Dodano: 06 października 2022r.

Nowe wyjaśnienie nietypowej osi obrotu Urana

Wśród planet Układu Słonecznego Uran wyróżnia się przede wszystkim tym, że obraca się, jakby leżał na boku. Jego oś obrotu nachylona jest pod kątem 98 stopni w stosunku do płaszczyzny orbity. Do tej pory przeważał pogląd, że jest to skutek kolizji z dużym obiektem sprzed miliardów lat. Teraz grupa naukowców ustaliła, że dziwne nachylenie osi obrotu Urana nie musi być wynikiem kosmicznej kolizji. Badacze sugerują, że unikalny kąt nachylenia może wynikać z migracji księżyców.

Nowe wyjaśnienie nietypowej osi obrotu Urana

 

Uran jest siódmą planetą w naszym Układzie Słonecznym. Jest także trzecią planetą pod względem wielkości i czwartą pod względem masy. Posiada system pierścieni oraz 27 znanych nam księżyców. Uran razem z Neptunem zaliczany jest do tzw. lodowych olbrzymów. To ze względu na to, że atmosfery tych planet składają się przede wszystkim z wodoru i helu i zawierają więcej zamrożonych substancji lotnych niż większe gazowe olbrzymy – Jowisz i Saturn.

W naszym systemie planetarnym planety rotują wokół własnej osi w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Ale nie Uran. Kierunek jego obrotu zgodny z ruchem wskazówek zegara. Co więcej, oś obrotu Urana jest inna niż u innych planet Układu Słonecznego. Planeta ta obraca się, jakby leżała na boku. Jej bieguny leżą tam, gdzie większość planet w Układzie Słonecznym ma równik.

Dotychczas uczeni uważali, że jest to wynikiem kolizji sprzed czterech miliardów lat z dużym obiektem. - najprawdopodobniej młodą protoplanetą składającą się ze skał i lodu (więcej na ten temat w tekście: W Urana uderzył obiekt dwa razy większy od Ziemi. Kataklizm sprzed miliardów lat). Jednak nowe badania sugerują, że oś obrotu Urana mogła ukształtować się w inny sposób.

Badania nie zostały jeszcze poddane recenzji. Obecnie można się z nimi zapoznać w bazie pre-printów arXiv (arxiv.org/abs/2209.10590).

Księżyce

Kilka lat temu naukowcy zauważyli, że nachylenie Jowisza wzrasta z powodu oddalania się jego księżyców. Wykonane z tej okazji obliczenia wykazały, że obecne nachylenie osi obrotu, które wynosi 3 stopnie, zmieni się jeszcze bardziej w ciągu najbliższych kilku miliardów lat, do nawet 37 stopni. Kiedy badacze zastosowali swoje obliczenia w stosunku do Saturna, otrzymali podobne wyniki, głównie ze względu na migrację jego największego księżyca. Obecne nachylenie osi obrotu wynoszące 26,7 stopnia może być wynikiem oddalania się Tytana.

To skłoniło naukowców do spojrzenia na Urana i jego nietypową oś obrotu. Badacze chcieli dowiedzieć się, czy migracje księżyców mogą stać za unikalnym nachyleniem osi obrotu Urana. Zespół stworzył w tym celu symulacje komputerowe hipotetycznego układu Urana, aby ustalić, czy podobny mechanizm może wyjaśnić jego osobliwości.

Migracje księżyców nie są niczym niezwykłym. Nasz Księżyc oddala się obecnie od Ziemi w tempie około 4 centymetrów rocznie. Ale wracając do Urana, badacze ustalili, że księżyc o masie zaledwie połowy masy naszego naturalnego satelity, może podnieść kąt nachylenia Urana do blisko 90 stopni w ciągu kilku milionów lat.

Prawdopodobny scenariusz

Symulacje pokazały, że większy księżyc, o rozmiarach chociażby Ganimedesa, mógłby wytworzyć nachylenie Urana, jakie widzimy obecnie. Ale badacze odkryli również, że księżyce, które obecnie krążą wokół Urana, nie mają wystarczającej masy, aby stworzyć takie nachylenie. Ich łączna masa nie wynosi nawet połowy masy naszego Księżyca.

Badacze ustalili, że gdyby duży księżyc odchylił oś obrotu planety do 80 stopni, to uległby destabilizacji, wywołując chaotyczną fazę osi obrotu, która zakończyła się jego uderzeniem w planetę. W takim przypadku mógłby zmienić nachylenie osi obrotu do obecnego. Duży księżyc, w tym scenariuszy, zostałby wchłonięty przez planetę, zatem nie byłoby już obiektu, który mógłby nachylać oś obrotu i nachylenie zostałoby „zamrożone” w takim stanie do dzisiaj.

Nie jest jasne, czy Uran mógł niegdyś mieć księżyc wystarczająco duży i o wystarczająco wysokim tempie migracji, aby stworzyć taki scenariusz. Naukowcy twierdzą, że trudno będzie to wykazać za pomocą obserwacji.

 

Źródło: Science X Network, Science Alert, fot. Unsplash/CC0 Public Domain