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天王星最显著的特征大概就是它的自转轴倾斜了98°。这是由什么引起的呢？  关于太阳系的歌曲是我童年的重要组成部分。这些歌曲讲述了九大行星中（冥王星降级之前）每个行星的一个事实，是的没错，我发现我常常在洗澡时唱这些歌。 有关天王星的事实通常是一致的：“天王星向一侧旋转。”不仅对孩子来说令人惊奇又难忘，而且它确实是真实的。天王星的倾角（倾斜）为98°，这使得它的旋转轴比其他任何行星都更靠近黄道平面。但仍没有人知道这是如何实现的。 当前理论的难题  天王星的倾斜角度为98°。[NASA] 1. 多年来的看法认为，天王星早期受到过一个甚至多个巨大的撞击，致使天王星向一侧倾斜，并且这样巨大的撞击非常普遍。当前论文的作者概述了这一理论的四个潜在问题。如果天王星屡次受到撞击而海王星并没有，人们认为，它们的旋转速度应有显著差异。这是因为某些撞击可能会加快或者减缓天王星的旋转。相反，天王星和海王星的一天相差仅6％（分别为17.2小时和16.2小时）。  2. 巨大的撞击会破坏环绕天王星运行的卫星。作者认为，如果天王星真的遭受过巨大撞击，其卫星的总质量应该低于我们观察到的质量。然而天王星有“适当”数量的月球质量卫星。 3. 设计一个足以使天王星倾斜的撞击器非常困难。这并不意味着多重撞击是不可行的，但是建模是一个具有挑战性的方案。  4. 巨大的撞击会使天王星加热得非常快，致使许多内部的冰会升华成气体，然后被喷射到太空中。如果这种情况发生，天王星的卫星将主要由冰构成，然而实际上卫星主要由岩石构成，只含有少量冰。作者提出了另一种引起天王星倾斜的方法：由巨大的外行星盘引起的自旋轨道共振。为了验证这种可能，他们模拟了一个早期天王星和海王星的演化，每一个行星都有一个含有大量的尘埃和气体的轨道。 什么是自旋轨道共振？  图1中的动画显示了地球自转轴进动的过程[罗伯特·西蒙/美国宇航局]。 “共振”的含义是两个周期为彼此的整数倍。举个例子，当人们推着孩子荡秋千时，如果用正确的频率推，秋千会飞得很高；如果频率不合适，乐趣则会减少许多。海王星与冥王星形成的系统就是轨道共振的一个例子。当海王星绕太阳运行三周时，冥王星运行两周，所以冥王星的轨道十分稳定。自旋轨道共振是一种长期的共振，这意味着天王星自转轴的进动与天王星的轨道发生共振。如图1中的动画所示，轨道进动是指轨道随着时间的推移而改变方向，导致极点指向不同的方位。进动的速度通常很慢，以至于它无法与轨道产生共振，例如地球进动一次需要26000年，但它的轨道周期只有一年。在这篇论文中，作者通过增加天王星的进动率使它产生自旋轨道共振——这是拥有外行星盘造成的结果。  图2展示了了论文中的第一个模型。该模型的底部设置了一个恒定的行星盘，它的顶部倾角则在超过一百万年的时间区间内持续变化。倾角的变化对行星盘的寿命非常敏感。中间的图表则显示该系统与完美共振（虚线）十分接近 [Rogoszinski & Hamilton, 2020]。  当每一个冰巨星形成时，均有一个环绕的行星盘。行星盘的寿命相对较短——在构成它的物质物质落向行星或形成卫星之前，它只能在行星周围停留大约100万年。这意味着，在行星盘消散、倾斜度永久固定之前，天王星只有一百万年的时间完成翻转。为了确定不同类型的行星盘是否能够使天王星或海王星倾斜，作者建立了计算机模型来捕捉行星盘与行星之间的相互作用。这里总结了其中三个最关键的模型。  模式1是最简单的一种，在即刻消散之前它拥有一个巨大的盘状物的时间持续了100万年，如图2所示，可以看出其倾斜角（最顶部）能从0度变化到大约65度然后再变回为0度。作者发现一个固定的碟状物可以让天王星倾斜，但是它也能轻松消除倾斜，使其不那么难以预测。  如图3所示是第二种模式，这个碟状物在超过100万年的时间里慢慢消散（底部），天王星的倾斜角增加了之后固定在了45度左右（顶部）。第二种模式包含了更为直观的碟状物在100万年间消失的过程，就像图3显示的那样。倾斜角到达了最大值大约55度，然后固定在了45度。这个正在消失的碟状物很好地维持着天王星的倾斜，但是45度的倾斜角度还没到我们现在所观测到的数值的一半。模式3等同于模式2，但是天王星由于碟状物中的碎片掉落在自己身上所以在质量上有所增加，如图4所示。一旦碟状物消失，倾斜度就会到达最大为70度左右并且持续在60度，这个模式与现今的观测值98度是最接近的了，但是倾斜得还不够。 最后一次倾斜  作者发现模式三是最直观现实的一种，因为它在天王星大概倾斜到最大值70度的时候准确地捕捉到了其物理轨道。他们推断这个结果支持了一种假设，假设的内容是自旋轨道的共振是天王星具有高倾斜角度的原因。他们还认为这个结果或许能对促使天王星倾斜角从70度增加到98度产生巨大影响，但是单独的影响要比一系列的巨大影响要更显著，作者们创造出了比现有更多的自旋轨道模式以用来解释天王星和海王星的演变过程。其中有一些模式能够产生可供观察的效果是让人备受鼓舞的，能够理解一个几乎是在5000万年前出现的天文现象，仅仅靠当前有限的观察数据是很难的。 参考资料 1.Wikipedia百科全书 2.天文学名词 3.Astrobites-wxydsb，胡萝卜，暗挫挫(￣￣") 如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处 翻译：天文志愿文章组-快速翻译小分队 联合署名：wxydsb，胡萝卜，暗挫挫(￣￣") 审核：天文志愿文章组- 排版：零度星系 参考资料 1.WJ百科全书 2.天文学名词 3.原文来自：https:///2020/03/10/a-new-approach-to-tilting-uranus/ 本文由天文志愿文章组-wxydsb，胡萝卜，暗挫挫(￣￣")翻译自Astrobites的作品，如有相关内容侵权，请于三十日以内联系运营者删除。 注意：所有信息数据庞大，难免出现错误，还请各位读者海涵以及欢迎斧正。 结束，感谢您的阅读与关注全文排版：天文在线（零度星系） 转载请取得授权，并注意保持完整性和注明出处 浩瀚宇宙无限宽广 穹苍之美尽收眼底 |
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