大灾变碰撞塑造了天王星的演化

一项最新研究表明，天王星被一颗体积约为地球两倍的巨大物体击中，导致星体倾斜，并能解释其冰冻温度。英国杜伦大学的天文学家们领导了一个国际专家小组，研究天王星是如何向一侧倾斜的，以及巨大的撞击会对天王星的演化产生什么影响。研究小组首次用高分辨率的计算机模拟了与这个巨大的冰川所发生的各种大规模碰撞，试图找出这颗行星是如何演化的。

与天王星相撞的一个巨大物体的大小是地球的两倍，这导致了地球非同寻常的自转，从高分辨率的模拟中使用了超过1000万个粒子，这些粒子被其内部能量所影响。图片：Jacob Kegerreis/Durham University

这项研究证实了先前的一项研究，天王星倾斜的位置是由于与一个巨大物体碰撞造成的——很可能是40亿年前太阳系形成时，一颗由岩石和冰构成的年轻原行星。模拟还表明，撞击器的碎片可以在行星冰层边缘形成一个薄壳，并将天王星核心的热量捕获。研究人员说这种内部热量的吸收可能在一定程度上有助于解释天王星外层大气的极冷温度(零下216摄氏度，零下357华氏度)。这项研究结果发表在《天体物理学》上。

该研究的主要作者、英国杜伦大学计算宇宙学研究所的博士雅各布·凯格瑞斯说：天王星在它的一侧旋转，它的轴线几乎与太阳系其他所有行星的轴线成直角。这几乎肯定是由巨大的影响造成的，但我们对这是如何发生的，以及其他这样的暴力事件如何影响这个星球知之甚少。用一台高性能的超级计算机运行了超过50种不同的撞击场景，看看我们是否能够重现塑造地球进化的条件。

发现证实最有可能的结果是，年轻的天王星与一个质量是地球两倍(如果不是更大的话)的物体发生了灾难性的碰撞，撞向了它的一侧，并引发了促成我们今天看到这个星球的事件。关于天王星如何在剧烈碰撞可能会将其送入太空的情况下保持其大气层，一直存在着一个问号。根据模拟结果，这很可能是由撞击物撞击地球造成的。撞击的强度足以影响天王星的倾斜度，但这颗行星能够保留大部分大气层。

2004年利用凯克望远镜自适应光学获得的天王星两个半球的红外合成图像。图片：Lawrence Sromovsky, University of Wisconsin-Madison/W.W. Keck Observatory.

这项研究还可以帮助解释天王星的光环和卫星的形成，模拟的结果表明，撞击可以将岩石和冰抛射到地球的轨道上。这些岩石和冰可能聚集在一起形成了这颗行星的内部卫星，并可能改变了已经环绕天王星运行的卫星的旋转。模拟结果显示，撞击可能造成了地球内部的熔融冰和不平衡的岩石块。这有助于解释天王星倾斜和偏离中心的磁场。天王星与最常见的系外行星(太阳系外的行星)相似，研究人员希望他们的发现将有助于解释这些行星是如何演化的，并进一步了解它们的化学成分。

博科园-科学科普｜参考期刊：天体物理｜来自：达勒姆大学