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太阳系最特殊,倾斜度达到98度,能否揭示天王星的怪异起源?

太阳系冰川巨星天王星的不同寻常属性长期以来一直困扰着科学家,太阳系中的所有行星都以同一方向和同一平面围绕太阳旋转,天文学家认为这是我们太阳系是如何由气体和尘埃旋转圆盘形成的遗迹。

太阳系冰川巨星天王星的不同寻常属性长期以来一直困扰着科学家,太阳系中的所有行星都以同一方向和同一平面围绕太阳旋转,天文学家认为这是我们太阳系是如何由气体和尘埃旋转圆盘形成的遗迹。大多数行星也以相同的方向旋转,它们的极点方向垂直于行星旋转平面。然而,天王星在所有行星中是独一无二的,天王星的倾斜度达到98度。

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与其考虑恒星散布在各个方向、离地球不同距离的现实情况,不如想象天球更容易理解。要描绘天球是什么,抬头看看夜空,想象你看到的所有星星,都画在围绕太阳系的球体内侧。然后,当地球相对于这个“球体”运动时,恒星似乎会升起和落下。当天王星围绕太阳旋转和运行时,它的两极一直指向与这个球体相关的固定点,因此从地球观察者的角度来看,它似乎在旋转和摆动。天王星也有一个类似土星的光环系统,以及围绕其赤道运行的27颗卫星。

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因此,它们也是相对于黄道面倾斜的。由东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI)伊田茂教授领导的一个研究小组,现在已经解释了天王星一系列不同寻常的性质起源。研究表明,在我们太阳系的早期,天王星被一颗质量大约是地球一到三倍的小冰行星击中,这颗年轻的行星被掀翻了,留下了它独特的卫星和环系,成为确凿的证据。研究小组在构建一种新型的计算机模拟天王星卫星围绕天王星形成的过程中得出了这一结论。

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太阳系中的大多数行星都有不同大小、轨道、组成和其他性质的卫星,科学家们认为这可以帮助解释它们是如何形成的。有强有力的证据表明,大约45亿年前,当一个岩态火星大小的天体撞击早期地球时,地球唯一卫星月球就形成了。这个想法很好地解释了地球和月球的组成,以及月球绕地球运行的方式。科学家预计,这种大规模碰撞在早期的太阳系中更为常见;事实上,它们是所有行星被认为是如何形成故事的一部分。

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但是天王星一定经历了与地球非常不同的撞击,仅仅是因为天王星形成的距离太阳要远得多,由于地球离太阳更近,那里的环境更热,所以它主要是由科学家所说的“非挥发性”元素组成,这意味着它们不会在正常的地球表面压力和温度下形成气体,因为是由岩石组成的。相比之下,太阳系的最外层行星主要由水和氨等挥发性元素组成。即使这些是在地球表面温度和压力下的气体或液体,在离太阳很远的地方,它们也会冻结成固体冰。

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根据研究,对遥远冰行星的巨大撞击将与那些涉及岩石行星的撞击完全不同,比如科学家认为形成月球的地球撞击。因为水冰是在低温下形成,天王星及其冰块撞击产生的碎片在碰撞过程中会大部分蒸发。在地球形成月球的撞击中,涉及的岩石材料也可能是如此,但相比之下,这种岩石材料具有非常高的凝结温度,这意味着它很快就会凝固,因此由于自身引力月球能够收集到大量碰撞产生的碎片。

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在天王星上,一个巨大的冰面撞击器能够倾斜行星,使它有一个快速的自转周期(天王星一天大约17小时,比地球还快),碰撞产生的物质保持气态时间更长最大的质量体,也就是后来的天王星,收集了大部分的剩余物,因此,天王星的卫星很小。准确地说,天王星质量与天王星“卫星”的质量之比,比地球与月球的质量之比大100倍以上,研究模型很好地再现了天王星目前的卫星结构。这个模型是第一个解释天王星月球系统形态的模型,它可能有助于解释太阳系中其他冰行星的形态,比如海王星。

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除此之外,天文学家现在已经发现了数以千计围绕其他恒星的行星,也就是所谓的系外行星,观测表明,许多新发现的行星在系外系中被称为超级地球,可能主要是由水冰组成,这个模型也可以应用于这些行星。

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