Уранов нагиб у основи има планету која орбитира око Сунца на својој страни, ос његовог спина готово је усмерена на Сунце.
(Слика: © НАСА и Ерицх Каркосцхка, САД из Аризоне)
Иако планете окружују звезде у галаксији, начин на који се формирају остаје предмет расправе. Упркос богатству света у нашем сопственом соларном систему, научници још увек нису сигурни како планете граде. Тренутно две теорије то раде за улогу шампиона.
Прва и најчешће прихваћена, језграна акцерација, добро функционише са формирањем земаљских планета, али има проблема са огромним планетима, попут Урана. Друга, метода нестабилности диска, може објаснити стварање џиновских планета.
"Оно што раздваја ледене дивове од гасних гиганта јесте њихова историја формирања: током раста језгре, први никада није премашио [критичну масу] у пуном гасном диску", написали су истраживачи Рената Фреликх и Рутх Мурраи-Цлаи у истраживачком раду.
Основни модел акрекције
Пре отприлике 4,6 милијарди година, Сунчев систем је био облак прашине и гаса познат као соларна маглина. Гравитација је урушила материјал у себе док је почела да се окреће, формирајући сунце у центру маглине.
С изласком сунца преостали материјал је почео да се скупља. Мале честице су се спојиле, повезане снагом гравитације, у веће честице. Соларни ветар замахнуо је лакшим елементима, попут водоника и хелијума, из ближих региона, остављајући само тешке, стеновите материјале за стварање земаљских света. Али што су даље, соларни ветрови су имали мање утицаја на лакше елементе, омогућујући им да се стапају са гасним гигантима као што је Уран. На овај начин су створени астероиди, комете, планете и месеци.
За разлику од већине гасних дивова, Уран има језгро које је каменито, а не гасовито. Језгро се вероватно прво формирало, а затим је сакупљало водоник, хелијум и метан који чине атмосферу планете. Топлина из језгре покреће Уранову температуру и временске прилике, надјачавајући топлину која долази из далеког сунца, удаљеног скоро 2 милијарде миља.
Чини се да нека егзопланета опажања потврђују акрезију језгре као доминантни процес формирања. Звезде са више "метала" - термин који астрономи користе за елементе који нису водоник и хелијум - у својим језграма имају више планета џиновских него рођаци сиромашни металима. Према НАСА-и, језгра нагона упућује на то да би мали, стеновити светови требали бити чешћи од масовнијих плинских дивова.
Откриће џиновске планете из 2005. године са масивним језгром у орбити око звезде сличне сунцу ХД 149026 је пример егзопланете која је помогла да се ојача случај језгре.
"Ово је потврда суштинске теорије о стварању планета и доказ да ове врсте планета треба да постоји у изобиљу", рекао је Грег Хенри у саопштењу за штампу. Хенри, астроном са Државног универзитета у Теннессее-у, Нешвилле, открио је затамњење звезде.
У 2017. години, Европска свемирска агенција планира лансирати карактеризацијски ЕкОПланет сателит (ЦХЕОПС), који ће проучавати егзопланете у величинама од супер-Земље до Нептуна. Проучавање ових далеких света може вам помоћи да се утврди како су планете у Сунчевом систему настале.
"У основном сценарију акредитације, језгро планете мора достићи критичну масу пре него што буде у стању да гаси гас на бежавни начин", рекао је тим ЦХЕОПС. "Ова критична маса зависи од многих физичких променљивих, међу којима је најважнија брзина акумулације планетесимал-а."
Проучавајући како растуће планете стварају материјал, ЦХЕОПС ће пружити увид у то како свети расту.
Модел нестабилности диска
Али потреба за брзим формирањем за џиновске планете гаса један је од проблема сакупљања језгара. Према моделима, процес траје неколико милиона година, дуже него што су светлосни гасови били доступни у раном Сунчевом систему. У исто време, модел језгре акцесије суочен је са проблемом миграције, јер ће се дечје планете вероватно спирално извести на сунце за кратко време.
"Дивовске планете формирају се врло брзо, за неколико милиона година", изјавио је за Спаце.цом Кевин Валсх, истраживач са југозападног истраживачког института у Боулдеру, Цолорадо. "То ствара временско ограничење јер гасни диск око сунца траје само 4 до 5 милиона година."
Према релативно новој теорији, нестабилност диска, накупине прашине и гаса повезани су заједно у раном животу Сунчевог система. Временом, ови гроздови полако се компактују у џиновску планету. Ове планете могу се формирати брже од својих супарника из акрекције, понекад за само хиљаду година, омогућавајући им да ухвате замку лакших гасова који брзо нестају. Такође брзо досежу масу која се стабилизује у орбити, што их спречава да марширају на сунцу.
Док научници настављају да проучавају планете унутар Сунчевог система, као и око других звезда, они ће боље разумети како се формирао Уран и његова браћа и сестре.
Шљунчана акреција
Највећи изазов основној акредитацији је време - изградња огромних плинских дивова довољно брзо да ухвате лакше састојке своје атмосфере. Недавна истраживања о томе како се мањи предмети величине шљунка спајају заједно како би направили џиновске планете и до 1000 пута брже од ранијих студија.
