Il gigante di gas / ghiaccio Urano è stato a lungo una fonte di mistero per gli astronomi. Oltre a presentare alcune anomalie termiche e un campo magnetico decentrato, il pianeta è anche unico in quanto è l'unico nel sistema solare a ruotare su un lato. Con un'inclinazione assiale di 98 °, il pianeta vive stagioni radicali e un ciclo giorno-notte ai poli in cui un singolo giorno e notte durano 42 anni ciascuno.
Grazie a un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università di Durham, potrebbe finalmente essere stata trovata la ragione di questi misteri. Con l'aiuto di ricercatori della NASA e diverse organizzazioni scientifiche, il team ha condotto simulazioni che indicavano come Urano avrebbe potuto avere un impatto enorme sul suo passato. Questo non solo spiegherebbe l'estrema inclinazione e il campo magnetico del pianeta, ma spiegherebbe anche perché l'atmosfera esterna del pianeta è così fredda.
Lo studio, "Conseguenze degli impatti giganti sull'urano primitivo per rotazione, struttura interna, detriti ed erosione atmosferica", è apparso di recente in Il diario astrofisico. Lo studio è stato condotto da Jacob Kegerreis, ricercatore di dottorato presso l'Istituto di Cosmologia Computazionale dell'Università di Durham, e ha incluso membri del Bay Area Environmental Research (BAER) Institute, Ames Research Center della NASA, Los Alamos National Laboratory, Descartes Labs, University of Washington e UC Santa Cruz.
Per motivi di studio, finanziato dal Science and Technology Facilities Council, dalla Royal Society, dalla NASA e dal Los Alamos National Laboratory, il team ha eseguito le prime simulazioni al computer ad alta risoluzione di come le enormi collisioni con Urano avrebbero influenzato il pianeta Evoluzione. Come ha spiegato Kegerries in un recente comunicato stampa della Durham University:
“Urano ruota su un fianco, con l'asse che punta quasi ad angolo retto rispetto a quelli di tutti gli altri pianeti del sistema solare. Ciò è stato quasi certamente causato da un impatto gigantesco, ma sappiamo ben poco di come ciò sia realmente accaduto e in quale altro modo un evento così violento abbia influenzato il pianeta ”.
Per determinare in che modo un impatto gigantesco avrebbe influenzato Urano, il team ha condotto una serie di simulazioni di idrodinamica delle particelle levigate (SPH), che sono state utilizzate anche in passato per modellare l'impatto gigante che ha portato alla formazione della Luna (alias Giant Impact Teoria). Tutto sommato, il team ha eseguito più di 50 diversi scenari di impatto utilizzando un computer ad alta potenza per vedere se avrebbe ricreato le condizioni che hanno modellato Urano.
Alla fine, le simulazioni hanno confermato che la posizione inclinata di Urano è stata causata da una collisione con un oggetto enorme (tra due e tre masse terrestri) avvenuta all'incirca 4 miliardi di anni fa, vale a dire durante la formazione del Sistema Solare. Ciò era coerente con uno studio precedente che indicava che un impatto con un giovane proto-pianeta fatto di roccia e ghiaccio avrebbe potuto essere responsabile dell'inclinazione assiale di Urano.
"I nostri risultati confermano che il risultato più probabile è stato che il giovane Urano è stato coinvolto in una collisione cataclismica con un oggetto due volte la massa della Terra, se non più grande, facendolo cadere di lato e mettendo in atto gli eventi che hanno contribuito a creare il pianeta vediamo oggi ", ha detto Kegerries.
Inoltre, le simulazioni hanno risposto a domande fondamentali su Urano sollevate in risposta a studi precedenti. In sostanza, gli scienziati si sono chiesti come Urano potesse conservare la sua atmosfera dopo una violenta collisione, che teoricamente avrebbe spazzato via i suoi strati di idrogeno e elio gassoso. Secondo le simulazioni del team, questo è stato molto probabilmente dovuto al fatto che l'impatto ha colpito duramente Urano.
Ciò sarebbe bastato a modificare l'inclinazione di Urano, ma non era abbastanza forte da rimuovere la sua atmosfera esterna. Inoltre, le loro simulazioni hanno indicato che l'impatto potrebbe aver gettato via roccia e ghiaccio in orbita attorno al pianeta. Ciò avrebbe potuto quindi riunirsi per formare i satelliti interni del pianeta e alterare la rotazione di eventuali lune preesistenti già in orbita attorno a Urano.
Infine, ma non meno importante, le simulazioni hanno offerto una possibile spiegazione di come Urano abbia ottenuto il suo campo magnetico decentrato e le sue anomalie termiche. In breve, l'impatto avrebbe potuto creare ghiaccio fuso e grumi sbilenco di roccia all'interno del pianeta (spiegando così il suo campo magnetico). Potrebbe anche aver creato un sottile guscio di detriti vicino al bordo dello strato di ghiaccio del pianeta che avrebbe intrappolato il calore interno, il che potrebbe spiegare perché l'atmosfera esterna di Urano ha temperature estremamente fredde di -216 ° C (-357 ° F).
Oltre ad aiutare gli astronomi a comprendere Urano, uno dei pianeti meno conosciuti nel Sistema Solare, lo studio ha anche implicazioni quando si tratta dello studio degli esopianeti. Finora, la maggior parte dei pianeti scoperti in altri sistemi stellari è stata paragonabile per dimensioni e massa a Urano. Pertanto, i ricercatori sperano che i loro risultati facciano luce sulle composizioni chimiche di questi pianeti e spieghino come si sono evoluti.
Come ha affermato il dott. Luis Teodoro - del BAER Institute e della NASA Ames Research Center - e uno dei coautori del documento, “Tutte le prove indicano che gli impatti giganti sono frequenti durante la formazione del pianeta, e con questo tipo di ricerca noi stanno ora acquisendo maggiori informazioni sui loro effetti sugli esopianeti potenzialmente abitabili ".
Nei prossimi anni, sono previste ulteriori missioni per studiare il sistema solare esterno e i pianeti giganti. Questi studi non solo aiuteranno gli astronomi a capire come si è evoluto il nostro Sistema Solare, ma potrebbero anche dirci quale ruolo svolgono i giganti gassosi in termini di abitabilità.
