Чтобы соответствовать своей одиозной природе, удивительная планета требует достаточно необычной истории происхождения.
Земля, Юпитер и большая часть нашего космического «экипажа» вращаются вокруг оси почти вертикально, их полюса смотрят во вселенную примерно в одном направлении с полюсами Солнца. Но Уран не таков. Он в одиночку катится боком, а его кольца и луны, вращаясь по орбитам, далеко "выныривают" из плоскости эклиптики.
Так что же опрокинуло систему Урана? Мог ли он наклониться случайно, неистово вращаясь в жарком смерче протопланетного диска? Почему же остальные планеты не сделали так же, а выстроились в одном направлении?
Преимущество большинства доказывает справедливость некой закономерности, заставившей планеты подчиниться общему правилу. А следовательно, именно Уран выступил исключением из него, скрывая особую тайну своего прошлого.
Многие планетологи предполагают, что когда прошло всего несколько сотен миллионов лет существования Солнечной системы, эта планета пережила катастрофическое столкновение. Тогда около Солнца было больше зарождающихся планет, чем их осталось в нынешнем, «каноническом» составе.
Тело, размером с Марс (условно называемое Тея), возможно, снесло внушительную часть Земли, зашвырнув ее на орбиту виде Луны. Точно так же Уран, быть может, принял сокрушительный удар от огромного летящего шара, возможно даже в несколько раз превышающего Землю по размеру. Когда пыль от взрыва «осела», то Уран продолжил свой путь по орбите, оказавшись поверженным на бок.
Исследователи впервые обыграли такой сценарий в начале 1990-х годов, применив компьютерную симуляцию. Они разбили прото-Уран и его антагонист на тысячи цифровых кусочков, каждый из которых имел примерно десятую массу Луны. Взбив вместе два облака частиц с различными угловыми скоростями, они пришли к выводу, что «двойной армагеддон» просуществовал бы всего несколько дней, после чего получившееся объединение действительно приобрело бы характерное «урановское» вращение.
Два года назад команда из Калифорнийского университета и лаборатории Лос-Аламоса протолкнула идею еще дальше. Используя три десятилетия компьютерных достижений, они сымитировали ряд столкновений между двумя планетами, каждая из которых состояла уже из миллионов частиц.
Это все равно что перейти от монитора с 200 пикселями на стороне к изображению 2000 на 2000. Тогда, уже в точности, открывается много таких деталей, о которых можно было судить лишь приблизительно. И «теория опрокидывания» планеты выдержала тщательный анализ.
Сейчас исследования калифорнийцев подхватывают логику предыдущих симуляций с места, дальше которого пройти тогда было невозможно. «Мы выводим ее на следующий уровень, - говорят исследователи, - и это становится довольно захватывающим».
В разрушении двух миров не обойтись без хаоса, и более ранние модели предполагали, что тонны осколков и мусора в итоге будут вращаться вокруг изуродованного маленького шара, образуя огромное гало. Это не совпадает с действительностью, но в точности соответствует формату моделирования того уровня.
И вот, результаты, появившиеся на прошлой неделе в Nature Astronomy, показали решение проблемы именно в увеличении размера общей сферы. История взглядов была поделена на две различные эпохи.
Если исходными частицами были в основном ледяные шарики, то мощь удара испарила бы часть их массы. Команда исследователей обработала этот материал как облако водяного пара, смешанное с водородом и газообразным гелием, и проанализировала, как оно, вращаясь и охлаждаясь, падало на планету.
Обнаружилось, что через тысячи лет часть этой массы, в конечном итоге, образовала крупицы льда вокруг планеты. В свою очередь, они спрессовались в километровые куски – ледяные зачатки будущих лун Урана.
Итак, когда облако от взрыва обратилось в рой мелких частиц, команда исследователей сменила тактику. Она «обсчитала» цифровой Уран со шлейфом в 10 000 ледяных фрагментов (как это и было зафиксировано по результатам первой имитации) и дала им полетать во взрывном вихре. И когда неизбежные хаотичные столкновения успокоились, осталось лишь около десятка более-менее крупных уцелевших ледяшек. А их размеры и местоположение удивительно соответствовали наблюдаемым сейчас лунам Урана. Четыре наиболее массивных из них оказались особенно близки к реальности!
Этот результат удачно решает ряд задач в других моделях, делая более сложные теории попросту ненужными. Исследование показало, что простой сценарий столкновения красиво воспроизводит спутниковую систему Урана, если должным образом учитывать эволюцию протопланетного диска.
Планетарное научное сообщество может многому научиться только оглядываясь назад. По мнению исследователей, создание компьютерных программ, которые генерируют "правильные ответы", соответствующие реальным лунам Урана, здорово подталкивает научные прогнозы.
И вот уже разрабатываются новые симуляции, которые покажут, какие вещества могли возникнуть в пылу столкновения (что невозможно в менее драматичных сценариях формирования планет, когда они должны была оставаться гораздо холоднее).
Интрига пока сохраняется. Чтобы подтвердить передовую теорию, потребуется подлетная миссия будущего космолета, который проверит, наконец, из чего именно сделан Уран.
На сегодня история исследований загадочной планеты ограничена лишь пролетом в 1986 году «Вояджера-2» в 81 500 км от нее. Это единственное посещение окрестностей Урана. Причем аппарат попытался провести тогда изучение структуры и состава его атмосферы и открыл 10 новых спутников.
Недавно 168 ученых заявили о необходимости путешествия к внешней части Солнечной системы, в котором конечной целью была бы планета Уран.
«Все основные компоненты Солнечной системы активно исследуются космическими аппаратами. Кроме Урана и Нептуна. Тем не менее, ледяные гиганты – неизвестная и загадочная часть Солнечной системы. Они занимают уникальное место в теории формировании планет и имеют решающее значение для понимания экзопланетных систем» - сказано в воззвании (http://www.mssl.ucl.ac.uk/planetary/missions/uranus/)
Команда ученых надеется, что миссия Uranus Pathfinder (как ее уже назвали энтузиасты) может быть запущена уже в 2021 году.
Еще: космический "джем" в клубе Симфомир Symfomir:
Страшная миссия DART: защита нападением
Украинский космос как наследие эпохи
Звездный апрель в палитре героев
Нельзя смотреть на Эридан
"Новые горизонты" и звездный час Плутона
Легко ли попасть в космос пассажиром?
Выше всего клуб СИМФОМИР ценит этику и честность интернет-познания. Мы рады тем, кто разделяет такие наши взгляды.
Спасибо всем, кто мыслит конструктивно и думает по-доброму. Ведь интерес к сенсациям и спорные размышления - не основания, чтобы не стать друзьями. Присоединяйтесь!
C пожеланием неизменной удачи - Ваш СИМФОМИР Symfomir.
