天王星の傾きは、本質的に惑星をその側で太陽の周りに旋回させており、そのスピンの軸はほぼ太陽を指しています。
（画像：©NASAおよびErich Karkoschka、U。of Arizona）
惑星は銀河の中で星を取り囲んでいますが、それらがどのように形成されるかは依然として議論の的となっています。私たち自身の太陽系には豊富な世界がありますが、科学者たちはまだ惑星がどのように構築されているかを確信していません。現在、2つの理論がチャンピオンの役割のためにそれを公にしています。
最初で最も広く受け入れられているコア降着は、地球型惑星の形成に適していますが、天王星などの巨大惑星には問題があります。 2つ目は、ディスクの不安定性の方法で、巨大惑星の生成を説明することができます。
「氷の巨人とガスの巨人を分けるものはそれらの形成の歴史です：コア成長の間、前者は完全なガス円盤の[臨界質量]を決して超えませんでした」と研究者のレナタ・フレリクとルース・マレー-クレイは研究論文で書いた。
コア降着モデル
約46億年前、太陽系は太陽系星雲として知られている塵とガスの雲でした。重力が物質を回転させ始めたとき、それ自体が崩壊し、星雲の中心に太陽が形成されました。
太陽が昇るにつれ、残りの物質がまとまり始めました。小さな粒子は重力の力によって束縛され、より大きな粒子に引き寄せられました。太陽風は、水素やヘリウムなどの軽い元素をより近い地域から一掃し、重い、岩の多い物質だけを残して、地球の世界を作成しました。しかし、さらに遠くでは、太陽風は軽い元素への影響が少なく、天王星などの巨大ガスに合体することができました。このようにして、小惑星、彗星、惑星、月が作成されました。
ほとんどのガス巨人とは異なり、天王星はガス状ではなく岩が多いコアを持っています。おそらくコアが最初に形成され、次に惑星の大気を構成する水素、ヘリウム、メタンを集めました。コアからの熱は天王星の温度と天候を促進し、約20億マイル離れた遠い太陽から来る熱を圧倒します。
いくつかの太陽系外惑星の観測は、主要な形成過程としてコア降着を確認するようです。より多くの「金属」（天文学者が水素とヘリウム以外の元素に使用する用語）をコアに持つ星は、金属の少ないいとこよりも巨大な惑星を持っています。 NASAによれば、コア降着は、より小さな岩の多い世界が、より巨大なガスの巨人よりも一般的であるべきであることを示唆しています。
太陽のような星HD 149026を周回する巨大なコアを持つ巨大惑星の2005年の発見は、コア降着の主張を強化するのに役立つ太陽系外惑星の例です。
「これは、惑星形成のコア降着理論の確認であり、この種の惑星が豊富に存在するべきであることの証拠です」と、グレッグ・ヘンリーはプレスリリースで述べました。ナッシュビルのテネシー州立大学の天文学者であるヘンリーは、星が暗くなったことを検出しました。
2017年に、欧州宇宙機関は、超地球から海王星までのサイズに及ぶ太陽系外惑星を研究する特徴的なExOPlanet衛星（CHEOPS）を打ち上げる予定です。これらの遠い世界を研究することは、太陽系の惑星がどのように形成されたかを決定するのに役立つかもしれません。
「コア降着シナリオでは、惑星のコアが暴走してガスを降着させるには、臨界質量に到達しなければならない」とCHEOPSチームは述べた。 「この重要な質量は、多くの物理的変数に依存します。その中で最も重要なものは、微惑星の降着率です。」
成長している惑星がどのように物質を付加するかを研究することにより、CHEOPSは世界が成長する方法についての洞察を提供します。
ディスク不安定性モデル
しかし、巨大ガス惑星の急速な形成の必要性は、コア降着の問題の1つです。モデルによると、プロセスには数百万年かかります。これは、初期の太陽系で軽ガスが利用可能であった時間よりも長くなります。同時に、赤ちゃんの惑星は短時間で太陽に向かって渦巻く可能性が高いため、コア降着モデルは移動の問題に直面します。
コロラド州ボルダーにあるサウスウェスト研究所の研究者であるケビンウォルシュ氏はSpace.comに、「巨大惑星は数百万年で非常に速く形成される」と語った。 「太陽の周りのガス円盤はたったの400万から500万年しか持続しないので、それは時間制限を作成します。」
比較的新しい理論によれば、ディスクの不安定性、ほこりとガスの塊は、太陽系の寿命の早い段階で互いに結びついています。時間の経過とともに、これらの塊は巨大な惑星にゆっくりと圧縮されます。これらの惑星は、コアの降着ライバルよりも速く、時には1000年程度で形成され、急速に消滅する軽量ガスをトラップすることができます。彼らはまた、軌道を安定させる質量に素早く到達し、太陽への死の行進を防ぎます。
科学者が太陽系の内部や他の星の周りの惑星を研究し続けるにつれて、彼らは天王星とその兄弟がどのように形成されたかをよりよく理解するでしょう。
小石の付着
コア降着への最大の課題は時間です。大気の軽いコンポーネントをつかむのに十分な速度で巨大なガスジャイアントを構築します。以前の研究よりも最大1000倍高速に巨大な惑星を構築するために、どのように小さく、小石サイズのオブジェクトが融合するかに関する最近の研究。
