestään. Tämä ei vain selittäisi planeetan äärimmäistä kallistusta ja magneettikenttää, se selittäisi myös miksi planeetan ulkoilmakehä on niin kylmä.
Tutkimus, ”Jättiläisvaikutusten vaikutukset varhaiseen uraaniin kiertymisessä, sisäisissä rakenteissa, roskissa ja ilmakehän eroosiossa”, ilmestyi äskettäin The Astrophysical Journal. Tutkimusta johti tutkijatohtori Jacob Kegerreis Durhamin yliopiston laskennallisesta kosmologiainstituutista, ja tutkimukseen osallistui jäseniä Bay Area Environmental Research (BAER) -instituutista, NASA: n Ames-tutkimuskeskuksesta, Los Alamosin kansallisesta laboratoriosta, Descartes Labs, University of University. Washington ja UC Santa Cruz.
Tutkimuksensa puolesta, jota rahoittivat tiede- ja teknologiatilojen neuvosto, kuninkaallinen yhdistys, NASA ja Los Alamosin kansallinen laboratorio, joukkue suoritti ensimmäiset korkearesoluutioiset tietokonesimulaatiot siitä, kuinka massiiviset törmäykset Uraanin kanssa vaikuttavat planeetan evoluutio. Kuten Kegerries selitti äskettäisessä Durhamin yliopiston lehdistötiedotteessa:
”Uraani pyörii kyljellään akselinsa osoittaessa melkein suorassa kulmassa kaikkien muiden aurinkojärjestelmän planeettojen pintaan nähden. Tämän aiheutti melko varmasti jättiläinen vaikutus, mutta me tiedämme hyvin vähän siitä, kuinka tämä todella tapahtui ja kuinka muuten tällainen väkivaltainen tapahtuma vaikutti planeettaan. "
Määrittääkseen, kuinka jättiläinen vaikutus vaikuttaa Uraaniin, ryhmä toteutti sarjan tasoitettuja hiukkasten hydrodynaamisia (SPH) simulaatioita, joita käytettiin myös aikaisemmin mallintelemaan jätteen vaikutusta, joka johti Kuun muodostumiseen (tunnetaan myös nimellä Giant Impact). Teoria). Kaiken kaikkiaan, joukkue juoksi yli 50 erilaista vaikutusskenaariota tehokkaan tietokoneen avulla nähdäkseen, voiko se luoda uraanin muodostaneet olosuhteet uudelleen.
Lopulta simulaatiot vahvistivat, että Uranuksen kallistunut sijainti aiheutui törmäyksestä massiivisen esineen kanssa (kahden ja kolmen maapallon välillä), joka tapahtui suunnilleen 4 miljardia vuotta sitten - ts. Aurinkokunnan muodostumisen aikana. Tämä oli johdonmukaista edellisen tutkimuksen kanssa, joka osoitti, että kallion ja jään muodostaman nuoren proto-planeetan vaikutus olisi voinut olla vastuussa Uranuksen aksiaalikaltevuudesta.
"Tuloksemme vahvistavat, että todennäköisin lopputulos oli, että nuori Uranus osallistui katastrofiseen törmäykseen esineen kanssa, joka on kaksinkertainen maapallon massaan nähden, ellei jopa suurempi, koputtaen sen sivulleen ja asettamalla prosessiin tapahtumia, jotka auttoivat luomaan planeettaa näemme tänään ”, kegerries sanoi.
Lisäksi simulaatiot vastasivat uraania koskeviin peruskysymyksiin, jotka esiteltiin vastauksena aikaisempiin tutkimuksiin. Pohjimmiltaan tutkijat ovat miettineet, kuinka Uranus voisi säilyttää ilmakehänsa väkivaltaisen törmäyksen jälkeen, joka olisi teoreettisesti puhallut pois sen vedyn ja heliumin kaasukerrokset. Ryhmän simulaatioiden mukaan tämä johtui todennäköisimmin siitä, että isku osutti laiduntavan iskun Uranukseen.
Tämä olisi ollut tarpeeksi muuttaa Uranuksen kallistusta, mutta se ei ollut tarpeeksi vahva poistamaan sen ulkoilmasta. Lisäksi niiden simulaatiot osoittivat, että isku olisi voinut poistaa kivin ja jään kiertoradalla planeetan ympäri. Tämä olisi sitten voinut yhdistyä muodostaakseen planeetan sisäiset satelliitit ja muuttaa jo olemassa olevien kuiden kiertoa, jotka ovat jo kiertoradalla Uranuksen ympärillä.
Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, simulaatiot tarjosivat mahdollisen selityksen siitä, kuinka Uranus sai keskipisteen ulkopuolisen magneettikentän ja lämpöanomaliat. Lyhyesti sanottuna isku olisi voinut luoda sulajäätä ja kaltevia kalliokappaleita planeetan sisällä (mikä vastaa sen magneettikentää). Se olisi voinut myös luoda ohut roskikuoren lähellä planeetan jääkerroksen reunaa, joka olisi loukannut sisäistä lämpöä, mikä voisi selittää miksi Uranuksen ulkoilmassa on erittäin kylmiä lämpötiloja -216 ° C (-357 ° F).
Sen lisäksi, että autamme tähtitieteilijöitä ymmärtämään Uranuksen, joka on yksi aurinkokunnan vähiten ymmärretyistä planeetoista, tutkimuksella on myös vaikutuksia eksoplaneettojen tutkimukseen. Toistaiseksi suurin osa muista tähtijärjestelmistä löydetyistä planeetoista on ollut kooltaan ja massaltaan verrattavissa Uranukseen. Sellaisena tutkijat toivovat havaintonsa valaisevan näiden planeettojen kemiallisia koostumuksia ja selittävän, miten ne kehittyivät.
Kuten tohtori Luis Teodoro - BAER-instituutista ja NASA Ames-tutkimuskeskuksesta - ja yksi paperilla kirjoitetuista kirjoittajista, sanoi: ”Kaikki todisteet viittaavat siihen, että jättiläismäiset vaikutukset ovat usein planeetan muodostumisen aikana, ja tällaisen tutkimuksen avulla ovat nyt saamassa enemmän käsitystä niiden vaikutuksista potentiaalisesti asuttaviin eksoplaneetoihin. "
Lähivuosina on suunniteltu lisämatkustusmatkoja ulkoisen aurinkokunnan ja jättiläisten planeettojen tutkimiseksi. Nämä tutkimukset eivät vain auta tähtitieteilijöitä ymmärtämään, kuinka aurinkokuntamme kehittyi, vaan he voisivat myös kertoa meille, millainen rooli kaasujättiläillä on asuttavuudessa.
