אורנוס מדע: איך כוכב קרח ענק בסופו של דבר שלה?

אורנוס הוא לטעון את הכוכב המסתורי ביותר במערכת השמש - אנחנו יודעים מעט מאוד על זה. עד כה, יש לנו רק ביקר את כדור הארץ פעם אחת, עם חללית וויאג'ר 2 בחזרה בשנת 1986. הדבר המוזר ביותר ברור על ענק זה קרח היא העובדה כי היא מסתובבת על צדה.

שלא כמו כל כוכבי לכת אחרים, אשר מסתובבים בערך "זקוף" עם צירים ספין שלהם בזוויות קרוב ימינה אל מסלולם סביב השמש, אורנוס הוא מוטה על ידי כמעט זווית ישרה. אז בקיץ שלה, הקוטב הצפוני נקודות כמעט ישירות לכיוון השמש. ושלא כמו שבתאי, צדק, נפטון, אשר יש אופקית של טבעות סביבם, אורנוס יש טבעות אנכיים ירחים המקיפים סביב קו המשווה הטיה שלה.

ראה גם: אורנוס הוא ממש מפעל נפיחה - וזה יהיה בהחלט להרוג אותך

לענק הקרח יש גם טמפרטורה קרה להפליא ושדה מגנטי מבולגן ומרכזי, בניגוד לצורת הבר המגנט המסודרת של רוב כוכבי הלכת האחרים כמו כדור הארץ או צדק. המדענים חוששים שאוראנוס היה פעם דומה לכוכבי הלכת האחרים במערכת השמש, אבל פתאום התהפך. אז מה קרה? המחקר החדש שלנו, שפורסם ב אסטרופיסיקל ג'ורנל ומוצג בפגישה של האיגוד הגיאופיזי האמריקאי, מציע רמז.

התנגשות קטלנית

מערכת השמש שלנו הייתה בעבר מקום אלים הרבה יותר, עם פרוטופלנט (גופים המתפתחים כדי להפוך לכוכבי לכת) מתנגשים בהשפעות ענקיות אלימות שסייעו ליצור את העולמות שאנו רואים כיום. רוב החוקרים מאמינים כי ספין אורנוס הוא תוצאה של התנגשות דרמטית. יצאנו לגלות איך זה יכול לקרות.

רצינו לחקור השפעות ענקיות על אורנוס כדי לראות בדיוק כיצד התנגשות כזו עלולה להשפיע על התפתחות הכוכב. למרבה הצער, אנחנו לא יכולים (עדיין) לבנות שני כוכבי לכת במעבדה ולנפץ אותם יחד כדי לראות מה באמת קורה. במקום זאת, הפעלנו מודלים ממוחשבים המדמים את האירועים באמצעות מחשב-על רב-עוצמה כדבר הטוב ביותר.

הרעיון הבסיסי היה המודל של כוכבי לכת מתנגש עם מיליוני חלקיקים במחשב, כל אחד מייצג גוש של חומר פלנטרי. אנחנו נותנים את הסימולציה המשוואות המתארות איך פיזיקה כמו כוח הכבידה ואת הלחץ עבודה החומר, כך שהוא יכול לחשב איך חלקיקים להתפתח עם הזמן כפי שהם לקרוס זה לזה. בדרך זו אנו יכולים ללמוד אפילו את התוצאות מסובך להפליא ומבולגן של השפעה ענקית. יתרון נוסף של שימוש בסימולציות מחשב הוא שיש לנו שליטה מלאה. אנו יכולים לבחון מגוון רחב של תרחישי השפעה שונים ולחקור את טווח התוצאות האפשריות.

הסימולציות שלנו (ראה לעיל) מראות שגוף של לפחות פי שניים מסיבי כדור הארץ יכול ליצור בקלות את הספין המוזר של אורנוס שיש לו היום על ידי התנגשות עם כוכב לכת צעיר. עבור התנגשויות מרעה נוספות, החומר של הגוף הפוגע היה מתפשט בסופו של דבר בקונכייה דקה וחמה ליד קצה שכבת הקרח של אורנוס, מתחת לאוויר המימן וההליום.

זה יכול לעכב את ערבוב של החומר בתוך אורנוס, לכידה את החום מן היווצרות שלה עמוק בפנים. למרבה הפלא, הרעיון הזה נראה מתאים עם התצפית כי החיצוני של אורנוס הוא כל כך קר היום. האבולוציה התרמית מסובכת מאוד, אבל לפחות ברור איך השפעה ענקית יכולה לעצב מחדש כוכב לכת מבפנים ומבחוץ.