"Ово је први модел за који знамо о томе да започињете прилично једноставном структуром за соларну маглу из које се стварају планете, а завршавате системом планета џинова који видимо", главни аутор студије Харолд Левисон, астроном на истраживачком институту Соутхвест (СвРИ) у Колораду, рекао је за Спаце.цом 2015. године.
Током 2012. године, истраживачи Мицхиел Ламбрецхтс и Андерс Јохансен са Универзитета Лунд у Шведској предложили су да ситни каменчићи, једном отписани, држе кључ за брзу изградњу огромних планета.
"Они су показали да остаци каменчића из овог процеса формирања, за који се претходно сматрало да није важан, могу заправо бити огромно решење проблема који формирају планету", рекао је Левисон.
Левисон и његов тим изградили су се на том истраживању како би прецизније моделирали како ситни каменчићи могу формирати планете које се данас виде у галаксији. Док су у претходним симулацијама обје велике и средње величине конзумирале рођаке величине шљункаре релативно константном брзином, Левисонове симулације сугерирају да су већи предмети дјеловали више попут насилника, отимајући шљунак средње масе како би расли далеко брже рате.
"Већи предмети сада имају тенденцију да се мањи распрше, а мањи их разбацују натраг, тако да мањи завршавају раштркани из шљунчаног диска", рекла је коауторица студије Катхерине Кретке, такође из СвРИ-а, за Спаце.цом . "Већи момак у основи малтретира мањи, тако да могу и сами појести шљунак, а они могу наставити да одрастају у облику језгара џиновских планета."
Шљунчана акцерација вјероватније ће дјеловати на планете џиновске него на земаљске свјетове. Према Сеану Раимонду са француског Универзитета Бордеаук, то је зато што су "шљунак" мало већи и много их је лакше држати поред сњежне линије, замишљене линије гдје је плин довољно хладан да постане лед.
"За шљунак, дефинитивно је мало боље бити управо испред сњежне линије", рекао је Раимонд за Спаце.цом.
Иако шљунчана обрада добро делује на гасне дивове, постоје ледени великани. То је зато што се честице величине милиметра до центиметра изузетно ефикасно понашају.
"Они се убрзавају тако да је језгра џиновског леда тешко да постоје при приближно тренутној маси језгра током значајног дела животног века диска, истовремено прикупљајући плинску овојницу", написали су Фреликх и Мурраи-Цлаи.
"Да би избегли бекство, они морају да доврше раст у одређено време, када је гасни део делимично, али не у потпуности, потрошен."
Пар је предложио да се највећи део акумулације гаса на језграма Урана и Нептуна поклопи са њиховим удаљавањем од сунца. Али шта би их могло натерати да мењају дом у Сунчевом систему?
Леп модел
Научници су првобитно мислили да се планете формирају у оном делу Сунчевог система у којем данас живе. Откриће егзопланета уздрмало је ствари откривши да би бар неки од најмасовнијих објеката могли мигрирати.
2005. године трио радова објављених у часопису Натуре предложио је да се Уран и остале џиновске планете вежу у близукружној орбити много компактније него што су то данас. Велики диск стена и бокова окруживао их је, протежући се на око 35 пута удаљености Земље-сунца, одмах изван садашње орбите Нептуна. Назвали су ово моделом Нице, по граду у Француској где су први пут разговарали о њему. (То се изговара Неесе.)
Како су планете међусобно деловале са мањим телима, оне су већину распршиле према сунцу. Процес их је натерао да тргују енергијом са предметима, шаљући Сатурн, Нептун и Уран даље у Сунчев систем. На крају су мали предмети стигли до Јупитера, који их је послао да лете до ивице Сунчевог система или потпуно из њега.
Кретање између Јупитера и Сатурна довело је Уран и Нептун у још ексцентричније орбите, шаљући пар кроз преостали диск с ледовима. Дио материјала бачен је према унутра, гдје се срушио на земаљске планете током Касног тешког бомбардовања. Остали материјал бачен је према ван, стварајући Куиперов појас.
Док су се полако кретали према ван, Нептун и Уран мењали су места. На крају, интеракције с преосталим крхотинама узроковале су да се пар слегне у кружније стазе док су досезале своју тренутну удаљеност од сунца.
Уз пут је могуће да су једна или чак две друге огромне планете избачене из система. Астроном Давид Несворни са Института за југозападно истраживање у Колораду моделирао је рани соларни систем у потрази за траговима који би могли довести до разумевања његове ране историје.
"У раним данима соларни систем је био веома различит, са много више планета, можда толико масивних као и Нептун, формирајући се и распршујући на различита места", рекао је Несворни за Спаце.цом.
Опасна омладина
Рани Сунчев систем био је време насилних судара и Уран није био изузет. Док површина Месеца и Меркура показују доказе о бомбардовању мањим стенама и астероидима, Уран је очигледно претрпео значајан судар са протопланетом величине Земље. Као резултат тога, Уран је прекривен на боку, једним половом који је пола године био окренут према сунцу.
Уран је највећи од ледених великана, можда делом и зато што је током удара изгубио одређену масу.
