Uranüs Bilimi: Dev Buz Gezegeni Nasıl Tarafında Sona Erdi?

Uranüs tartışmasız güneş sistemindeki en gizemli gezegendir - bu konuda çok az şey biliyoruz. Şimdiye kadar 1986'da Voyager 2 uzay aracıyla gezegeni yalnızca bir kez ziyaret ettik. Bu buz devi ile ilgili en belirgin garip şey onun kendi tarafında dönmesi.

Dönme eksenleri ile güneşin etrafındaki yörüngelerine dik açılara yakın, kabaca "dik" dönen diğer tüm gezegenlerin aksine, Uranüs neredeyse dik bir açı ile eğilir. Bu yüzden yazında, kuzey kutbu neredeyse doğrudan güneşe doğru işaret eder. Ve etraflarında yatay halkalar bulunan Satürn, Jüpiter ve Neptün'den farklı olarak, Uranüs eğik ekvatorunun etrafında dönen dikey halkalara ve uydulara sahiptir.

Ayrıca bakınız: Uranüs Kelimenin tam anlamıyla bir osuruk fabrikasıdır - ve kesinlikle seni öldürür

Buz devi ayrıca, şaşırtıcı derecede soğuk bir sıcaklığa ve Dünya veya Jüpiter gibi diğer gezegenlerin temiz çubuk-mıknatıs şeklinin aksine, dağınık ve merkez dışı bir manyetik alana sahiptir. Bilim adamları, bu nedenle, Uranüs'ün bir zamanlar güneş sistemindeki diğer gezegenlere benzer olduğunu ancak bir anda ters çevrildiğinden şüpheleniyorlar. Peki ne oldu? Yeni araştırmamız, yayınlanan Astrofizik Dergisi Amerikan Jeofizik Birliği toplantısında sunulan ve bir ipucu sunuyor.

Cataclysmic Çarpışma

Güneş sistemimiz, günümüzde gördüğümüz dünyaları yaratmaya yardımcı olan şiddetli dev etkilerle çarpışan protoplanetlerin (gezegen haline gelmekte olan bedenler) çarpıştığı çok daha şiddetli bir yerdi. Araştırmacıların çoğu Uranüs'ün sıkıntısının çarpıcı bir çarpışmanın sonucu olduğuna inanıyor. Nasıl olabileceğini ortaya çıkarmak için yola çıktık.

Böyle bir çarpışmanın gezegenin evrimini nasıl etkilediğini görmek için Uranüs üzerindeki devasa etkileri incelemek istedik. Ne yazık ki, (henüz) laboratuarda iki gezegen inşa edemeyiz ve gerçekte ne olduğunu görmek için onları bir araya getiremeyiz. Bunun yerine, bir sonraki en iyi şey olarak güçlü bir süper bilgisayar kullanarak olayları simüle eden bilgisayar modelleri koştuk.

Temel fikir, çarpışan gezegenleri bilgisayarda her biri gezegensel malzeme yığınını temsil eden milyonlarca parçacıkla modellemekti. Simülasyona yerçekimi ve malzeme basıncı gibi fiziğin nasıl çalıştığını açıklayan denklemleri veriyoruz, böylece parçacıkların birbirlerine çarparken zaman içinde nasıl geliştiğini hesaplayabilir. Bu şekilde dev bir etkinin fevkalade karmaşık ve dağınık sonuçlarını bile inceleyebiliriz. Bilgisayar simülasyonlarını kullanmanın bir başka yararı da tam kontrolümüz olmasıdır. Çok çeşitli farklı etki senaryolarını test edebilir ve olası sonuçları keşfedebiliriz.

Simülasyonlarımız (yukarıya bakın), Dünya'nın en az iki katı büyüklüğünde bir bedenin Uranüs'ün bugün sahip olduğu garip bir dönüşü kolayca yaratabileceğini ve genç bir gezegene çarparak birleşeceğini göstermektedir. Daha fazla otlatma çarpışması için, etkileyici gövdenin malzemesi muhtemelen, Uranüs'ün buz tabakasının kenarına yakın, hidrojen ve helyum atmosferinin altındaki ince, sıcak bir kabuğa yayılacaktı.

Bu, Uranüs içindeki malzemenin karışmasını engelleyerek ısının içten oluşumunu engeller. Heyecan verici bir şekilde, bu fikir Uranüs'ün dışının bugün çok soğuk olduğu gözlemine uyuyor gibi görünüyor. Termal evrim çok karmaşıktır, ancak en azından dev bir etkinin hem içinde hem de dışında bir gezegeni nasıl yeniden şekillendirdiği açıktır.

