เหตุการณ์ที่กระทบกระเทือนจิตใจอาจทำให้ดวงจันทร์หลายดวงของยักษ์ก๊าซโดย CHARLIE WOOD | เผยแพร่ 9 เม.ย. 2020 13:00 น ศาสตร์ดาวยูเรนัสส่องสว่างบางส่วน ดาวยูเรนัสดูสงบในทุกวันนี้ แต่อาจยังมีรอยแผลเป็นจากบาดแผลในอดีต NASA/JPL
เช่นเดียวกับดาวเคราะห์ยักษ์อื่น ๆ ดาวยูเรนัสมีวงแหวนและดวงจันทร์มากกว่าหนึ่งโหลที่ทำให้มันคล้ายกับระบบสุริยะขนาดเล็กในตัวเอง แต่ต่างจากเพื่อนบ้านขนาดคิงไซส์ (และดาวเคราะห์อื่นๆ สำหรับเรื่องนั้น) ระบบยักษ์น้ำแข็งจะหมุนด้านข้าง แทนที่จะหมุน การจำลองใหม่ของดาวเคราะห์ในช่วงปีแรกๆ ของดาวเคราะห์ได้สนับสนุนทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายทิศทางที่แปลกประหลาดโดยแสดงให้เห็นว่ามัน
สามารถทำให้เกิดดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ได้เช่นกัน
“แบบจำลองนี้เป็นครั้งแรกที่อธิบายการกำหนดค่าของระบบดวงจันทร์ของดาวยูเรนัส” Ida Shigeruนักวิทยาศาสตร์ด้านดาวเคราะห์ที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งโตเกียวในญี่ปุ่นกล่าวในการแถลงข่าว
ดาวเคราะห์ที่แปลกประหลาดต้องการเรื่องราวต้นกำเนิดที่ผิดปกติมากพอที่จะเข้ากับธรรมชาติที่แปลกประหลาดของมัน โลก ดาวพฤหัสบดี และลูกเรือจักรวาลส่วนใหญ่ของเราหมุน “ในแนวตั้ง” เหมือนกับยอด ขั้วเหนือของพวกมันชี้ไปในจักรวาลในทิศทางเดียวกับขั้วโลกเหนือของดวงอาทิตย์ แต่ไม่ใช่ดาวยูเรนัส มันหมุนไปด้านข้างเพียงอย่างเดียว วงแหวนและดวงจันทร์ของมันจะแกว่ง “ขึ้น” และ “ลง” ออกจากระนาบของระบบสุริยะขณะที่โคจรอยู่
ระบบดาวยูเรนัสด้านข้างที่มีวงแหวนสี่วงและดวงจันทร์สิบดวงตามที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเห็น
ระบบดาวยูเรนัสด้านข้างที่มีวงแหวนสี่วงและดวงจันทร์สิบดวงตามที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเห็น NASA/JPL/STScI
ดังนั้นอะไรที่ทำให้ระบบดาวยูเรนัสจบลง? มันอาจจะเอียงตามตัวของมันเองตั้งแต่การบิดครั้งแรกในจานฝุ่นที่ปั่นมันให้กลายเป็นจริง แต่นักวิทยาศาสตร์ของดาวเคราะห์หลายคนสันนิษฐานว่าดาวเคราะห์อายุน้อย—เมื่ออายุเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีจนถึงอายุหลายพันล้านปี—ต้องทนทุกข์ทรมาน การชนกันของหายนะ ย้อนกลับไปในตอนนั้น ระบบสุริยะยุคแรกหมุนวนโดยมีดาวเคราะห์มากกว่าระบบสุริยะแปด ดวง ( ish ) ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ หินขนาดเท่าดาวอังคารที่ขนานนามว่าธีอาอาจเลิกกิจการแล้วของโลกเพื่อสร้างดวงจันทร์ ในทำนองเดียวกัน ดาวยูเรนัสอาจโดนกระแทกอย่างแรงจากลูกบอลน้ำแข็งที่เคลื่อนที่ไปมา บางทีอาจมีขนาดเท่าโลกที่กระแทกร่างทั้งสองให้เป็นวง เมื่อฝุ่นจางลง สิ่งที่เหลืออยู่ของทั้งสองจะรวมกันเป็นโลกที่หมุนวนเดียว
