天王星的诡异倾斜可能是一个失踪已久的卫星的工作

(2022-10-07 09:47:18)

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2022/10/7

天王星被颠靠它的一边而科学家们不担保为什么。(Image credit: X-ray: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al; Optical: W.M. Keck Observatory)

天王星只是平常诡异的，最诡异的事情之一是关于它的倾斜。

天王星在太阳系中有最大的为98度的倾斜度，这意味它几乎完美的垂直于它的轨道方向自旋。天文学家长久以来怀疑了在这颗行星的早期形成中一系列巨大的撞击做了这个颠覆天王星靠在它一边上的工作，但新的研究提出一个远更小的暴力原因：一颗天王星的卫星浪荡掉了。

太阳系的所有行星有倾斜度小于30度的轨道------除天王星外。整个天王星系统被颠靠在它的一边上，不只影响这颗行星的旋转而且也影响它的环和卫星，它们围着垂直于这颗行星的围绕太阳的运动环绕。

考虑到邻近的冰巨星海王星有一个正常的倾斜，天王星的奇特倾斜是特别诡异的，尽管这两者可能共享相似的形成历史。如此天王星出了什么错呢？

天文学家长期以来怀疑了当天王星正在形成时至少发生了一次巨大的撞击。这足够容易来想象：在正确的时间的正确的碰撞会提交足够的能量在它还处于它的原行星阶段中时来推在天王星上，而这颗行星在形成它的行星和卫星系统之前从不让它自己支撑起来的。

科学家们有一些来支持这一图片的证据。太阳系在它的年轻是一个相当暴力的地方，因此有很多大的岩石绕着来造成严重破坏。而海王星确实显示细微的差异，比如一个不同的温度和一组有不同特征的卫星（比如海王星的远更大），表明这两颗行星在它们形成的某个点上体验了分明的条件。

最不运气的行星

但撞击假说也有一些弱点。

早期太阳系不只有一块大岩石疾驰绕着寻找一个不运气的目标------有很多。所有行星特别是外部的行星，在它们的形成过程中可能遭受了许多碰撞。甚至内行星没有被幸免；地球在早期被一个火星大小的原行星撞击了形成月球。

因此如果天王星受到足以颠覆它的打击为什么其它行星没有呢？木星和土星最终发展了厚的气体云，随着时间这可能已经又让它们直立起来。但海王星有一个与天王星相似的历史，尽管它们的小差异但这两个冰巨星是极端的相似：它们有相似的大气层，都有纠缠的磁场，并且有相似的大小、质量和自旋速率。

我们被留下一个困境。也许可怜的天王星只是极端的不幸------而且有支持刚好正确的撞击倾斜这个世界的想法的模拟。但是，纯粹的运气没有真的满足典型的天文学家；在诉诸于它之前我们应该用尽所有其他的选择。

如此也许这个答案与撞击没有任何事情要做。也许它不得不与卫星做，正如一组科学家在一篇发布在预印本网站arXiv.org上并被《天文学与天体物理学》杂志接受发表的新论文中提出的那样。

1986年1月14日由旅行家2号拍摄的天王星照片。 (Image credit: NASA/JPL)

丢失的孩子

早期太阳系看起来不太像今天的太阳系的样子。特别是这些巨行星很可能一起远更近形成了并且离太阳远更近。随着时间，它们中相互作用以及与向外浪荡的星体迁移最远的天王星和海王星的相互作用。（事实上，太阳系的一些模型甚至预测一个第五大质量行星的存在，它在所有这些迁移期间被甩出。）

每一个巨行星都以一个卫星的集合形成，但这些卫星随行星迁移被重新穿梭。随所有复杂的引力动力学继续，一些行星失去了卫星而另一些行星获得了新的卫星。

如此天王星可能生来有或很快捕捉到一个大质量的卫星。如果这个卫星足够大，它可能已经开始了与行星的自旋玩游戏。

天王星可能始与一个随机但小的倾斜。随着时间这种倾斜将进动像天文学家叫它的那样，行星的旋转方向像一个巨大的螺旋一样摆动。（地球做同样的事情。）通常，一个卫星并不关心它的行星的倾斜进动。但一个卫星被锁定在一种共振模式中是有可能的，在这种模式中，进动需要的时间长度与卫星的整个轨道数目匹配起来。