【天王星的自轉軸爲什麼是躺着自轉的？】

　　可能是大撞擊引起的！現今通常的猜想是：在太陽系行星形成早期，一顆地球般大小的原行星撞擊了天王星，而後便造成了天王星現在所具有的高轉軸傾斜角度。具體的情況，請看本文的詳細介紹。

　　旅行者2號於1986年拍攝的天王星，圖：NASA/JPL-Caltech

　　天王星轉軸傾斜概述

　　天王星的自轉軸與太陽系的平面大致是平行的，其軸向傾斜度爲97.77度（由前進自轉定義），也就是說天王星是躺着自轉的。這使得天王星的季節變化完全不同於其他行星。 在至點附近時，天王星表面的一個極點會長久性的一直指向太陽，然而另一個極點會背離太陽而不被照射到。只有赤道周圍的狹小區域會經歷一個快速的晝夜循環，但赤道附近的太陽高度仍然處於地平線附近很低的位置，這和在地球極區附近看到的情形差不多。當天王星軌道運行到另一側時，兩極朝向太陽的方向將是相反的。 每一個極點附近的區域都會被太陽照射大約42年之久，然後接着又是42年的黑暗世界。在晝夜平分點附近，太陽照射在天王星的赤道附近，給出了與大多數其他行星相似的晝夜週期。

　　這種自轉軸朝向帶來的一個結果是：天王星的極地區域從太陽接收到的年平均熱輻射能量比在其赤道區域吸收的年平均熱輻射能量更大。不過，實際觀測表明，天王星赤道的熱量依然比極地高。導致這種情況的原因目前尚不清楚。而且天王星的異常軸向傾斜原因目前也還不確定，但通常的推測是，在太陽系形成期間，一顆猶如地球般大小的原行星與天王星相撞，導致了這樣的自轉軸傾斜方向。在1986年，旅行者2號近距離飛越天王星時，發現天王星的南極幾乎完全指向太陽。這個“南極”的標記使用了目前國際天文聯盟認可的定義，即行星或衛星的北極是指向太陽系的恆定平面之上的極點，這裏不考慮行星自轉的方向。在太陽系的平面上，無論行星的自轉方向如何，都是以黃道面以北的極點爲北極。但有時會使用不同的慣例，例如根據與自轉方向相關的右手定則來定義物體的北極和南極。

　　哈勃空間望遠鏡的天王星影像，可以看見雲帶、環和一些衛星。

　　圖：Hubble Space Telescope - NASA Marshall Space Flight Center

　　天王星的自轉軸爲什麼是躺着自轉的?

　　新的研究結果表明，冰巨行星天王星在太陽系行星形成的遠古時期遭遇到多重撞擊，然後形成了我們今天所能看見的局面。然而在這之前，科學家們猜測只是“一擊致命”導致的。

　　這一發現揭示了天王星及其許多衛星的早期歷史。研究人員表示，這還可能迫使天文學家們需要重新思考他們之前關於太陽系巨行星如何形成和演化的理論。

　　“標準模型的行星形成理論假設了天王星、海王星以及木星和土星的核心都是由原行星盤中的小天體吸積而形成的，”法國尼斯天文臺的研究負責人亞歷桑德羅·莫比德利（Alessandro Morbidelli）在一份聲明中說，“他們應該沒有遭遇到巨大的碰撞。”

　　Morbidelli補充說：“事實表明，天王星可能被撞擊了至少兩次，這對於巨行星的形成理論來說具有重大影響。”因此，現在必須對標準理論進行修正。

　　一個古怪的行星

　　天王星在我們的太陽系中是一個真正古怪的東西。

　　它的自轉軸傾斜了居然有98度之多，這意味着它的側面基本上是躺着自轉的。 沒有其他行星可以接近這樣的傾斜角度。例如，木星傾斜角度約爲3度，地球傾斜角度約爲23度（這些都是基於黃道平面）。

　　長期以來，科學家一直猜測使天王星受到撞擊的一定是由某種形式引起的巨大撞擊。 研究人員表示，人們現在普遍認爲，在太陽系形成的初期，由一顆質量比地球大幾倍的原行星撞擊天王星後造成的今天這一局面。

　　在進行了一系列的計算機模擬之後，Morbidelli和他的團隊可能已經找到了更好的解釋。

　　多次撞擊？

　　這項研究是10月6日在法國南特舉行的歐洲行星科學大會和美國天文學會行星科學部的聯席會議上提出的。

　　研究人員首先對單一撞擊情景進行建模。他們發現碰撞很可能發生在太陽系的早期，那時候的天王星仍然被最後形成的衛星的塵埃和氣體所包圍着。

　　在一次巨大的碰撞之後，原行星盤將圍繞天王星新高度傾斜的赤道平面進行了改造。事實確實如此，衛星對天王星的傾斜有不可分割的影響。

　　研究人員說，到目前爲止，這一模型很好，但模擬的結果卻讓人大喫一驚。如果只有一次碰撞的話，天王星的衛星會出現逆行的運動，其軌道方向與今天天文學家所觀察到的方向相反。

　　爲了解釋這一差異，研究人員調整了他們模擬的參數。研究人員說，他們發現，經過一系列至少兩次較小的碰撞可以比一次巨大的撞擊更能解釋衛星的奇異運動。他們還補充道，早期的太陽系可能比以前認爲的更具有波動性（動盪）和劇烈性。

　　天王星近紅外圖片揭示了其微弱的環系統，並突出了其傾斜的程度。

　　Credit: Lawrence Sromovsky, (Univ. Wisconsin-Madison), Keck Observatory

　　參考資料

　　1.WJ百科-英文版（Uranus#Orbit_and_rotation）

　　2.The Rotation of Uranus

　　3.Planet Uranus Got Sideways Tilt From Multiple Impacts

　　4.Ten My steries of the Solar System

　　5.URANUS: MYSTERIOUS CRASH GAVE PLANET ITS CRAZY TILT AND 18 MOONS

　　文章作者：零度星系（天文在線）

　　審覈人員：北極光

　　最終審覈： 零度星系

　　編輯用時：2018年09月28日-2018年09月29日

　　審覈用時： 一個小時

　　最後更新：2018年11月22日星期四

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　　全文排版：天文在線（零度星系）

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