นักวิจัยได้นำทฤษฎีนี้ไปทดสอบในช่วงต้นทศวรรษ 1990 ด้วยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ พวกเขาแยกดาวยูเรนัสโปรโต-ยูเรนัสและศัตรูของมันออกเป็นชิ้นส่วนดิจิทัลหลายพันชิ้น แต่ละชิ้นมีมวลประมาณหนึ่งในสิบของมวลดวงจันทร์ของโลก โดยการทุบเมฆอนุภาคสองก้อนเข้าด้วยกันครั้งแล้วครั้งเล่าด้วยความเร็วและมุมต่างๆ พวกเขาสรุปว่าอาร์มาเก็ดดอนคู่คงอยู่ได้เพียงไม่กี่วัน หลังจากนั้นการควบรวมกิจการก็ทำให้เกิดการม้วนตัวที่มีลักษณะเฉพาะ
เมื่อสองปีที่แล้ว ทีมงานซึ่งรวมถึงDon Korycanskyจาก University of California, Santa Cruz และChris Fryerจาก Los Alamos National Laboratory ได้ผลักดันแนวคิดนี้ให้ไปไกลยิ่งขึ้น ด้วยการใช้ความก้าวหน้าทางคอมพิวเตอร์เป็นเวลาสามทศวรรษ พวกเขาจำลองการชนกันระหว่างดาวเคราะห์สองดวงซึ่งแต่ละดวงประกอบด้วยชิ้นส่วนหลายล้านชิ้น “มันเหมือนกับการเปลี่ยนจากจอภาพที่มี 200 [พิกเซล] ด้านข้างเป็นภาพขนาด 2000 x 2000 [พิกเซล]” Korycansky กล่าว “คุณสามารถดูรายละเอียดมากมายที่สามารถตรวจสอบเพิ่มเติมได้” ทฤษฎีการให้ทิปดาวเคราะห์ทนต่อการพิจารณาอย่างละเอียดถี่ถ้วน
ตอนนี้การวิจัยจาก Ida และเพื่อนร่วมงาน
ของเขาได้ค้นพบว่าการจำลองก่อนหน้านี้ทำค้างไว้ที่ใด “พวกเขาก้าวไปอีกระดับ” Fryer กล่าว “มันค่อนข้างน่าตื่นเต้นทีเดียว”
การพังทลายของสองโลกทำให้เกิดความยุ่งเหยิง และแบบจำลองก่อนหน้านี้แนะนำว่าเศษซากจำนวนมากจะโคจรรอบโลกที่เพิ่งสร้างเสร็จใหม่—แต่การจำลองทั่วทั้งโลกนั้นไม่คมพอที่จะตอกย้ำรูปร่างของเศษซากที่จะเกิดขึ้น ผลลัพธ์ของ Idaซึ่งปรากฏในนิตยสาร Nature Astronomy เมื่อสัปดาห์ ที่แล้ว จัดการกับปัญหาด้วยการซูมเข้าไปที่ดิสก์และแบ่งประวัติศาสตร์ของระบบออกเป็นสองยุคที่แตกต่างกัน
เริ่มจากมวลของดิสก์ที่ทำนายโดยการจำลองในอดีต พวกเขาวิเคราะห์ผลที่ตามมาทันทีของการชนกันก่อน สมมติว่าดาวเคราะห์ดวงแรกส่วนใหญ่เป็นลูกบอลน้ำแข็ง ความรุนแรงของผลกระทบจะทำให้บางส่วนกลายเป็นไอ ทีมงานปฏิบัติต่อเศษซากดังกล่าวเป็นเมฆไอน้ำที่ผสมกับไฮโดรเจนและก๊าซฮีเลียม และวิเคราะห์ว่าดิสก์นั้นเย็นตัวลงและบางลงเมื่อโคจรและตกลงมาบนดาวเคราะห์อย่างไร พวกเขาพบว่าหลังจากผ่านไปหลายพันปี ในที่สุดมันก็ควบแน่นเป็นอนุภาคน้ำแข็ง ซึ่งจะรวมกันเป็นก้อนน้ำแข็งยาวหลายไมล์ ซึ่งเป็นเมล็ดของดวงจันทร์ในอนาคตของดาวยูเรนัส
เมื่อซากปรักหักพังเปลี่ยนจากก้อนเมฆไปเป็นกลุ่มวัตถุก้อนโต ทีมของไอด้าได้เปลี่ยนกลยุทธ์ พวกเขาตั้งค่าดาวยูเรนัสดิจิทัลด้วยฝูงมูนเล็ตน้ำแข็งจำนวน 10,000 ดวง (โดยมีคุณสมบัติคงที่โดยผลของการจำลองครั้งแรก) และปล่อยให้พวกมันบินได้ เมื่อเกมรถบั๊มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ยุติลง ผู้รอดชีวิตจำนวนมากเหลืออยู่ประมาณโหล ขนาดและตำแหน่งที่หลากหลายของพวกมันตรงกับดวงจันทร์ของดาวยูเรนัสที่สังเกตได้ สี่ที่ใหญ่ที่สุดมีความใกล้เคียงกับความเป็นจริงอย่างยิ่ง
ผลลัพธ์ที่ได้ช่วยแก้ไขความท้าทายหลายประการในรูปแบบอื่นๆ ตาม Ida ทำให้ทฤษฎีที่ซับซ้อนมากขึ้นไม่จำเป็น “การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าสถานการณ์ผลกระทบอย่างง่ายสร้างระบบดาวเทียมยูเรนัสได้อย่างสวยงาม หากพิจารณาวิวัฒนาการของดิสก์อย่างเหมาะสม” เขากล่าว
นักวิจัยผลกระทบอื่น ๆ กล่าวว่างานนี้ไม่ได้เปลี่ยนความเข้าใจของพวกเขาอย่างมากเกี่ยวกับการก่อตัวของระบบ แต่นั่นทำให้ทฤษฎีนี้มีพลังในการอธิบายเป็นสองเท่า “แบบจำลองการชนกันไม่เพียงแต่อธิบายการเอียงอย่างง่ายดายเท่านั้น” Fryer กล่าว “แต่ยังตอบคำถามด้วยว่า ‘ดาวยูเรนัสสร้างดาวเทียมได้อย่างไร’”
การศึกษาก่อนหน้านี้ยังคงค่อนข้างไม่เชื่อเรื่องพระเจ้าว่าดาวเคราะห์ที่เข้ามาอาจทำมาจากหินหรือน้ำแข็ง แต่มีเพียงน้ำแข็งเท่านั้นที่เหนียวหนึบพอที่จะรวมกันเป็นดวงจันทร์เล็ก ๆ ได้อย่างเหมาะสม ตามผลงานใหม่ ดังนั้นโมเดลในอนาคตจึงสามารถมุ่งเน้นไปที่การสร้างสถานการณ์ที่เย็นกว่าน้ำแข็งได้ Ida กล่าวว่าการคำนึงถึงปริมาณน้ำแข็งและหินในดวงจันทร์ของระบบอย่างแม่นยำนั้นเป็นทิศทางสำคัญสำหรับการวิจัยในอนาคต
แต่ชุมชนวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์สามารถเรียนรู้ได้มากเพียงแค่มองย้อนกลับไป นักวิจัยกล่าวว่า การสร้างโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่สร้าง “คำตอบที่ถูกต้อง” ที่ตรงกับดวงจันทร์จริงของดาวยูเรนัสนั้นเป็นก้าวย่างที่ดี แต่ปืนสูบบุหรี่ของจริงจะเป็นการทำนายลักษณะที่แท้จริงของคุณลักษณะที่ไม่รู้จักในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น Fryer กำลังพัฒนาแบบจำลองใหม่ที่คาดการณ์ว่าสารใดบ้างที่อาจปลอมแปลงขึ้นจากความร้อนของการชน เพื่อยืนยันทฤษฎีดังกล่าว ยานอวกาศในอนาคตจะต้องออกไปตรวจสอบว่าดาวยูเรนัสทำมาจากอะไร
Fryer หวังว่าการศึกษาเชิงทฤษฎีแบบเขาและของ Ida จะทำให้เกิดสัญญาณที่อาจเกิดขึ้นได้หลายอย่างซึ่งมีเพียงผลกระทบเท่านั้นที่อาจจะเกิดขึ้น และเนื่องจากภารกิจใดๆ ที่ไปยังดาวเคราะห์ชั้นนอกจะใช้เวลาหลายทศวรรษในการวางแผนและดำเนินการพวกเขาจะมีเวลาเหลือเฟือในการคำนวณ
