Původ skloněné rotační osy Uranu

Uran, první velká planeta sluneční soustavy objevená dalekohledem, se postupně ukázala být velmi zvláštním tělesem. Snad nejznámější specialitou Uranu je velký skon jeho osy rotace vůči kolmici k rovině oběhu kolem Slunce. Přirozené je, aby osa rotace planety byla k rovině oběhu kolmá a planeta rotovala ve stejném směru, v jakém obíhá kolem Slunce, a jakým také rotuje Slunce samotné. Ve skutečnosti má (téměř) kolmou osu rotace jen Jupiter, osy rotace ostatních planet jsou různě skloněné, například u Země je to 23,5°. Uran má však osu rotace skloněnou o 98°. Tuto zvláštnost se astronomové pokoušejí vysvětlit už dlouho. Na konferenci EPSC-DPS Joint Meeting v Nantes přednesl Alessandro Morbidelli 6. října 2011 příspěvek, který znamená pokrok při objasňování této otázky.

Planetu Uran objevil 13. 3. 1781 William Herschell svým asi 20cm zrcadlovým dalekohledem – v té době jedním z největších dalekohledů na světě. Zpočátku se domníval, že objevil kometu, ale po výpočtu dráhy nového objektu se ukázalo, že jeho dráha je téměř kruhová a ve zhruba dvojnásobné vzdálenosti od Slunce, než je Saturn. Když těleso vykazovalo po řadu týdnů a měsíců stále tentýž vzhled, nebylo pochyb o tom, že William Herchel objevil novou planetu sluneční soustavy. Za tento objev byl William Herchell povýšen do šlechtického stavu. Dnešní název Uran dostala planeta později.

Na pozemské obloze je Uran vidět jako slabá hvězdička s jasnosti přibližně 6 mag, která kolísá podle vzdálenosti Uranu od Země. Pouhým okem je planeta viditelná jen za velmi dobrých pozorovacích podmínek, ale lze ji dobře vidět triedrem. V současnosti je Uran v souhvězdí Ryb v oblasti, ve které se nenachází žádná jasnější hvězda. Vrcholí kolem 23 h ve výšce 40° nad obzorem. V amatérském dalekohledu při větším zvětšení je Uran vidět jako nazelenalý kotouček o průměru asi 3″ bez jakýchkoli detailů. Větším dalekohledem (od průměru asi 30 cm) lze za výborných podmínek spatřit i nejvzdálenější velké měsíce Uranu, kterými jsou Titania a Oberon.

Uran je plynná planeta typu Jupiteru. Její rovníkový průměr činí 51 118 km (více než 4× větší, než průměr Země) a hmotnost 8,7×10²⁵ (14,5násobek hmotnosti Země). Kolem Slunce oběhně jednou za 84 let.

Uran se otočí kolem své osy jednou za 17 h 14 minut. Jeho osa je skloněna ke kolmici k rovině dráhy o úhel 97,86° (lze to chápat také tak, že je osa skloněná o úhel 82,14°, ale planeta rotuje v opačném směru). Tak velký sklon osy rotace komplikuje rozhodnutí, který pól planety je vlastně severní. Většinou se používá konvence, že severní je ten pól planety, který je na severní straně roviny dráhy Uranu. Prstence planety se nacházejí v rovině rovníku a přibližně v rovině rovníku obíhá i většina z jeho 27 známých měsíců. Pět největších měsíců: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania a Oberon byly objeveny ze Země, další měsíce objevila sonda Voyager 2 v roce 1986.

Příčina mimořádně orientované osy rotace Uranu, relativně velké planety, dlouho nebyla známá. Všeobecně se přijímala hypotéza, že je to důsledek srážky s jiným tělesem v dobách vzniku sluneční soustavy. Dlouholetou záhadu objasnil tým vedený Alessandem Morbidellim z Observatoire de la Cote d’Azur v Nice ve Francii pomocí náročných počítačových simulací. Výsledky simulací byly předneseny na EPSC-DPS Joint Meeting v Nantes ve Francii.

Morbidelli a jeho tým použili simulace k modelování různých scénářů srážek, které mohly způsobit dnešní silně skloněnou osu. Přišlo se na to, že pokud se Uran srazil s jiným tělesem ještě při svém formování v protoplanetárním disku, mohl se materiál tvořící zárodek Uranu a jeho měsíců zformovat tak, že by jeho rotační osa byla skloněná pod velkým úhlem rovině rovníku. Simulace však vedly ještě k jednomu, neočekávanému výsledku: v tomto scénáři získaly měsíce opačný směr oběhu. Morbidelliho skupina zkoušela modifikovat parametry srážky tak, aby výsledkem simulace byl alespoň přibližně dnešní stav. Překvapující objev je, že velký sklon Uranu způsobila ne jedna, ale dvě kolize. Nynější teorie vzniku sluneční soustavy počítají se srážkami mezi menšími planetami, ale ne mezi velkými. Skutečnost, že Uran prodělal srážky dvě, znamená, že drážky nebyly výjimečné ani mezi velkými planetami. Dosavadní teorie vzniku planet by se proto měla revidovat.

Poznámka: výzkumný tým tvořili A. Morbidelli a A. Crida (Observatoire de la Cote d’Azur, Nice, Francie), K. Tsiganis (Universita v Soluni, Řecko), K. Batygin (Caltech, Pasadena, California) a R. Gomes (Observatorio National in Rio de Janeiro, Brazílie).