Uranüs'ün eğimi aslında Güneş'in etrafında dönen bir gezegene sahiptir, dönüşünün ekseni neredeyse Güneş'e işaret ediyor.
(Resim: © NASA ve Erich Karkoschka, ABD)
Gezegenler galaksideki yıldızları kuşatsa da, nasıl oluştukları tartışma konusu olmaya devam ediyor. Kendi güneş sistemimizdeki dünya zenginliğine rağmen, bilim adamları gezegenlerin nasıl inşa edildiğinden hala emin değiller. Şu anda, iki teori şampiyon rolü için onu batırıyor.
İlk ve en çok kabul gören çekirdek birikim, karasal gezegenlerin oluşumu ile iyi çalışır, ancak Uranüs gibi dev gezegenlerle ilgili problemleri vardır. İkincisi, disk kararsızlığı yöntemi, dev gezegenlerin oluşturulmasını açıklayabilir.
Araştırmacılar Renata Frelikh ve Ruth Murray-Clay, bir araştırma makalesinde "Buz devlerini gaz devlerinden ayıran şey oluşum tarihleridir: çekirdek büyümesi sırasında, eskisi tam gaz diskinde [kritik kütle] hiç geçmedi."
Çekirdek toplanma modeli
Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce güneş sistemi, güneş bulutsusu olarak bilinen bir toz ve gaz bulutuydu. Yerçekimi, malzemeyi dönmeye başladığında kendi içine çöktü ve bulutsunun merkezinde güneşi oluşturdu.
Güneşin yükselişiyle birlikte kalan malzeme toplanmaya başladı. Küçük parçacıklar, yerçekimi kuvvetiyle bağlı olarak daha büyük parçacıklara çekildi. Güneş rüzgarı, hidrojen ve helyum gibi daha hafif elementleri daha yakın bölgelerden süpürüp karasal dünyalar yaratmak için sadece ağır, kayalık malzemeler bıraktı. Ancak daha uzakta, güneş rüzgarları daha hafif elementler üzerinde daha az etkiye sahipti ve bu da Uranüs gibi gaz devleriyle birleşmelerine izin verdi. Bu şekilde asteroitler, kuyruklu yıldızlar, gezegenler ve aylar yaratıldı.
Çoğu gaz devinin aksine, Uranüs'ün gazdan ziyade kayalık bir çekirdeği vardır. Çekirdek muhtemelen önce oluştu ve daha sonra gezegenin atmosferini oluşturan hidrojen, helyum ve metanı topladı. Çekirdekten gelen ısı, yaklaşık 2 milyar mil uzakta olan uzak güneşten gelen ısıyı güçlendirerek Uranüs'ün sıcaklığını ve hava durumunu yönlendirir.
Bazı dış gezegenler gözlemleri, hakim oluşum süreci olarak çekirdek toplanmasını doğrulamaktadır. Gökbilimcilerin hidrojen ve helyum dışındaki elementler için kullandıkları daha fazla "metal" olan yıldızlar, çekirdeklerinde metal fakir kuzenlerinden daha dev gezegenlere sahiptir. NASA'ya göre, çekirdek birikimi küçük, kayalık dünyaların daha büyük gaz devlerinden daha yaygın olması gerektiğini gösteriyor.
Güneş benzeri yıldız HD 149026'nın etrafında dönen devasa bir çekirdeğe sahip dev bir gezegenin keşfi, çekirdek birikimi için vakanın güçlendirilmesine yardımcı olan bir dış gezegen örneğidir.
Greg Henry bir basın açıklamasında "Bu, gezegen oluşumu için çekirdek toplanma teorisinin bir teyidi ve bu tür gezegenlerin bolca bulunması gerektiğine dair kanıt." Dedi. Nashville, Tennessee Eyalet Üniversitesi'nde bir gökbilimci olan Henry, yıldızın kararttığını tespit etti.
2017 yılında, Avrupa Uzay Ajansı, süper Dünyalardan Neptün'e kadar çeşitli boyutlardaki gezegenleri inceleyecek olan karakterize edici ExOPlanet Uydusunu (CHEOPS) başlatmayı planlıyor. Bu uzak dünyaları incelemek, güneş sistemindeki gezegenlerin nasıl oluştuğunu belirlemeye yardımcı olabilir.
CHEOPS ekibi, "Çekirdek toplanma senaryosunda, bir gezegenin çekirdeği, kaçak bir şekilde gaz toplayabilmesi için kritik bir kütleye ulaşmalıdır." Dedi. "Bu kritik kütle, en önemlileri arasında gezegenlerin birikme hızı olan birçok fiziksel değişkene bağlıdır."
