Urāns un Neptūns: divas dažādas pasaules

By | marts 15, 2022

Dīvainas lietas notika ārējā Saules sistēmā, kad tā pirmo reizi piedzima. The ledus milži, Urāns un Neptūns ir divas visattālākās lielākās mūsu Saules ģimenes planētas, un pēc izmēra, tilpuma, sastāva un lielā attāluma no mūsu zvaigznes tās ir ļoti līdzīgas. Abas tālās pasaules nepārprotami atšķiras no mazo akmeņaino iekšējo planētu kvarteta – Merkūra, Venēras, Zemes un Marsa –, kā arī no gāzes milzu planētu Jupitera un Saturna dueta. Thece milži ir planētas, kas satur elementus, kas ir smagāki par ūdeņradi un hēliju, piemēram, skābekli, oglekli, slāpekli un sēru. Lai gan abām planētām vajadzētu būt gandrīz identiskiem dvīņiem, tās tā nav. 2020. gada februārī planetāro zinātnieku komanda no Cīrihes Universitātes Bernē, Šveicē, presei sacīja, ka viņi uzskata, ka ir atklājuši, kāpēc.

“Starp abām planētām pastāv… pārsteidzošas atšķirības, kas prasa paskaidrojumus,” komentēja Dr. Kristians Reinhards 2020. gada februārī PlanetS Press Izlaidums. Dr. Reinhards pētīja Urānu un Neptūnu pie Dr. Alise Čau, Dr. Joahims Stadels un Dr. Ravits Hells, kuri visi ir PlanētaS locekļi, kas strādā Cīrihes Universitātē, Datorzinātņu institūts.

Dr. To pašu komentēja Stadels PlanetS preses relīze ka viena no pārsteidzošajām atšķirībām starp abām planētām ir tāda, ka “Urāns un tā galvenie pavadoņi ir sasvērušies par aptuveni 97 grādiem Saules plaknē un planēta faktiski griežas atpakaļgaitā attiecībā pret Sauli”.

Turklāt attālā dueta satelītu sistēmas ir atšķirīgas. Lielākie Urāna pavadoņi atrodas regulārās orbītās un ir sasvērti kopā ar planētu, kas liecina, ka tie veidojušies no diska, līdzīgi kā Zemes Mēness. Turpretim Tritons – lielākais Neptūna pavadonis – ir ļoti slīps, tāpēc tiek uzskatīts par notvertu objektu. Tritonam ir arī būtiskas līdzības ar tālu ledus pundurplanēta, Plutons, kas liek domāt, ka abi varētu būt dzimuši vienā reģionā – Kuipera josta kas atrodas aiz Neptūna orbītas un ir neskaitāmu komētu kodolu, mazu mazo planētu un citu sasalušu ķermeņu auksta, vāji apgaismota mājvieta. Planētu zinātnieki prognozē, ka nākotnē Tritona orbīta sabruks līdz tādam līmenim, ka tas ietrieksies savā pieņemtajā mātes planētā.

Papildus citām atšķirībām Urāns un Neptūns var atšķirties arī attiecībā uz siltuma plūsmām un iekšējo struktūru.

Ledus milži

Astrofizikā un planetārajā zinātnē termins “ledus” attiecas uz gaistošiem ķīmiskajiem savienojumiem, kuru sasalšanas temperatūra pārsniedz aptuveni 100 K. Šie savienojumi ir ūdens, amonjaks un metāns ar sasalšanas temperatūru attiecīgi 273 K, 195 K un 91 K. Deviņdesmitajos gados zinātnieki pirmo reizi saprata, ka Urāns un Neptūns ir atšķirīga milzu planētu klase, kas ļoti atšķiras no diviem citiem mūsu Saules ģimenes milzu iemītniekiem – Jupitera un Saturna. Duo sastāvā esošie savienojumi ledus milži bija cietas vielas, kad tās senās veidošanās laikā galvenokārt tika iekļautas abās planētās – vai nu tieši ledus veidā, vai arī ūdens ledū. Pašlaik ļoti maz ūdens Urānā un Neptūnā ir palicis ledus veidā. Tā vietā ūdens tajās esošajās temperatūrās un spiedienā lielākoties pastāv kā superkritisks šķidrums.

Kopējais dueta sastāvs no ledus milži ir tikai aptuveni 20% ūdeņraža un hēlija masas. Tas būtiski atšķiras no mūsu Saules sistēmas divu gāzes gigantu sastāva. Gan Jupiters, gan Saturns satur vairāk nekā 90% ūdeņraža un hēlija masas.

Mūsu Saules sistēmā dzīvojošo sauszemes un gāzes milzu planētu veidošanās vēstures modelēšana ir samērā vienkārša. Parasti tiek uzskatīts, ka zemes planētu kvartets ir dzimis sadursmju un saplūšanas rezultātā. planetesimāli ietvaros protoplanetārais akrecijas disks. The akrecijas disks Apkārtējā mūsu jaundzimušo Saule sastāvēja no gāzes un putekļiem, un ārkārtīgi smalkajām putekļu plankām bija dabiska “lipīgums”. Sīkās putekļu daļiņas sadūrās viena ar otru un saplūda, veidojot ķermeņus, kuru izmērs pakāpeniski pieauga – no oļu izmēra līdz laukakmeņu izmēram, līdz mēness izmēram un galu galā līdz planētas izmēram. Akmeņains un metālisks planetesimāli pirmatnējās Saules sistēmas kalpoja kā “sēklas”, no kurām izauga sauszemes planētas. Asteroīdi ir šīs kādreiz bagātīgās akmeņainās un metāliskās populācijas paliekas planetesimāls kas galu galā kļuva par Merkuru, Venēru, Zemi un Marsu.