Süper Hesaplamalar

Araştırma aynı zamanda hesaplama açısından da heyecan verici. Teleskopun büyüklüğü gibi, bir simülasyondaki parçacıkların sayısı çözebildiğimiz ve çalışabileceğimizi sınırlar. Bununla birlikte, basitçe yeni keşifleri etkinleştirmek için daha fazla parçacık kullanmaya çalışmak, ciddi bir hesaplama zorluğudur, yani güçlü bir bilgisayarda bile uzun zaman alır.

En son simülasyonlarımız, bugün kullanılan diğer çalışmaların çoğundan yaklaşık 100-1.000 kat fazla, 100 milyondan fazla parçacık kullanıyor. Dev etkinin nasıl gerçekleştiğine dair çarpıcı resimler ve animasyonlar yaratmanın yanı sıra, bu, şimdi ele almaya başlayabileceğimiz her türlü yeni bilim sorusunu açar.

Bu gelişme, çağdaş "süper bilgisayar" lardan tam anlamıyla yararlanmak için tasarladığımız yeni bir simülasyon kodu olan SWIFT sayesinde. Bunlar temelde birbirine bağlanmış birçok normal bilgisayar. Bu nedenle, büyük bir simülasyonu çalıştırmak, hesaplamaları süper bilgisayarın tüm parçaları arasında paylaştırmaya dayanır.

SWIFT, simülasyondaki her bir bilgisayar işleminin ne kadar süreceğini tahmin eder ve çalışmayı maksimum verimlilik için eşit bir şekilde paylaşmaya çalışır. Tıpkı büyük bir teleskop gibi, 1000 kat daha yüksek çözünürlükteki bu sıçrama daha önce hiç görmediğimiz detayları ortaya koyuyor.

Exoplanets ve Ötesi

Uranüs'ün belirli tarihi hakkında daha fazla şey öğrenmenin yanı sıra, bir başka önemli motivasyon gezegen oluşumunu daha genel olarak anlamaktır. Son yıllarda, en sık rastlanan ekzoplanet türlerinin (güneşimiz dışındaki yıldızların yörüngesindeki yıldızların) Uranüs ve Neptün ile oldukça benzer olduğunu keşfettik. Dolayısıyla, kendi buz devlerimizin olası evrimi hakkında öğrendiğimiz her şey, uzaktaki kuzenleri ve potansiyel olarak yaşanabilir dünyaların evrimi hakkındaki anlayışımızı beslemektedir.

Çalıştığımız, dünya dışı yaşam sorunuyla çok ilgili olan heyecan verici bir ayrıntı, dev bir etkiden sonra bir atmosferin kaderidir. Yüksek çözünürlüklü simülasyonlarımız, ilk çarpışmayı sürdüren atmosferin bir kısmının gezegenin sonraki şiddetli şişmesiyle hala kaldırılabileceğini ortaya koymaktadır. Bir atmosferin olmayışı, bir gezegeni yaşamı barındırması için çok daha az olası hale getirir. Sonra tekrar, belki de büyük enerji girişi ve eklenen malzeme yaşam için de faydalı kimyasallar oluşturmaya yardımcı olabilir. Çarpıcı cismin çekirdeğindeki kayalık malzeme dış atmosfere de karışabilir. Bu, onları bir exoplanet atmosferinde gözlemlersek, benzer etkilerin göstergeleri olabilecek belirli eser elementleri arayabileceğimiz anlamına gelir.

Uranüs ve genel olarak dev etkiler hakkında birçok soru var. Simülasyonlarımız daha ayrıntılı hale gelse de, öğrenecek çok şeyimiz var. Bu nedenle birçok insan Uranüs ve Neptün’e garip manyetik alanlarını, ilginç ay ve zil ailelerini ve hatta gerçekte ne yaptıklarını incelemek için yeni bir görev çağrısında bulunuyor.

Bunun olduğunu görmek isterim. Gözlemlerin, teorik modellerin ve bilgisayar simülasyonlarının birleşimi sonuçta sadece Uranüs'ü değil, aynı zamanda evreni dolduran sayısız gezegenleri ve nasıl olduklarını anlamamıza yardımcı olacak.

Bu makale aslen The Conversation'da Jacob Kegerreis tarafından basıldı. Orijinal makaleyi buradan okuyun.