Büyüyen gezegenlerin malzemeyi nasıl keskinleştirdiğini inceleyerek CHEOPS, dünyaların nasıl büyüdüğüne dair fikir verecektir.
Disk kararsızlığı modeli
Ancak dev gaz gezegenleri için hızlı bir formasyona ihtiyaç duyulması, çekirdek birikiminin sorunlarından biridir. Modellere göre, işlem birkaç milyon yıl sürüyor, erken güneş sisteminde hafif gazların mevcut olduğundan daha uzun. Aynı zamanda, çekirdek birikim modeli bir göç sorunu ile karşı karşıyadır, çünkü bebek gezegenleri kısa bir süre içinde güneşe sarılır.
Colorado'daki Boulder'daki Güneybatı Araştırma Enstitüsü'nden araştırmacı Kevin Walsh, "Dev gezegenler birkaç milyon yılda çok hızlı bir şekilde oluşuyor." "Bu bir zaman sınırı yaratır çünkü güneşin etrafındaki gaz diski sadece 4 ila 5 milyon yıl sürer."
Nispeten yeni bir teoriye göre, disk kararsızlığı, toz ve gaz kümeleri güneş sisteminin erken yaşamında birbirine bağlanır. Zamanla, bu kümeler yavaşça dev bir gezegene dönüşür. Bu gezegenler çekirdek biriktirme rakiplerinden daha hızlı, bazen bin yıl gibi kısa bir sürede, hızla yok olan daha hafif gazları yakalamalarına izin verebilirler. Ayrıca hızlı bir şekilde, güneşe ölümle yürümelerini engelleyen yörünge stabilize edici bir kütleye ulaşırlar.
Bilim adamları güneş sisteminin içindeki gezegenleri ve diğer yıldızları incelemeye devam ettikçe, Uranüs ve kardeşlerinin nasıl oluştuğunu daha iyi anlayacaklar.
Çakıl yığılması
Çekirdek birikimi için en büyük zorluk, zamanın, atmosferlerinin daha hafif bileşenlerini kapacak kadar hızlı devasa gaz devleri oluşturmasıdır. Daha önceki çalışmalardan 1000 kat daha hızlı dev gezegenler oluşturmak için daha küçük, çakıl büyüklüğünde nesnelerin ne kadar kaynaştıklarına dair son araştırmalar.
"Bu, gezegenlerin oluştuğu güneş bulutsusu için oldukça basit bir yapı ile başladığınızı ve gördüğümüz dev gezegen sistemi ile başladığınızı bildiğimiz ilk model," diye araştırıyor bir yazar gökbilimci Harold Levison Colorado'daki Southwest Araştırma Enstitüsü'nde (SwRI) 2015 yılında Space.com'a verdiği demeçte.
2012'de İsveç'teki Lund Üniversitesi'nden araştırmacılar Michiel Lambrechts ve Anders Johansen, bir kez yazıldığında, küçük gezegenlerin hızla inşa edilmesinin anahtarını tuttuğunu öne sürdü.
Levison, "Daha önce önemsiz olduğu düşünülen bu oluşum sürecinden kalan çakıl taşlarının aslında gezegen oluşturan soruna büyük bir çözüm olabileceğini gösterdiler." Dedi.
Levison ve ekibi, küçük çakıl taşlarının bugün galakside görülen gezegenleri nasıl oluşturabileceğini daha kesin bir şekilde modellemek için bu araştırmayı temel aldı. Önceki simülasyonlar, hem büyük hem de orta büyüklükteki nesneler çakıl büyüklüğündeki kuzenlerini nispeten sabit bir oranda tüketirken, Levison'un simülasyonları daha büyük nesnelerin daha çok zorbalar gibi davrandığını ve orta ölçekli kütlelerden çakıl parçalarının çok daha hızlı büyümesini sağladığını gösteriyor. oranı.
"Daha büyük nesneler artık küçük olanları küçük olanlardan daha küçük olanlardan daha fazla saçma eğilimindedir, bu nedenle daha küçük olanları çakıl diskinden dağılmaktadır." . "Büyük adam temelde küçük olanı zorbalık yapar, böylece tüm çakıl taşlarını kendileri yiyebilirler ve dev gezegenlerin çekirdeklerini oluşturmak için büyümeye devam edebilirler."
Çakıl toplanması, dev gezegenlerde karasal dünyalardan daha fazla işe yarar. Fransa'nın Bordeaux Üniversitesi'nden Sean Raymond'a göre, "çakıl taşlarının" gazın buz haline gelebilecek kadar soğuk olduğu hayali çizgi olan kar çizgisini geçmesi biraz daha büyük ve çok daha kolay olmasından kaynaklanıyor.