Turpretim tiek uzskatīts, ka divas mūsu Saules sistēmas gāzes milzu planētas, kā arī ārpus Saules esošās gāzes giganti, kas riņķo ap zvaigznēm aiz mūsu Saules, ir attīstījušās pēc cietu kodolu veidošanās, kas svēra apmēram 10 reizes. Zemes masa. Tāpēc gāzes gigantu, piemēram, Jupitera un Saturna, kodoli veidojās tā paša procesa rezultātā, kas radīja zemes planētas.vienlaikus veidojot smagus gāzveida apvalkus no apkārtējā Saules miglāja dažu līdz vairāku miljonu gadu laikā. Tomēr ir alternatīvi serdes veidošanās modeļi, kuru pamatā ir oļu uzkrāšanās un kas tika ierosināti nesen. Alternatīvi, dažas no milzīgajām eksoplanētām var būt radušās gravitācijas rezultātā akrecija disks nestabilitātes.

Urāna un Neptūna dzimšana, izmantojot līdzīgu kodolu uzkrāšanās procesu, ir daudz sarežģītāka un problemātiskāka. Bēgšanas ātrums mazajam pirmatnējam protoplanētas (joprojām veidojas mazuļu planētas), kas atrodas aptuveni 20 astronomiskās vienības (AU) no mūsu pašu Saules sistēmas centra būtu salīdzināms ar to relatīvajiem ātrumiem. Šādi ķermeņi, kas šķērso Jupitera vai Saturna orbītas, varēja tikt sūtīti pa hiperboliskām trajektorijām, kas tos izšāva no mūsu Saules ģimenes un vēsajā starpzvaigžņu telpas tumsā. Alternatīvi, šādi ķermeņi, kurus notver gāzes gigantu duets, varētu būt uzkrājušies Jupiterā vai Saturnā vai arī izmesti tālās komētas orbītās aiz Neptūna. Viens ir vienāds ar vidējo attālumu starp Zemi un Sauli, kas ir aptuveni 93 000 000 jūdzes.

Kopš 2004. gada, neskatoties uz to veidošanās problemātisko modelēšanu, daudzi citplanētieši ledus gigants kandidāti ir novēroti riņķojot ap tālu zvaigznēm. Tas liek domāt, ka viņi varētu būt mūsu Piena Ceļa galaktikas parastie iedzīvotāji.

Ņemot vērā orbitālās problēmas protoplanētas atrodas 20 vai vairāk no mūsu Saules sistēmas centra, iespējams, ka Urāns un Neptūns ir dzimuši starp Jupitera un Saturna orbītām, pirms tie gravitācijas ceļā tika izkliedēti tālākajos, tumšākajos un aukstākajos mūsu Saules ģimenes apgabalos.

Divas dažādas pasaules

“Bieži tiek pieņemts, ka abas planētas veidojās līdzīgā veidā,” saka Dr. Alise Čau atzīmēja 2020. gada februārī PlanetS preses relīze. Tas varētu izskaidrot to līdzīgo sastāvu, vidējo orbitālo attālumu no mūsu Saules un to radniecīgās masas.

Bet kā var izskaidrot to atšķirības?

Mūsu pirmatnējā Saules sistēma bija “kosmiskā šaušanas galerija”, kurā bieži notika triecieni no ietriecošiem objektiem, un tas pats attiecas uz svešzemju planētu sistēmām aiz mūsu Saules. Šī iemesla dēļ katastrofāls milzu trieciens iepriekš tika ierosināts kā Urāna un Neptūna noslēpumaino atšķirību avots. Tomēr iepriekšējais darbs tikai pētīja ietekmi uz Urānu vai bija ierobežots, jo ietekmes aprēķini tika ievērojami vienkāršoti.

Pirmo reizi Cīrihes universitātes planetāro zinātnieku komanda pētīja dažādas sadursmes gan Urāns un Neptūns, izmantojot augstas izšķirtspējas datorsimulācijas. Sākot ar ļoti līdzīgu iepriekšēju ietekmi ledus milži viņi pierādīja, ka trieciens ķermenim, kura masa ir 1-3 reizes lielāka par Zemes masu gan Urāns un Neptūns var izskaidrot atšķirības.

Urāna gadījumā sadursme ganībās sagāztu planētu, bet neietekmētu tās iekšpusi. Pretstatā tam, frontāla sadursme Neptūna pagātnē ietekmētu tā iekšpusi, bet neveidotu disku. Tas atbilst tam, ka regulārās orbītās nav lielu pavadoņu, kā redzams Neptūnā. Par šādu katastrofālu avāriju, kas satricināja traumētās planētas dziļo iekšpusi, liecina arī lielākā Neptūna novērotā siltuma plūsma.

Nākotnes NASA un Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) misijas uz Urānu un Neptūnu var nodrošināt jaunus un svarīgus ierobežojumus šiem scenārijiem, uzlabot mūsu izpratni par Saules sistēmas veidošanos un arī sniegt astronomiem labāku izpratni par eksoplanetiem šajā konkrētajā masu diapazonā.

“Mēs skaidri parādām, ka sākotnēji līdzīgs veidošanās ceļš uz Urānu un Neptūnu var izraisīt dihotomiju, kas novērota šo aizraujošo ārējo planētu īpašībās,” saka Dr. Ravits Hells komentēja presei 2020. gada februārī.

Šis pētījums tika publicēts 2019. gada 22. novembra numurā Karaliskās astronomijas biedrības (MNRAS) ikmēneša paziņojumi zem virsraksta “Bifurkācija Urāna un Neptūna vēsturē: milzu planētu loma.”

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta.