בהטיה של אורנוס יש למעשה כוכב הלכת המקיף את השמש על צדו, ציר הסיבוב שלו כמעט מכוון אל השמש.
(תמונה: © נאס"א ואריך קרקושצ'קה, ארה"ב באריזונה)
למרות שכוכבי לכת מקיפים כוכבים בגלקסיה, הדרך בה הם נוצרים נותרה נושא לוויכוח. למרות עושר העולמות במערכת השמש שלנו, מדענים עדיין לא בטוחים כיצד בנוי כוכבי לכת. נכון לעכשיו, שתי תיאוריות מוציאות את זה לתפקיד האלוף.
ההקרבה הראשונית והמקובלת ביותר, שמה הליבה, עובדת היטב עם היווצרות כוכבי הלכת היבשתיים אך יש לה בעיות עם כוכבי לכת ענקיים כמו אורנוס. השנייה, שיטת אי יציבות הדיסק, עשויה להסביר את היווצרותם של כוכבי לכת ענקיים.
"מה שמפריד את ענקי הקרח מענקיות הגז הוא היסטוריית היווצרותם: במהלך גידול הליבה, הראשונים מעולם לא חרגו [מסה קריטית] בדיסק גז מלא", כתבו החוקרים רנטה פרליך ורות מוריי קליי בעיתון מחקר.
מודל ההאשמה הליבה
לפני כ -4.6 מיליארד שנה, מערכת השמש הייתה ענן של אבק וגז המכונה ערפילית סולארית. כוח הכבידה קרס את החומר בפני עצמו כשהוא החל להסתובב ויצר את השמש במרכז הערפילית.
עם עליית השמש החומר שנותר החל להתגבש זה בזה. חלקיקים קטנים התאספו, כבולים בכוח הכובד, לחלקיקים גדולים יותר. רוח השמש סחפה מהאזורים הקרובים יותר יסודות קלים יותר, כמו מימן והליום, והשאירה רק חומרים כבדים וסלעיים כדי ליצור עולמות יבשתיים. אך הרחק משם, רוחות השמש השפיעו פחות על יסודות קלים יותר, מה שאיפשר להם להתלכד לענקי גז כמו אורנוס. בדרך זו נוצרו אסטרואידים, שביטים, כוכבי לכת וירחים.
בניגוד לרוב ענקיות הגז, לאורנוס יש גרעין סלעי ולא גזי. הגרעין נוצר ככל הנראה תחילה ואז אסף את המימן, הליום והמתן המרכיבים את אטמוספירת כדור הארץ. החום מהליבה מניע את הטמפרטורה ומזג האוויר של אורנוס, ומכניע את החום שמגיע מהשמש הרחוקה, שנמצאת כמעט שני מיליארד מיילים משם.
נראה כי חלק מהתצפיות האקסופלאטיות מאששות את ההצטברות הליבה כתהליך ההיווצרות הדומיננטי. בכוכבים עם יותר "מתכות" - מונח שאסטרונומים משתמשים באלמנטים שאינם מימן והליום - בליבות שלהם יש יותר כוכבי לכת ענקיים מאשר בני דודיהם המסכנים. על פי נתוני נאס"א, ההאשמות הליבה מציעה שעולמות קטנים וסלעיים צריכים להיות נפוצים יותר מאשר ענקי הגז המסיביים יותר.
התגלית של כוכב לכת ענקי עם גרעין מסיבי המסתובב בכוכב הדומה לשמש HD 149026 משנת 2005 הוא דוגמא ל exoplanet שעזר לחזק את המקרה להיווצרות הליבה.
בהודעה לעיתונות אמר גרג הנרי בהודעה לעיתונות כי "זהו אישור לתיאוריית ההאשמות הבסיסית להיווצרות כדור הארץ והוכחות לכך שכוכבי לכת מסוג זה צריכים להתקיים בשפע. הנרי, אסטרונום מאוניברסיטת טנסי, נאשוויל, גילה את עמעום הכוכב.
בשנת 2017 מתכננת סוכנות החלל האירופית להשיק את הלוויין ExOPlanet המאפיין (CHEOPS), אשר ילמד Exoplanets החל בגדלים החל מכדור הארץ סופר עד לנפטון. לימוד עולמות רחוקים אלו עשוי לעזור לקבוע כיצד נוצרו כוכבי לכת במערכת השמש.
צוות CHEOPS מסר כי "בתרחיש הליבה של ההתאמה, ליבו של כוכב לכת צריך להגיע למסה קריטית לפני שהוא מסוגל להצביע על גז בצורה בורחת". "מסה קריטית זו תלויה במשתנים פיזיים רבים, שהחשובים שבהם הם קצב ההשתלבות של כוכבי הלכת."
