天王星躺着旋转之谜:为何天王星躺着打滚?

文章作者:bianji3 | 2018-07-05
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  在我们的太阳系的8大行星中,有一颗“躺着旋转”的行星,它就是土星之外的天王星。之所以这样称呼他,是因为它的地轴倾角接近异常的90度,自转轴几乎对着太阳,而其他大部分行星自转轴都是几乎垂直于公转轨道面的,倾斜角度不超过30°。

  7月4日消息,相比其他行星,天王星自转轴几乎躺倒在公转轨道平面上,因此仿佛总是在躺着打滚。目前,科学家最新研究揭开了天王星倾斜之谜,数十亿年前天王星被一颗质量大约是地球两倍的巨大天体碰撞,从而导致天王星出现独特的轴倾斜。

  依据最新研究,这种“灾难性”碰撞促进了天王星进化,并能解释它的冰冷温度。英国杜伦大学天文学家带领一支国际专家小组对天王星进行专项研究,分析天王星朝向一侧倾斜的真实原因,以及巨大天体碰撞对天王星进化所产生的影响。

  研究小组首次使用高分辨率计算机模拟不同质量天体与天王星发生的碰撞过程,试图计算出这颗行星是如何进化的。该研究证实之前的研究结论——天王星轴倾斜是大约40亿年前太阳系形成阶段中出现的,很可能是遭受一颗岩石和冰块构成的年轻原行星碰撞所致。

  同时,该计算机模拟表明,碰撞残骸在天王星冰层边缘形成一层薄冰壳,并捕获天王星内核的热量,导致这颗行星更加低温。研究人员表示,天王星内部热量的吸收在一定程度上有助于解释天王星外大气层的低温现象(零下216摄氏度)。

  研究报告主要作者、杜伦大学计算宇宙学研究所博士研究员雅各布·克格雷斯(Jacob Kegerreis)说:“天王星沿着它的一侧旋转,它的轴线几乎与太阳系内其它行星轴线呈直角。现在可以肯定是讲,天王星轴倾斜是由一次大型天体碰撞导致的,但是我们对此次碰撞的真实过程了解甚少,也不清楚这样的暴力碰撞事件如何影响天王星。”

  他介绍称,我们使用一台高性能超级计算机运行了50多次不同的天体碰撞模拟实验,观察我们能否重建天王星进化的原始条件。这项最新发现证实天王星年轻时期曾遭受一颗质量是地球两倍的大型天体碰撞,如果这颗碰撞天体不是很大,撞击在天王星上就不会形成现今观测到的天王星倾斜轴。

  然而,关于天王星如何在猛烈碰撞中将残骸物质喷射太空仍能维持大气层,一直是一个未解谜团。依据计算机模拟结果,这很可能是大型天体碰撞地球所导致的。

  撞击强度足以影响天王星倾斜度,但这颗行星仍能保留大部分大气层。研究人员表示,这将有助于解释天王星环状结构和卫星的形成过程,这项模拟实验表明,该碰撞将抛射岩石和冰块至天王星轨道。

  岩石和冰块可能聚集在一起形成天王星内部卫星,并且可能改变环绕天王星现有卫星的旋转。模拟结果表明,大型天体碰撞还会导致天王星内部熔融冰块,形成质量不均衡的岩石块,这将有助于解释天王星轴倾斜,以及存 在偏离中心的磁场。

  天王星与最普通的系外行星十分相似(太阳系之外的行星),研究人员希望这项发现将有助于解释这些行星是如何进化的,以及更多地理解它们的化学成分。

  研究报告合著作者、美国宇航局艾姆斯研究中心路易斯·特奥多罗(Luis Teodoro)博士称,所有证据表明,在行星形成过程中巨大天体碰撞频繁发生。通过这项研究,我们对观察潜在宜居系外行星有了更深入的认识。目前,这项最新研究报告发表在近期出版的《天体物理学杂志》上。

 

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