Уран считается самой загадочной планетой в Солнечной системе. К этому миру удалось добраться всего лишь раз в 1986 году с помощью космического аппарата Вояджер-2. Главная странность заключается в том, что планета вращается практически на боку.
Пока остальные миры вращаются почти «вертикально», а их оси вращения находятся под прямым углом к орбитальным путям вокруг звезды, наклон Урана практически прямой. В итоге, летом его северный полюс смотрит прямо на солнечный диск. Кроме того, остальные планеты-гиганты располагают кольцами вокруг себя в горизонтальном положении, а у Урана кольца и лунное семейство – вертикальные.
Также у ледяного гиганта наблюдается непривычно низкий температурный показатель и скомканное магнитное поле, смещенное от центра. Есть мнение, что раньше Уран не отличался от солнечных планет, но затем опрокинулся. Что произошло?
Столкновение в прошлом
Ранее Солнечная система представляла собою более жесткую среду, где протопланеты врезались друг в друга и помогали сформировать современные планеты. Многие ученые считают, что состояние Урана – результат драматического столкновения в прошлом. Поэтому исследователи решили понять, как это могло произойти.
К сожалению, ученые не способны создать в лабораторных условиях две планеты и столкнуть их, чтобы увидеть процесс собственными глазами. Поэтому приходится применять компьютерные модели, имитирующие событие.
Главная идея заключалась в том, чтобы воссоздать планетарное столкновение с участием множества частиц, имитирующих планетарный материал. Здесь учитывают и уравнения, основанные на физических законах. В итоге, создаются сложные результаты гигантского столкновения. К тому же, исследователи получают полный контроль и могут рассмотреть различные варианты развития событий.
Новая модель показала, что крупный объект (как минимум, превосходящий земную массу вдвое) мог быть ответственным за странное вращение современного Урана, если врезался в юный мир и слился с ним. При более сильном столкновении материал ударного объекта осядет к тонкой раскаленной оболочке у края ледяного слоя гиганта, под водородной и гелиевой атмосферой.
Это помешает слиянию материала в центре планеты. Все говорит о том, что идея соответствует наблюдаемому холодному внешнему слою гиганта. Тепловая эволюция – это сложная тема. Но теперь ясно, как крупный удар способен изменить планету внутри и снаружи.
Компьютерные вычисления
Важно понимать, что симуляции и количество учитываемых частиц служат ограничением для вычислений. Но вы не можете просто взять и добавить большой объем частиц, потому что даже самые продвинутые компьютеры тратят много времени на расчеты.
В новой работе учитывали осколки с параметрами больше сотни метров, что в 100-1000 раз крупнее, чем в других моделях. Симуляция не только позволяет создать удивительные картинки и анимации происходящего, но открывает множество вопросов, на которые следует найти ответы.
Большей точности удалось добиться за счет нового кода SWIFT, который создали, чтобы полноценно использовать возможности суперкомпьютера. Код способен определить количество необходимого времени на каждую вычислительную задачу. Также он грамотно распределяет работу, добиваясь максимальной эффективности.
Экзопланеты и дальше
Ученые мечтают не только разобраться в истории Урана, но и изучить процесс планетарного формирования. Поиски показывают, что среди внесолнечных миров чаще всего встречаются планеты типа Урана и Нептуна. Поэтому понимание формирования и эволюции ледяных гигантов в Солнечной системе поможет изучить историю их экзопланетных собратьев.
В новой симуляции важно было изучить судьбу атмосферы планеты после гигантского столкновения. Модель показывает, что часть атмосферного слоя, выжившего после первого удара, может уничтожиться за счет последующего планетарного расширения. Отсутствие атмосферного слоя сокращает шансы на возникновение жизни.
Однако огромные энергетические расходы и дополнительные материалы помогут сформировать полезные химические вещества для жизненных форм. К тому же, скалистый материал из ядра врезавшегося объекта способен слиться с внешней атмосферой. То есть, исследователи могут искать определенные микроэлементы, которые служат маячками подобного воздействия.
Ученые все еще не до конца понимают прошлое Урана и последствия планетарных ударов. С каждый годом компьютерные симуляции становятся все более детальными, но нам предстоит еще во многом разобраться. Поэтому ученые настаивают на необходимости отправить новую миссию к ледяным гигантам, чтобы исследовать их необычные магнитные поля, удивительные лунные семейства и кольца, а также разобраться в составе.