Raymond.com, "Çakıl taşları için, sadece kar çizgisini geçmek biraz daha iyi," dedi.
Çakıl birikimi gaz devleri için iyi çalışırken, buz devleri için bazı zorluklar vardır. Çünkü milimetreden santimetreye kadar olan partiküller son derece verimli bir şekilde toplanır.
Frelikh ve Murray-Clay, "O kadar çabuk sertleşiyorlar ki, buz devi çekirdeklerinin mevcut çekirdek kütlelerinde kabaca disk ömrünün önemli bir kısmında gaz zarı biriktirirken var olması zor oluyor."
"Kaçaktan kaçınmak için, bu nedenle büyümelerini, gaz diski kısmen, ama tamamen değil, belirli bir zamanda tamamlamalıdırlar."
Parite, Uranüs ve Neptün çekirdekleri üzerindeki gaz birikiminin çoğunun güneşten uzak hareketleriyle çakıştığını öne sürdü. Fakat güneş sistemindeki evlerini değiştirmelerini ne sağlayabilir?
Güzel bir model
Başlangıçta, bilim adamları gezegenlerin bugün yaşadıkları güneş sisteminin aynı bölümünde oluştuğunu düşünüyorlardı. Gezegenlerin keşfi bazı şeyleri sarstı ve en büyük nesnelerin en azından bazılarının göç edebileceğini ortaya koydu.
2005 yılında Nature dergisinde yayınlanan bir üç makale, Uranüs ve diğer dev gezegenlerin, bugünkünden çok daha yakın dairesel yörüngelere bağlandığını öne sürdü. Büyük bir kaya ve buzul diski onları çevreledi ve Neptün'ün mevcut yörüngesinin hemen ötesinde Dünya-güneş mesafesinin yaklaşık 35 katına kadar uzanıyordu. Bunu, ilk tartıştıkları Fransa'daki şehirden sonra Nice modeli olarak adlandırdılar. (Bu Neese olarak telaffuz edilir.)
Gezegenler daha küçük bedenlerle etkileşime girdikçe, çoğunu güneşe doğru dağıttılar. Bu süreç, Satürn, Neptün ve Uranüs'ü güneş sistemine daha fazla göndererek nesnelerle enerji ticareti yapmalarına neden oldu. Sonunda küçük nesneler Jüpiter'e ulaştı, bu da onları güneş sisteminin kenarına ya da tamamen dışına uçurdu.
Jüpiter ve Satürn arasındaki hareket, Uranüs ve Neptün'ü daha fazla eksantrik yörüngeye sürükledi ve çifti kalan buz diskinden gönderdi. Malzemenin bir kısmı içeriye doğru fırlatıldı ve burada Ağır Ağır Bombardıman sırasında karasal gezegenlere çarptı. Diğer malzemeler dışarı fırlatılarak Kuiper Kemeri yaratıldı.
Yavaşça dışa doğru ilerledikçe Neptün ve Uranüs yerleri ticareti yaptılar. Sonunda, kalan kalıntılarla etkileşimler paritenin güneşten mevcut mesafelerine ulaştıkça daha dairesel yollara yerleşmesine neden oldu.
Yol boyunca, bir veya iki dev gezegenin sistem dışına atılması mümkündür. Colorado'daki Güneybatı Araştırma Enstitüsü'nden gökbilimci David Nesvorny, erken tarih sistemini anlamaya yol açabilecek ipuçlarını bulmak için erken güneş sistemini modellenmiştir.
Nesvorny, Space.com'a yaptığı açıklamada, "İlk günlerde güneş sistemi çok farklıydı, belki de Neptün kadar büyük, farklı yerlere dağılmış ve dağılmış daha fazla gezegen vardı."
Tehlikeli bir gençlik
İlk güneş sistemi şiddetli çarpışmaların olduğu bir dönemdi ve Uranüs muaf değildi. Ayın yüzeyi ve Merkür'ün her ikisi de daha küçük kayalar ve asteroitler tarafından bombardıman olduğuna dair kanıtlar gösterirken, Uranüs görünüşe göre Dünya büyüklüğünde bir protoplanet ile önemli bir çarpışma yaşadı. Sonuç olarak, Uranüs yana doğru eğilir ve bir kutup yılın yarısı boyunca güneşe doğru bakar.
Uranüs, belki de kısmen, etki sırasında kütlesinin bir kısmını kaybettiği için buz devlerinin en büyüğüdür.
