「大災變」碰撞塑造了天王星的演化

一項最新研究表明，天王星被一顆體積約為地球兩倍的巨大物體擊中，導致星體傾斜，並能解釋其冰凍溫度。英國杜倫大學的天文學家們領導了一個國際專家小組，研究天王星是如何向一側傾斜的，以及巨大的撞擊會對天王星的演化產生什麼影響。研究小組首次用高解析度的計算機模擬了與這個巨大的冰川所發生的各種大規模碰撞，試圖找出這顆行星是如何演化的。

與天王星相撞的一個巨大物體的大小是地球的兩倍，這導致了地球非同尋常的自轉，從高解析度的模擬中使用了超過1000萬個粒子，這些粒子被其內部能量所影響。圖片：Jacob Kegerreis/Durham University

這項研究證實了先前的一項研究，天王星傾斜的位置是由於與一個巨大物體碰撞造成的——很可能是40億年前太陽系形成時，一顆由岩石和冰構成的年輕原行星。模擬還表明，撞擊器的碎片可以在行星冰層邊緣形成一個薄殼，並將天王星核心的熱量捕獲。研究人員說這種內部熱量的吸收可能在一定程度上有助於解釋天王星外層大氣的極冷溫度(零下216攝氏度，零下357華氏度)。這項研究結果發表在《天體物理學》上。

該研究的主要作者、英國杜倫大學計算宇宙學研究所的博士雅各布·凱格瑞斯說：天王星在它的一側旋轉，它的軸線幾乎與太陽系其他所有行星的軸線成直角。這幾乎肯定是由巨大的影響造成的，但我們對這是如何發生的，以及其他這樣的暴力事件如何影響這個星球知之甚少。用一台高性能的超級計算機運行了超過50種不同的撞擊場景，看看我們是否能夠重現塑造地球進化的條件。

發現證實最有可能的結果是，年輕的天王星與一個質量是地球兩倍(如果不是更大的話)的物體發生了災難性的碰撞，撞向了它的一側，並引發了促成我們今天看到這個星球的事件。關於天王星如何在劇烈碰撞可能會將其送入太空的情況下保持其大氣層，一直存在著一個問號。根據模擬結果，這很可能是由撞擊物撞擊地球造成的。撞擊的強度足以影響天王星的傾斜度，但這顆行星能夠保留大部分大氣層。

2004年利用凱克望遠鏡自適應光學獲得的天王星兩個半球的紅外合成圖像。圖片：Lawrence Sromovsky, University of Wisconsin-Madison/W.W. Keck Observatory.

這項研究還可以幫助解釋天王星的光環和衛星的形成，模擬的結果表明，撞擊可以將岩石和冰拋射到地球的軌道上。這些岩石和冰可能聚集在一起形成了這顆行星的內部衛星，並可能改變了已經環繞天王星運行的衛星的旋轉。模擬結果顯示，撞擊可能造成了地球內部的熔融冰和不平衡的岩石塊。這有助於解釋天王星傾斜和偏離中心的磁場。天王星與最常見的系外行星(太陽系外的行星)相似，研究人員希望他們的發現將有助於解釋這些行星是如何演化的，並進一步了解它們的化學成分。

博科園-科學科普｜參考期刊：天體物理｜來自：達勒姆大學

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！