Данное событие, возможно, также привело к появлению множества лун газового гиганта.
Как и другие планеты-гиганты, Уран имеет множество колец и более дюжины лун, которые делают его похожим на миниатюрную солнечную систему. Но в отличие от своих соседей королевского размера (и остальных планет в этом отношении), система ледяного гиганта поворачивается на бок, вращаясь, а не вращаясь. Теперь, новое моделирование ранних лет планеты поддерживает теорию, разработанную, чтобы объяснить странную ориентацию, показывая, что она может также производить спутники планеты.
«Эта модель является первой, которая объясняет конфигурацию лунной системы Урана», - сказала Ида Шигеру, планетолог из Токийского технологического института в Японии, в пресс-релизе.
Странная планета требует оригинальной истории, достаточно необычной, чтобы соответствовать ее странному характеру. Земля, Юпитер и большая часть нашей космической команды вращаются «вертикально», как вершины, все их северные полюса направлены во Вселенную в том же направлении, что и северный полюс Солнца. Но не Уран. Он один катится на боку, его кольца и луны качаются «вверх» и «вниз» из плоскости Солнечной системы, когда они движутся по орбите.
Итак, что перевернуло систему Урана? Он мог сам по себе отклониться от первоначального поворота в пыльном диске, который привел его в движение, но многие ученые-планетологи предполагают, что молодая планета, когда ей было всего несколько сотен миллионов лет от миллиардов лет жизни, пострадала катастрофическое столкновение. В то время в ранней солнечной системе было больше планет, чем в канонической восьмерке, поэтому столкновения были неизбежны. Камень размером с Марс, получивший название Theia, возможно, ликвидировал большую часть Земли, чтобы создать Луну. Точно так же, маленький Уран, возможно, получил сокрушительный, нецентральный удар от бродящего ледяного шара, возможно, в несколько раз больше земного, который выбил оба тела из-за петли. Когда пыль осела, то, что осталось от двух, слилось бы в единый вращающийся мир.
Исследователи впервые проверили теорию в начале 1990-х годов с помощью компьютерного моделирования. Они разделили протоуран и его противника на тысячи цифровых фрагментов, каждая из которых представляет примерно одну десятую массы земной луны. Сокрушая два облака частиц вместе снова и снова с различными скоростями и углами, они пришли к выводу, что двойной Армагеддон продлился бы всего несколько дней, после чего получившееся объединение действительно приобрело характерный крен.
Два года назад команда, включающая Дона Кориканского из Калифорнийского университета, Санта-Крус, и Криса Фрайера из Лос-Аламосской национальной лаборатории, еще больше продвинула эту идею. Используя три десятилетия компьютерных достижений, они симулировали ряд столкновений между двумя планетами, каждая из которых состоит из миллионов кусочков.
«Это все равно, что переходить от монитора с 200 пикселями к изображению 2000 на 2000 пикселей», - говорит Кориканский. «Вы можете увидеть множество деталей, которые могут быть дополнительно исследованы».
Теория опрокидывания планеты выдержала их исследование высокой четкости.
Теперь исследования Иды и его коллег показывают, где закончились предыдущие симуляции.
«Они переходят на следующий уровень», - говорит Фрайер. «Это становится довольно захватывающим».
Разрушение двух миров создает беспорядок, и более ранние модели предполагали, что тонны мусора, в конечном счете, обернулись бы вокруг только что отчеканенного земного шара, но моделирование на всей планете не было достаточно острым, чтобы придать форму, которую принял бы детрит. Результаты Ида, опубликованные на прошлой неделе в журнале «Астрономия природы», решают эту проблему, увеличивая сам диск и разбивая историю системы на две разные эпохи.
Начиная с массы диска, предсказанной прошлым моделированием, они сначала проанализировали непосредственные последствия столкновения. Предполагая, что первоначальные планеты были в основном ледяными шариками, в результате столкновения часть их массы испарилась бы. Команда рассмотрела обломки как облако водяного пара, смешанного с водородом и газообразным гелием, и проанализировала, как диск охлаждается и истончается, когда он вращается и падает на планету. Они обнаружили, что через тысячи лет он в конечном итоге сконденсировался в частицы льда, которые, в свою очередь, превратились в куски льда длиной в мили - семена будущих лун Урана.
Когда обломки перешли из облака в массивную коллекцию предметов, команда Иды сменила тактику. Они установили цифровой Уран с роем из 10000 ледяных лунных луков (свойства которых были зафиксированы по результатам их первого моделирования) и позволили им летать. Когда неизбежная игра автомобилей-бамперов успокоилась, осталось около десятка крупных выживших. Их разные размеры и расположение соответствовали наблюдаемым спутникам Урана. Крупнейшие четыре были особенно близки к реальности.
Согласно Иды, результат решает ряд проблем в других моделях, что делает ненужными более сложные теории.
«Наше исследование показывает, что простой сценарий удара прекрасно воспроизводит спутниковую систему Урана, если правильно учитывать эволюцию диска», - говорит она.
Другие исследователи влияния говорят, что работа существенно не меняет их понимания того, как сформировалась система, но дает теории вдвое больше объяснительной силы, чем прежде.
«Модель столкновения не только легко объясняет наклон, - говорит Фрайер, - но она также отвечает на вопрос:« Как Уран сформировал свои спутники? »
Более ранние исследования оставались относительно независимыми от того, из чего могла состоять планета-новичок - камень или лед. Но, согласно новой работе, только лед кажется достаточно липким, чтобы правильно соединяться в лунные луны, поэтому будущие модели могут сосредоточиться на реализации ледяных сценариев. Ида говорит, что именно учет относительного количества льда и камней в лунах системы является основным направлением будущих исследований.
Но планетарное научное сообщество может многому научиться, оглядываясь назад. Исследователи говорят, что создание компьютерных программ, которые генерируют «правильные ответы» в соответствии с реальными лунами Урана, - это большой шаг вперед, но настоящее дымящееся ружье было бы подлинным предсказанием неизвестной в настоящее время особенности. Например, Фрайер в настоящее время разрабатывает новые симуляции, которые предсказывают, какие вещества могли быть подделаны в разгар столкновения (в отличие от менее драматичных сценариев формирования, в которых планета осталась бы более холодной). Чтобы подтвердить такую теорию, будущий космический корабль должен был бы выйти и точно проверить, из чего сделан Уран.
Фрайер надеется, что теоретические исследования, подобные его и Иде, приведут к появлению множества потенциальных признаков, которые мог бы дать только результат. А поскольку любая миссия на внешние планеты займет планирование и выполнение займет десятилетия, у них будет достаточно времени для расчета.
