Naklonenie Uránu má v podstate planétu obiehajúcu okolo Slnka, os jeho rotácie je takmer nasmerovaná na Slnko.
(Obrázok: © NASA a Erich Karkoschka, USA z Arizony)
Hoci planéty obklopujú hviezdy v galaxii, ich forma zostáva predmetom diskusie. Napriek bohatstvu svetov v našej vlastnej slnečnej sústave si vedci stále nie sú istí, ako sa planéty stavajú. V súčasnej dobe sú to dve teórie, ktoré sa venujú úlohe šampióna.
Prvá a najrozšírenejšia jadrová akumulácia dobre funguje pri formovaní pozemských planét, má však problémy s obrovskými planétami, ako je Urán. Druhá, metóda nestability disku, môže zodpovedať za vytvorenie obrovských planét.
„Ľadoví giganti od plynových gigantov oddeľujú históriu ich formovania: bývalý nikdy v priebehu rastu jadra neprekročil [kritickú masu] na plnom plynovom disku,“ napísali vedci Renata Frelikh a Ruth Murray-Clayová do výskumnej práce.
Základný model narastania
Približne pred 4,6 miliardami rokov bola slnečná sústava oblakom prachu a plynu, ktorý sa nazýva slnečná hmlovina. Gravitácia zhroutila materiál na seba, keď sa začala točiť, a formovať slnko uprostred hmloviny.
So stúpaním slnka sa zvyšný materiál začal zhlukovať. Malé častice sa spojili, viazané gravitačnou silou, na väčšie častice. Slnečný vietor odnášal ľahšie prvky, ako napríklad vodík a hélium, z blízkych oblastí a zanechal iba ťažké, skalnaté materiály, aby vytvorili pozemské svety. Ale ďalej, slnečné vetry mali menší dopad na ľahšie prvky, čo im umožnilo zlúčiť sa s plynovými gigantmi, ako je Urán. Týmto spôsobom sa vytvorili asteroidy, kométy, planéty a mesiace.
Na rozdiel od väčšiny plynových gigantov má Urán jadro, ktoré je skôr skalnaté než plynné. Jadro sa pravdepodobne vytvorilo najskôr a potom zhromaždilo vodík, hélium a metán, ktoré tvoria atmosféru planéty. Teplo z jadra riadi teplotu a počasie Uranu, čím premáha teplo prichádzajúce zo vzdialeného slnka, ktoré je vzdialené takmer 2 miliardy míľ.
Zdá sa, že niektoré pozorovania exoplanet potvrdzujú jadrovú akumuláciu ako dominantný proces formovania. Hviezdy s viac „kovmi“ - termín, ktorý astronómovia používajú pre prvky iné ako vodík a hélium - majú vo svojich jadrách viac obrovských planét ako ich bratranci chudobní na kov. Podľa NASA jadro narastá tak, že malé, skalnaté svety by mali byť častejšie ako mohutnejšie plynové giganty.
Objav obrovskej planéty s obrovským jadrom obiehajúcim okolo Slnku podobnej hviezdy HD 149026 v roku 2005 je príkladom exoplanety, ktorá pomohla posilniť dôvod pre hromadenie jadra.
„Toto je potvrdenie základnej teórie narastania pre formovanie planéty a dôkaz, že planéty tohto druhu by mali existovať v hojnosti,“ uviedol Greg Henry v tlačovej správe. Henry, astronóm na štátnej univerzite v Tennessee, Nashville, zistil stmievanie hviezdy.
V roku 2017 Európska vesmírna agentúra plánuje spustenie charakterizujúceho satelitu Exoplanet (CHEOPS), ktorý bude študovať exoplanety v rozmedzí veľkostí od super-Zeme po Neptún. Štúdium týchto vzdialených svetov môže pomôcť určiť, ako sa vytvorili planéty v slnečnej sústave.
„V scenári jadrovej akumulácie musí jadro planéty dosiahnuť kritickú hmotnosť skôr, ako bude schopné rýchlo unikať plyn,“ uviedol tím CHEOPS. „Táto kritická masa závisí od mnohých fyzikálnych premenných, z ktorých najdôležitejšou je rýchlosť narastania planetesimálov.“
Štúdiom toho, ako rastúce planéty získavajú konkrétny materiál, poskytne CHEOPS pohľad na to, ako rastú svety.
