Ilmu Uranus: Bagaimana Planet Es Raksasa Ini Berakhir?

Uranus bisa dibilang adalah planet paling misterius di tata surya - kita hanya tahu sedikit tentang itu. Sejauh ini, kami hanya pernah mengunjungi planet ini sekali, dengan pesawat ruang angkasa Voyager 2 pada tahun 1986. Hal aneh yang paling jelas tentang raksasa es ini adalah kenyataan bahwa ia berputar di sisinya.

Tidak seperti semua planet lain, yang berputar secara kasar “tegak” dengan sumbu putaran mereka di dekat sudut kanan hingga orbitnya mengelilingi matahari, Uranus dimiringkan oleh sudut yang hampir benar. Jadi di musim panas, kutub utara menunjuk hampir langsung ke matahari. Dan tidak seperti Saturnus, Jupiter, dan Neptunus, yang memiliki rangkaian cincin horizontal di sekelilingnya, Uranus memiliki cincin dan bulan vertikal yang mengorbit di sekitar khatulistiwa yang dimiringkan.

Lihat juga: Uranus Secara harfiah Pabrik Kentut - Dan Ini Akan Membunuh Anda Sepenuhnya

Raksasa es ini juga memiliki suhu yang sangat dingin dan medan magnet yang berantakan dan di luar pusat, tidak seperti bentuk magnet batang yang rapi dari kebanyakan planet lain seperti Bumi atau Jupiter. Oleh karena itu, para ilmuwan menduga bahwa Uranus dulunya mirip dengan planet lain di tata surya tetapi tiba-tiba terbalik. Jadi apa yang terjadi? Penelitian baru kami, yang diterbitkan dalam Jurnal Astrofisika dan disajikan pada pertemuan American Geophysical Union, menawarkan petunjuk.

Tabrakan Cataclysmic

Tata surya kita dulunya adalah tempat yang jauh lebih kejam, dengan protoplanet (tubuh yang berkembang menjadi planet) bertabrakan dalam dampak raksasa yang keras yang membantu menciptakan dunia yang kita lihat sekarang. Sebagian besar peneliti percaya bahwa putaran Uranus adalah konsekuensi dari tabrakan dramatis. Kami berusaha mengungkap bagaimana itu bisa terjadi.

Kami ingin mempelajari dampak raksasa pada Uranus untuk melihat bagaimana tabrakan seperti itu dapat memengaruhi evolusi planet ini. Sayangnya, kita tidak dapat (belum) membangun dua planet di laboratorium dan menghancurkan mereka bersama untuk melihat apa yang sebenarnya terjadi. Sebagai gantinya, kami menjalankan model komputer yang mensimulasikan peristiwa menggunakan superkomputer yang kuat sebagai hal terbaik berikutnya.

Ide dasarnya adalah untuk memodelkan planet-planet bertabrakan dengan jutaan partikel di komputer, masing-masing mewakili segumpal bahan planet. Kami memberikan simulasi persamaan yang menggambarkan bagaimana fisika seperti gravitasi dan tekanan material bekerja, sehingga dapat menghitung bagaimana partikel berevolusi seiring waktu ketika mereka saling bertabrakan. Dengan cara ini kita dapat mempelajari bahkan dampak yang luar biasa rumit dan berantakan dari dampak raksasa. Manfaat lain menggunakan simulasi komputer adalah bahwa kami memiliki kontrol penuh. Kami dapat menguji berbagai skenario dampak yang berbeda dan mengeksplorasi berbagai kemungkinan hasil.

Simulasi kami (lihat di atas) menunjukkan bahwa tubuh setidaknya dua kali lebih besar dari Bumi dapat dengan mudah membuat putaran aneh yang dimiliki Uranus hari ini dengan membanting ke dalam dan bergabung dengan planet muda. Untuk tabrakan yang lebih menyerempet, bahan tubuh yang terkena dampak mungkin akan berakhir menyebar di cangkang tipis dan panas di dekat tepi lapisan es Uranus, di bawah atmosfer hidrogen dan helium.

