“天王星成“怪咖” “推手”竟是冰天体”

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在操场上锻炼的时候，如果有人抬起头接触地面，躺在前面磨蹭，你一定会感到奇怪。 太阳系这个大操场上有这样奇怪的天王星。

在太阳系的8大行星上，7个兄弟的公转平面很近，公转方向一致。 它们大部分也向同一方向自转，其北极方向大致垂直于公转平面。 但是天王星的自转轴倾斜了98度，在公转平面上躺着旋转。 因此，在公转周期为84年的天王星上，南北半球经历了连续42年的漫长昼夜或极夜。

是什么造成了天王星这样奇怪的运行状态？ 最近，由日本工业大学井田茂教授领导的研究将查明原因。 模拟表明，太阳系初期巨大的冰块撞击天王星，将天王星翻转倾斜。 这个冰块的质量相当于地球的13倍。

这项研究成果已经发表在《自然天文学》杂志上。

天体撞击理论完全是原始模型

天王星距离地球很远，其探测历史不过几十年，但其奇怪的行为深深地吸引着无数学者的眼球。

关于天王星奇怪行为的原因，冲突学说的粉丝很多。 南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇在接受科技日报记者采访时表示，太阳系早期各行星的公转、自转方向必须大致相同。 现在天王星自转轴的偏转程度这么大，其卫星也在同一立场上偏移，所以容易被认为是天体撞击造成的。 天王星的卫星也应该因撞击事件发生，撞击体的质量很大。

天王星的体积和质量在太阳系八大行星中排第三和第四，这个被大块头撞击的对象也必然不是小块头。 何况天王星总是自转的。 就像翻高速旋转的陀螺一样，更难。

以前有学者推断碰撞体可能和地球一样大。 因此，学术界有以地球为导出原型的岩质碰撞体碰撞学说。 但是，许多现象仍然没有得到满意的解释。

井田茂先生说，许多以前的碰撞模型，过于紧凑的盘状结构的尺寸比现有天王星卫星系统小一个数量级，但质量却大两个数量级。

周礼勇进一步解释说，如果岩质撞击体撞击天王星，一些物质将嵌入天王星的岩质核，天王星的质量将增加。 另外，在激烈的撞击过程中，撞击体飞散，散布大量碎片，在天王星周围形成碎片盘，不久也有可能诞生成岩质卫星。

但是，现实中的天王星卫星大多由冰物质构成，与岩质碰撞体理论推测的结构相差甚远。

为了弥补以往模型的各种不完善之处，井田茂团队提出了冰质碰撞体碰撞的理论。 由于碰撞时的温度上升，冰质物质会挥发。 距离天王星比较近的气体受到束缚，很可能成为天王星大气中的一部分。 碰撞的瞬间，逃到远方的气体不会马上被束缚，而是扩散到目前我们观测到的卫星位置，温度冷却，形成冰质卫星。

该模型很符合天王星及其卫星系统的现状。 周礼勇总结。

这个模型是解释天王星卫星系统结构的第一个模型，可能有助于解释海王星等太阳系其他冷行星的结构。 井田茂表示，除此之外，天文学家还发现了1000万冰质系外行星，该模型也有可能同样适用。

扭曲，为了奇怪的磁场而合作

碰撞对天王星有那些影响吗？ 周礼勇说天王星奇怪的磁场可能是撞击事件留下的后遗症。

在太阳系中，大部分行星有磁场，有强也有弱，但大部分都是以眼睛的旋转轴为中心形成的。 因此，行星上的磁极和地理极不重合，有磁偏角，但一般来说差不多。 例如，我国各地的磁偏角略有不同，最大约为6度，通常为2~3度。

但是，天王星的磁场和自转方向并不接近。 天王星的磁场不是几何学中心，呈现出极不对称的畸变状态。 在南半球表面，磁场强度小于0.1高斯，但在北半球高达1.1高斯。 20世纪80年代，旅行者2号发现天王星的磁场有多个极，磁偏角大约为50度。 在地球这样的行星上常见的法则中，天王星完全独断。

