Symulacje numeryczne wykonane przez amerykańskich astronomów wyjaśniają zagadkę powstania Urana i Neptuna – informuje najnowszy numer czasopisma “Astronomical Journal”.

Planety Układu Słonecznego możemy podzielić na dwie grupy. Pierwsza z nich, bliska Słońcu, to grupa planet skalistych, podobnych do Ziemi. W jej skład wchodzą: Merkury, Wenus, Ziemia i Mars.

Poza orbitą Marsa i pasem planetoid znajduje się grupa gazowych olbrzymów, do których zaliczamy Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna.

Aktualnie przyjęte modele powstania Układu Słonecznego wskazują, że planety utworzyły się z dysku gazowo-pyłowego otaczającego młode Słońce. Materia z tego dysku łączyła się najpierw w niewielkie, kilkukilometrowe bryły zwane planetozymalami. Bryły te narastały, zderzając się między sobą i ściągając na siebie otaczający je gaz i pył.

Fotografię tego niebieskiego olbrzyma wykonała w 1986 roku sonda Voyager 2. Na zdjęciu widać zawierające metan górne warstwy atmosfery planety.

Model taki dość dobrze opisuje powstanie Jowisza i Saturna, ma już jednak spore problemy z wyjaśnieniem istnienia Urana i Neptuna. Planety te są od 15 do 17 razy cięższe od Ziemi i jeśli założyć, że formowały się one podobnie do Jowisza i Saturna, napotykamy problem dwojakiej natury. Po pierwsze, w takiej odległości od Słońca materii w dysku gazowo-pyłowym było już niewiele, po drugie, słaba siła przyciągania grawitacyjnego Słońca nie sprzyja intensywnemu procesowi zderzania się planetozymali i ich puchnięcia na skutek akrecji (opadania) materii z najbliższej okolicy.

Mówiąc krótko, Uran i Neptun, jak na odległości, w jakich się znajdują, są po prostu za duże. Dotychczas konstruowane modele nie były bowiem w stanie wskazać mechanizmu, który umożliwiłby powstanie planet cięższych od 10 mas Ziemi poza orbitą Saturna.

Najnowszy model skonstruowany przez grupę astronomów kierowaną przez E. W. Thommesa z University of California w Berkeley w USA zdaje się wyjaśniać tę zagadkę. W ich modelu na samym początku tworzenia się Układu Słonecznego, w odległościach od 0,7 do 1,5 miliarda km od Słońca, powstaje od kilku do kilkunastu protoplanet o masach sięgających 10 mas Ziemi. W momencie, gdy największa z tych protoplanet (z której potem powstanie Jowisz) zaczyna szybko rosnąć, ściągając na siebie otaczającą materię, orbity pozostałych obiektów stają się niestabilne. W większości przypadków z orbit kołowych przechodzą one w bardzo wydłużone orbity eliptyczne, przez co większość swego czasu spędzają za orbitą przyszłego Saturna. Obiekty te jednak cały czas doświadczają tarcia spowodowanego przez materię z dysku. W modelu Thommesa tarcie to powoduje stabilizację niektórych orbit i przejście ich w przeciągu miliona lat w dalekie orbity kołowe podobne do tych, po których poruszają się Uran i Neptun.

W nowym modelu narastaniu masy przyszłego Urana i Neptuna sprzyjają dwa czynniki. Po pierwsze, tworzą się one jako duże obiekty, o wiele bliżej Słońca w porównaniu z ich ostatecznymi orbitami. Po drugie, w późniejszym okresie łatwiej im zbierać materię, bowiem krążąc przez pewien czas po wydłużonych orbitach, będąc w punkcie najbliższym Słońcu, przebywają w obszarze, który zawiera dużo gazu i pyłu.

Bardzo ważne jest to, że obliczenia przeprowadzone przez amerykańskich astronomów dawały obraz Układu Słonecznego zgodny z rzeczywistością, dla bardzo wielu, często różnych, warunków początkowych. Sugeruje to silnie, że ich model prawidłowo tłumaczy powstanie Urana i Neptuna.

Autor

Marcin Marszałek