Uranus Science: Paano Nakasalubong ang Giant Ice Planet sa Side nito?

Ang Uranus ay arguably ang pinaka-mahiwagang planeta sa solar system - alam namin napakaliit tungkol dito. Sa ngayon, binisita lang natin ang planeta isang beses, kasama ang Voyager 2 spacecraft pabalik noong 1986. Ang pinaka-halata na kakaibang bagay tungkol sa higanteng yelo na ito ay ang katotohanan na ito ay umiikot sa panig nito.

Hindi tulad ng lahat ng iba pang mga planeta, na magsulid ng halos "patayo" sa kanilang mga spin axes malapit sa mga tamang anggulo sa kanilang mga orbit sa paligid ng araw, ang Uranus ay napiling halos ng tamang anggulo. Kaya sa tag-init nito, ang hilaga pol ay halos direktang tumuturo sa araw. At hindi tulad ng Saturn, Jupiter, at Neptune, na may mga pahalang na hanay ng mga singsing sa paligid nila, si Uranus ay mayroong mga singsing at buwan na orbita sa paligid ng miringong ekwador nito.

Tingnan din ang: Uranus Ay Literally a Fart Factory - At Gusto Ito Talagang Patayin Mo

Ang yelo higante ay mayroon ding isang kahanga-hanga malamig na temperatura at isang magulo at off-sentro ng magnetic field, hindi tulad ng neat bar-magnetong hugis ng karamihan sa iba pang mga planeta tulad ng Earth o Jupiter. Ang mga siyentipiko, samakatuwid, ay nag-alinlangan na si Uranus ay katulad ng iba pang mga planeta sa sistema ng solar ngunit biglang binaligtad. Kaya ano ang nangyari? Ang aming bagong pananaliksik, na inilathala sa Astrophysical Journal at iniharap sa isang pulong ng American Geophysical Union, nag-aalok ng isang bakas.

Cataclysmic Collision

Ang aming solar system ay ginagamit upang maging isang mas marahas na lugar, na may mga protoplanets (mga katawan na umuunlad upang maging mga planeta) na nagbabanggaan sa marahas na higanteng epekto na tumulong na lumikha ng mga mundo na nakikita natin ngayon. Naniniwala ang karamihan sa mga mananaliksik na ang Uranus 'spin ay ang bunga ng isang dramatikong banggaan. Nagtakda kami upang makita kung paano ito nangyari.

Nais naming pag-aralan ang higanteng mga epekto sa Uranus upang makita kung gaano ang epekto ng banggaan na maaaring makaapekto sa ebolusyon ng planeta. Sa kasamaang palad, hindi namin (pa) bumuo ng dalawang planeta sa isang lab at siksikin ang mga ito upang makita kung ano talaga ang mangyayari. Sa halip, nagpatakbo kami ng mga modelo sa computer na tumutulad sa mga kaganapan gamit ang isang makapangyarihang supercomputer bilang susunod na pinakamagandang bagay.

Ang pangunahing ideya ay upang i-modelo ang mga planeta na magkakasama sa milyun-milyong particle sa computer, bawat isa ay kumakatawan sa isang bukol ng materyal na pamplaneta. Ibinibigay namin ang kunwa ang mga equation na naglalarawan kung paano ang pisika tulad ng gravity at materyal na presyon ng trabaho, upang maaari itong kalkulahin kung paano ang mga particle evolve sa oras habang sila crash sa bawat isa. Sa ganitong paraan maaari naming pag-aralan ang kahit na ang fantastically kumplikado at magulo resulta ng isang higanteng epekto. Ang isa pang benepisyo ng paggamit ng mga simulation sa computer ay ang buong kontrol namin. Maaari naming subukan ang isang iba't ibang mga iba't ibang mga sitwasyon ng epekto at galugarin ang hanay ng mga posibleng mga kinalabasan.

Ang aming mga simulation (tingnan sa itaas) ay nagpapakita na ang isang katawan ng hindi bababa sa dalawang beses bilang napakalaking bilang ang Earth ay maaaring madaling lumikha ng kakaibang iikot Uranus ngayon sa pamamagitan ng slamming sa at pagsasama sa isang batang planeta. Para sa higit pang mga banggaan, ang materyal na nakakaapekto sa katawan ay malamang na makalat sa isang manipis, mainit na shell malapit sa gilid ng yelo ng yelo ng Uranus, sa ilalim ng hydrogen at helium atmosphere.

Ito ay maaaring pumipigil sa paghahalo ng materyal sa loob ng Uranus, na pumipigil sa init mula sa pagbuo nito nang malalim sa loob. Kapana-panabik, ang ideyang ito ay tila kasuwato sa pagmamasid na ang panlabas na Uranus ay sobrang malamig ngayon. Ang thermal evolution ay napaka-kumplikado, ngunit ito ay hindi bababa sa kung paano ang isang higanteng epekto ay maaaring maghugis ng hugis ng isang planeta sa loob at labas.

