Al igual que otros planetas gigantes, Urano tiene un conjunto de anillos y más de una docena de lunas que lo hacen parecer un sistema solar en miniatura. Pero a diferencia de sus vecinos de tamaño king (y el resto de los planetas para el caso) el sistema gigante de hielo gira de lado, girando en lugar de girar. Ahora, una nueva simulación de los primeros años del planeta refuerza una teoría desarrollada para explicar la extraña orientación al mostrar que también puede producir las lunas del planeta.
"Este modelo es el primero en explicar la configuración del sistema lunar de Urano", dijo Ida Shigeru, un científico planetario en el Instituto de Tecnología de Tokio en Japón, en un comunicado de prensa.
El extraño planeta exige una historia de origen lo suficientemente inusual como para coincidir con su naturaleza extraña. La Tierra, Júpiter y la mayoría de nuestra tripulación cósmica giran "verticalmente" como la parte superior, todos sus polos norte apuntando hacia el universo en la misma dirección que el polo norte del sol. Pero no Urano. Solo rueda de costado, sus anillos y lunas se balancean "hacia arriba" y "hacia abajo" fuera del plano del sistema solar mientras orbitan.
Entonces, ¿qué volcó el sistema de Urano? Podría haberse inclinado por su propia cuenta a partir de un giro inicial en el disco polvoriento que lo hizo girar, pero muchos científicos planetarios suponen que el joven planeta, cuando solo tenía unos cientos de millones de años en sus miles de millones de años de vida, sufrió Una colisión cataclísmica. En aquel entonces, el sistema solar temprano se arremolinaba con más planetas que los ocho canónicos (ish), por lo que los enfrentamientos eran inevitables. Una roca del tamaño de Marte llamada Theia puede haber liquidado gran parte de la Tierra para crear la luna. Del mismo modo, el bebé Urano puede haber recibido un golpe aplastante y descentrado de una bola de hielo itinerante, tal vez alg unas veces del tamaño de la Tierra, que golpeó a ambos cuerpos en un bucle. Cuando el polvo se asentó, lo que quedaba de los dos se habría fusionado en un solo mundo rodante.
Los investigadores primero pusieron a prueba la teoría a principios de la década de 1990 con una simulación por computadora. Rompieron el proto-Urano y su antagonista en miles de piezas digitales, cada una representando aproximadamente una décima parte de la masa de la luna de la Tierra. Por rompiendo las dos nubes de partículas juntos una y otra vez a varias velocidades y ángulos, llegaron a la conclusión de que el doble Armagedón habría durado solo unos días, después de lo cual la amalgamación resultante adquirió el rol característico.
Hace dos años un equipo que incluye Don Korycansky de la Universidad de California, Santa Cruz, y Chris Fryer del Laboratorio Nacional de Los Alamos empujó la idea aún más lejos. Aprovechando tres décadas de avances informáticos, simularon una serie de colisiones entre dos planetas, cada uno formado por millones de piezas. "Es como pasar de un monitor con 200 (píxeles) de lado a una imagen de 2000 por 2000 (píxeles)", dice Korycansky. "Se pueden ver muchos detalles que se pueden investigar más a fondo". La teoría del vuelco del planeta resistió su escrutinio de alta definición.
Ahora la investigación de Ida y sus colegas retoma donde las simulaciones previas se quedaron. "Lo llevan al siguiente nivel", dice Fryer. "Se está volviendo bastante emocionante".
Destruir dos mundos hace un desastre, y los modelos anteriores sugirieron que toneladas de escombros habrían terminado orbitando el globo recién acuñado, pero las simulaciones de todo el planeta no fueron lo suficientemente afiladas como para determinar la forma que habrían tomado los detritos. Los resultados de Ida
A partir de la masa del disco predicha por simulaciones pasadas, primero analizaron las consecuencias inmediatas de la colisión. Asumiendo que los planetas iniciales habían sido principalmente bolas de hielo, la violencia del impacto habría vaporizado parte de su volumen. El equipo trató los escombros como una nube de vapor de agua mezclada con hidrógeno y helio, y analizó cómo el disco se enfrió y adelgazó a medida que orbitaba y caía sobre el planeta. Descubrieron que después de miles de años, finalmente se condensó en partículas de hielo, que a su vez se agruparon en trozos de hielo de millas de largo, las semillas de las futuras lunas de Urano.
Cuando los restos pasaron de una nube a una gruesa colección de objetos, el equipo de Ida cambió de táctica. Instalaron un Urano digital con un enjambre de 10.000 lunares helados (con propiedades fijadas por los resultados de su primera simulación) y los dejaron volar. Cuando se estableció el inevitable juego de los autos chocadores, quedaba una docena de grandes sobrevivientes. Sus diversos tamaños y ubicaciones coincidían con los de las lunas observadas de Urano. Los cuatro más grandes se ajustaban particularmente a la realidad.
El resultado resuelve una serie de desafíos en otros modelos, según Ida, haciendo innecesarias las teorías más complicadas. "Nuestro estudio muestra que el escenario de impacto simple reproduce maravillosamente el sistema satelital de Urano si la evolución del disco se tiene en cuenta adecuadamente", dice.
Otros investigadores de impacto dicen que el trabajo no cambia sustancialmente su comprensión de cómo se formó el sistema, sino que le da a la teoría el doble del poder explicativo que tenía antes. "No solo el modelo de colisión explica fácilmente la inclinación", dice Fryer, "sino que también responde a la pregunta: ¿cómo formó Urano sus satélites?"
Los estudios anteriores seguían siendo relativamente agnósticos sobre de qué podría haber estado hecho el planeta entrante: roca o hielo. Pero de acuerdo con el nuevo trabajo, solo el hielo parece lo suficientemente pegajoso como para colarse en las lunas de manera adecuada, por lo que los modelos futuros pueden centrarse en desarrollar los escenarios más fríos. Ida dice que explicar con precisión las cantidades relativas de hielo y roca en las lunas del sistema es una dirección importante para futuras investigaciones.
Pero la comunidad científica planetaria solo puede aprender mucho mirando hacia atrás. Los investigadores dicen que construir programas de computadora que generen "respuestas correctas" que coincidan con las lunas reales de Urano es un gran paso adelante, pero la verdadera pistola humeante sería una predicción genuina de una característica actualmente desconocida. Fryer, por ejemplo, actualmente está desarrollando nuevas simulaciones que pronostican qué sustancias podrían haberse forjado en el calor de la colisión (a diferencia de los escenarios de formación menos dramáticos, en los que el planeta se habría enfriado). Para confirmar tal teoría, una futura nave espacial tendría que salir y verificar exactamente de qué está hecho Urano.
Fryer espera que los estudios teóricos como el suyo y el de Ida presenten una variedad de posibles signos de que solo un impacto podría haber producido. Y dado que cualquier misión a los planetas exteriores tomará décadas en planearse y ejecutarse, tendrán mucho tiempo para calcular.