Японские астрономы находят ответы таинственным странностям Урана

Странная ось вращения Урана и необычные свойства его спутников и кольцевой системы, вероятно, связаны с древним гигантским ледяным ударом. Необычные атрибуты ледяного гиганта Урана давно озадачивали ученых.

Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и в одной плоскости, что, по мнению астрономов, является следом того, как наша Солнечная система образовалась из вращающегося диска из газа и пыли. Большинство планет в нашей Солнечной системе также вращаются в том же направлении, причем их полюсы ориентированы перпендикулярно плоскости, в которой вращаются планеты. Однако, уникально среди всех планет другое: Уран наклонен примерно на 98 градусов.

Вместо того, чтобы думать о реальности распространения звезд во всех направлениях и на разных расстояниях от Земли, это легче понять, представляя небесную сферу. Чтобы представить себе, что такое небесная сфера, посмотрите на ночное небо и представьте, что все звезды, которые вы видите, нарисованы внутри сферы, окружающей Солнечную систему. Звезды, кажется, поднимаются и садятся, когда Земля движется относительно этой сферы. По мере того, как Уран вращается вокруг Солнца, он удерживает свои полюсы нацеленными на фиксированные точки относительно этой сферы, поэтому он, кажется, вращается и колеблется с точки зрения наблюдателя Земли.

У Урана также есть кольцевая система, как у Сатурна, и множество – аж целых 27 – спутников, которые вращаются вокруг планеты вокруг своего экватора, поэтому они тоже опрокинуты. Как появился необычный набор свойств Урана, теперь объяснил исследовательский коллектив во главе с профессором Сигеру Ида из Института наук о Земле и жизни (ELSI) Токийского технологического института. Их исследование показывает, что в начале истории нашей Солнечной системы Уран был поражен маленькой ледяной планетой – примерно в 1-3 раза больше массы Земли – которая перевернула молодую планету и оставила после себя свою уникальную лунную и кольцевую систему, подобно дымящемуся пистолету.

Команда пришла к такому выводу, когда строила новый компьютерный симулятор формирования луны вокруг ледяных планет. У большинства планет в Солнечной системе есть спутники, и у них есть набор разных размеров, орбит, составов и других свойств, которые, как полагают ученые, могут помочь объяснить, как они образовались. Существуют убедительные доказательства того, что собственная луна Земли сформировалась, когда скалистое тело размером с Марс ударилось о раннюю Землю почти 4,5 миллиарда лет назад. Эта идея многое объясняет о составе Земли и ее Луны, а также о том, как Луна вращается вокруг Земли.

Ученые ожидают, что такие массивные столкновения были более распространены в ранней Солнечной системе, и на самом деле они являются частью истории о том, как образуются все планеты. Но Уран, должно быть, испытал удары, которые сильно отличались от Земли, просто потому, что Уран образовался намного дальше от Солнца. Поскольку Земля сформировалась ближе к Солнцу, где среда была более горячей, в основном она состоит из того, что ученые называют нелетучими элементами, то есть они не образуют газы при нормальных давлениях и температурах на поверхности Земли. Они состоят из камня. Напротив, внешние планеты в основном состоят из летучих элементов, например, таких как вода и аммиак. Даже если это будут газы или жидкости под поверхностью Земли, такие как температуры и давления, на огромных расстояниях от Солнца, на которых вращаются внешние планеты, они замерзнут в твердый лед.

Согласно исследованию профессора Иды и его коллег, гигантские воздействия на далекие ледяные планеты будут полностью отличаться от воздействий, связанных с каменистыми планетами, таких как воздействие, которое, по мнению ученых, образовало Луну Земли. Поскольку температура, при которой образуется водяной лед, низкая, ударный мусор с Урана и его ледяного ударного элемента в основном испарился бы во время столкновения.

Возможно, это также относится к скальному материалу, участвующему в воздействии на Луну, формирующемуся на Земле, но, напротив, этот скальный материал имел очень высокую температуру конденсации, то есть быстро затвердевал, и, таким образом, Луна Земли смогла собрать значительное количество мусора, созданного в результате столкновения из-за собственной гравитации.

В случае с Ураном, большой ледяной ударный элемент смог наклонить планету, дать ей быстрый период вращения (день на Уране в настоящее время составляет ~ 17 часов, даже быстрее, чем земной), а оставшийся материал от столкновения остался газообразным дольше. Самое большое массовое тело, которое стало бы Ураном, затем собрало большую часть остатков, и, таким образом, нынешние спутники Урана малы. Чтобы быть точным, отношение массы Урана к массам спутников этой планеты больше, чем отношение массы Земли к ее луне в более чем сто раз. Модель Иды и коллег прекрасно воспроизводит текущую конфигурацию спутников Урана.

Как объясняет профессор Ида: “Эта модель является первой, объясняющей конфигурацию лунной системы Урана, и она может помочь объяснить конфигурации других ледяных планет в нашей Солнечной системе, таких как Нептун. Помимо этого, астрономы теперь обнаружили тысячи планет вокруг других звезд, так называемых экзопланет, и наблюдения показывают, что многие из недавно открытых планет, известных как суперземли в экзопланетных системах, могут состоять в основном из водяного льда, и эта модель также может быть применена на эти планеты”.