Геометрия на 98-градусовия сблъсък
Аксиалният наклон на планетите се измерва спрямо перпендикуляра към тяхната орбитална равнина. Докато Земята поддържа стабилен наклон от 23,4 градуса благодарение на масивната си Луна, а Марс варира около 25 градуса, Уран е претърпял динамичен колопс в ранната си история. Въртенето му е ретроградно – гледано от северния полюс на слънчевата система, той се върти в посока, обратна на повечето тела. Това превръща 84-годишната му орбитална обиколка в климатичен кошмар: в продължение на 21 земни години единият полюс е изложен на директно слънчево греене, докато другият потъва в пълна тъмнина при температури, падащи под 55 келвина.
Протопланетарният диск, от който са формирани планетите преди 4,5 милиарда години, е предал почти еднакъв ротационен импулс на всички основни тела. За да се отклони обект с маса 14,5 пъти по-голяма от тази на Земята от тази първична равнина, е бил необходима външна сила с огромна плътност. Стандартната хидродинамична теория изисква тангенциален удар. Челният сблъсък предимно компресира материята, разсейва топлинна енергия и топли ядрото, но не генерира необходимия въртящ момент. Само допирателен, координиран под конкретен ъгъл сблъсък с тяло от ранга на пълноценна протопланета може да предаде такъв ъглов момент, че да преобърне цялата система, без да разкъса ледения гигант на парчета.
Изчисленията зад гигантския геометричен дефект
Първите симулации, извършени през 90-те години на миналия век чрез метода на изгладените частици в хидродинамиката, тестваха колизии с удари на обекти с маси между една и три земни маси. Съвременните модели с висока резолюция показват, че ако удрящото тяло е било диференцирано – тоест с тежко желязно-скално ядро и ледена обвивка – то е влязло под ъгъл, пробил външния водородно-хелиев слой на прото-Уран. Този сблъсък вероятно е изхвърлил значителна част от ледената мантия в околопланетна орбита и е преразпределил плътността във вътрешността.
Тук обаче се появява първият сериозен проблем в изчисленията. Нептун и Уран имат сходни маси и размери, но Нептун излъчва 2,6 пъти повече топлина, отколкото получава от Слънцето. Уран е практически студен – вътрешният му топлинен поток е екстремно нисък. Ако гигантският удар е депозирал огромно количество кинетична енергия дълбоко в ядрото, Уран би трябвало да бъде значително по-горещ днес. Наблюденията показва, че ударът може да е създал термичен заслон от гравитационно улегнали по-тежки елементи, който блокира конвекцията от ядрото към повърхността. Това изглежда логично на хартия, но съществуващите термодинамични данни от Вояджър 2 просто са твърде оскъдни, за да заковат тази теза без допълнителни измервания.
Спътниците като гравитационна спирачка пред хипотезата
Големите редовни луни на планетата – Миранда, Ариел, Умбриел, Титания и Оберон – не обикалят в първичната слънчева равнина, а се движат в строго подравнени кръгови орбити около новия, 98-градусов екватор на Уран. Ако сблъсъкът просто бе преобърнал планетата, заварените луни биха запазили орбиталните си равнини, превръщайки се в хаотични, силно наклонени или изхвърлени тела. Реалността на терена показва пълна синхронизация между пръстените, въртенето на атмосферата и орбитите на спътниците.
Това означава, че днешните луни са се кондензирали от отломките на акреционния диск, образуван веднага след катастрофата. Когато протопланетата се е врязала в Уран, парата, разтопеният лед и силикатите са образували горещ диск, от който постепенно са се слели новите тела. Изчисленията на падналата маса обаче показват пробойни в теорията. Числен модел на силно енергиен единичен удар генерира диск с твърде голяма маса в близост до планетата и прекалено малко материя във външните зони, където днес се намира Оберон на разстояние над 580 000 километра. Границата на масите просто не се съвпада с разпределенията в сегашната сателитна система.
