Astronomer har en ny teori om varför Uranus snurrar på sin sida

Ett av de mest bisarra fenomenen i vårt solsystem är det märkliga sättet som Uranus snurrar på sin sida. Det är ett pussel eftersom alla andra planeter snurrar upprätt. Vad kunde ha hänt som gjorde Uranus så annorlunda, särskilt från sin granne Neptunus, som bildades ungefär samtidigt under liknande omständigheter?

Det konventionella tänkandet hävdar att Uranus strax efter att solsystemet bildades slogs på sin sida av en serie kollisioner med några av de många planetesimalerna som svepte genom regionen vid den tiden.

Problemet med denna teori är att Neptunus överlevde samma oskadda tillstånd. Detta tyder på att någon annan process var ansvarig för Uranus bisarra beteende. Men vad kan det vara?

Toppad bana

Nu får vi ett potentiellt svar tack vare Melaine Saillenfests arbete vid Parisobservatoriet i Frankrike, och kollegor, som tror att Uranus kunde ha hamnat på dess sida på ett annat lutningssätt. De säger att lutningen kan förklaras om Uranus en gång hade en stor uråldrig satellit vars bana interagerade gravitationsmässigt med planetens egen rotation på ett sätt som långsamt vände den på sidan.

Först lite bakgrund. Astronomer har länge insett att gravitationsförhållandet mellan planeter och deras satelliter kan vara komplext och långlivat. Faktum är att små satelliter kan ha en betydande inverkan på sina större värdar genom att de upprepas genom gravitation när de kretsar runt.

När knuffarna inträffar med en frekvens som resonerar med en egenskap hos värdplaneten, kan effekterna förstoras avsevärt, särskilt när satelliten långsamt driver bort från sin värd.

Astronomer vet att månen migrerar långsamt bort från jorden med en hastighet av cirka 1,5 tum (3,8 centimeter) per år. Men nyligen observationer har avslöjat att satelliterna runt Jupiter och Saturnus också migrerar.

Detta antydde för Saillenfest och kollegor att något liknande kan ha inträffat med Uranus. Under dessa förhållanden kunde gravitationsnuffar från en stor satellit ha gett resonans med precessionen av Uranus spinnaxel, vilket får planeten att gradvis tippa på sidan.

Teamet simulerade processen med Uranus för att fastställa under vilka förhållanden detta kunde ha inträffat.

Det visar sig att en satellit som bara är en tusendel av Uranus massa kunde ha lutat planeten när den migrerade bort från ett avstånd på cirka 10 gånger radien av Uranus. “För att uppnå lutningen på mindre än solsystemets ålder måste satellitens medeldrifthastighet vara jämförbar med Månens nuvarande omloppsutvidgning”, säger Saillenfest och co.

Teamets simuleringar visar att när planeten lutar över 80 grader blir både dess beteende och satellitens omloppsbana kaotiska och oförutsägbara till den punkt där satelliten kan kollidera med Uranus.

Men när detta händer stabiliseras Uranus och dess spin låser sig vid detta mycket ovanliga beteende, lutande vinkel. Talande nog har Uranus idag ingen stor satellit, till skillnad från Neptunus, som har Triton, Saturnus, som har Titan, och Jupiter, som har Ganymedes och andra.

Fossiliserad spinn

Det är en intressant teori med mycket att berömma den. “Vad vi vet är detta första gången som en enskild mekanism kan både luta Uranus och fossilisera dess spinnaxel i sitt slutliga tillstånd utan att åberopa en gigantisk påverkan eller andra yttre fenomen”, säger Saillenfest och co.

Det är dock inte på något sätt en slam dunk. “Villkoren som krävs för lutningen verkar i stort sett realistiska, men det återstår att fastställa om Uranus kunde ha varit värd för en stor ursatellit som är föremål för betydande tidvattenmigrering”, säger astronomerna.

En sak som skulle kunna bidra till att kasta mer ljus över detta scenario är en bättre förståelse av migrationen av Uranus satelliter idag såväl som deras andra egenskaper. För Saturnus och Jupiter fick mycket av denna detalj vänta på besöket av olika rymdfarkoster som kretsade runt, som Galileo, Juno och Cassini.

Bara en rymdfarkost har gjort den ensamma resan till Uranus. Voyager 2 svepte förbi i januari 1986 på väg ut ur solsystemet. Och även om olika rymdorganisationer har planer på att skicka en orbiter, har inget uppdrag godkänts.

Tills de är det kommer astronomerna att få nöja sig med de allt mer detaljerade observationerna från jorden och från JWST. Dessa data borde vara användbara, säger Saillenfest och co: “Våra resultat kan fungera som en robust utgångspunkt för framtida experiment.”


Ref: Luta Uranus via migreringen av en gammal satellit: arxiv.org/abs/2209.10590

.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *