Több kisebb ütéstől dőlt meg az Uránusz

A Naprendszer bolygói közül az Uránusz többek között azzal tűnik ki, hogy forgástengelye 98 fokos szögben hajlik a Nap körüli pályájasíkjának normálisához. Ez a szög a Jupiter esetében mindössze 3 fok, a Földnél 23,5 fok, de még a Szaturnusz és a Neptunusz esetében is csak 27-28 fok.

Az Uránusz nagy tengelydőlése azt jelenti, hogy a bolygó szinte „gördül" a pályáján, ráadásul ezt nem előre teszi, hanem visszafelé, mivel a kérdéses szög meghaladja a 90 fokot. Szakkifejezéssel élve az Uránusz tengelyforgása – a keringési irányhoz képest – retrográd. A jelenség általánosan elfogadott magyarázata az, hogy a bolygó a múltban egy nagy, néhány földtömegnyi testtel ütközött, és ez a sokk billentette ki a forgástengelyét. Az elképzeléssel az a gond, hogy ebben az esetben az Uránusz holdjainak az eredeti pályáikon kellett volna maradniuk, a holdak pályasíkjai azonban szinte pontosan 98 fokos szöget zárnak be a bolygó keringési síkjának normálisával.

Úgy tűnik, ezt a hosszú ideje fennálló ellentmondást sikerült feloldania az Alessandro Morbidelli (Observatoire de la Cote d'Azur, Nizza) által vezetett nemzetközi kutatócsoportnak. Morbidelli és munkatársai különböző ütközési forgatókönyveket szimuláltak, hogy kiderítsék az Uránusz nagy tengelydőlésének legvalószínűbb okát.

Kimutatták, hogy ha az Uránuszt akkor érte az ütközés, amikor még megtalálható volt körülötte a protoplanetáris korong egy része – amiből a holdjai is kialakultak –, akkor ez az anyag újraszerveződhetett egy fánk alakú struktúrába, melynek szimmetriasíkja egybeesett a bolygó új, a pályasíkhoz nagy szögben hajló egyenlítői síkjával. A tóruszban bekövetkező, a holdak kialakulásához vezető ütközések aztán elvékonyították azt. Ez az elképzelés pedig megmagyarázza a holdak mai pályahajlásait, pozícióit.

A szimulációk azonban egy váratlan eredményt is hoztak. A fenti forgatókönyvben a holdak retrográd keringésűek lesznek, azaz éppen az észlelttel ellentétes irányban mozognak. Morbidelli és kollégái a modelljük paramétereinek finomhangolásával próbáltak választ adni erre a problémára. Azt találták, hogy ha a bolygót nem egyetlen nagy ütközés, hanem legalább kettő kisebb billentette ki, akkor sokkal nagyobb valószínűséggel alakul ki a holdak megfigyelt mozgásiránya, azaz modelljükkel ebben az értelemben nemcsak a holdak pályasíkjainak helyzete, de keringési irányuk is magyarázható.

A csoport eredményei ellentmondanak a bolygók kialakulására vonatkozó standard elméleteknek, így lehet, hogy azokat finomítani kell. Morbidelli magyarázata szerint a teóriák abból indulnak ki, hogy az Uránusz és a Neptunusz, illetve a Jupiter és a Szaturnusz magja csak a protoplanetáris korong kis objektumainak összeállása révén formálódott, a kialakulás közben nagy ütközéseket nem kellett elszenvedniük. Azonban az, hogy az új eredmények szerint az Uránusz legalább két ilyen kölcsönhatásnak lehetett szenvedő alanya, azt sugallja, hogy a jelentősebb ütközések fontos szerepet töltöttek be az óriásbolygók kialakulásában.