Urāna slīpumam būtībā ir planēta, kas riņķo ap Sauli uz sāniem, un tā griešanās ass ir gandrīz vērsta uz Sauli.
(Attēls: © NASA un Erich Karkoschka, Arizonas štats)
Kaut arī planētas ieskauj zvaigznes galaktikā, par to veidošanos joprojām notiek debates. Neskatoties uz bagātīgo pasauli mūsu pašu Saules sistēmā, zinātnieki joprojām nav pārliecināti, kā tiek uzbūvētas planētas. Pašlaik čempionu lomai to izprot divas teorijas.
Pirmais un visplašāk pieņemtais kodolsakrēcija labi darbojas ar sauszemes planētu veidošanos, bet tai ir problēmas ar tādām milzu planētām kā Urāns. Otrais, diska nestabilitātes metode, var būt saistīts ar milzu planētu izveidi.
"Tas, kas atdala ledus milžus no gāzes milžiem, ir viņu veidošanās vēsture: serdes augšanas laikā bijušie nekad nepārsniedza [kritisko masu] pilnā gāzes diskā," pētījuma žurnālā rakstīja pētnieki Renata Frelikh un Ruth Murray-Clay.
Pamata akcepcijas modelis
Apmēram pirms 4,6 miljardiem gadu Saules sistēma bija putekļu un gāzes mākonis, kas pazīstams kā Saules miglājs. Smagums sabruka materiālu pats par sevi, kad tas sāka griezties, veidojot sauli miglāja centrā.
Saulei uzlecot, atlikušais materiāls sāka salocīties kopā. Nelielas daļiņas, saistošas ar smaguma spēka palīdzību, saplūda lielākās daļiņās. Saules vējš no tuvākiem reģioniem aizsvīda vieglākus elementus, piemēram, ūdeņradi un hēliju, atstājot tikai smagos, akmeņainos materiālus, lai izveidotu sauszemes pasaules. Bet tālāk saules vējam bija mazāka ietekme uz vieglākiem elementiem, ļaujot tiem apvienoties tādos gāzes gigantos kā Urāns. Tādā veidā tika izveidoti asteroīdi, komētas, planētas un pavadoņi.
Atšķirībā no vairuma gāzes gigantu, Urānam ir kodols, kas ir akmeņains, nevis gāzveida. Kodols, iespējams, vispirms izveidojās, un pēc tam savāca ūdeņradi, hēliju un metānu, kas veido planētas atmosfēru. Siltums no serdes ietekmē Urāna temperatūru un laika apstākļus, pārspīlējot siltumu, kas nāk no tālas saules, kas atrodas gandrīz 2 miljardu jūdžu attālumā.
Daži eksoplanētas novērojumi, šķiet, apstiprina galveno akrēciju kā dominējošo veidošanās procesu. Zvaigznes, kurās ir vairāk "metālu" - terminu astronomi lieto citiem elementiem, izņemot ūdeņradi un hēliju - to kodolos ir vairāk milzu planētu nekā viņu metālu trūcīgajos brālēnos. Saskaņā ar NASA teikto, pamata akcepts liek domāt, ka mazām, akmeņainām pasaulēm vajadzētu būt biežākām nekā masīvākām gāzes gigantam.
2005. gadā atklāta milzu planēta ar masīvu serdi, kas riņķo ap saulei līdzīgu zvaigzni HD 149026, ir eksoplanetes piemērs, kas palīdzēja nostiprināt lietu par kodolu veidošanos.
"Tas ir planētas veidošanās pamata teorijas apstiprinājums un pierādījums tam, ka šāda veida planētām vajadzētu pastāvēt pārpilnībā," paziņojumā presei sacīja Gregs Henrijs. Nešvilas Tenesī štata universitātes astronoms Henrijs atklāja zvaigznes tuvumu.
2017. gadā Eiropas Kosmosa aģentūra plāno uzsākt raksturojošo ExOPlanet Satellite (CHEOPS), kas pētīs eksoplanetes, kuru izmēri svārstās no superzemēm līdz Neptūnam. Šo tālu pasauļu izpēte var palīdzēt noteikt, kā veidojās planētas Saules sistēmā.
"Pamata veidošanās scenārijā planētas kodolam jāsasniedz kritiskā masa, pirms tā spēs uzkrāt gāzi bēgošā veidā," sacīja CHEOPS komanda. "Šī kritiskā masa ir atkarīga no daudziem fizikāliem mainīgiem lielumiem, no kuriem vissvarīgākais ir plaknes simbolu palielināšanas ātrums."
