為何天王星會趴著繞行太陽?新模擬表明:曾被原行星暴力衝撞

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 04 日 12:18 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

做為太陽系第七行星,天王星(Uranus)真的很奇怪,最特別之一莫過於它的自轉軸傾斜角度高達 97.77275°,看上去就像趴著繞行太陽。最近科學家發表了最新模擬的結果,認為天王星在 40 億年前曾被一顆原行星暴力衝撞,並形成今日種種謎團。



當它來到至點附近時,一個極點會持續指向太陽,維持長達 42 年的永晝,另一個極點則背向太陽,維持 42 年的永夜,只有赤道附近的狹窄區帶可以體會到日夜迅速交替,且太陽位置非常低,就像地球兩極;而天王星對流層頂的溫度最低紀錄只有 49K(-224℃),為太陽系中溫度最低的行星,比第八行星海王星還要冷。

此外,太陽系內多數行星的自轉軸傾斜方向與太陽大致對齊,只有天王星的自轉軸可以說是趴躺在黃道面,傾斜角度高達 97.77275°,當天王星繞著太陽公轉時,看上去就像一顆球在平面上滾動。

天王星也跟土星一樣,擁有自己的行星環,甚至最近還有研究以光譜分析,證實天王星味道聞起來像臭雞蛋。

這麼多謎樣特徵都讓天文學家百思不得其解,最近,由英國杜倫大學領導的團隊提出了天王星自轉軸為何高度傾斜的成因。

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

團隊以高性能超級電腦模擬了 50 多種不同場景,以確定哪一個最能解釋當前天王星的傾角與冰凍環境,重塑行星演變史。根據模擬結果,是可能是大約 40 億年前太陽系早期階段,天王星曾被質量約地球 2 倍的流氓原行星(protoplanet)撞擊過,發生 2~3 次災難式碰撞。

該模型巧妙地解釋了天王星一切謎團,首先,一顆質量為地球 2 倍的原行星,衝撞強度既足以讓天王星傾斜,但又不至於大到剝離天王星的大氣層;其次,幫助解釋天王星環與內部衛星的形成,模擬表明,碰撞可以將一些岩石和冰拋到天王星周圍軌道,接著聚集形成天王星的內部衛星,並可能改變其他已繞行天王星運轉的衛星旋轉。

第三,解決天王星大氣極低溫度的由來,撞擊碎片可能在行星冰層附近形成薄殼,防止天王星內部熱量傳遞到高層大氣;最後,碰撞可能導致天王星內部形成不均勻分布的熔冰和岩石沉積,影響磁場特性,導致天王星如今磁場軸相對於自轉軸傾斜了 59°。

許多系外行星看起來都很像天王星,新模型將有助於理解其他行星如何演變,以及它們的化學組成。新研究發表在《天體物理學》期刊。

(首圖來源:NASA

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