Уранова наука: Како је дивовска планета леда завршила на њеној страни?

Уран је вероватно најтајанственија планета у Сунчевом систему - о томе знамо врло мало. До сада смо само једном посетили планету, са Воиагер 2 свемирском летелицом још 1986. године. Најочигледнија чудна ствар код овог леденог гиганта је чињеница да се врти на својој страни.

За разлику од свих других планета, које се окрећу отприлике "усправно" са својим ротирајућим осима под правим углом у односу на њихове орбите око Сунца, Уран је нагнут скоро под правим углом. Тако у свом љетном периоду, северни пол скоро тачно показује према сунцу. И за разлику од Сатурна, Јупитера и Нептуна, који имају хоризонталне сетове прстена око њих, Уран има вертикалне прстенове и месеце који круже око његовог нагнутог екватора.

Види такође: Уран је буквално творница прдева - и то би вас апсолутно убило

Ледени гигант такође има изненађујуће хладну температуру и неуредно и изванцентрално магнетно поље, за разлику од уредног облика бар-магнета већине других планета као што су Земља или Јупитер. Научници, дакле, сумњају да је Уран некада био сличан другим планетама у Сунчевом систему, али је изненада преврнут. Па шта се догодило? Наше ново истраживање, објављено у Астропхисицал Јоурнал и представљен на састанку Америчке геофизичке уније, нуди траг.

Цатацлисмиц Цоллисион

Наш соларни систем је био много насилније место, са протопланетима (тела која се развијају да постану планете) која се сударају у насилним огромним утицајима који су помогли да се створе светови које данас видимо. Већина истраживача верује да је Уранов спин последица драматичног судара. Кренули смо да откријемо како се то могло догодити.

Хтели смо да проучимо огромне утицаје на Уран да бисмо видели како је такав судар могао утицати на еволуцију планете. Нажалост, не можемо (још) изградити двије планете у лабораторији и разбити их заједно како бисмо видјели што се стварно догађа. Уместо тога, водили смо компјутерске моделе који симулирају догађаје користећи моћан суперкомпјутер као следећу најбољу ствар.

Основна идеја је била да се моделирају сударне планете са милионима честица у компјутеру, од којих свака представља групу планетарног материјала. Ми симулацији дајемо једначине које описују како физика као гравитација и притисак материјала функционишу, тако да се може израчунати како се честице развијају временом како се сударају једна у другу. На тај начин можемо проучавати чак и фантастично компликоване и неуредне резултате огромног утицаја. Још једна корист од употребе компјутерских симулација је да имамо потпуну контролу. Можемо тестирати широк спектар различитих сценарија утјецаја и истражити распон могућих исхода.

Наше симулације (види горе) показују да тело које је најмање двоструко масивније од Земље лако може створити чудан спин који данас има Уран, ударајући се и спајајући се са младом планетом. За више судара паше, материјал који удара тело ће вероватно завршити у танком, врелом љуску близу ивице Урановог леденог слоја, испод атмосфере водоника и хелијума.

Ово би могло да спречи мешање материјала унутар Урана, хватајући топлину из њеног формирања дубоко у себи. Узбудљиво, чини се да се ова идеја уклапа са запажањем да је Ураново спољашњост данас тако хладно. Топлинска еволуција је веома компликована, али је барем јасно како гигантски утицај може преобликовати планету изнутра и извана.

Супер Цомпутатионс

Истраживање је такође узбудљиво из рачунске перспективе. Слично као и телескоп, број честица у симулацији ограничава оно што можемо ријешити и проучити. Међутим, једноставно покушати користити више честица како би омогућили нова открића је озбиљан рачунски изазов, што значи да треба дуго времена чак и на моћном рачуналу.

Наше најновије симулације користе преко 100м честица, око 100-1000 пута више од већине других данашњих студија. Осим што је направио неке запањујуће слике и анимације о томе како се догодио огроман утицај, то отвара све врсте нових научних питања која сада можемо почети рјешавати.

Ово побољшање је захваљујући СВИФТ-у, новом симулацијском коду који смо дизајнирали да у потпуности искористи савремене „суперрачунала“. То су у основи много нормалних рачунала повезаних заједно. Дакле, покретање велике симулације брзо се ослања на поделу израчуна између свих делова суперрачунара.

СВИФТ процењује колико дуго ће сваки компјутерски задатак у симулацији бити потребан и покушава да пажљиво подели посао равномерно ради максималне ефикасности. Попут великог новог телескопа, овај скок до 1000 пута веће резолуције открива детаље које до сада нисмо видели.

Екопланетс анд Беионд

Поред сазнања више о специфичној историји Урана, још једна важна мотивација је да се формирање планете уопште схвати. Последњих година смо открили да је најчешћи тип егзопланета (планета које орбитирају звезде осим нашег Сунца) прилично сличан Урану и Нептуну. Дакле, све што учимо о могућој еволуцији наших властитих ледених дивова храни се нашим разумијевањем њихових далеких рођака и еволуцијом потенцијално настањивих свјетова.

Једна од узбудљивих детаља које смо проучавали и који су веома релевантни за питање ванземаљског живота је судбина атмосфере након огромног утицаја. Наше симулације високе резолуције откривају да се дио атмосфере која преживи почетни судар може и даље уклонити насилним избијањем планете. Недостатак атмосфере чини планету много мањом могућношћу да угости живот. Онда опет, можда масивни унос енергије и додатни материјал могу помоћи у стварању корисних хемикалија за живот. Стаклени материјал из језгра ударног тела такође може да се меша у спољну атмосферу. То значи да можемо тражити одређене елементе у траговима који би могли бити показатељи сличних утицаја ако их посматрамо у атмосфери егзопланета.

Много питања остаје око Урана и огромних утицаја уопште. Иако наше симулације постају детаљније, још увек имамо пуно тога да научимо. Многи људи стога позивају на нову мисију на Уран и Нептун да проуче своја чудна магнетска поља, њихове необичне породице месеца и прстена, па чак и једноставно од чега су заправо направљени.

Желео бих да видим да се то деси. Комбинација опсервација, теоријских модела и компјутерских симулација ће нам у коначници помоћи да разумемо не само Уран, већ и безброј планета које испуњавају наш универзум и како су постале.

Овај чланак је првобитно објављен на Тхе Цонверсатион би Јацоб Кегерреис. Прочитајте оригинални чланак овде.