天王星と海王星の歴史における分岐：ジャイアントインパクトの役割

天王星と海王星の出来上がりの違いはジャイアントインパクトの当たり具合と衝突天体の成分の違い説です。天王星が傾いてるのはジャイアントインパクトの当たり具合名のは以前から言われてた通りですが、海王星の衝突天体は真正面衝突で海王星コアに熱源と断熱層を供給説です。わしもそう思う博士が沢山出る説なのか？そんな海王星おらへんで往生しまっせ説なのか？以下、機械翻訳。
天王星と海王星の歴史における分岐：ジャイアントインパクトの役割
（2019年7月23日に提出された）
多くの類似点があるにもかかわらず、天王星と海王星の間には大きな違いが観察されています。天王星は傾斜しており、通常の衛星のセットを持っています。加えて、海王星は太陽の断熱材と平衡状態にありますが、海王星は内部熱源を持っているようです。最後に、重力データに基づく構造モデルは、天王星が海王星より集中していることを示唆しています。これらの違いがジャイアントインパクトで説明できるかどうかを調べるために、高解像度のSPHシミュレーションを多数実行します。天王星の場合、斜めの衝撃がその自転軸を傾け、通常の衛星が形成されているディスクを作成するのに十分な材料を放出する可能性があることがわかりました。一部のディスクは大容量で十分に拡張されています。そして、天王星の通常の衛星の形成を説明するのに十分な岩の多い材料で構成されています。海王星では、正面衝突が内部を混ぜ合わせて断熱温度プロファイルを導き出すことができるかどうかを調べます。これは、そのより大きなフラックスとより高い慣性モーメントの値を説明するかもしれません。
私たちは、大規模で高密度の発射体が中心に向かって貫通し、深い内部に質量とエネルギーを蓄積し、海王星の集中度の低い内部につながることを発見しました。私達は、氷の巨人の間の二分性はそれらが形成された後の激しい影響によって説明されることができると結論を下します。
キーワード：惑星と衛星：太陽系 - 惑星と衛星：氷の巨人 - 惑星と衛星：形成 - 惑星と衛星：インテリア - 流体力学
図1. 10 6 Mでサンプリングされた11.5 M +のプリインパクトターゲット（オレンジ色の線）の半径方向密度（上）と圧力（下）プロファイル
粒子は、古典的なSPH（左）とシミュレーションで26時間緩和し、この研究で提示された材料界面処理を使用しました。
（右）。 青い点は粒子の密度と圧力を表しています（シミュレーションでは圧力を計算するために使用されています）。 の
左の2つのプロットは、標準的なSPHが材料界面を捉えることに失敗し、圧力変動を引き起こすことを示しています。 私達のインターフェイスを使って
治療はすべての不連続性が正しくモデル化されており、結果として生じる圧力は界面にわたって連続的です。


図2.天王星の衝突後の総結合質量
異なるインパクターのためのシステム（惑星+封筒+ディスク）質量と構成 衝突する総質量は次のように設定されます。
天王星の観測値（14.5M +、赤い破線）。 違う記号は異なるインパクター質量（円：1 M +、三角形：2 M +、正方形：3 M +）を表し、色はインパクターの構成（青：氷、灰色：微分、黒：岩）に対応しています。
オレンジ色の線は、地球の初期質量を表しています。インパクターの質量（実線：1M、破線：2M、点線：３Ｍ ＋）。 インパクターの大部分はb <0.71に降着しています。 大きい方
衝突パラメータが衝突を乗り切ってシステム（HRC）から逃げることができる衝突パラメータ。角運動量 氷のような差別化されたインパクターが入るので
ロッキーな前のヒットアンドラン方式では、効率が悪くなります。非常にグレージングの衝突で質量を堆積させることに詳細）。


図3.異なるインパクタ質量と組成に対する天王星の衝突後ローテーション期間 天王星の現在
（17.24時間）の回転周期は赤い破線で示されています。 の
異なるシンボルと色は異なるインパクターに対応します
凡例に示されているとおりの質量と構成。 初期
回転しないように、条件はセクション2.3で説明したように設定されます。
衝突前の原天王星。 衝突のほとんどは
17.24時間より短い回転周期。 ほとんど真っすぐな、または非常にかすかな衝突だけが候補として除外されます。
天王星の回転を説明する