Pētot, kā augošās planētas veido materiālu, CHEOPS sniegs ieskatu par to, kā aug pasaules.
Diska nestabilitātes modelis
Bet vajadzība pēc ātras veidošanās milzu gāzes planētām ir viena no galvenajām serdes problēmām. Saskaņā ar modeļiem process ilgst vairākus miljonus gadu, ilgāk, nekā gaismas gāzes bija pieejamas agrīnajā Saules sistēmā. Tajā pašā laikā ar galveno akreces modeli nākas saskarties ar migrācijas problēmu, jo mazuļu planētas, iespējams, īsā laikā spirāliski ievelkas saulē.
"Milzu planētas dažu miljonu gadu laikā veidojas ļoti ātri," Space.com pastāstīja Kevins Volšs, Kolorādo pilsētas Boulderas dienvidrietumu pētniecības institūta pētnieks. "Tas rada laika ierobežojumu, jo gāzes disks ap sauli ilgst tikai 4 līdz 5 miljonus gadu."
Saskaņā ar salīdzinoši jauno teoriju, diska nestabilitāte, putekļu un gāzes salikumi ir savstarpēji saistīti Saules sistēmas dzīves sākumā. Laika gaitā šie salipumi lēnām sablīvējas uz milzu planētu. Šīs planētas var veidoties ātrāk nekā to galvenie konkurenti, dažreiz pat tūkstoš gadu laikā, ļaujot tām iespiest ātri izzudušās vieglākās gāzes. Viņi arī ātri sasniedz orbītu stabilizējošu masu, kas neļauj viņiem nāvi soļot saulē.
Tā kā zinātnieki turpina pētīt planētas Saules sistēmas iekšienē, kā arī ap citām zvaigznēm, viņi labāk sapratīs, kā izveidojās Urāns un tā brāļi un māsas.
Oļu akrecija
Lielākais izaicinājums galveno akcentu veikšanai ir laiks - masveida gāzes gigantu būvēšana pietiekami ātra, lai satvertu savas atmosfēras vieglākās sastāvdaļas. Jaunākie pētījumi par to, kā mazāki, oļu lieluma objekti saplūda kopā, lai izveidotu milzu planētas līdz pat 1000 reižu ātrāk nekā iepriekšējie pētījumi.
"Šis ir pirmais modelis, ko mēs zinām, ka jūs sākat ar diezgan vienkāršu Saules miglāja struktūru, no kura veidojas planētas, un beidzot ar milzu planētu sistēmu, ko mēs redzam," - pētījuma vadošais autors Harolds Levisons, astronoms Dienvidrietumu pētniecības institūtā (SwRI) Kolorādo, pastāstīja Space.com 2015. gadā.
2012. gadā pētnieki Mičels Lambrechts un Anderss Johansens no Lundas universitātes Zviedrijā ierosināja, ka sīkiem akmeņiem, kas pēc tam ir norakstīti, ir atslēga, lai ātri izveidotu milzu planētas.
"Viņi parādīja, ka šī veidošanās procesa atlikušie oļi, par kuriem iepriekš tika uzskatīts, ka tie nav svarīgi, patiesībā varētu būt milzīgs risinājums planētas veidošanas problēmai," sacīja Levisons.
Levisons un viņa komanda balstījās uz šo pētījumu, lai precīzāk modelētu, kā sīkie oļi varētu veidot planētas, kuras šodien redzamas galaktikā. Kamēr iepriekšējās simulācijas gan lielie, gan vidējie objekti patērēja oļu lieluma brālēnus salīdzinoši nemainīgā ātrumā, Levisona simulācijas liecina, ka lielāki objekti rīkojās vairāk kā vērši, no vidēja lieluma atdalot oļus, lai augtu daudz ātrāk likme.
"Tagad lielākiem objektiem ir tendence izkliedēt mazākos, nevis mazākos tos izkaisīt, tāpēc mazākie izkliedējas no oļu diska," Space.com pastāstīja pētījuma līdzautore Katherine Kretke, arī no SwRI. . "Lielāks puisis pamatā terorizē mazāko, lai viņi paši varētu apēst visus oļus, un viņi var turpināt augt, veidojot milzu planētu serdi."
Oļu akrecija, visticamāk, darbosies uz milzu planētām nekā sauszemes pasaules. Pēc Seana Raimonda no Francijas Bordo universitātes teiktā, tas ir tāpēc, ka "oļi" ir nedaudz lielāki un daudz vieglāk turējami garām sniega līnijai - iedomātajai līnijai, kurā gāze ir pietiekami auksta, lai tā kļūtu par ledu.