Super Computations

Ang pananaliksik ay kapana-panabik mula sa isang computational perspektibo. Tulad ng laki ng isang teleskopyo, ang bilang ng mga particle sa isang kunwa ay naglilimita kung ano ang maaari nating malutas at pag-aralan. Gayunpaman, ang pagsisikap lamang na gumamit ng mas maraming mga particle upang paganahin ang mga bagong pagtuklas ay isang malubhang hamon sa computational, ibig sabihin ay nangangailangan ng mahabang panahon kahit na sa isang malakas na computer.

Ang aming pinakabagong mga simulation ay gumagamit ng higit sa 100m particle, halos 100-1,000 beses na higit pa kaysa sa karamihan ng iba pang mga pag-aaral sa ngayon gamitin. Pati na rin ang paggawa para sa ilang mga kaakit-akit na mga larawan at mga animation kung paano nangyari ang higanteng epekto, binubuksan nito ang lahat ng mga uri ng mga bagong tanong sa agham na maaari naming simulan upang harapin.

Ang pagpapabuti na ito ay salamat sa SWIFT, isang bagong code ng simulation na dinisenyo namin upang mapakinabangan nang husto ang mga kontemporaryong "supercomputers." Ang mga ito ay karaniwang maraming mga normal na computer na naka-link up magkasama. Kaya, ang pagpapatakbo ng isang malaking simulation ay mabilis na umaasa sa paghahati ng mga kalkulasyon sa pagitan ng lahat ng bahagi ng supercomputer.

Tinatantiya ng SWIFT kung gaano katagal ang bawat computing task sa kunwa at sinusubukan na maingat na maibahagi ang trabaho nang pantay para sa maximum na kahusayan. Tulad ng isang malaking bagong teleskopyo, ang tumalon sa 1,000 beses na mas mataas na resolution ay nagpapakita ng mga detalye na hindi pa natin nakikita dati.

Exoplanets and Beyond

Pati na rin ang pag-aaral nang higit pa tungkol sa tiyak na kasaysayan ng Uranus, ang isa pang mahalagang pagganyak ay pag-unawa sa pagbuo ng planeta nang mas pangkalahatan. Sa mga nakalipas na taon, natuklasan namin na ang pinakakaraniwang uri ng mga exoplanet (mga planeta na nagbubuklod ng mga bituin maliban sa ating araw) ay katulad ng Uranus at Neptune. Kaya ang lahat ng natutuhan natin tungkol sa posibleng ebolusyon ng ating sariling mga higante ng yelo ay kumakain sa ating pang-unawa sa kanilang malayong mga pinsan at sa ebolusyon ng mga potensyal na maaring mapapasukang mga daigdig.

Isang nakakaganyak na detalye na pinag-aralan namin na napakahalaga sa tanong ng buhay ng extraterrestrial ay ang kapalaran ng isang kapaligiran pagkatapos ng higanteng epekto. Ang aming mga high-resolution na simulation ay nagpapakita na ang ilan sa mga kapaligiran na survives sa unang banggaan ay maaari pa ring alisin sa pamamagitan ng kasunod na marahas bulging ng planeta. Ang kakulangan ng isang kapaligiran ay gumagawa ng isang planeta ng mas malamang na mag-host ng buhay. Pagkatapos ay muli, marahil ang napakalaking enerhiya input at idinagdag na materyal ay maaaring makatulong sa lumikha ng mga kapaki-pakinabang na mga kemikal para sa buhay pati na rin. Rocky materyal mula sa core ng epekto ng katawan ay maaari ring makakuha ng halo-halong sa panlabas na kapaligiran. Nangangahulugan ito na maaari naming hanapin ang ilang mga elemento ng bakas na maaaring maging tagapagpahiwatig ng mga katulad na epekto kung pinanood natin ang mga ito sa isang kapaligiran ng exoplanet.

Maraming tanong ang mananatiling tungkol sa Uranus, at malaking epekto sa pangkalahatan. Kahit na ang aming mga simulation ay nakakakuha ng mas detalyado, mayroon pa rin kaming maraming upang matuto. Samakatuwid, maraming tao ang tumatawag para sa isang bagong misyon sa Uranus at Neptune upang pag-aralan ang kanilang kakaibang mga magnetic field, ang kanilang mga pamilya ng quirky ng mga buwan at mga singsing, at kahit na kung ano talaga ang talagang ginagawa nila.

Gusto kong makita ang nangyari. Ang kumbinasyon ng mga obserbasyon, teoretikal na mga modelo, at mga simulation ng computer ay tutulong sa atin na maunawaan hindi lamang ang Urano, ngunit ang napakaraming planeta na pumupuno sa ating uniberso at kung paano sila naging.

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa The Conversation ni Jacob Kegerreis. Basahin ang orihinal na artikulo dito.