Der Gas-/Eisriese Uranus ist den Astronomen seit langem ein Rätsel. Der Planet weist nicht nur einige thermische Anomalien und ein außermittiges Magnetfeld auf, sondern ist auch insofern einzigartig, als er als einziger im Sonnensystem auf der Seite rotiert. Mit einer axialen Neigung von 98° erlebt der Planet radikale Jahreszeiten und einen Tag-Nacht-Zyklus an den Polen, wobei ein einzelner Tag und eine einzelne Nacht jeweils 42 Jahre dauern.
Danke an a neue Studie Unter der Leitung von Forschern der Durham University könnte der Grund für diese Mysterien endlich gefunden worden sein. Mit Hilfe von NASA-Forschern und mehreren wissenschaftlichen Organisationen führte das Team Simulationen durch, die zeigten, wie Uranus in seiner Vergangenheit möglicherweise massive Auswirkungen hatte. Dies würde nicht nur die extreme Neigung und das Magnetfeld des Planeten erklären, sondern auch erklären, warum die äußere Atmosphäre des Planeten so kalt ist.
Die Studium, ' Folgen riesiger Einschläge auf den frühen Uranus für Rotation, innere Struktur, Trümmer und atmosphärische Erosion “, erschien vor kurzem inDas Astrophysikalische Journal.Die Studie wurde von Jacob Kegerreis, einem Doktoranden der Universität Durham, geleitet Institut für Computergestützte Kosmologie , und schlossen Mitglieder aus der Bay Area Environmental Research (BAER) Institut , das Ames Research Center der NASA, das Nationales Labor von Los Alamos , Descartes Labs , der University of Washington und der UC Santa Cruz.
Künstlerische Darstellung des gewaltigen Einschlags, von dem angenommen wird, dass er den Mond vor etwa 4,5 Milliarden Jahren geformt hat. Bildnachweis: Joe Tucciarone
Für ihre Studie, die von der finanziert wurde Rat für Wissenschafts- und Technologieeinrichtungen , Die königliche Gesellschaft , NASA und der Nationales Labor von Los Alamos , führte das Team die ersten hochauflösenden Computersimulationen durch, die zeigten, wie sich massive Kollisionen mit Uranus auf die Entwicklung des Planeten auswirken würden. Wie Kegerries in einer kürzlich erschienenen Durham University erklärte Pressemitteilung :
„Uranus dreht sich auf der Seite, wobei seine Achse fast im rechten Winkel zu denen aller anderen Planeten im Sonnensystem zeigt. Dies wurde mit ziemlicher Sicherheit durch einen riesigen Einschlag verursacht, aber wir wissen sehr wenig darüber, wie dies tatsächlich geschah und wie sich ein solch gewalttätiges Ereignis sonst auf den Planeten auswirkte.“
Um zu bestimmen, wie sich ein riesiger Einschlag auf Uranus auswirken würde, führte das Team eine Reihe von Simulationen der geglätteten Teilchenhydrodynamik (SPH) durch, die in der Vergangenheit auch verwendet wurden, um den riesigen Einschlag zu modellieren, der zur Bildung des Mondes (auch bekannt als der Giant Impact Theorie ). Alles in allem führte das Team mehr als 50 verschiedene Einschlagsszenarien mit einem Hochleistungscomputer durch, um zu sehen, ob er die Bedingungen reproduzieren würde, die Uranus geformt haben.
Am Ende bestätigten die Simulationen, dass die geneigte Position des Uranus durch eine Kollision mit einem massiven Objekt (zwischen zwei und drei Erdmassen) verursacht wurde, die vor etwa 4 Milliarden Jahren stattfand – also während der Entstehung des Sonnensystems. Dies stimmte mit einer früheren Studie überein, die darauf hinwies, dass ein Einschlag mit einem jungen Protoplaneten aus Gestein und Eis für die axiale Neigung von Uranus verantwortlich sein könnte.