Ini bisa menghambat pencampuran bahan di dalam Uranus, menjebak panas dari formasinya jauh di dalam. Menariknya, gagasan ini tampaknya cocok dengan pengamatan bahwa eksterior Uranus sangat dingin hari ini. Evolusi termal sangat rumit, tetapi setidaknya jelas bagaimana dampak raksasa dapat membentuk kembali sebuah planet baik di dalam maupun di luar.

Perhitungan Super

Penelitian ini juga menarik dari perspektif komputasi. Sama seperti ukuran teleskop, jumlah partikel dalam simulasi membatasi apa yang dapat kita selesaikan dan pelajari. Namun, hanya mencoba menggunakan lebih banyak partikel untuk memungkinkan penemuan baru adalah tantangan komputasi yang serius, artinya dibutuhkan waktu yang lama bahkan pada komputer yang kuat.

Simulasi terbaru kami menggunakan lebih dari 100m partikel, sekitar 100-1.000 kali lebih banyak daripada kebanyakan penelitian lain yang digunakan saat ini. Selain membuat beberapa gambar dan animasi yang menakjubkan tentang bagaimana dampak raksasa terjadi, ini membuka semua jenis pertanyaan sains baru yang sekarang dapat kita mulai atasi.

Peningkatan ini berkat SWIFT, kode simulasi baru yang kami rancang untuk memanfaatkan sepenuhnya "superkomputer" kontemporer. Ini pada dasarnya adalah banyak komputer normal yang dihubungkan bersama. Jadi, menjalankan simulasi besar dengan cepat bergantung pada membagi perhitungan antara semua bagian superkomputer.

SWIFT memperkirakan berapa lama setiap tugas komputasi dalam simulasi akan mengambil dan mencoba untuk membagi pekerjaan secara merata untuk efisiensi maksimum. Seperti halnya teleskop baru yang besar, lompatan ke resolusi 1.000 kali lebih tinggi ini mengungkapkan detail yang belum pernah kita lihat sebelumnya.

Exoplanet dan Beyond

Selain belajar lebih banyak tentang sejarah spesifik Uranus, motivasi penting lainnya adalah memahami pembentukan planet secara lebih umum. Dalam beberapa tahun terakhir, kami telah menemukan bahwa jenis exoplanet yang paling umum (planet-planet yang mengorbit bintang selain matahari kita) sangat mirip dengan Uranus dan Neptunus. Jadi semua yang kita pelajari tentang kemungkinan evolusi raksasa es kita memberi kita pemahaman tentang sepupu jauh mereka dan evolusi dunia yang berpotensi dihuni.

Satu detail menarik yang kami pelajari yang sangat relevan dengan pertanyaan kehidupan di luar bumi adalah nasib atmosfer setelah dampak raksasa. Simulasi resolusi tinggi kami mengungkapkan bahwa beberapa atmosfer yang selamat dari tabrakan awal masih dapat dihilangkan oleh guncangan keras planet selanjutnya. Kurangnya atmosfer membuat sebuah planet jauh lebih kecil kemungkinannya untuk menjadi tuan rumah bagi kehidupan. Kemudian lagi, mungkin input energi besar-besaran dan bahan tambahan dapat membantu menciptakan bahan kimia yang berguna untuk kehidupan juga. Bahan berbatu dari inti tubuh yang tertumbuk juga dapat bercampur dengan atmosfer luar. Ini berarti kita dapat mencari elemen jejak tertentu yang mungkin menjadi indikator dampak serupa jika kita mengamatinya di atmosfer planet ekstrasurya.

Masih banyak pertanyaan tentang Uranus, dan dampak raksasa pada umumnya. Meskipun simulasi kami semakin rinci, kami masih harus banyak belajar. Oleh karena itu banyak orang menyerukan misi baru ke Uranus dan Neptunus untuk mempelajari medan magnet aneh mereka, keluarga unik dari bulan dan cincin, dan bahkan hanya apa yang sebenarnya mereka buat.

Saya sangat ingin melihat itu terjadi. Kombinasi pengamatan, model teoretis, dan simulasi komputer pada akhirnya akan membantu kita memahami tidak hanya Uranus, tetapi banyak sekali planet yang memenuhi jagat raya kita dan bagaimana jadinya.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Jacob Kegerreis. Baca artikel asli di sini.