Найдены причины аномальных отклонений орбиты Урана
Несмотря на то, что у Урана много общего с другим ледяным гигантом нашей Солнечной системы, Нептуном, у этой любопытной планеты есть ряд уникальных особенностей. Одна из них буквально бросается в глаза: ось вращения Урана настолько перекошена, что с таким же успехом планета может лежать плашмя — речь идет про колоссальный наклон в 98 градусов от плоскости орбиты.
И, в довершение ко всему, Уран вращается по часовой стрелке — в противоположном направлении от большинства других планет Солнечной системы.
Новое исследование нашло правдоподобное объяснение этому странному поведению: луна мигрирует от планеты, в результате чего Уран переворачивается на бок. И совсем не обязательно, чтобы это была большая луна. Это могло бы сделать тело в половину массы нашей Луны, хотя более вероятным соперником был бы более крупный объект.
Кто наклонил орбиту Урана?
Обоснование было изложено в статье под руководством астронома Мелейн Сайленфест из Национального центра научных исследований Франции. Эта статья, еще не прошедшая рецензирование, была принята в журнал Astronomy & Astrophysics и размещена на ресурсе препринтов arXiv.
Ученые придумали самые модели, объясняющие это странное поведение: например, массивный объект, который столкнулся с Ураном и буквально ударил его в бок. Однако более предпочтительным объяснением является влияние группы меньших объектов. Но эта гипотеза поднимает вопросы, которые еще труднее объяснить, а именно, досадное сходство с Нептуном.
Эти две планеты имеют очень похожие массы, радиусы, скорость вращения, динамику и состав атмосферы, а также очень странные магнитные поля. Подобные сходства предполагают, что две планеты могли родиться вместе, но если в уравнение добавить различные планетарные столкновения, то модель начинает трещать по швам.
Это побудило ученых искать другие объяснения, такие как колебание, которое могло быть вызвано гигантской системой колец или гигантской луной в начале истории Солнечной системы (хотя и с другим механизмом). Но затем, несколько лет назад, Сайленфест и его коллеги обнаружили кое-что интересное о Юпитере. Благодаря своим спутникам наклон газового гиганта может увеличиться с его нынешних незначительных 3% до примерно 37% через несколько миллиардов лет благодаря миграции его спутников наружу.
Затем они взглянули на Сатурн и обнаружили, что его нынешний наклон в 26,7 градуса может быть результатом быстрой миграции его крупнейшего спутника Титана. Ученые выяснили, что это могло произойти почти без какого-либо влияния на скорость вращения планеты.
Очевидно, это вызвало вопросы о самой наклоненной планете Солнечной системы. Поэтому команда провела моделирование гипотетической системы Урана, чтобы определить, может ли подобный механизм объяснить ее особенности.
Миграция лун
Нет ничего необычного в том, что луны мигрируют. Наша собственная Луна в настоящее время удаляется от Земли со скоростью около 4 сантиметров в год. Тела, вращающиеся вокруг общего центра тяжести, воздействуют друг на друга приливной силой, которая постепенно замедляет их вращение. В свою очередь, это ослабляет хватку гравитации, так что расстояние между двумя телами увеличивается.
Возвращаясь к Урану, команда провела моделирование с рядом параметров, включая массу гипотетической луны. И они обнаружили, что луна с минимальной массой примерно в половину массы земной Луны может наклонить Уран на 90 градусов, если она мигрирует более чем в 10 раз больше радиуса Урана со скоростью более 6 сантиметров в год.
Тем не менее, большая луна, сравнимая по размеру с Ганимедом, с большей вероятностью в симуляциях вызывала наклон и вращение, которые мы наблюдаем сегодня на Уране. Однако минимальная масса — около половины земной Луны — примерно в четыре раза превышает совокупную массу известных в настоящее время спутников Урана.
Работа объясняет и это обстоятельство. При наклоне около 80 градусов Луна дестабилизировалась, вызывая хаотическую фазу для оси вращения, которая закончилась, когда Луна в конечном итоге столкнулась с планетой, фактически «окаменев» осевой наклон и вращение Урана. «Новая картина наклона Урана кажется нам весьма многообещающей», — пишут исследователи.