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为何天王星会趴着绕行太阳?新模拟表明:曾被原行星暴力冲撞

2024-11-25 210

做为太阳系第七行星,天王星(Uranus)真的很奇怪,最特别之一莫过于它的自转轴倾斜角度高达 97.77275°,看上去就像趴着绕行太阳。最近科学家发表了最新模拟的结果,认为天王星在 40 亿年前曾被一颗原行星暴力冲撞,并形成今日种种谜团。

当它来到至点附近时,一个极点会持续指向太阳,维持长达 42 年的永昼,另一个极点则背向太阳,维持 42 年的永夜,只有赤道附近的狭窄区带可以体会到日夜迅速交替,且太阳位置非常低,就像地球两极;而天王星对流层顶的温度最低纪录只有 49K(-224℃),为太阳系中温度最低的行星,比第八行星海王星还要冷。

此外,太阳系内多数行星的自转轴倾斜方向与太阳大致对齐,只有天王星的自转轴可以说是趴躺在黄道面,倾斜角度高达 97.77275°,当天王星绕着太阳公转时,看上去就像一颗球在平面上滚动。

天王星也跟土星一样,拥有自己的行星环,甚至最近还有研究以光谱分析,证实天王星味道闻起来像臭鸡蛋。

这么多谜样特征都让天文学家百思不得其解,最近,由英国杜伦大学领导的团队提出了天王星自转轴为何高度倾斜的成因。

▲ 地球、天王星、金星的倾角比较。(Source:By Tfr000 (talk) 13:49, 2 April 2012 (UTC) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], from Wikimedia Commons)

团队以高性能超级电脑模拟了 50 多种不同场景,以确定哪一个最能解释当前天王星的倾角与冰冻环境,重塑行星演变史。根据模拟结果,是可能是大约 40 亿年前太阳系早期阶段,天王星曾被质量约地球 2 倍的流氓原行星(protoplanet)撞击过,发生 2~3 次灾难式碰撞。

该模型巧妙地解释了天王星一切谜团,首先,一颗质量为地球 2 倍的原行星,冲撞强度既足以让天王星倾斜,但又不至于大到剥离天王星的大气层;其次,帮助解释天王星环与内部卫星的形成,模拟表明,碰撞可以将一些岩石和冰抛到天王星周围轨道,接着聚集形成天王星的内部卫星,并可能改变其他已绕行天王星运转的卫星旋转。

第三,解决天王星大气极低温度的由来,撞击碎片可能在行星冰层附近形成薄壳,防止天王星内部热量传递到高层大气;最后,碰撞可能导致天王星内部形成不均匀分布的熔冰和岩石沉积,影响磁场特性,导致天王星如今磁场轴相对于自转轴倾斜了 59°。

许多系外行星看起来都很像天王星,新模型将有助于理解其他行星如何演变,以及它们的化学组成。新研究发表在《天体物理学》期刊。

  • Ancient Uranus may have been struck by a protoplanet with twice the mass of Earth
  • A Rogue Mystery Planet Smacked Into Uranus And Changed It Forever, Study Finds
  • We Might Finally Know What Smacked Uranus Sideways

(首图来源:NASA)

延伸阅读:

  • 臭到退避三舍!研究确认:天王星云顶闻起来像臭鸡蛋
  • 天王星、海王星千年“钻石雨”,科学家成功模拟
2019-03-13 14:31:00

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