Người khổng lồ khí / băng Uranus từ lâu đã là nguồn bí ẩn đối với các nhà thiên văn học. Ngoài việc trình bày một số dị thường nhiệt và từ trường nằm ngoài trung tâm, hành tinh này còn độc đáo ở chỗ nó là nơi duy nhất trong Hệ Mặt trời quay về phía nó. Với độ nghiêng trục 98 °, hành tinh trải qua các mùa cực đoan và chu kỳ ngày đêm ở hai cực nơi một ngày và đêm kéo dài 42 năm mỗi lần.
Nhờ một nghiên cứu mới do các nhà nghiên cứu từ Đại học Durham dẫn đầu, lý do cho những bí ẩn này cuối cùng có thể đã được tìm thấy. Với sự giúp đỡ của các nhà nghiên cứu của NASA và nhiều tổ chức khoa học, nhóm nghiên cứu đã tiến hành mô phỏng chỉ ra sao Thiên Vương có thể phải chịu một tác động lớn trong quá khứ. Điều này không chỉ giải thích cho hành tinh cực nghiêng và từ trường của hành tinh, mà còn giải thích tại sao bầu khí quyển bên ngoài hành tinh lại rất lạnh.
Nghiên cứu, những hậu quả của tác động khổng lồ đối với sao Thiên Vương sớm đối với việc quay, cấu trúc bên trong, mảnh vỡ và xói mòn khí quyển, gần đây đã xuất hiện trong Tạp chí Vật lý thiên văn. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Jacob Kegerreis, một nhà nghiên cứu tiến sĩ của Viện vũ trụ tính toán của Đại học Durham, và bao gồm các thành viên của Viện nghiên cứu môi trường vùng vịnh (BAER), Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA, Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Descartes Labs, Đại học Washington và UC Santa Cruz.
Vì mục đích nghiên cứu của họ, được tài trợ bởi Hội đồng Cơ sở Khoa học và Công nghệ, Hiệp hội Hoàng gia, NASA và Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các mô phỏng máy tính độ phân giải cao đầu tiên về việc va chạm lớn với Uranus sẽ ảnh hưởng đến hành tinh như thế nào sự phát triển. Như Kegerry đã giải thích trong một thông cáo báo chí gần đây của Đại học Durham:
Sau đó, Uranus quay tròn về phía mình, với trục của nó gần như vuông góc với các hành tinh khác trong hệ mặt trời. Điều này gần như chắc chắn gây ra bởi một tác động khổng lồ, nhưng chúng ta biết rất ít về việc điều này thực sự đã xảy ra như thế nào và một sự kiện bạo lực khác đã ảnh hưởng đến hành tinh như thế nào.
Để xác định tác động khổng lồ sẽ ảnh hưởng đến sao Thiên Vương như thế nào, nhóm nghiên cứu đã tiến hành một bộ mô phỏng thủy động lực học hạt mịn (SPH), trước đây cũng được sử dụng để mô hình hóa tác động khổng lồ dẫn đến sự hình thành của Mặt trăng (hay còn gọi là Tác động khổng lồ Học thuyết). Tất cả đã nói, nhóm nghiên cứu đã chạy hơn 50 kịch bản tác động khác nhau bằng cách sử dụng máy tính có công suất cao để xem liệu nó có tái tạo được các điều kiện hình thành sao Thiên Vương hay không.
Cuối cùng, các mô phỏng đã xác nhận rằng vị trí nghiêng của Uranus là do một vụ va chạm với một vật thể lớn (giữa hai và ba khối Trái đất) diễn ra cách đây khoảng 4 tỷ năm - tức là trong quá trình hình thành Hệ Mặt trời. Điều này phù hợp với một nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng một tác động với một hành tinh nguyên sinh non làm từ đá và băng có thể là nguyên nhân gây ra độ nghiêng dọc trục của Uranus.
Phát hiện của chúng tôi xác nhận rằng kết quả rất có thể là sao Thiên vương trẻ có liên quan đến vụ va chạm thảm khốc với một vật thể có khối lượng gấp đôi Trái đất, nếu không lớn hơn, đẩy nó sang một bên và xử lý các sự kiện giúp tạo ra hành tinh chúng ta thấy ngày hôm nay, Kegerry nói.
Ngoài ra, các mô phỏng đã trả lời một câu hỏi cơ bản về Sao Thiên Vương được nêu ra để đáp ứng với các nghiên cứu trước đây. Về cơ bản, các nhà khoa học đã tự hỏi làm thế nào Uranus có thể giữ được bầu khí quyển của mình sau một vụ va chạm dữ dội, về mặt lý thuyết sẽ thổi bay các lớp khí hydro và khí heli ra ngoài. Theo mô phỏng của nhóm, điều này rất có thể là do tác động đã giáng một đòn mạnh vào Uranus.
Điều này đã đủ để thay đổi độ nghiêng của Uranus, nhưng không đủ mạnh để loại bỏ bầu khí quyển bên ngoài của nó. Ngoài ra, các mô phỏng của họ chỉ ra rằng tác động có thể đã ném đá và băng vào quỹ đạo quanh hành tinh. Điều này sau đó có thể kết hợp lại để tạo thành các vệ tinh bên trong hành tinh và thay đổi vòng quay của bất kỳ mặt trăng nào tồn tại trước đó đã có trên quỹ đạo quanh Sao Thiên Vương.
Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, các mô phỏng đã đưa ra một lời giải thích khả dĩ cho việc Uranus có từ trường ngoài trung tâm và các dị thường nhiệt của nó. Nói tóm lại, tác động có thể đã tạo ra băng nóng chảy và những tảng đá nhỏ bên trong hành tinh (do đó chiếm từ trường của nó). Nó cũng có thể tạo ra một lớp vỏ mảnh vụn gần rìa của lớp băng hành tinh, thứ sẽ bị giữ nhiệt bên trong, điều này có thể giải thích tại sao bầu khí quyển bên ngoài Uranus trải qua nhiệt độ cực lạnh -216 ° C (-357 ° F).
Ngoài việc giúp các nhà thiên văn học hiểu về Thiên vương tinh, một trong những hành tinh ít được hiểu nhất trong Hệ Mặt trời, nghiên cứu còn có ý nghĩa khi nghiên cứu về các ngoại hành tinh. Cho đến nay, hầu hết các hành tinh được phát hiện trong các hệ sao khác đều có kích thước và khối lượng tương đương với Sao Thiên Vương. Do đó, các nhà nghiên cứu hy vọng phát hiện của họ sẽ làm sáng tỏ các thành phần hóa học trên hành tinh này và giải thích cách chúng phát triển.
Như Tiến sĩ Luis Teodoro - thuộc Viện BAER và Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA - và là một trong những đồng tác giả của bài báo, đã nói, tất cả các bằng chứng chỉ ra những tác động khổng lồ thường xuyên xảy ra trong quá trình hình thành hành tinh và với loại nghiên cứu này, chúng tôi Hiện đang hiểu rõ hơn về tác dụng của chúng đối với các ngoại hành tinh có thể ở được.
Trong những năm tới, các nhiệm vụ bổ sung được lên kế hoạch để nghiên cứu Hệ mặt trời bên ngoài và các hành tinh khổng lồ. Những nghiên cứu này sẽ không chỉ giúp các nhà thiên văn học hiểu được Hệ mặt trời của chúng ta phát triển như thế nào, mà còn có thể cho chúng ta biết những người khổng lồ khí đóng vai trò gì khi nói đến khả năng sinh sống.
