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40多亿年前的太阳系碰撞事件,天王星被撞翻,另一颗大行星粉碎

2020/6/24 10:20:04 来源:原创 浏览:

在太阳系中,没有一颗行星比天王星更特别了。当所有的行星规规矩矩地在公转轨道上“跑步前进”的时候,只有天王星是“躺着”运行的。到底为什么会这样呢?

“懒惰”的天王星

1781年,英国天文学家赫歇耳首先发现了天王星。由于这是人类第一次用望远镜发现太阳系行星,故而天文学家们用罗马神话中最早的神祇——乌拉诺斯为它命名,也就是Uranus,意译到汉语就是天王星了。

我们知道,所有的行星都在自转,同时也在围绕太阳公转。在自转的时候,行星都是绕着一条虚拟的线转,这条线叫做自转轴。自转轴穿过行星,一头叫做北极点,另一头叫做南极点,两者正中间围绕行星的一条外圈,叫做赤道。而在公转的时候,它们的轨道始终处于一个平面上,这叫做轨道平面。轨道和轨道平面的夹角,就是一颗行星的转轴倾角。

比如地球,转轴倾角又叫黄赤交角,大约是23.5°(会有细微的变化)。正是这个转轴倾角,导致地球运行到不同位置时,某个地区接收到光照的时长也不同,于是有了四季的更替。

奇怪的是,其他的行星的转轴倾角都是锐角(金星除外),最大的海王星也不过是28.32°。而唯独天王星,竟然达到了97.77°,接近于直角。因此,在宇宙中看,天王星就是“躺着”在公转。尤其是天王星还有13个光环,这样的形态就更加明显。

因此,天王星上出现了诡异的现象:当北半球正对太阳时,南半球处于黑暗之中。在经历了差不多半个公转周期的白天后,其中一个半球就会进入差不多半个公转周期的黑夜。由于天王星的公转周期是84年,这意味着每个半球的每个黑夜和白昼都要持续差不多21年。

为什么“躺下”

那么,天王星到底为何会以这样诡异的状态公转呢?

我们知道,目前科学家对于太阳系形成的理论,还是以星云说为主。也就是一片原始星云,通过坍缩形成太阳和其他天体。而坍缩的过程中会有角动量的出现,于是开始旋转。按照这个理论来说,行星的自转方向和公转方向应该位于同一平面,只是由于引力的波动,可能出现一点点偏角,像地球这样。但是,像天王星这样偏出去97.77°,而且包括13个行星环和27颗已知的卫星也以同样的角度偏离,那就是上厕所跳远——过分了。

因此,我们有理由认为,天王星之所以会这样运行,不是在形成时就这样的,而是后来发生了某些变故,才改变了最初状态的。

我们知道,天王星的直径是地球的4倍,质量是地球的15倍,非常巨大。到底是什么样的变故,才能对天王星这样的巨大天体产生如此严重的影响呢?

能够有如此威力的,恐怕就是另一颗天体了吧。而且,还不能是太小的天体。像1994年苏梅克·列维9号彗星撞上木星的那种级别,根本就掀不起什么波澜。另外,由于行星环和卫星也以同样的角度偏离,说明这次碰撞发生得非常早。

于是,天文学家们利用计算机模拟天王星被碰撞的过程,希望能够再现当初那场轰轰烈烈的宇宙事故,看看当时到底都发生了什么。可是,模拟结果总是不尽如人意,和今天的现状有很大的出入。比如说,很多模拟结果虽然让天王星的自转轴偏转到了现在的角度,但撞击后形成的碎片质量都非常大,而如今天王星的卫星和光环总质量远远达不到这样的质量。

终于匹配

最近,一支科学团队宣布,他们已经成功建立了一个模拟数据,实现了质量和天王星偏角的匹配。

他们认为,同样是行星之间的撞击,发生在类地行星和天王星这样的冰巨星上是完全不同的效果。比如月球的形成,很可能来自于40多亿年前一颗叫做忒伊亚的行星对地球的撞击后形成。如果它撞上天王星,结果就会和现在大不相同。

由于理论上的忒伊亚和地球都是岩石行星,所以撞击后溅起的碎片都是岩石,比较容易凝固。而天王星不同,当它被撞击的时候,溅起来的物质以易挥发的水和氨等物质为主,而且它们更容易长时间保持气体状态,凝固过程会非常缓慢。于是,在这个过程中,天王星又把大量的物质重新吸收回体内,只给卫星和行星环留下了一点残渣。

在综合考虑了所有的相关因素后,研究人员认为,当初撞击天王星的那一颗天体应该含有大量的冰,而且质量非常巨大,大约在地球的1-3倍之间。

日本东京工业大学地球生命科学研究所的Shigeru Ida是本次研究的主要作者,他表示这是人们第一次对天王星的卫星系统进行详细的构造描述,而且这样的研究也有助于对海王星等天体的理解。

另外,由于人类已经发现的系外行星中也有很大一部分含有大量的水冰,因此,这一次研究也有助于我们理解系外行星。

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看看网友怎么说

用户7148581984043:百年内的事我认可,没人之前的事别忽悠。

三金史前评书:40亿年前的事情都清楚啊?再发表一个39亿年前的事情呗。

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