Уран — единственная планета Солнечной системы, которая словно катится по своей орбите. Его ось вращения наклонена примерно на 98 градусов, поэтому в течение года планета не столько вращается вокруг своей оси, сколько напоминает шар, катящийся по поверхности.

Почему Уран оказался в таком положении, астрономы не знают до сих пор. Одна из главных версий долгое время сводилась к гигантскому столкновению на ранних этапах существования Солнечной системы. Но есть и другой сценарий: Уран мог постепенно «опрокинуться» под воздействием огромного спутника, которого сегодня уже не существует.

Моделирование показывает, что такой спутник мог медленно удаляться от планеты, раскачивая ее ось вращения, а затем из-за возникшей нестабильности врезаться в Уран. При этом само столкновение, вероятно, не было главным источником наклона — основная работа могла быть проделана гравитацией спутника задолго до катастрофы, рассказывает Space.com.

Уран действительно вращается почти боком

У большинства планет Солнечной системы ось вращения расположена относительно близко к перпендикуляру к плоскости их орбиты.

У Земли наклон составляет около 23,5 градуса. Именно он отвечает за смену времен года: в течение года разные полушария получают разное количество солнечного света.

У Урана ситуация совершенно другая. Его наклон — около 98 градусов.

Из-за этого сезонный цикл планеты выглядит крайне необычно. Уран совершает один оборот вокруг Солнца примерно за 84 земных года. Поэтому каждый из его полюсов получает почти четверть уранианского года прямого солнечного света — около 21 года. Затем наступает примерно такой же продолжительный период зимы.

Во время равноденствий Солнце, напротив, освещает область экватора почти непосредственно.

Получается одна из самых необычных климатических геометрий во всей Солнечной системе.

Возможно, Уран никто не «опрокидывал» одним ударом

Самая очевидная версия происхождения такого наклона — столкновение с достаточно крупным небесным телом.

В первые сотни миллионов лет существования Солнечной системы планеты формировались в гораздо более хаотичной среде, где крупные столкновения были обычным явлением. Теоретически достаточно мощный удар мог изменить ориентацию Урана.

Но у этой идеи есть конкуренты.

Некоторые модели показывают, что для получения нынешнего наклона необязательно представлять один гигантский удар. Ориентация планеты могла постепенно меняться под воздействием гравитационных взаимодействий с другими объектами.

И особенно интересный вариант предложили в 2022 году астрономы во главе с Мелэном Сайленфестом из Парижской обсерватории.

Вместо гигантской планеты они рассмотрели крупный древний спутник Урана.

Как спутник мог опрокинуть целую планету

На первый взгляд идея кажется странной. Как сравнительно небольшой спутник способен изменить положение оси планеты?

Ответ связан не столько с силой одного столкновения, сколько с длительным гравитационным воздействием.

По расчетам исследователей, если достаточно массивный спутник постепенно удаляется от Урана, меняется частота прецессии его оси вращения — то есть скорость, с которой сама ось медленно меняет направление в пространстве.

В какой-то момент эта частота может совпасть с частотой прецессии орбитальной плоскости Урана или с одной из связанных с ней гармоник.

Возникает резонанс.

После этого спутник и ось вращения планеты начинают взаимодействовать особенно эффективно. По мере дальнейшего удаления спутника наклон Урана может увеличиваться все сильнее.

В результате планета способна постепенно приблизиться к положению, в котором ее ось оказывается почти параллельна плоскости орбиты.

То есть Уран мог не быть «сбит с ног» одним ударом. Возможно, его медленно раскачивали миллионы лет.

На 90 градусах все стало еще интереснее

Есть одна проблема: нынешний наклон Урана составляет не 90, а примерно 98 градусов.

Механизм с мигрирующим спутником хорошо объясняет, как планета может приблизиться к 90 градусам. Но чтобы перейти через эту отметку и достичь нынешнего положения, нужна дополнительная стадия.

Согласно моделям Сайленфеста и его коллег, по мере приближения к 90 градусам орбита спутника могла стать нестабильной.

Движение системы в этот период становилось хаотическим, а наклон оси Урана мог начать меняться непредсказуемым образом. В некоторых симуляциях он пересекал отметку в 90 градусов и достигал примерно 98 градусов — практически того значения, которое наблюдается сегодня.

После этого древний спутник в конечном итоге мог столкнуться с Ураном.

Но здесь есть важный нюанс: исследователи не считают, что именно удар спутника перевернул планету.

По словам Сайленфеста, предполагаемый спутник был слишком мал, чтобы само столкновение заметно изменило ось вращения Урана. Его роль в сценарии заключается прежде всего в длительном гравитационном воздействии. Однако для всей модели спутник должен в итоге исчезнуть — иначе сегодня мы должны были бы его видеть.

Где искать следы исчезнувшей луны

Если такая луна действительно существовала, она могла оставить после себя несколько косвенных следов.

Первый связан с современными спутниками Урана. Исследователи предлагают проверить, насколько быстро они удаляются от планеты.

Если наблюдения покажут, что спутники движутся наружу на несколько сантиметров в год, это будет означать, что внутри Урана происходит значительное рассеивание энергии. Такой механизм мог позволить древнему спутнику пройти огромный путь от планеты и сыграть роль в изменении ее наклона.

Более того, современные спутники теоретически могут оказаться вторым поколением лун — обломками, которые появились после разрушения древнего крупного спутника.

Затем эти обломки постепенно разошлись по своим нынешним орбитам.

Возраст лун тоже может выдать прошлое Урана

Есть и второй способ проверить гипотезу — определить возраст нынешних спутников.

Существующие оценки допускают, что они могут быть почти столь же старыми, как сама Солнечная система. Но эти оценки пока остаются неопределенными.

Если будущие исследования покажут, что спутники Урана значительно моложе Солнечной системы, это станет косвенным аргументом в пользу сценария с разрушением более древней луны.

Тогда могла бы вырисоваться следующая история.

Когда-то вокруг Урана находился крупный спутник. Он постепенно удалялся от планеты, взаимодействуя с ее вращением и все сильнее увеличивая наклон оси. При приближении к 90 градусам система стала нестабильной. Спутник в конце концов разрушился или столкнулся с Ураном, а его остатки могли сформировать новое поколение небольших лун.

Сам Уран остался вращаться почти боком.

Почему эта загадка еще далека от решения

Пока это остается гипотезой, а не установленной историей происхождения Урана.

Наблюдения нынешних спутников и уточнение их возраста могут дать важные подсказки. Особенно интересным будет обнаружение неожиданно высокой скорости их удаления от планеты или свидетельств того, что они сформировались значительно позже самого Урана.

Но остается и множество других вопросов. Необходимо понять, насколько реалистично было существование спутника нужной массы, мог ли он пройти необходимый путь и действительно ли внутренняя структура Урана способна рассеивать достаточно энергии для такого долгого процесса.

Именно поэтому Уран остается одной из самых странных планет Солнечной системы не только внешне. Его положение может быть результатом не одного катастрофического события, а сложной гравитационной истории, растянувшейся на огромный промежуток времени.

Возможно, Уран не просто однажды получил мощный удар.

Возможно, его сначала миллионы лет медленно раскачивала луна, которой сегодня уже нет.