Giải thích những bí ẩn kỳ lạ của Thiên vương tinh

Các thuộc tính khác thường của “người” khổng lồ băng Uranus đã khiến các nhà khoa học bối rối từ lâu. Tất cả các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta đều xoay quanh Mặt trời theo cùng một hướng và trong cùng một mặt phẳng, mà các nhà thiên văn học tin là dấu tích về cách Hệ Mặt trời của chúng ta hình thành từ một đĩa khí và bụi quay tròn. Hầu hết các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta cũng quay theo cùng một hướng, với các cực của chúng được định hướng vuông góc với mặt phẳng mà các hành tinh quay vào. Tuy nhiên, trong số tất cả các hành tinh thì Thiên vương tinh nghiêng nghiêng khoảng 98 độ.

Thay vì suy nghĩ về thực tế của các ngôi sao lan rộng ra mọi hướng và ở những khoảng cách khác nhau từ Trái đất, sẽ dễ hiểu hơn bằng cách hình dung về thiên thể. Để hình dung thiên thể là gì, hãy nhìn lên bầu trời đêm và tưởng tượng rằng tất cả các ngôi sao bạn nhìn thấy được vẽ ở bên trong một quả cầu bao quanh Hệ Mặt Trời. Các ngôi sao sau đó dường như tăng lên và thiết lập khi Trái đất di chuyển so với ‘quả cầu’ này. Khi Sao Thiên Vương quay và quay quanh Mặt trời, nó giữ các cực của nó nhắm vào các điểm cố định liên quan đến quả cầu này, do đó, nó dường như cuộn tròn và lắc lư theo hướng của người quan sát trên Trái đất. Sao Thiên Vương cũng có một hệ thống vành đai giống như Sao Thổ và một loạt 27 mặt trăng quay quanh hành tinh xung quanh đường xích đạo của nó, vì vậy chúng cũng bị lật đổ. Sao Thiên Vương ‘ Tập hợp các tính chất khác thường đã được giải thích bởi một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Shigeru Ida từ Viện Khoa học Sự sống Trái đất (ELSI) tại Viện Công nghệ Tokyo giải thích. Nghiên cứu của họ cho thấy rằng trong lịch sử của Hệ Mặt trời của chúng ta, Thiên vương tinh bị một hành tinh băng giá nhỏ – gấp khoảng 1-3 lần khối lượng Trái đất – lật đổ hành tinh trẻ, và bỏ lại hệ thống mặt trăng và vành đai bình dị của nó.

Nhóm nghiên cứu đã đi đến kết luận này trong khi họ đang xây dựng một mô phỏng máy tính mới về sự hình thành mặt trăng xung quanh các hành tinh băng giá. Hầu hết các hành tinh trong Hệ Mặt Trời đều có các mặt trăng và chúng hiển thị một dải có kích cỡ, quỹ đạo, thành phần và các tính chất khác mà các nhà khoa học tin rằng có thể giúp giải thích cách chúng hình thành. Có bằng chứng mạnh mẽ về mặt trăng đơn của Trái đất hình thành khi một vật thể có kích cỡ bằng sao Hỏa đâm vào Trái đất sơ khai gần 4,5 tỷ năm trước. Ý tưởng này giải thích rất nhiều về Trái đất và thành phần của Mặt trăng và cách Mặt trăng quay quanh Trái đất.

Các nhà khoa học mong đợi những vụ va chạm lớn như vậy là phổ biến hơn trong Hệ Mặt trời đầu tiên và thực sự chúng là một phần của câu chuyện về cách tất cả các hành tinh được cho là hình thành. Nhưng Sao Thiên Vương phải trải qua những tác động rất khác với Trái đất chỉ đơn giản là vì Thiên vương tinh hình thành rất xa Mặt trời. Do Trái đất hình thành gần Mặt trời hơn, nơi môi trường nóng hơn, nên nó chủ yếu được tạo thành từ những gì các nhà khoa học gọi là các nguyên tố ‘không bay hơi’, nghĩa là chúng không tạo thành khí ở áp suất và nhiệt độ bề mặt Trái đất bình thường; chúng được làm bằng đá. Ngược lại, các hành tinh ngoài cùng phần lớn bao gồm các yếu tố ‘dễ bay hơi’, ví dụ như những thứ như nước và amoniac. Mặc dù đây sẽ là các chất khí hoặc chất lỏng dưới bề mặt Trái đất như nhiệt độ và áp suất, ở khoảng cách rất lớn từ Mặt trời, các hành tinh ngoài quỹ đạo,

Theo nghiên cứu của giáo sư Ida và các đồng nghiệp, tác động lớn đến các hành tinh băng giá ở xa sẽ hoàn toàn khác biệt với những hành tinh liên quan đến các hành tinh đá, chẳng hạn như các nhà khoa học tác động tin rằng Mặt trăng hình thành. Bởi vì nhiệt độ mà nước đá hình thành thấp, các mảnh vụn từ Uranus và vật va chạm băng giá của nó sẽ bị bay hơi nhiều trong vụ va chạm. Điều này cũng có thể đúng với vật liệu đá có liên quan đến tác động hình thành Mặt trăng của Trái đất, nhưng ngược lại, vật liệu đá này có nhiệt độ ngưng tụ rất cao, có nghĩa là nó đông cứng nhanh chóng và do đó Mặt trăng của Trái đất có thể thu được một lượng đáng kể các mảnh vụn được tạo ra bởi sự va chạm do trọng lực của chính nó. Trong trường hợp của Thiên vương tinh, một vật va chạm băng giá lớn có thể làm nghiêng hành tinh, tạo cho nó một chu kỳ quay nhanh (Uranus ” day ‘ hiện tại là ~ 17 giờ, thậm chí nhanh hơn cả Trái đất) và vật liệu còn sót lại từ vụ va chạm vẫn tồn tại lâu hơn. Cơ thể có khối lượng lớn nhất, những gì sẽ trở thành Thiên vương tinh, sau đó thu thập hầu hết “thức ăn” thừa, và do đó, các mặt trăng hiện tại của Thiên vương tinh rất nhỏ. Nói chính xác, tỷ lệ khối lượng của Thiên vương tinh với khối lượng mặt trăng của Thiên vương tinh lớn hơn tỷ lệ khối lượng của Trái đất so với mặt trăng của nó với hệ số hơn một trăm.

Như giáo sư Ida giải thích, ‘Mô hình này là mô hình đầu tiên giải thích cấu hình của hệ mặt trăng của Thiên vương tinh và nó có thể giúp giải thích cấu hình của các hành tinh băng giá khác trong Hệ Mặt trời của chúng ta như Sao Hải Vương. Ngoài ra, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra hàng ngàn hành tinh xung quanh các ngôi sao khác, được gọi là ngoại hành tinh và quan sát cho thấy nhiều hành tinh mới được phát hiện là siêu Trái đất trong các hệ thống ngoại hành tinh có thể bao gồm phần lớn băng nước và mô hình này cũng có thể được áp dụng cho những hành tinh này. ‘

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Tokyo . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Shigeru Ida, Shoji Ueta, Takanori Sasaki, Yuya Ishizawa. Sự hình thành vệ tinh Uran bằng sự tiến hóa của một đĩa hơi nước được tạo ra bởi một tác động khổng lồ . Thiên văn học thiên nhiên , 2020; DOI: 10.1038 / s41550-020-1049-8