Астрономы определили причину странного смещения оси Урана

Хотя он имеет много общего с другим ледяным гигантом нашей Солнечной системы, Нептуном, Уран обладает целым рядом уникальных свойств. И один из них нельзя не заметить: его ось вращения настолько искривлена, что он вполне может лечь. Это огромный наклон в 98 градусов от плоскости орбиты. Кроме того, планета вращается по часовой стрелке — в направлении, противоположном большинству других планет Солнечной системы.

Новое исследование нашло правдоподобное объяснение этому странному поведению: Луна удаляется от планеты, из-за чего Уран наклоняется вбок. И это даже не обязательно должна быть большая луна. Это может быть примерно половина массы нашей Луны, хотя более вероятным кандидатом была бы более крупная луна.

Обоснование можно найти в статье астронома Мелана Сайленфеста из Французского национального центра научных исследований. Эта статья, которая еще не прошла рецензирование, была одобрена Astronomy & Astrophysics и доступна в препринтах arXiv.

Ученые разработали модели, объясняющие это странное поведение, например, массивный объект, сталкивающийся с Ураном и буквально отбрасывающий его в сторону, но более предпочтительным объяснением является скопление более мелких объектов.

Однако эта гипотеза поднимает еще более сложные для объяснения вопросы, а именно досадное сходство с Нептуном.

Эти две планеты имеют очень похожие массы, радиусы, скорости вращения, динамику и состав атмосферы, а также сумасшедшие магнитные поля. Эти сходства предполагают, что две планеты, возможно, родились вместе, и с ними становится гораздо труднее смириться, когда к этой смеси добавляются планетарные последствия.

Это побудило ученых искать другие объяснения, такие как колебание, которое могло быть вызвано гигантской системой колец или Луной в ранней истории Солнечной системы (хотя и по другому механизму).

Но затем, несколько лет назад, Сайленфест и его коллеги обнаружили кое-что интересное о Юпитере. Благодаря своим спутникам наклон газового гиганта может увеличиться с нынешних 3% до примерно 37% через несколько миллиардов лет по мере миграции его спутников.

Затем они посмотрели на Сатурн и обнаружили, что его нынешний наклон в 26,7 градуса может быть результатом быстрой миграции его крупнейшего спутника Титана. Они обнаружили, что это может произойти практически без влияния на скорость вращения планеты.

Судя по всему, это вызвало вопросы о самой наклоненной планете Солнечной системы. Затем команда смоделировала гипотетическую систему Урана, чтобы увидеть, может ли подобный механизм объяснить ее свойства.

Миграция лун не является чем-то необычным. Наша собственная Луна в настоящее время удаляется от Земли со скоростью около 4 сантиметров в год. Тела, вращающиеся вокруг общего центра тяжести, взаимодействуют друг с другом через приливную силу, которая постепенно замедляет их вращение. Это, в свою очередь, ослабляет хватку гравитации, увеличивая расстояние между двумя телами.

Вернувшись к Урану, команда провела моделирование с использованием многих параметров, включая массу гипотетической луны. Они обнаружили, что спутник с минимальной массой примерно в половину массы земного спутника Урана может перевернуться на 90 градусов, если он мигрирует более чем в 10 раз больше радиуса Урана со скоростью более 6 сантиметров в год.

Однако в симуляциях большая луна, сравнимая по размеру с Ганимедом, с большей вероятностью вызывала наклон и вращение, которые мы наблюдаем сегодня на Уране. Однако минимальная масса — примерно половина массы земной Луны — примерно в четыре раза превышает общую массу известных сегодня спутников Урана.

Ученые объясняют это тем, что при наклоне около 80 градусов Луна дестабилизировалась, вызывая хаотическую фазу оси вращения, которая закончилась, когда Луна в конце концов столкнулась с планетой, фактически «окаменев» наклон и осевое вращение Урана.

«Эта новая картина наклона Урана кажется нам очень многообещающей», — пишут ученые.

«Насколько нам известно, впервые единый механизм смог наклонить Уран и превратить его ось вращения в конечное состояние, не вызывая гигантского удара или других внешних явлений. Большинство наших успешных экспериментов проводится на месте Урана, что кажется естественным результатом динамики», — продолжают они.

Ученые поясняют, что предложенная картина как общее явление может быть очень привлекательной. Юпитер вот-вот начнет свою фазу наклона, Сатурн может быть на полпути, а Уран завершил бы последнюю стадию с разрушением своего спутника.

Правда, пока нет определенной ясности, имелся ли у Урана спутник, достаточно большой, чтобы соответствовать этому сценарию и выяснить с помощью наблюдений это сложно. Однако, как поясняют ученые, очень важно понимать текущую миграцию спутников Урана.  В том случае, если они мигрируют с достаточно высокой скоростью, это вполне может быть свидетельством их образования из обломков древней Луны после ее разрушения много тысячелетий назад.