De gas / ijsreus Uranus is lange tijd een bron van mysterie geweest voor astronomen. Naast het presenteren van enkele thermische afwijkingen en een magnetisch veld dat niet in het midden ligt, is de planeet ook uniek omdat het de enige in het zonnestelsel is die op zijn kant draait. Met een axiale helling van 98 ° ervaart de planeet radicale seizoenen en een dag-nacht-cyclus aan de polen waar een enkele dag en nacht elk 42 jaar duren.
Dankzij een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van Durham University is de reden voor deze mysteries misschien eindelijk gevonden. Met de hulp van NASA-onderzoekers en meerdere wetenschappelijke organisaties heeft het team simulaties uitgevoerd die aangeven hoe Uranus in het verleden mogelijk een enorme impact heeft gehad. Dit zou niet alleen de extreme kanteling en het magnetische veld van de planeet verklaren, het zou ook verklaren waarom de buitenatmosfeer van de planeet zo koud is.
De studie, "Gevolgen van gigantische effecten op vroege uranus voor rotatie, interne structuur, puin en atmosferische erosie", verscheen onlangs in The Astrophysical Journal. De studie werd geleid door Jacob Kegerreis, een promovendus van het Durham University's Institute for Computational Cosmology, en omvatte leden van het Bay Area Environmental Research (BAER) Institute, NASA's Ames Research Center, het Los Alamos National Laboratory, Descartes Labs, de University of Washington en UC Santa Cruz.
Terwille van hun studie, die werd gefinancierd door de Science and Technology Facilities Council, The Royal Society, NASA en het Los Alamos National Laboratory, voerde het team de eerste computersimulaties met hoge resolutie uit over hoe enorme botsingen met Uranus de planeet zouden beïnvloeden evolutie. Zoals Kegerries uitlegde in een recent persbericht van de Durham University:
“Uranus draait op zijn kant, met zijn as bijna haaks op die van alle andere planeten in het zonnestelsel. Dit werd vrijwel zeker veroorzaakt door een gigantische impact, maar we weten heel weinig over hoe dit werkelijk is gebeurd en hoe anders zo'n gewelddadige gebeurtenis de planeet heeft beïnvloed. ”
Om te bepalen hoe een gigantische inslag Uranus zou beïnvloeden, voerde het team een suite van smoothed particle hydrodynamics (SPH) -simulaties uit, die in het verleden ook werden gebruikt om de gigantische inslag te modelleren die leidde tot de vorming van de maan (ook bekend als de gigantische inslag). Theorie). Alles bij elkaar voerde het team meer dan 50 verschillende impactscenario's uit met behulp van een krachtige computer om te zien of het de omstandigheden zou creëren die Uranus vormden.
Uiteindelijk bevestigden de simulaties dat de gekantelde positie van Uranus werd veroorzaakt door een botsing met een massief object (tussen twee en drie aardmassa's) dat ongeveer 4 miljard jaar geleden plaatsvond, dus tijdens de vorming van het zonnestelsel. Dit kwam overeen met een eerdere studie die aangaf dat een inslag met een jonge proto-planeet van rots en ijs verantwoordelijk zou kunnen zijn geweest voor de axiale kanteling van Uranus.
'Onze bevindingen bevestigen dat de meest waarschijnlijke uitkomst was dat de jonge Uranus betrokken was bij een catastrofale botsing met een object dat tweemaal de massa van de aarde was, zo niet groter, het op zijn kant sloeg en de gebeurtenissen in gang zette die de planeet hielpen creëren we zien vandaag, 'zei Kegerries.
Daarnaast beantwoordden de simulaties een fundamentele vraag over Uranus die naar aanleiding van eerdere studies werd gesteld. In wezen hebben wetenschappers zich afgevraagd hoe Uranus zijn atmosfeer kon behouden na een gewelddadige botsing, die theoretisch de uitlopende lagen waterstof en heliumgas zou hebben weggeblazen. Volgens de simulaties van het team was dit waarschijnlijk omdat de inslag een enorme klap op Uranus veroorzaakte.
Dit zou voldoende zijn geweest om de helling van Uranus te veranderen, maar was niet sterk genoeg om de buitenste atmosfeer te verwijderen. Bovendien gaven hun simulaties aan dat de impact rots en ijs in een baan rond de planeet had kunnen werpen. Dit had zich dan kunnen samenvoegen om de binnenste satellieten van de planeet te vormen en de rotatie te veranderen van alle reeds bestaande manen die al in een baan rond Uranus waren.
Last but not least boden de simulaties een mogelijke verklaring voor hoe Uranus zijn niet-gecentreerde magnetische veld en zijn thermische afwijkingen kreeg. Kortom, de inslag had gesmolten ijs en scheve rotsblokken binnen de planeet kunnen veroorzaken (dus goed voor het magnetische veld). Het zou ook een dunne schil van puin nabij de rand van de ijslaag van de planeet kunnen hebben gecreëerd die interne warmte zou hebben vastgehouden, wat zou kunnen verklaren waarom de buitenatmosfeer van Uranus extreem koude temperaturen van -216 ° C (-357 ° F) ervaart.
Naast het helpen van astronomen om Uranus, een van de minst begrepen planeten in het zonnestelsel, te begrijpen, heeft de studie ook implicaties als het gaat om de studie van exoplaneten. Tot dusver zijn de meeste planeten die in andere sterrenstelsels zijn ontdekt, qua grootte en massa vergelijkbaar met Uranus. Als zodanig hopen de onderzoekers dat hun bevindingen licht zullen werpen op de chemische composities van deze planeet en zullen uitleggen hoe ze zijn geëvolueerd.
Zoals Dr. Luis Teodoro - van het BAER-instituut en NASA Ames Research Center - en een van de co-auteurs op het papier zei: “Al het bewijs wijst erop dat gigantische inslagen frequent zijn tijdens planeetvorming, en met dit soort onderzoek hebben we krijgen nu meer inzicht in hun effect op potentieel bewoonbare exoplaneten. ”
De komende jaren zijn er extra missies gepland om het buitenste zonnestelsel en de gigantische planeten te bestuderen. Deze studies zullen astronomen niet alleen helpen begrijpen hoe ons zonnestelsel is geëvolueerd, ze kunnen ons ook vertellen welke rol gasreuzen spelen als het gaat om bewoonbaarheid.
