Az Uránusz dőlésének lényegében az, hogy a bolygó az oldalán a Nap körüli körüli körüli, spinje tengelye majdnem a Nap felé mutat.
(Kép: © NASA és Erich Karkoschka, az arizonai Egyesült Államok)
Bár a bolygók körülveszik a csillagokat a galaxisban, ezek kialakulásának módja továbbra is vita tárgya. Annak ellenére, hogy gazdag világok léteznek a saját naprendszerünkben, a tudósok még mindig nem biztosak abban, hogy a bolygók miként épülnek. Jelenleg két elmélet használja ki a bajnok szerepét.
Az első és a legszélesebb körben elfogadott központi akkreditáció jól működik a földi bolygók kialakulásával, de problémái vannak olyan óriásbolygókkal, mint az Uránusz. A második, a lemez instabilitási módszere óriási bolygók létrehozását vonhatja maga után.
"A jég óriások és a gáz óriások különbözik azok kialakulásának történetétől: a mag növekedése során az előbbi soha nem haladta meg a [kritikus tömeget] egy teljes gázkorongon" - írta Renata Frelikh és Ruth Murray-Clay kutatók egy kutatási cikkben.
Az alapvető akkreditációs modell
Körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt a Naprendszer por- és gázfelhő volt, amelyet Naprendszer ködnek hívtak. A gravitáció önmagában összeomlotta az anyagot, miközben forogni kezdett, és a napot képezte a köd közepén.
A nap felkeltével a megmaradt anyag összekezdett. A kis részecskék a gravitációs erő által megkötve nagyobb részecskékké húzódtak össze. A nap szél könnyebb elemeket, például a hidrogént és a héliumot elhozta a közelebbi régiókból, csak nehéz, sziklás anyagokat hagyva a földi világok létrehozására. De távolabb a napszelek kevésbé befolyásolták a könnyebb elemeket, lehetővé téve számukra, hogy összekapcsolódjanak olyan óriási óriásokké, mint Uránusz. Ily módon aszteroidák, üstökösök, bolygók és holdak jöttek létre.
A legtöbb gázipari óriummal ellentétben az Uránusz magja inkább sziklás, mint gáznemű. A mag valószínűleg először képződött, majd összegyűjtötte a hidrogént, héliumot és metánt, amelyek alkotják a bolygó légkörét. A magból származó hő hatására az Uránusz hőmérséklete és az időjárás meghaladja a távoli napból származó hőt, amely közel 2 milliárd mérföldre van.
Néhány exoplanet megfigyelés úgy tűnik, hogy megerősíti az alapvető akkreditációt mint domináns formációs folyamatot. A több "fémet" tartalmazó csillagok - egy csillagász kifejezés, amely hidrogéntől és héliumtól eltérő elemekre is vonatkozik - magukban óriási bolygók vannak, mint fémszegény unokatestvéreikben. A NASA szerint az alapvető akkreditáció azt sugallja, hogy a kicsi, sziklás világoknak gyakoribbnak kell lenniük, mint a hatalmasabb gáz óriásoknak.
A HD 149026, a napszerű csillag körül keringő hatalmas bolygó hatalmas bolygójának 2005-ös felfedezése egy példája az exoplanetának, amely elősegítette a mag felhalmozódásának esetét.
"Ez megerősíti a bolygóképződés alapvető akkreditációs elméletét és azt bizonyítja, hogy az ilyen bolygóknak létezniük kell bőségesen" - mondta Greg Henry a sajtóközleményben. Henry, a Nashville-i Tennessee Állami Egyetem csillagásza észlelte a csillag tompítását.
Az Európai Űrügynökség 2017-ben azt tervezi, hogy elindítja a jellegzetes ExOPlanet műholdat (CHEOPS), amely a szuperföldektől a Neptunuszig terjedő méretű exoplanetokat fog tanulmányozni. Ezeknek a távoli világoknak a tanulmányozása segíthet meghatározni, hogy a Naprendszerben hogyan alakultak a bolygók.
"Az akkumulációs forgatókönyv szerint a bolygó magjának el kell érnie a kritikus tömeget, mielőtt elszivárgó módon képes a gázt elkészíteni" - mondta a CHEOPS csapata. "Ez a kritikus tömeg számos fizikai változótól függ, amelyek közül a legfontosabb a síkbeli szimbólumok felszívódásának sebessége."
