Mengapa Uranus Seolah-olah Berputar Mengiring?

Kebanyakan planet dalam Sistem Suria berputar pada paksi yang tidak terlalu condong berbanding arah tegak lurus satah orbit masing-masing. Namun, Uranus mempunyai keadaan yang luar biasa. Paksi putaran planet ketujuh dari Matahari ini condong kira-kira 97.8 darjah, dan nilai ini dipanggil kecondongan paksi. Jika dibandingkan dengan Bumi yang mempunyai kecondongan sekitar 23.4 darjah, Uranus kelihatan seolah-olah berputar sambil berbaring mengiring.

Apakah maksud paksi planet yang condong?

Setiap planet berputar pada suatu paksi khayalan yang melalui pusatnya, dan paksi putaran ini menentukan arah putaran planet. Kecondongan paksi diukur sebagai sudut antara paksi putaran dengan garis yang tegak lurus pada satah orbit planet. Bumi mempunyai kecondongan paksi kira-kira 23.4 darjah, dan kecondongan ini menyebabkan hemisfera utara dan selatan menerima jumlah serta tempoh penyinaran Matahari yang berbeza sepanjang tahun.

Uranus pula mempunyai kecondongan sekitar 97.8 darjah, iaitu paksi putarannya hanya membentuk sudut kira-kira 7.8 darjah dengan satah orbit. Oleh itu, jika orbit Uranus dibayangkan seperti permukaan meja, paksi putarannya hampir mendatar di atas permukaan tersebut. Namun, Uranus tidak benar-benar berbaring di atas sesuatu permukaan, dan istilah berputar mengiring hanyalah gambaran untuk membantu kita memahami orientasi paksinya dalam ruang.

Satu hari singkat, satu tahun sangat panjang

Walaupun paksi Uranus sangat condong, planet ini tetap berputar dengan agak pantas. Satu putaran Uranus mengambil masa kira-kira 17 jam, manakala satu orbit lengkap mengelilingi Matahari mengambil masa sekitar 84 tahun Bumi. Ini bermakna Uranus berputar pada paksinya berkali-kali sepanjang satu tahun Uranus.

Perbezaan besar antara tempoh putaran dan tempoh orbit ini penting untuk memahami musimnya. Putaran menentukan kitaran harian planet, manakala peredaran mengelilingi Matahari bersama kecondongan paksi menentukan perubahan geometri penyinaran sepanjang tahun. Uranus juga mempunyai putaran songsang berbanding arah putaran kebanyakan planet dalam Sistem Suria, dan dalam konvensyen astronomi, kecondongan paksi yang melebihi 90 darjah menunjukkan orientasi putaran sedemikian.

Mengapa musim Uranus berlangsung begitu lama?

Bayangkan Uranus berada pada kedudukan orbit apabila salah satu kutubnya hampir menghadap Matahari. Pada ketika itu, kawasan berhampiran kutub tersebut menerima cahaya Matahari secara berterusan, sedangkan kawasan berhampiran kutub bertentangan mengalami tempoh kegelapan yang sangat panjang. Apabila Uranus bergerak mengelilingi Matahari, arah penyinaran relatif terhadap planet berubah secara beransur-ansur.

Selepas kira-kira satu perempat orbit, bersamaan sekitar 21 tahun Bumi, Matahari berada hampir di atas kawasan khatulistiwa Uranus dan kedua-dua hemisfera menerima penyinaran dengan geometri yang lebih seimbang. Selepas satu lagi suku orbit, kutub yang sebelumnya membelakangi Matahari pula hampir menghadap Matahari. Oleh sebab satu orbit mengambil masa sekitar 84 tahun, setiap musim astronomi Uranus berlangsung kira-kira 21 tahun Bumi, dan kawasan berhampiran kutub boleh mengalami tempoh siang atau malam berterusan yang menjangkau beberapa dekad.

Walau bagaimanapun, tempoh penyinaran yang panjang tidak bermaksud suhu atmosfera berubah serta-merta. Atmosfera Uranus mempunyai tindak balas haba dan peredaran yang kompleks, jadi perubahan cuacanya tidak semestinya mengikuti perubahan pencahayaan secara langsung.

Bagaimana jika Uranus tidak begitu condong?

Sekiranya paksi Uranus hampir tegak lurus terhadap satah orbitnya, penyinaran Matahari akan diagihkan dengan lebih seragam antara hemisfera sepanjang tahun, dan perubahan musim akibat kecondongan paksi akan menjadi jauh lebih kecil. Namun, keadaan tersebut tidak semestinya menyebabkan seluruh planet mempunyai suhu yang sama, kerana suhu dan cuaca masih dipengaruhi oleh komposisi atmosfera, peredaran gas, tenaga dalaman serta jumlah tenaga Matahari yang diterima. Ini menunjukkan bahawa kecondongan paksi merupakan faktor penting dalam menentukan musim, tetapi bukan satu-satunya faktor yang mengawal keadaan atmosfera planet.

Mengapa paksi Uranus begitu condong?

Ahli astronomi masih belum mengetahui dengan pasti bagaimana Uranus memperoleh kecondongan paksinya yang luar biasa. Satu hipotesis mencadangkan bahawa Uranus mengalami perlanggaran besar dengan objek berjisim tinggi ketika Sistem Suria masih muda, dan perlanggaran tersebut mungkin mengubah momentum sudut serta orientasi putaran planet. Hipotesis lain melibatkan interaksi graviti jangka panjang, termasuk kemungkinan Uranus pernah mempunyai satelit besar yang orbitnya berubah secara beransur-ansur, lalu mempengaruhi arah paksi putaran planet.

Kajian pemodelan oleh Saillenfest dan rakan penyelidik pada 2022 menunjukkan bahawa penghijrahan orbit satelit purba yang cukup besar boleh, dalam keadaan tertentu, menghasilkan kecondongan yang menghampiri keadaan Uranus sekarang. Namun, satelit purba yang dicadangkan itu belum dibuktikan pernah wujud. Simulasi menunjukkan bahawa sesuatu mekanisme mungkin berlaku, bukan bahawa peristiwa tersebut benar-benar berlaku dalam sejarah Uranus, jadi punca sebenar kecondongan paksi Uranus masih merupakan persoalan penyelidikan terbuka.

Bagaimanakah ahli astronomi mengetahui kecondongan paksi Uranus?