太阳系中的冰川巨人天王星的不寻常性质长期困扰着科学家。太阳系中所有的行星都以相同的方向和平面围绕太阳旋转。天文学家认为，这是我们太阳系是如何通过旋转气体和尘埃圆盘形成的遗迹。大多数行星也是同一个方向旋转的，它们的极点垂直于行星的旋转平面。然而天王星在所有行星中是独一无二的，它的倾角达到了98度。

与其考虑恒星分散在各个方向，与地球距离不同的现实，不如通过想象天球更容易理解。要描述天球是什么，抬头看看夜晚空想象你看到的所有恒星都画在太阳系周围的球体内部。然后，当地球相对于“球体”运动时，恒星似乎起起落落。当天王星围绕太阳旋转运行时，它的极点总是指向与球体相关的固定点，所以从地球观测者的角度来看，它似乎在旋转和摆动。天王星也有一个类似于土星的环系统和27颗围绕其赤道运行的卫星。

因此，它们也相对于黄道面倾斜。由东京工业大学地球生命科学研究所的Ita Mao教授领导的研究小组现在已经解释了天王星的一系列不寻常的起源。研究表明，在我们太阳系的早期，天王星被一颗质量约为地球一至三倍的小型冰行星撞击，这颗年轻的行星被掀翻，留下了其独特的卫星和环系统，成为确凿的证据。研究团队在构建一个新的天王星卫星绕天王星形成的计算机模拟的过程中得出了这个结论。

太阳系中的大多数行星都有不同大小、轨道、成分和其他性质的卫星，科学家认为这有助于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，当一个火星大小的岩石天体撞击早期地球时，地球上唯一的月球形成了。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。科学家预测，这种大规模碰撞在太阳系早期更为常见；事实上，它们是所有行星是如何形成的故事的一部分。

然而，天王星一定经历了与地球截然不同的撞击，仅仅因为天王星是在远离太阳的地方形成的。因为地球离太阳更近，那里的环境更热，主要由科学家所说的“非挥发性”元素组成，这意味着它们在地球表面的正常压力和温度下不会形成气体，因为它是由岩石组成的。相比之下，太阳系最外层的行星主要由水和氨等挥发性元素组成。即使这些在地球表面的温度和压力下是气体或液体，它们也会冻结成远离太阳的固态冰。

根据研究，对遥远冰行星的巨大影响将与涉及岩石行星的影响完全不同，例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的，天王星及其冰块产生的大部分碎片会在碰撞过程中蒸发。在地球形成月球的撞击中，所涉及的岩石物质可能也是一样的，但相比之下，这种岩石物质的凝结温度非常高，这意味着它很快就会凝固，所以月球可以收集到大量由于自身重力碰撞产生的碎片。

在天王星上，一个巨大的冰撞击器可以使行星倾斜，使其有一个快速的旋转周期，碰撞产生的物质使最大的质量体在更长的时间内保持气态，也就是说，天王星后来收集了大部分剩余部分，所以天王星的卫星非常小。准确地说，天王星与天王星“卫星”的质量比是地球和月球的100多倍。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和月球系统形态的模型，可能对解释太阳系其他冰行星的形态有帮助，比如海王星。

此外，天文学家现在已经发现了数以千计围绕其他恒星的行星，也被称为系外行星。观测表明，许多新发现的行星在系外系统中被称为超级地球，它可能主要由水冰组成。这个模型也可以应用到这些行星上。

博科公园|研究/来自:密歇根大学

参考科学杂志

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