図4.異なるカットオフに対する天王星の回転周期
密度2 M±と衝突した後の天王星の自転周期
異なる場合、微分インパクター（b = 0：2、v1 = 5 km s -1）
カットオフ密度が考慮されます（5×10 6個の粒子を使用）。各層の回転周期は、その角運動量から推測されます。


図5.時間に対する異なる分解能の推定回転周期と角運動量トップパネル：
b = 0.2で2 Mの微分衝突体との衝突後の天王星の回転周期の時間発展
異なる解像度Nに対してvimp = 19:48 km s -1。低解像度シミュレーション（N = 105粒子、青いシンボル）の場合、回転期間は影響の後すぐに収束し、一定のままです。
より高い解像度のシミュレーションとは異なり、時間の経過とともに地球の回転周期が長くなる
（三角形）ありとなし（円）のシミュレーションの時間経過
粘度リミッター下のパネル：総角運動量
同じ衝突に対する（惑星+エンベロープ、実線）と惑星の角運動量（破線）。全角運動量はすべての場合で保存されていますが、惑星の角運動量は高角速度の時間の経過とともにエンベロープに伝達されます。
人工粘度が過剰であるため、解像度シミュレーション（N = 106および5×106粒子）。粘度リミッター（バルサラスイッチ、
三角形）は角運動量伝達を減少させるが完全に削除してください（詳細はセクション3.1を参照）。


図6.衝突後の天王星のエンベロープの質量とその金属性記号は異なるインパクター質量を表す（丸：１Ｍ ＋、三角形：２Ｍ ＋、正方形：３Ｍ ＋）および
色は、構成（青：氷、灰色：差別化、黒：岩）。ターゲットは105個の粒子で分解されます。トップパネル：インパクタの質量が増えると、エンベロープの質量が増えます。
より多くのエネルギーが惑星に蓄積され、したがってより多くの物質が（惑星とインパクター）は気化しています。より大きな影響パラメータ
もう少し大きい封筒につながります。 b> 0：8の衝突HRCなので、惑星の範囲にはほとんど質量が追加されません。のために
3 M±花崗岩のインパクターそれはさらに部分的に侵食されています。すべての衝突で原始的なH-Heエンベロープの一部が放出されるか一時的に
逃げるインパクターによって捕獲された。下のパネル：推定
封筒の金属性より大きなインパクタはより高いエンベロープメタリック性をもたらす。すべての場合において、封筒は比較されて濃縮されています
惑星に影響を与えない氷の弾丸との正面衝突を除いて、その元の純粋なH-He組成へ質量と組成


図7.プロトサテライトディスクの質量とインパクトパラメータ 異なるインパクター質量に対する結果が示されています
そして構成。 衝突角度が小さい衝突（b <0：5）ディスクではなく、長くて暑い大気になります。
周回する粒子の角運動量が小さすぎる。 放牧インパクターは、衝撃によって大きなディスクが発生することはありません。
衝突を乗り切ってシステムから脱出する。 インパクターの質量と組成は明らかにディスクの質量に影響を与えます。
発射体が大きくて密度が高いほど、より多くの材料が放出されます。ディスクに。


図8.原衛星ディスクの構成
2つのインパクターマス、コンポジションと衝撃パラメータ（ｖ１ ＝ ５ｋｍ ／ ｓ、Ｎ ＝ １０５個の粒子）。全部で
原天王星の大気からのH-Heがその内側エンベロープからの水はディスクに取り込まれます。にいくつかのケースでは、インパクターデポジットの差別化
氷のインパクターよりも多くの水。ディスク組成は、２Ｍ ＋および３Ｍ ＋についてインパクター質量に対して鈍感であるように見える。
氷のような差別化されたインパクター。に岩を移すためにインパクターは、差別化されているかロッキーである必要があります。
原始天王星に由来する物質は、
マントル（氷）または大気（H-He）。しかし、純粋なロックインパクターだけが実質的にロックが豊富なディスクを作り出すことができます。
天王星の主要な衛星の構成を説明するために必要とされるように。差別化されたインパクターの氷から岩へ
比率はさまざまです。相対的なロックは直感に反するように思われるかもしれません。
ロッキーインパクターの質量が大きいほど、ディスクの濃縮度は低くなります。しかし、円盤に堆積した総岩盤はまだこの場合は大きくなります。