Annak tanulmányozásával, hogy a növekvő bolygók miként alakulnak ki az anyagból, a CHEOPS betekintést nyújt a világok növekedéséhez.
A lemez instabilitási modellje
De az óriási gázbolygók gyors kialakulásának szükségessége a mag felszívódásának egyik problémája. A modellek szerint a folyamat több millió évet vesz igénybe, hosszabb ideig, mint a könnyű gázok a korai naprendszerben rendelkezésre álltak. Ugyanakkor az alapvető akkreditációs modell egy migrációs kérdéssel néz szembe, mivel a csecsemőbolygók valószínűleg rövid idő alatt spirálba kerülnek a napba.
"Az óriás bolygók néhány millió év alatt nagyon gyorsan kialakulnak" - mondta Kevin Walsh, a Colorado Boulder Southwest Research Institute kutatója a Space.com-nak. "Ez időkorlátot hoz létre, mivel a nap körül lévő gázkorong csak 4-5 millió évig tart."
Egy viszonylag új elmélet szerint a korong instabilitása, a por- és gázcsomók a Naprendszer életének korai szakaszában kapcsolódnak egymáshoz. Idővel ezek lassan tömörülnek egy óriási bolygón. Ezek a bolygók gyorsabban képesek kialakulni, mint a saját akkreditációs versenytársaik, néha csak ezer év alatt, lehetővé téve nekik, hogy csapdába ejtsék a gyorsan eltűnő könnyebb gázokat. Gyorsan elérik egy pályát stabilizáló tömeget is, amely megakadályozza őket, hogy a halálba vonuljanak a napba.
Mivel a tudósok továbbra is a Naprendszer belsejében, valamint más csillagok környékén lévő bolygót tanulmányozzák, jobban meg fogják érteni, hogy Uránusz és testvérei hogyan alakultak.
Kavicsosodás
A mag kiürítésének legnagyobb kihívása az idő - a hatalmas gáz óriások építése elég gyors ahhoz, hogy megragadja a légkör könnyebb alkotóelemeit. Legfrissebb kutatások arról, hogy a kisebb, kavicsos méretű tárgyak miként fuzionálódtak egymással, hogy akár hatszor is hatalmas bolygót építsenek, mint a korábbi tanulmányok.
"Ez az első olyan modell, amelyet tudunk arról, hogy egy nagyon egyszerű szerkezettel indítunk a Naprendszer ködéhez, ahonnan bolygók alakulnak ki, és végül az óriási bolygórendszerrel látjuk, amelyet látunk." - a tanulmány vezető szerzője, Harold Levison, csillagász 2015-ben elmondta a Colorado délnyugati kutatóintézetének (SwRI), a Space.com-nak.
2012-ben, Michiel Lambrechts és Anders Johansen, a svédországi Lundi Egyetem kutatói javaslatot tettek arra, hogy az apró kavicsok, amelyek egyszer le lettek írva, tartsák a kulcsot az óriási bolygók gyors felépítéséhez.
"Megmutatták, hogy ennek a formálási folyamatnak a maradék kavicsai, amelyeket korábban úgy gondoltak, hogy nem lényegesek, valóban hatalmas megoldást jelentenek a bolygóképző problémára" - mondta Levison.
Levison és csapata arra a kutatásra épült, hogy pontosabban modellezze, hogy az apró kavicsok hogyan képezhetik a galaxisban látott bolygót. Míg a korábbi szimulációk, mind a nagy, mind a közepes méretű tárgyak viszonylag állandó ütemben fogyasztották a kavicsos méretű unokatestvéreiket, Levison szimulációi azt sugallják, hogy a nagyobb tárgyak inkább sólyomszerűen viselkedtek, és a közepes méretű tömegből kavicsokat raboltak el, hogy sokkal gyorsabban növekedjenek. mérték.
"A nagyobb tárgyak általában hajlamosak a kisebbek szétszórására, mint a kisebbek szétszórják őket, tehát a kisebbek szétszóródnak a kavicskorongból" - mondta a kutatás társszerzője, Katherine Kretke, szintén az SwRI-ből, a Space.com-nak. . "A nagyobb srác alapvetően kicserél a kisebbit, hogy maguk el tudják enni az összes kavicsot, és tovább nőhetnek, hogy az óriásbolygók magját képezzék."
