Астрономы объяснили, почему Уран вращается на боку

Американские астрономы выдвинули новую гипотезу, объясняющую необычный наклон оси вращения планеты Уран. Описание приведено в журнале Astrophysical Journal.

Большинство планет Солнечной системы имеют свои полюсы, более или менее ориентированные в одном направлении. И большинство из них вращаются против часовой стрелки, если смотреть сверху. Ориентация Урана в пространстве отличается от остальных планет — его ось вращения лежит как бы на боку относительно плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца, и вращается он по часовой стрелке.

Обычно для объяснения этой странности приводится гипотеза, согласно которой когда-то давно произошло столкновение Урана с крупным космическим телом, оно и опрокинуло планету. Хотя этот сценарий не является невозможным, в этой модели есть несколько существенных противоречий: например, она не может объяснить, почему ни одна из лун Урана не обладает такой же наклонной орбитой. Кроме того, эти луны ледяные, а мощный удар, достаточный для того, чтобы перевернуть ось вращения планеты, должен был генерировать большое количество тепла, которое испарило бы лед на этих спутниках, сделав их каменистыми.

Астрономы из Университета Мэриленда Зив Рогошински (Zeeve Rogoszinski) и Дуглас Гамильтон (Douglas Hamilton) придумали новый сценарий, снимающий эти противоречия. Согласно их гипотезе, Уран мог быть наклонен вбок гигантской кольцевой системой.

Сейчас кольца Урана весьма слабые, состоящие из мельчайших частиц пыли, но ученые считают, что 4,5 миллиарда лет назад, в момент образования Солнечной системы, они могли быть значительно массивнее. О том, что кольца могут быть временными и недолговечными, говорят данные, полученные автоматической межпланетной станцией "Кассини", изучавшей кольца Сатурна.

Модель Рогошинского и Гамильтона предполагает, что большая кольцевая система раскачивала Уран, заставляя его вращаться вокруг своей оси с заметной спиновой прецессией — по типу того, как начинает раскачиваться вращающийся волчок. Затем, если прецессия оси вращения планеты попала в резонанс с орбитальной прецессией планеты (так называется медленное вращательное смещение эллипса орбиты по отношению к Солнцу), планету могло развернуть.

Резонанс между спиновой и орбитальной прецессией известен как спин-орбитальный резонанс, и он может генерировать большой осевой наклон. Считается, что именно резонанс такого типа привел к осевому наклону Сатурна по сравнению с направлением оси его ближайшего собрата, Юпитера.

Ранее для объяснения осевого наклона Урана уже выдвигалась гипотеза спин-орбитального резонанса, но в качестве тела, вызвавшего резонанс, предлагалась гипотетическая Девятая планета.

Авторы считают, что кольцевая система, являющаяся частью процесса формирования планет-гигантов, для этого подходит лучше.

Они смоделировали Уран и Нептун с большими дисками, чтобы увидеть, как они взаимодействуют с планетами, и обнаружили, что кольцевая система в течение миллиона лет может отклонить ось вращения планеты на 70 градусов. Эта модель легко объясняет осевой наклон Нептуна, составляющий 30 градусов. Но для Урана, очевидно, было еще какое-то дополнительное воздействие, и теория столкновения с другим космическим телом все еще имеет право на жизнь. Но в таком контексте это могут быть небольшие астероиды, а не крупные космические тела, что делает сценарий более вероятным.

"Хотя мы можем генерировать наклоны больше 70 градусов лишь в редких случаях и не можем управлять наклонами выше 90 градусов, последующее столкновение с объектом, составляющим примерно половину массы Земли, может наклонить Уран от 70 до 98 градусов, — пишут исследователи в своей статье. — Минимизация массы и количества гигантских ударников от двух или более до одного увеличивает вероятность создания спиновых состояний Урана примерно на порядок".