英国科学家解开天王星特殊自转角度及超低温谜题

▲在太阳系形成早期，一颗体积两倍于地球的巨大天体曾与天王星碰撞，才导致了这颗行星非同寻常的自转角度。

据《天体物理学杂志》（Astrophysical Journal）日前刊发的一篇研究论文称，在太阳系形成早期，天王星曾与一个体积两倍于地球的巨大天体发生了灾难性的剧烈碰撞，从而导致了天王星自转角度的倾斜，因而这也可能对天王星的超低温度提供了科学解释。

天王星的与众不同之处在于，其自转轴的指向与太阳系中所有其它行星的自转轴几乎成直角，换句话说，其自转轴几乎是躺倒在公转轨道平面上。这一现象表明，这颗行星几乎肯定曾经历过某种巨大的撞击，而一直以来天文学家们在寻求解答的真正问题是：这次撞击是如何发生的，以及这次猛烈的撞击对这颗行星产生了什么别的影响？

为了回答这些问题，英国杜伦大学计算宇宙学研究所的雅各布•克吉雷斯（Jacob Kegerreis）和同事们对天王星与一颗气体巨行星假设的剧烈碰撞进行了50次不同的高分辨率计算机模拟实验发现，能导致天王星形成最接近于目前状态的条件表明，在大约40亿年前——太阳系的混沌形成期间——天王星极有可能被一颗由岩石和冰组成的年轻原始行星所撞击。由于天王星是如此巨大——它的质量是地球的14倍，半径大约是地球的4倍——那么撞击它的天体也必然是巨大的，科学家们推断那个天体应该是地球质量的2到3倍。

模拟实验还显示，那次撞击可能产生的碎片在天王星冰层外缘形成了一个薄壳，从而阻挡拦截了天王星内核释放出的热量。这就在一定程度上可以解释为什么天王星外层大气冷得让人咋舌——平均温度为零下216摄氏度（零下357华氏度）。另外，天王星的27个卫星——包括13个所谓的“内卫星”——可能也是由于撞击喷出的碎片形成的。

克吉雷斯在一份声明中说：“我们的研究结果证明最可能的推论是，年轻的天王星曾与一个质量至少是地球两倍的天体发生了一场灾难性的碰撞，从而改变了它的自转方向，也开启了最终形成这个星球今日面貌与状态的演化过程。”那次撞击很可能不是正面相撞，那个天体仅仅是擦天王星而过，这让天王星得以保留了其原有的大部分大气层。然而，撞击的力度足以影响和改变这颗行星自转的倾斜度。具体来说，很可能是因为撞击在天王星内部形成了融冰产生的液体和分布不均衡的岩石块，所以才导致了天王星地轴的偏移与倾斜，同时让它的磁场偏离了中心。

虽然这种行星间的剧烈碰撞听起来很具有戏剧性，在太阳系形成早期却十分常见。比如，月球就被认为是火星大小的天体猛烈撞击地球后而形成的。这项新研究除了能帮助天文学家更好地了解天王星之外，还可能为人类认识和研究太阳系以外行星——被称为系外行星——的形成和演化过程提供有价值的线索。

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编译：Jonathan 审稿：阿淼 编辑：程建兰

来源：https://www.zmescience.com/science/news-science/uranus-collision-43254/