「これは、惑星が形成される太陽系星雲の非常に単純な構造から始まり、私たちが目にする巨大惑星システムで終わるという、私たちが知っている最初のモデルです」と研究主任著者であるハロルド・レビソンは天文学者コロラド州のサウスウエスト研究所（SwRI）で2015年にSpace.comに語った。
2012年、スウェーデンのルンド大学の研究者であるミチエルランブレヒト氏とアンダースヨハンセン氏は、小さな石が一度消滅すると、巨大惑星を急速に構築するための鍵を握ると提案しました。
「彼らは、以前は重要ではないと考えられていたこの形成プロセスからの残りの小石が、実際に惑星形成問題への巨大な解決策になる可能性があることを示した」とレビソンは言った。
Levisonと彼のチームはその研究に基づいて、小さな小石が今日の銀河で見られる惑星を形成する方法をより正確にモデル化しました。以前のシミュレーションでは、ラージオブジェクトとミディアムサイズのオブジェクトの両方が小石サイズのいとこを比較的一定の速度で消費していましたが、Levisonのシミュレーションでは、より大きなオブジェクトがいじめっ子のように振る舞い、中型の塊から小石を奪い、はるかに速く成長したと示唆しています割合。
「大きなオブジェクトは、小さなオブジェクトが散乱するよりも小さなオブジェクトを散乱させる傾向があるため、小さなオブジェクトは小石のディスクから散乱することになります」と、SwRIの共同執筆者であるKatherine KretkeはSpace.comに語った。 。 「大きな男は基本的に小さな男をいじめるので、小石を自分で食べることができ、成長して巨大惑星のコアを形成することができます。」
小石の降着は、地球の世界よりも巨大な惑星で機能する可能性が高いです。フランスのボルドー大学のショーンレイモンド氏によると、「小石」が少し大きく、ガスが氷になってしまうほど冷たい架空のラインである雪のラインを通過しやすいためです。
「小石の場合は、雪のラインを越えたほうが確実に少し良い」とレイモンド氏はSpace.comに語った。
ガス巨人には小石の降着がうまく機能しますが、氷巨人にはいくつかの課題があります。これは、ミリメートルからセンチメートルのサイズの粒子が非常に効率的に付着するためです。
「それらは非常に速く堆積するので、氷の巨大なコアがガスのエンベロープを降ろしている間、ディスクの寿命のかなりの部分にわたって現在のコアのおおよその質量で存在することは難しい」とフレリックとマレークレイは書いた。
「暴走を回避するために、ガスディスクが完全にではなく部分的に消耗した特定の時間に成長を完了する必要があります。」
ペアは、天王星と海王星のコアへのガス降着の大部分が太陽から離れるそれらの動きと一致したことを提案しました。しかし、彼らが太陽系で彼らの家を変えるのは何ができるのでしょうか？
素敵なモデル
もともと科学者たちは、惑星は現在の太陽系の同じ部分に形成されていると考えていました。太陽系外惑星の発見は物事を揺さぶり、最も重い物体の少なくともいくつかが移動する可能性があることを明らかにしました。
2005年に、Nature誌に掲載された3組の論文は、天王星と他の巨大惑星が、現在よりもはるかにコンパクトな円形軌道に縛られていることを提案しました。岩と氷の大きな円盤がそれらを囲み、海王星の現在の軌道をちょうど超えて、地球と太陽の距離の約35倍まで伸びました。彼らは最初にそれを議論したフランスの都市にちなんで、これをニースモデルと呼んだ。 （それはニースの発音です。）
惑星が小さな体と相互作用したとき、それらは太陽に向かってそれらのほとんどを散乱させました。このプロセスにより、彼らはオブジェクトとエネルギーを交換し、土星、海王星、天王星を太陽系のさらに遠くに送りました。結局、小さな物体は木星に達し、太陽系の端または完全に太陽系の外に飛んだ。
木星と土星の間の動きにより、天王星と海王星はさらに偏心した軌道に追い込まれ、氷の残りの円盤を通してペアを送りました。材料の一部は内側に投げ込まれ、後期重爆撃中に地球の惑星に衝突しました。他の素材は外側に投げ出され、カイパーベルトを作りました。
彼らがゆっくりと外側に移動するにつれて、海王星と天王星は場所を交換しました。結局、残りの破片との相互作用により、ペアは太陽から現在の距離に達したときに、より円形の経路に落ち着きました。
途中で、1つまたは2つの他の巨大惑星がシステムから追い出された可能性があります。コロラド州のサウスウェスト研究所の天文学者デイビッドネスボルニーは、初期の太陽系をモデル化して、その初期の歴史を理解することにつながる手がかりを探しました。
「当初、太陽系は非常に異なっていた。おそらく海王星と同じくらい多くの惑星があり、形成され、さまざまな場所に散らばっていた」とネスボニー氏はSpace.comに語った。
危険な若者
初期の太陽系は激しい衝突の時代であり、天王星は免除されませんでした。月面と水星はどちらも小さな岩や小惑星による衝突の証拠を示していますが、天王星は明らかに地球サイズの原始惑星との重大な衝突に見舞われていました。その結果、天王星は横に傾いており、1つの極が半年間太陽に向かっています。
天王星は、氷の巨人の中で最大のものです。恐らく、衝突中に質量の一部が失われたためかもしれません。