על ידי לימוד כיצד גידול כוכבי הלכת מצברים חומר, CHEOPS יספקו תובנה כיצד עולמות צומחים.
מודל אי יציבות הדיסק
אולם הצורך בהיווצרות מהירה של כוכבי לכת הגז הענקיים הוא אחת מבעיות ההפרשה הליבה. על פי דגמים, התהליך לוקח כמה מיליוני שנים, זמן רב יותר מכפי שגזי האור היו זמינים במערכת השמש המוקדמת. יחד עם זאת, מודל ההשקעה הליבה עומד בפני סוגיית נדידה, מכיוון שכוכבי הלכת התינוקות צפויים להתפתל לשמש תוך זמן קצר.
קווינט וולש, חוקר במכון המחקר Southwest בבולדר, קולורדו, אמר ל- Space.com: "כוכבי לכת ענקיים נוצרים ממש מהר, בעוד כמה מיליוני שנים." "זה יוצר מגבלת זמן מכיוון שדיסק הגז סביב השמש נמשך רק 4 עד 5 מיליון שנים."
על פי תיאוריה חדשה יחסית, חוסר יציבות הדיסק, גושי אבק וגז קשורים זה לזה בתחילת חיי מערכת השמש. עם הזמן, גושים אלה נדחסים אט אט לכוכב לכת ענק. כוכבי לכת אלה יכולים להיווצר מהר יותר ממתחריהם העיקריים של השבחה, לעיתים תוך אלף שנים, ומאפשרים להם ללכוד את הגזים הקלים שנעלמים במהירות. הם גם מגיעים במהירות למסה מייצבת מסלול המונעת מהם לצעוד מוות לשמש.
כאשר המדענים ימשיכו לחקור כוכבי לכת בתוך מערכת השמש, כמו גם סביב כוכבים אחרים, הם יבינו טוב יותר כיצד נוצרו אורנוס ואחיה.
שרת חלוקי נחל
האתגר הגדול ביותר להיווצרות הליבה הוא הזמן - בניית ענקי גז מסיביים מספיק מהר כדי לתפוס את המרכיבים הקלים יותר באטמוספירה שלהם. מחקר שנערך לאחרונה על כמה עצמים קטנים בגודל חלוקי נחל התמזגו יחד לבניית כוכבי לכת ענקיים פי 1000 מהר יותר ממחקרים קודמים.
"זה המודל הראשון שאנחנו יודעים עליו שאתה מתחיל עם מבנה די פשוט לערפילית השמש ממנה נוצרים כוכבי לכת, ובסופו של דבר עם מערכת כוכבי הלכת הענקית שאנו רואים," מחבר המחקר הראשי הרולד לויסון, אסטרונום. במכון המחקר Southwest (SwRI) בקולורדו, אמר ל- Space.com בשנת 2015.
בשנת 2012 הציעו החוקרים מיכיל למברכט ואנדרס ג'והנסן מאוניברסיטת לונד בשבדיה כי חלוקי נחל זעירים, לאחר שנמחקו, יחזיקו את המפתח לבניית פלנטות ענק במהירות.
"הם הראו כי חלוקי הנחל שנשארו מתהליך היווצרות זה, שנחשבו בעבר כלא חשובים, יכולים למעשה להוות פיתרון עצום לבעיית גיבוש הכוכבים", אמר לוויסון.
לויסון וצוותו התבססו על מחקר זה כדי לדגמן בצורה מדויקת יותר כיצד חלוקי הנחל הזעירים יכולים ליצור כוכבי לכת שנראו בגלקסיה כיום. בעוד שסימולציות קודמות, עצמים גדולים ובינוניים כאחד צרכו את בני דודיםיהם בגודל חלוקי הקצב בקצב יחסית קבוע, ההדמיות של לויסון מציעות כי החפצים הגדולים יותר נהגו כמו בריונים, וחטפו חלוקי נחל מההמונים הבינוניים כדי לצמוח במהירות הרבה יותר מהירה. ציון.
"העצמים הגדולים יותר נוטים לפזר את הקטנים יותר מאשר הקטנים יותר מפזרים אותם בחזרה, ולכן הקטנים יותר בסופו של דבר מתפזרים מהדיסק של חלוקי הנחל," אמרה המחקר הסופרת קתרין קרטקה, אף היא מ- SwRI, ל- Space.com. . "הבחור הגדול בעצם מציק את הקטן יותר כדי שיוכלו לאכול את כל חלוקי הנחל עצמם, והם יוכלו להמשיך להתבגר ויצרו את ליבות כוכבי הלכת הענקיות."
השבצת חלוקי נחל עשויה לעבוד עבור כוכבי הלכת הענקיים יותר מאשר העולמות היבשתיים. לדברי שון ריימונד, מאוניברסיטת צרפת בבורדו הצרפתית, הסיבה לכך היא ש"חלוקי הנחל "מעט גדולים יותר וקלים הרבה יותר להחזיקם מעבר לקו השלג, הקו הדמיוני בו הגז קר מספיק כדי להפוך לקרח.
