天王星的一大特點是其自轉軸非常傾斜，甚至已經到了“傾倒”的地步。在一項最新的研究中，科學家們通過超級計算機進行了高精度模擬，分析了天王星異常的自轉軸角度是如何形成的。結果表明，天王星很可能遭受過一次災難性的撞擊，這次撞擊是由一顆相當於地球兩倍質量的大天體造成的。同時，研究人員還根據模擬結果分析了天王星大氣的極端低溫與異常磁場是如何產生的。這項研究發表於7月2日的《天體物理學雜誌（The Astrophysical Journal）》。
圖注：天王星很可能遭受過一次災難性的撞擊，這次撞擊是由一顆相當於地球兩倍質量的大天體造成的。
熟悉天王星的人都知道，這顆巨大行星的一個特別之處在於其自轉軸嚴重傾斜。由於其自轉軸與其公轉軌道平面已經近乎平行，甚至可以認為，這顆行星是“平躺”著圍繞太陽運轉的。
圖注：近乎“平躺”自轉的天王星。
根據一項新的研究，天王星是在40億年前被一個大約是地球兩倍質量的巨大天體擊中，才導致其嚴重傾斜的，而且這一理論還可以解釋其極低的大氣溫度。一個由英國達勒姆大學(Durham University)的天文學家帶領的國際專家小組發動了這項研究，並且分析了這次巨大的撞擊會對天王星的演化產生了什麼影響。
該小組首次對這個冰凍的巨大行星進行了不同質量天體碰撞的高分辨率計算機模擬，並籍此來分析這顆行星是如何演化的。
圖注：本次研究中的計算機模擬圖像，圖中的顏色表徵了天王星在碰撞過程中各處的溫度分佈。
這項研究證實了先前的一項研究，該研究稱天王星傾斜的原因是在大約40億年前太陽系形成過程中，與一個巨大的天體——很可能是一顆由岩石和冰組成的年輕的原行星——發生碰撞造成的。模擬還表明，撞擊產生的碎片可以在行星冰層邊緣附近形成一個薄殼，並捕捉天王星核心散發的熱量。研究人員說，這種對其內部熱量的捕獲可能有助於解釋天王星外層大氣的極端低溫(-216℃)。
達勒姆大學計算宇宙學研究所的博士研究員雅各布·凱格里斯(Jacob Kegerreis)說：“天王星在圍繞太陽旋轉的過程中，其自轉軸線幾乎與太陽系中所有其他行星成直角。這幾乎可以肯定是由一次巨大的撞擊造成的，但我們對這一事件是如何發生的，以及這類撞擊事件是如何影響星球演化的，知之甚少。”
圖注：天王星。
他表示：“我們用一臺高性能的超級計算機模擬了50多個不同的撞擊場景，來看看是否能夠重現這顆星球的演化的條件。”
“我們的研究證實，可能性最高的情況是，年輕的天王星與一個質量為地球兩倍的天體發生了災難性碰撞，這顆原行星撞向天王星的一側，並在之後引發了一些列的演化事件，形成了今天的天王星”，凱格里斯說。
之前科學家們並不清楚，在這樣一次猛烈的碰撞後，天王星是如何保持住它的大氣層的。根據本次模擬結果，這很可能是因為原行星對天王星進行的是一次掠向碰撞。這次碰撞的強度足以讓天王星的傾斜，但能夠保留其大部分的大氣層。
圖注：研究人員認為，適當的碰撞強度與角度足以讓行星自轉軸傾斜，但能夠保留其大部分的大氣層。
這項研究也有助於解釋天王星光環和衛星的形成，模擬結果表明，撞擊可能會將岩石和冰拋入環繞天王星的軌道。這些岩石和冰既可能會再次聚集在一起形成天王星的衛星，也可能會改變天王星原有衛星的運行。
模擬結果表明，撞擊可能會在天王星內部產生熔融的冰和不對稱的巖塊。這可能有助於解釋天王星傾斜並偏離中心的磁場。
這項研究的作者之一，BAER/NASA艾姆斯研究中心的路易斯·特奧多羅（Luis Teodoro）博士說：“所有的證據都表明，巨大的撞擊在行星的形成過程中是非常頻繁的，通過這種研究，我們現在可以更深入地瞭解它們對系外行星宜居性的影響。”
圖注：太陽系八大行星。
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