Zusammengesetztes Bild von Uranus von Voyager 2 und zwei verschiedene Beobachtungen von Hubble – eine für den Ring und eine für die Polarlichter. Bildnachweis: NASA/ESA
„Unsere Ergebnisse bestätigen, dass das wahrscheinlichste Ergebnis darin bestand, dass der junge Uranus in eine katastrophale Kollision mit einem Objekt verwickelt war, das die doppelte Masse der Erde, wenn nicht sogar größer, auf die Seite schlug und die Ereignisse in Gang setzte, die zur Entstehung des Planeten beigetragen haben.“ wir sehen heute“, sagte Kegerries .
Darüber hinaus beantworteten die Simulationen eine grundlegende Frage zu Uranus, die als Reaktion auf frühere Studien aufgeworfen wurde. Im Wesentlichen haben sich Wissenschaftler gefragt, wie Uranus seine Atmosphäre nach einer heftigen Kollision aufrechterhalten könnte, die theoretisch seine äußeren Schichten aus Wasserstoff- und Heliumgas abgeblasen hätte. Nach den Simulationen des Teams war dies höchstwahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass der Aufprall einen streifenden Schlag auf Uranus auslöste.
Dies hätte ausgereicht, um die Neigung des Uranus zu ändern, war jedoch nicht stark genug, um seine äußere Atmosphäre zu entfernen. Darüber hinaus deuteten ihre Simulationen darauf hin, dass der Einschlag Gestein und Eis in die Umlaufbahn um den Planeten geschleudert haben könnte. Dies könnte dann zu den inneren Satelliten des Planeten verschmolzen und die Rotation aller bereits existierenden Monde, die sich bereits in der Umlaufbahn um Uranus befinden, verändert haben.
Nicht zuletzt boten die Simulationen eine mögliche Erklärung dafür, wie Uranus zu seinem außermittigen Magnetfeld und seinen thermischen Anomalien kam. Kurz gesagt, der Einschlag könnte geschmolzenes Eis und schiefe Gesteinsklumpen im Inneren des Planeten erzeugt haben (wodurch sein Magnetfeld erklärt wird). Es könnte auch eine dünne Hülle aus Trümmern in der Nähe des Randes der Eisschicht des Planeten geschaffen haben, die die innere Wärme eingeschlossen hätte, was erklären könnte, warum die äußere Atmosphäre von Uranus extrem kalte Temperaturen von -216 ° C (-357 ° F) erfährt.
Die Konzeption dieses Künstlers zeigt den uranusgroßen Exoplaneten Kepler-421b, der einen orangefarbenen Stern vom Typ K etwa 1.000 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist. Bildnachweis: David A. Aguilar (CfA)
Die Studie hilft Astronomen nicht nur, Uranus zu verstehen, einen der am wenigsten verstandenen Planeten im Sonnensystem, sondern hat auch Auswirkungen auf die Erforschung von Exoplaneten. Bisher waren die meisten in anderen Sternensystemen entdeckten Planeten in Größe und Masse mit Uranus vergleichbar. Daher hoffen die Forscher, dass ihre Ergebnisse Aufschluss über die chemische Zusammensetzung dieses Planeten geben und erklären, wie sie sich entwickelt haben.
Als Dr. Luis Teodoro – vom BAER Institut und NASA Ames Forschungszentrum – und einer der Co-Autoren des Papiers, genannt , „Alle Beweise deuten darauf hin, dass während der Planetenentstehung häufig riesige Einschläge auftreten, und mit dieser Art von Forschung gewinnen wir jetzt mehr Einblick in ihre Auswirkungen auf potenziell bewohnbare Exoplaneten.“
In den kommenden Jahren sind weitere Missionen geplant, um das äußere Sonnensystem und die Riesenplaneten zu untersuchen. Diese Studien werden nicht nur Astronomen helfen zu verstehen, wie sich unser Sonnensystem entwickelt hat, sie könnten uns auch sagen, welche Rolle Gasriesen in Bezug auf die Bewohnbarkeit spielen.
Weiterlesen: Universität Durham , Das Astrophysikalische Journal