図9.正面を向いた後の惑星の内部（左）放牧（右）衝突。巨人の結果が表示されています
海王星への影響（微分2 M +インパクター、N = 5×106　パーティクル、b = 0：2（正面、左）およびb = 0：7の場合、v1 = 5 km s-1）
（放牧、右）15時間後（上のパネル）および71時間後（下のパネル）インパクト。個々のスナップショットのサイズは、8 R×8 Rです。
×１である。上部パネルは材料の起源（ターゲットコア：ブルー、マントル：バイオレット、雰囲気：オレンジとインパクターコア：
黄色、マントル：白）下の図は、0 erg g -1（黒）から10 12 erg g -1の粒子の内部エネルギーを示しています
（白）。正面衝突の場合、発射体の中心と部分　そのマントルの深さはターゲットに深く浸透しています。雰囲気
しかし惑星の内部もかなり暖房されています。の場合　最初の衝突時（トップパネル）発射体はターゲットの大気や上層部とのみ相互作用します。
それは最初の遭遇を生き残るのでマントル。はるかに少ない材料とエネルギーは地球に蓄積され、その大部分は地球に残ります。
雰囲気と上部マントル。インパクターは引き続き拘束されます惑星と2日後に再び影響を与えます。この2番目の衝突は正面を向いていますが、発射体のコアが
それが惑星の核や岩に影響を与えることはできませんマントルに分布している。


図10の濃縮の例
異なる解像度の正面衝突における純水層 示されているのは、惑星の氷層の濃縮岩です。
2 Mの岩との正面衝突の後、インパクターの岩の中に解像度が異なる場合はインパクター（b = 0：2、v1 = 5 km s -1）（105：青、106：オレンジ、5×106：グレー）。 からの移行以来
衝突後の惑星のコアとマント　推定される濃縮度は、小さな半径では大きく異なります。 増加した水層の内側の半径はすべての人にとってより類似した値になります
解像度 ただし、解像度が高いほどマントルが高くなります。発射体の侵食がよりよく解決されるので、濃縮。


図11のターゲットの内部エネルギー分布
正面衝突とグレージング衝突 ターゲットを表示します　2 Mの微分体と衝突した後の内部エネルギー
ｂ ＝ ０：２（実線）およびｂ ＝ ０：７（破線）であり、ｖ１ ＝ ５ｋｍ ｓ − １である。
105個の粒子を使用。 どちらの場合も、封筒（青）が吸収します　に蓄積された総エネルギー（オレンジ）の大部分
衝突 しかし、正面衝突はより多くのエネルギーを蓄積する　惑星の内部の合計でそしてまたより多くのエネルギー（灰色）。
インパクターの残党は　放牧衝突の惑星、エネルギーは2つに蓄積されます
ステップ：最初のインパクトの間とインパクターの残党が　時間t 35 hで一秒間に惑星と衝突する。


図12異なる解像度を使用した惑星内のインパクターの材料の分布（左から右へ）
標的について１０５、１０６および５×１０６粒子）。 分布は、図に示す正面衝突の70.7時間後に対応します。
9.ターゲットが105個の粒子で解決されている場合（左）、インパクターからの物質は惑星のマントルに混入していません。 を増やす
106個のパーティクル（中央）への解像度、それが惑星のマントルを通過するときのインパクターの除去は解決されます。 使うとき
インパクターからの5×106個の粒子（右）の氷と岩石は、その組成と熱に影響を与える惑星のマントルにはっきりと混入しています。
プロファイル（図9に示すように）。