סופר חישובים

המחקר הוא גם מרגש מנקודת מבט חישובית. בדומה לגודלו של טלסקופ, מספר החלקיקים בסימולציה מגביל את מה שאנו יכולים לפתור וללמוד. עם זאת, פשוט מנסה להשתמש בחלקיקים נוספים כדי לאפשר תגליות חדשות הוא אתגר חישובי רציני, כלומר זה לוקח הרבה זמן אפילו על מחשב רב עוצמה.

הסימולציות האחרונות שלנו להשתמש מעל 100m חלקיקים, על 100-1,000 פעמים יותר מאשר במחקרים אחרים כיום להשתמש. כמו גם ביצוע עבור כמה תמונות מדהימות ואנימציות של איך ההשפעה הענקית קרה, זה פותח כל מיני שאלות מדע חדשות אנחנו יכולים עכשיו להתחיל להתמודד עם.

שיפור זה הוא הודות ל- SWIFT, קוד סימולציה חדש שעוצב כדי לנצל את מלוא היתרונות של "מחשבי העל" העכשוויים. אלה הם למעשה מחשבים רגילים רבים המחוברים יחד. לכן, הפעלת סימולציה גדולה מסתמך במהירות על חלוקת את החישובים בין כל חלקי המחשב העל.

SWIFT מעריכה כמה זמן כל משימת מחשוב בסימולציה תפעל ותנסה לשתף היטב את העבודה באופן שווה להשגת יעילות מרבית. בדיוק כמו טלסקופ חדש גדול, קפיצה זו ל -1,000 פעמים ברזולוציה גבוהה מגלה פרטים שמעולם לא ראינו.

כוכבי לכת ומעבר

כמו גם ללמוד יותר על ההיסטוריה הספציפית של אורנוס, עוד מוטיבציה חשובה היא הבנה של היווצרות כדור הארץ באופן כללי יותר. בשנים האחרונות גילינו כי הסוג הנפוץ ביותר של כוכבי לכת חיצוניים (כוכבי לכת המסבירים כוכבים אחרים מהשמש שלנו) דומים למדי לאורנוס ולנפטון. אז כל מה שאנחנו לומדים על האבולוציה אפשרית של ענקים הקרח שלנו הזנות להבנתנו של בני דודים רחוקים רחוק שלהם ואת האבולוציה של עולמות אפשריים למגורים.

פרט מרגש אחד למדנו שהוא רלוונטי מאוד לשאלת החיים מחוץ לכדור הארץ הוא גורלה של אווירה לאחר השפעה עצומה. סימולציות ברזולוציה גבוהה שלנו מגלות כי חלק מהאווירה ששרדה את ההתנגשות הראשונית עדיין ניתן להסיר על ידי bulging האלימה הבאים של כדור הארץ. העדר אווירה גורם לכוכב הרבה פחות סיכוי לארח את החיים. ואז שוב, אולי את האנרגיה מסיבית קלט חומר נוסף עשוי לעזור ליצור כימיקלים שימושיים לכל החיים גם כן. חומר רוקי מן הליבה של הגוף להשפיע יכול גם להיות מעורב באווירה החיצונית. זה אומר שאנחנו יכולים לחפש אלמנטים קורט מסוימים אשר עשויים להיות אינדיקטורים של השפעות דומות אם אנו צופים בהם באווירה של כוכבי לכת.

הרבה שאלות נשארו על אורנוס, ואת ההשפעות ענק בכלל. למרות הסימולציות שלנו מקבלים מפורט יותר, עדיין יש לנו הרבה מה ללמוד. לכן, אנשים רבים קוראים למשימה חדשה לאורנוס ולנפטון ללמוד את השדות המגנטיים המוזרים שלהם, את משפחותיהם המלוכסנות של ירחים וטבעות, ואפילו את מה שהם בעצם עשו.

הייתי מאוד רוצה לראות את זה קורה. השילוב של תצפיות, מודלים תיאורטיים וסימולציות מחשב יסייע לנו להבין לא רק את אורנוס, אלא את כוכבי הלכת הרבים שממלאים את היקום שלנו וכיצד הם הגיעו.

מאמר זה פורסם במקור על השיחה על ידי יעקב Kegerreis. קרא את המאמר המקורי כאן.