Model nestability disku
Potreba rýchlej tvorby obrovských plynových planét je však jedným z problémov nárastu jadra. Podľa modelov tento proces trvá niekoľko miliónov rokov, čo je dlhšie obdobie, než boli ľahké plyny dostupné v skorej slnečnej sústave. Súčasne však model jadrovej akumulácie čelí problému migrácie, pretože dojčenské planéty pravdepodobne v krátkom čase pravdepodobne špirálovité vstúpia na slnko.
„Obrovské planéty sa vytvárajú naozaj rýchlo, za pár miliónov rokov,“ povedal Kevin Walsh, výskumný pracovník v Juhozápadnom výskumnom ústave v Boulder, Colorado, pre agentúru Space.com. "To vytvára časový limit, pretože plynový disk okolo Slnka trvá iba 4 až 5 miliónov rokov."
Podľa relatívne novej teórie sú nestabilita disku, zhluky prachu a plynu navzájom spojené začiatkom života slnečnej sústavy. V priebehu času sa tieto zhluky pomaly zhlukujú na obrovskú planétu. Tieto planéty sa môžu vytvárať rýchlejšie ako ich rivaloví jadroví narastajúci pôvod, niekedy už za tisíc rokov, čo im umožňuje zachytávať rýchlo miznúce ľahšie plyny. Rýchlo sa dostanú aj na hmotu stabilizujúcu obežnú dráhu, ktorá im bráni v pochode smrti na slnko.
Ako vedci pokračujú v štúdiu planét vnútri slnečnej sústavy, ako aj okolo iných hviezd, lepšie pochopia, ako sa utvoril Urán a jeho súrodenci.
Kamienková prírastok
Najväčšou výzvou pre hromadenie jadra je vybudovanie obrovských plynných gigantov dostatočne rýchlo na to, aby chytili ľahšie zložky ich atmosféry. Najnovší výskum o tom, ako sa spojili menšie kamienkové objekty, aby vytvorili obrovské planéty až 1000-krát rýchlejšie ako predchádzajúce štúdie.
„Toto je prvý model, o ktorom vieme, že začínate s celkom jednoduchou štruktúrou pre slnečnú hmlovinu, z ktorej sa planéty tvoria, a končíte s obrovským systémom planét, ktorý vidíme,“ uviedol vedecký autor štúdie Harold Levison, astronóm. v Juhozápadnom výskumnom ústave (SwRI) v Colorade, povedal Space.com v roku 2015.
V roku 2012 vedci Michiel Lambrechts a Anders Johansen z Lund University vo Švédsku navrhli, aby malé kamienky, keď boli odpísané, boli kľúčom k rýchlemu budovaniu obrovských planét.
"Ukázali, že zvyšné kamienky z tohto formačného procesu, ktoré sa predtým považovali za nedôležité, by v skutočnosti mohli byť obrovským riešením problému formovania planéty," uviedol Levison.
Levison a jeho tím stavali na tomto výskume, aby presnejšie modelovali, ako by malé kamienky mohli tvoriť planéty, ktoré sa dnes dajú pozorovať v galaxii. Kým predchádzajúce simulácie požívali veľké aj stredne veľké objekty pomerne malé konštantné množstvo kamienkov, Levisonove simulácie naznačujú, že väčšie objekty pôsobili skôr ako šikanovaní, a vytrhávali kamienky zo stredne veľkých hmôt a rástli oveľa rýchlejšie. rýchlosť.
"Väčšie objekty majú tendenciu rozptyľovať menšie menšie ako menšie, rozptyľujú ich späť, takže menšie sa nakoniec dostanú do rozptýlených kamienkových diskov," uviedla Space.com spoluautorka štúdie Katherine Kretke, tiež zo spoločnosti SwRI. , „Väčší chlap v zásade šikanuje toho menšieho, aby mohol jesť všetky kamienky sám, a môžu vyrastať a vytvárať jadrá obrovských planét.“
Kamienková akumulácia je pravdepodobnejšia pre obrie planéty ako pre pozemské svety. Podľa Sean Raymond z francúzskej univerzity v Bordeaux je to preto, že „kamienky“ sú o niečo väčšie a oveľa ľahšie sa držia okolo snehovej línie, imaginárnej línie, kde je plyn dosť studený, aby sa stal ľadom.