发电机理论是行星磁场形成机制的主流学说之一。 周礼勇解释说，电磁之间有感应，磁现象多来源于电荷定向运动。 行星内部存在导电流体，通过自转，流体向同一方向流动，形成磁场。

以地球为例，地球深处高温高压的物理环境会电离地核中的铁、镍等原子，释放出具有足够动能的电子。 由于地球自转，内部的导电性流体循环流动，发生电荷的定向运动，产生地磁。 因此，自转较慢的行星的磁场，水星和金星等的磁场较弱的情况也很多。

因为，行星磁场的方向一般沿着自转轴的方向。 因为天王星奇怪的磁场很可能与扭曲的自行车轴有关。 周礼勇说。

有些学者认为，以太阳为中心运动的各行星的偏磁角的大小与行星自转轴倾斜的立场大小大致成正比。 也就是说，一般认为自转倾斜角越大的行星，偏磁度越大。 天王星自转倾角高达98度，磁偏角自然也变大。

我们从20世纪80年代开始对天王星进行了更细致的观测和研究，至今也不过40余载。 天王星的磁场和其他特征处于长时间变化的过程中吗？ 目前的观测只是天王星漫长生命中的过渡吗？ 因为这些问题还不知道，所以求解需要时间。 周礼勇说。

从旧数据中发现了大气的逃逸

谁也没想到天王星形成初期发生的碰撞事件，就像最初倒下的多米诺骨牌一样，引发了后续一系列奇怪的现象，使这位冰巨星成为名副其实的奇怪咖啡。

2019年地球物理研究快报发表的研究成果显示，发现了天王星表面大气散失的证据。 是引起磁场和这种现象的原因之一。

美国国家航空空航天局( nasa )的研究人员吉娜·德布拉西奥等人重新检查了1986年1月旅行者2日收集的数据，发现数据波动，即磁场爆炸。 他们进一步解析数据后得出结论，天王星上存在宽约40万公里、长约20万公里的等离子体粒块。 这是天王星表面由剥离的大气构成的。

研究人员发现，旅行者2号飞过天王星时，穿过了光滑闭合的等离子体粒块。 这种等离子体是由等离子体和磁场组成的合成结构，主要由天王星的部分电离大气及其磁场结合形成，受太阳风等的影响脱离天王星磁场的尾端，就像太阳从天王星吸入大气一样。 据估计，通过这种方法脱离天王星的大气占大气质量损失的15% 55%。 比例高于木星和土星。 天王星向空发射大气的最重要的方法。

逃跑的大气对天王星有什么影响？ 人类现在不太能断言天王星的观测历史。 因为逃逸大气对天体的影响是一个漫长的过程，例如火星在40亿年间逐渐失去了大气保护，从潮湿的星星变成了干星。 因此，研究大气逃逸对天王星的影响需要长时间的观测过程。

研究人员表示，行星磁场既能保护大气层免受太阳风的侵害，又能加速表面气体的逃逸。 很明显，这项研究表明天王星的磁场在这个过程中起着推波助澜的作用。

总之，天王星这个怪咖还有太多未解之谜，隐藏在这背后的真正机制是什么？ 未来会带来奇迹吗？ 许多学者需要在长时间的尺度上继续寻找。

怪咖档案

特殊的自转轴在太阳系形成之初，行星形成时的自转角动量方向与太阳系整体的角动量方向基本一致，即自转轴和公转轨道有垂直的趋势。 但是天王星的自转轴和公转轨道的角度高达97.77度，天王星几乎躺着自转，看起来非常特殊。

畸变磁场科学家曾试图利用太阳风测量天王星的磁场，但得到奇怪现象的天王星磁场不在几何中心，呈不对称状态，天王星北极磁场的强度与其他行星有很大不同。 同样是冰巨星的海王星也发现了同样的规律，科学家们推测这可能是冰巨星的特征之一。

逃跑的大气旅行者2日飞过天王星时，穿过了宽约40万公里、长约20万公里的等离子体团。 这也是科学家首次发现与冰巨星相关的等离子体团。 估计天王星表面由剥离的大气构成。 天王星和火星一样将失去对大气的保护。 (记者在紫月)