"Oļiem noteikti ir nedaudz labāk atrasties tieši aiz sniega līnijas," Space.com pastāstīja Raimonds.
Lai arī oļu iesūkšanās darbojas gāzes milžiem, ledus milžiem ir daži izaicinājumi. Tas ir tāpēc, ka milimetru līdz centimetru izmēra daļiņas uzklājas ļoti efektīvi.
"Viņi akreditējas tik ātri, ka ledus giganta serdeņiem ir grūti pastāvēt aptuveni ar pašreizējo serdes masu ievērojamu daļu no diska kalpošanas laika, vienlaikus palielinot gāzes apvalku," rakstīja Frelikh un Murray-Clay.
"Lai izvairītos no izsīkuma, tiem jāpabeidz augšana noteiktā laikā, kad gāzes disks ir daļēji, bet ne pilnībā, noplicināts."
Pāris ierosināja, ka lielākā daļa gāzes uzkrāšanās Urāna un Neptūna kodolos sakrita ar to pārvietošanos prom no saules. Bet kas viņiem varētu likt mainīt mājas Saules sistēmā?
Jauks modelis
Sākotnēji zinātnieki domāja, ka planētas veidojas tajā pašā Saules sistēmas daļā, kurā viņi dzīvo šodien. Eksoplanētu atklāšana satricināja lietas, atklājot, ka vismaz daži no masveidīgākajiem objektiem varētu migrēt.
2005. gadā trīs žurnālu Nature publicētie dokumenti ierosināja, ka Urāns un citas milzu planētas tuvāk apļveida orbītā tiek piesaistītas daudz kompaktāk, nekā tas ir šodien. Viņus ieskauj liels iežu un ledus disks, kas aptuveni 35 reizes pārsniedz Zemes un Saules attālumu tieši virs Neptūna pašreizējās orbītas. Viņi to sauca par Nicas modeli pēc pilsētas Francijā, kur viņi pirmo reizi to apsprieda. (To izrunā Neese.)
Tā kā planētas mijiedarbojās ar mazākiem ķermeņiem, tās lielāko daļu izklīdināja pret sauli. Procesa rezultātā viņi tirgoja enerģiju ar objektiem, tālāk Saturnu, Neptūnu un Urānu nosūtot Saules sistēmā. Galu galā mazie priekšmeti sasniedza Jupiteru, kas tos aizsūtīja lidojot uz Saules sistēmas malu vai pilnīgi no tās.
Kustība starp Jupiteru un Saturnu vadīja Urānu un Neptūnu vēl ekscentriskākās orbītās, nosūtot pāri caur atlikušo ledus disku. Daļa materiāla tika izmesta uz iekšu, kur vēlās smagās bombardēšanas laikā tā ietriecās zemes planētās. Cits materiāls tika izstumts uz āru, izveidojot Kuipera jostu.
Lēnām virzoties uz āru, Neptūns un Urāns tirgojās vietām. Galu galā mijiedarbība ar atlikušajiem gružiem lika pārim novietot apļveida ceļus, sasniedzot pašreizējo attālumu no saules.
Pa ceļam ir iespējams, ka viena vai pat divas citas milzu planētas tika izmestas no sistēmas. Astronoms Deivids Nesvornijs no Kolorādo dienvidrietumu pētniecības institūta ir modelējis agrīno Saules sistēmu, meklējot pavedienus, kas varētu radīt izpratni par tās agrīno vēsturi.
"Pirmajās dienās Saules sistēma bija ļoti atšķirīga, ar daudz vairāk planētām, iespējams, tikpat masīvām kā Neptūns, veidojot un izkliedējot dažādās vietās," Space.com pastāstīja Nesvornijs.
Bīstama jaunība
Agrīnā Saules sistēma bija vardarbīgu sadursmju laiks, un Urāns netika atbrīvots. Kamēr gan Mēness, gan Merkura virsma uzrāda mazāku iežu un asteroīdu veiktas bombardēšanas pierādījumus, Urāns acīmredzot cieta ievērojamu sadursmi ar Zemes izmēra protoplanetu. Tā rezultātā Urāns tiek nogāzts uz sāniem, ar vienu stabu pusgadu vērstu pret sauli.
Urāns ir lielākais no ledus milžiem, iespējams, daļēji tāpēc, ka trieciena laikā tas zaudēja daļu savas masas.