„Pokiaľ ide o okruhliaky, je určite trochu lepšie, keď ste práve za hranicou snehu,“ povedal Raymond pre Space.com.
Kým kamienkové narastanie funguje dobre pre plynových gigantov, pre ľadových gigantov existujú určité výzvy. Je to preto, že častice milimetra až centimeter sa veľmi efektívne akumulujú.
„Zhromažďujú sa tak rýchlo, že je ťažké, aby jadrá ľadových golierov existovali približne pri súčasných jadrových hmotách počas značnej časti životnosti disku, zatiaľ čo zväčšujú plynovú obálku,“ napísali Frelikh a Murray-Clay.
„Aby sa vyhli úteku, musia preto dokončiť svoj rast v konkrétnom čase, keď je plynový disk čiastočne, ale nie úplne vyčerpaný.“
Dvojica navrhla, že väčšina narastania plynu na jadrá Uránu a Neptúna sa časovo zhodovala s ich pohybom od Slnka. Čo by ich však mohlo zmeniť v dome slnečnej sústavy?
Pekný model
Vedci si pôvodne mysleli, že planéty sa tvoria v tej istej časti slnečnej sústavy, v ktorej dnes žijú. Objav exoplanet zatriasol veci a odhalil, že aspoň niektoré z najmasívnejších objektov by sa mohli migrovať.
V roku 2005 tri publikácie uverejnené v časopise Nature navrhli, aby Urán a ďalšie obrovské planéty boli viazané na takmer kruhových obežných dráhach oveľa kompaktnejších, ako sú dnes. Obklopoval ich veľký kameň a ľady, ktoré sa tiahli až asi 35-krát viac ako Zem - Slnko, hneď za súčasnou obežnou dráhou Neptúna. Nazývali to pekný model po meste vo Francúzsku, kde o ňom prvýkrát diskutovali. (To je vyslovované Neese.)
Keď planéty pôsobili na menšie telá, rozptýlili väčšinu z nich smerom k slnku. Tento proces spôsobil, že obchodovali s predmetmi s energiou a posielali Saturn, Neptún a Urán ďalej do slnečnej sústavy. Nakoniec sa malé objekty dostali k Jupiteru, ktorý ich poslal lietať na okraj slnečnej sústavy alebo úplne mimo neho.
Pohyb medzi Jupiterom a Saturnom viedol Urana a Neptúna na ešte excentrickejšie obežné dráhy, ktoré poslali pár cez zvyšný disk ľadu. Časť materiálu bola vyhodená dovnútra, kde narazila na pozemské planéty počas neskorého ťažkého bombardovania. Ďalší materiál bol vyhodený von, čím sa vytvoril Kuiperov pás.
Keď sa pomaly pohybovali smerom von, obchodovali miesta Neptún a Urán. Interakcie so zvyšnými troskami nakoniec spôsobili, že sa pár usadil do viacerých kruhových trás, keď dosiahli svoju aktuálnu vzdialenosť od Slnka.
Po ceste je možné, že zo systému bola vyhodená jedna alebo dokonca dve ďalšie obrie planéty. Astronóm David Nesvorny z Juhozápadného výskumného ústavu v Colorade vytvoril model skorej slnečnej sústavy pri hľadaní stopy, ktorá by mohla viesť k pochopeniu jej ranej histórie.
"V počiatočných dňoch bola slnečná sústava veľmi odlišná a mnoho ďalších planét, možno také masívnych ako Neptún, sa formovalo a rozptýlilo na rôzne miesta," uviedol Nesvorny pre agentúru Space.com.
Nebezpečná mládež
Počiatočná slnečná sústava bola obdobím násilných zrážok a Urán nebol vyňatý. Zatiaľ čo povrch Mesiaca a Merkúra vykazujú dôkazy o bombardovaní menšími skalami a asteroidmi, Urán zrejme utrpel výraznú kolíziu s protoplanetom veľkosti Zeme. Výsledkom je, že Urán je naklonený na bok a jeden stĺp smeruje k slnku pol roka.
Urán je najväčší ľadový gigant, pravdepodobne čiastočne preto, že počas nárazu stratil časť svojej hmoty.