"עבור חלוקי נחל, בהחלט עדיף להיות קצת מעבר לקו השלג," אמר ריימונד ל- Space.com.
בעוד שההטמעה של חלוקי נחל עובדת היטב עבור ענקיות הגז, ישנם ענקיים עבור ענקי הקרח. הסיבה לכך היא שהחלקיקים בגודל מילימטר עד סנטימטר מצטברים ביעילות רבה.
"הם מצטברים כל כך מהר עד שקשה ליבות ענק של קרח להתקיים בערך בהמוני הגרעין הנוכחיים שלהם במשך חלק ניכר מחיי הדיסק תוך שהם מצטברים מעטפת גז", כתבו פרליק ומורי-קליי.
"כדי להימנע מבריחה, עליהם לפיכך להשלים את הצמיחה שלהם בזמן מסוים, כאשר דיסק הגז מתרוקן באופן חלקי, אך לא לגמרי."
הזוג הציע שרוב ההפרשה בגז לליבות אורנוס ונפטון תואם את תנועתם הרחק מהשמש. אבל מה יכול לגרום להם לשנות את ביתם במערכת השמש?
דוגמנית נחמדה
במקור, מדענים חשבו שכוכבי לכת נוצרו באותו חלק של מערכת השמש בה הם חיים. הגילוי של exoplanets ניער את העניינים, וחשף שלפחות כמה מהאובייקטים המסיביים ביותר יכולים להגר.
בשנת 2005, שלישת מאמרים שפורסמו בכתב העת "Nature" הציעה כי אורנוס ושאר כוכבי הלכת הענקיים היו קשורים במסלולי מעגלים כמעט עגולים יותר מכפי שהם כיום. דיסק גדול של סלעים וקרחיים הקיף אותם, ונמתח בערך פי 35 ממרחק שמש-כדור הארץ, קצת מעבר למסלול הנוכחי של נפטון. הם קראו לזה הדגם של ניס, על שם העיר בצרפת בה הם דנו בה לראשונה. (זה בולט Neese.)
כאשר כוכבי הלכת התנהלו באינטראקציה עם הגופים הקטנים יותר, הם פיזרו את רובם לכיוון השמש. התהליך גרם להם לסחור באנרגיה עם החפצים, והעביר את סטורן, נפטון ואורנוס אל מערכת השמש. בסופו של דבר החפצים הקטנים הגיעו ליופיטר, ששלח אותם לעוף לקצה מערכת השמש או לצאת ממנה לחלוטין.
התנועה בין יופיטר לסטורן הכניסה את אורנוס ונפטון למסלולים אקסצנטריים עוד יותר, ושגרו את הצמד דרך דיסק האייקונים שנותר. חלק מהחומר הושלך פנימה ושם התרסק לכוכבי הלכת היבשתיים במהלך ההפצצה המאוחרת. חומר אחר הושלך החוצה ויצר את חגורת קויפר.
כאשר הם התקדמו לאט החוצה, נפטון ואורנוס סחרו במקומות. בסופו של דבר, אינטראקציות עם הפסולת שנותרה גרמו לזוג להתיישב בנתיבים מעגליים יותר ככל שהגיעו למרחק הנוכחי שלהם מהשמש.
לאורך הדרך, יתכן כי כוכב לכת ענקי או אפילו שניים אחרים הוצאו מהמערכת. האסטרונום דייוויד נסווורני ממכון המחקר בדרום-מערב בקולורדו תכנן את מערכת השמש המוקדמת בחיפוש אחר רמזים העלולים להביא להבנת ההיסטוריה המוקדמת שלה.
"בימים הראשונים, מערכת השמש הייתה שונה מאוד, עם הרבה יותר כוכבי לכת, אולי מסיביים כמו נפטון, כשהם נוצרים ומפוזרים למקומות שונים," אמר נסווורני ל- Space.com.
נער מסוכן
מערכת השמש המוקדמת הייתה תקופה של התנגשויות אלימות, ואורנוס לא היה פטור. בעוד שמשטח הירח ומרקורי שניהם מעידים על הפגזה על ידי סלעים ואסטרואידים קטנים יותר, אורנוס ככל הנראה ספג התנגשות משמעותית עם פרוטופלנט בגודל כדור הארץ. כתוצאה מכך אורנוס מוטה על צדו כאשר עמוד אחד מכוון לעבר השמש במשך חצי השנה.
אורנוס הוא הגדול מבין ענקי הקרח, אולי בחלקו מכיוון שהוא איבד חלק מהמסה שלו במהלך הפגיעה.