A kavicsosodás nagyobb valószínűséggel működik az óriási bolygóknál, mint a szárazföldi világok. Sean Raymond, a franciaországi Bordeaux-i Egyetem szerint ez azért van, mert a „kavicsok” egy kicsit nagyobbok és sokkal könnyebben ragaszkodnak a hóvonalon, amely a képzeletbeli vonal, ahol a gáz elég hideg ahhoz, hogy jégré váljon.
"A kavicsok esetében határozottan jobb, ha csak a hóvonalon túl vagyunk" - mondta Raymond a Space.com-nak.
Noha a kavicsosodás jól működik a gázipari óriások számára, vannak kihívások a jég óriások számára. Ennek oka az, hogy a milliméter-centiméter méretű részecskék rendkívül hatékonyan vándorolnak.
"Olyan gyorsan felszaporodnak, hogy a jeges óriásmagok számára nehéz a létező jelenlegi magtömegüknél fennállni a lemez élettartamának jelentős részén, miközben felveszik a gázborítékot" - írta Frelikh és Murray-Clay.
"A kiszabadulás elkerülése érdekében tehát egy meghatározott időpontban be kell fejezniük növekedésüket, amikor a gázkorong részben, de nem teljesen kimerült."
A pár azt sugallta, hogy az Uránusz és Neptunusz magjaira a gázfelvétel nagy része egybeesik a napfénytől való mozgásukkal. De mi változtathatja meg otthonukat a Naprendszerben?
Szép modell
Eredetileg a tudósok úgy gondolták, hogy a bolygók a naprendszernek ugyanazon a részén alakultak ki, amelyben manapság élnek. Az exoplántok felfedezése felrázta a dolgot, felfedve, hogy legalább a legtömegesebb tárgyak vándorolhatnak.
2005-ben a Nature folyóiratban közzétett háromdokumentum javasolta, hogy az Uránt és a többi óriásbolygót a körkörös körüli pályákon sokkal kompaktabban kötik meg, mint manapság. Egy nagyméretű sziklák és jégkrémek vették körül őket, és a Föld-Nap távolsága körülbelül 35-szerese volt, éppen Neptunusz jelenlegi pályáján. Ezt a Nice modellnek hívták, miután a francia várost, ahol először megvitatták. (Ezt kiejtik Neese.)
Ahogy a bolygók kölcsönhatásba léptek a kisebb testekkel, ezek nagy részét a nap felé szétszórták. A folyamat arra késztette őket, hogy energiát cseréljenek a tárgyakkal, és a Saturn, Neptunusz és Uránusz távolabb kerültek a Naprendszerbe. Végül a kis tárgyak eljutottak a Jupiterhez, és elküldték őket a Naprendszer szélére vagy teljesen kiürítve.
A Jupiter és a Szaturnusz közötti mozgás az Uránt és Neptunust még ekscentrikusabb pályákra vezetett, és a párot a fennmaradó jégkorongon továbbította. Az anyag egy részét befelé hegesztették, ahol a késői nehéz bombázás során a földi bolygókra zuhant. Más anyagot kifelé dobtak, így létrejött a Kuiper-öv.
Ahogy lassan kifelé haladtak, Neptunusz és Uránus kereskedett helyekkel. Végül, a fennmaradó törmelékkel való interakció miatt a pár kör alakúbb utakra helyezkedett el, amikor elérik a naptól való jelenlegi távolságukat.
Mindeközben előfordulhat, hogy egy vagy akár két másik óriási bolygót ki is rúgtak a rendszerből. David Nesvorny csillagász a Colorado délnyugati kutatóintézetéből modellezte a korai naprendszert olyan nyomok keresése céljából, amelyek megismerhetik annak korai történetét.
"A kezdeti napokban a Naprendszer nagyon különböző volt, sokkal több olyan bolygóval, amelyek talán olyan hatalmasak voltak, mint Neptunusz, és ezek különböző helyekre szétszóródtak és szétszóródtak" - mondta Nesvorny a Space.com-nak.
Veszélyes ifjúság
A korai Naprendszer heves ütközések idején volt, és Uránusz sem volt mentesség. Miközben a hold és a higany felülete egyaránt bizonyítékot mutat arra, hogy kisebb sziklák és aszteroidák robbantottak fel, Uránusz nyilvánvalóan jelentős ütközést szenvedett egy Föld méretű protoplanettel. Ennek eredményeként az Uránt az oldalára billentették, és az egyik pólus fél évig a nap felé mutat.
Az Uránusz a legnagyobb jég óriások közül talán részben azért, mert az ütés során tömegének egy részét elvesztette.
