天王星成“怪咖” “推手”竟是冰天体

来 源:搜集整顿发布时间:2020-06-30 移动版

   在操场锤炼时,假设有人头脚同时触地、往前“躺着蹭”,你肯定认为非常奇怪。在太阳系这个大年夜“操场”上就有一名如许的“怪咖”——天王星。

   在太阳系八大年夜行星中,七个“兄弟”的公转平面邻近,公转偏向分歧。它们中大年夜部分也以类似的偏向自转,其两极偏向根本垂直于公转平面。但是,天王星的自转轴却倾斜了98度,在公转平面上“躺着”转圈圈。是以,在公转周期84年的天王星上,南北半球经历着持续42年的漫长极昼或极夜。

   是甚么培养了天王星如此独特的运转状况?近日,日本工业大年夜学井田茂传授领衔的一项研究或将提醒缘由。研究经过过程模仿指出,在太阳系早期,一颗巨型“冰块”撞上天王星,将天王星“掀翻”致其倾斜。该“冰块”质量相当于地球的1—3倍。

   该研究成果已发表于《天然·地理学》期刊。

   冰天体撞击实际完美原有模型

   虽然天王星间隔地球很远,对它的探测汗青不过数十载,但其“奇异行动”深深地吸引着有数学者的眼光。

   “关于天王星‘奇异行动’的成因,撞击学说拥趸浩大。”南京大年夜学地理与空间迷信学院传授周礼勇在接收科技日报记者采访时表示,太阳系早期各大年夜行星的公转、自转偏向应昔时夜致雷同。如明天王星自转轴偏转程度如此之大年夜,且其卫星也以异样的角度偏离,很轻易让人联想到这是由天体碰撞招致的,天王星的卫星也是在撞击事宜中产生,并且碰撞体的质量应当比较大年夜。

   天王星的体积和质量在太阳系八大年夜行星平分列第三和第四,能将这个“大年夜块头”撞翻的对象必定也不会是个“小个子”。更何况,天王星时辰都在自转,这就像是要把一个高速迁移转变的陀螺撞翻,难度更大年夜。

   此前有学者预算过,撞击体能够与地球差不多大年夜小。是以,学界便有了以地球为推演原型的岩质撞击体撞击学说。但是,很多景象依然没法取得令人满足的解释。

   井田茂表示,之前的碰撞模型大年夜多会产生一个过于紧凑的盘状构造——尺寸比现有的天王星卫星体系小一个量级,而质量却大年夜两个量级。

   周礼勇进一步解释,当岩质撞击体与天王星产生碰撞后,会有一部分物质嵌合到天王星的岩质内核中,招致天王星质量增长。再者,激烈的撞击过程也能够使撞击体“散掉落”,从而抛洒出大年夜量碎块,在天王星四周构成“碎屑盘”,一朝一夕孕育成岩质卫星。

   但实际中的天王星卫星却大年夜多由冰物质构成,比拟岩质撞击体实际所估计的构造相去甚远。

   为弥补以往模型的各种不完美的地方,井田茂团队提出了冰质撞击体撞击的实际。由于撞击时温度降低,冰质物质便挥收回来。间隔天王星比较近的气体被束缚,很能够从此成为天王星大年夜气中的一部分。碰撞的一刹时,“逃逸”到远方的气体不会急速被束缚住,而是分散到以后我们不雅测到卫星的地位,温度随之冷却,从而构成冰质卫星。

   “这一模型就很好地契合了天王星及其卫星体系的近况。”周礼勇总结。

   “该模型是第一个解释天王星卫星体系构造的模型,它能够有助于解释太阳系中其他冰冷行星的构造,例如海王星。”井田茂表示,除此以外,地理学家还发清楚明了不计其数个冰质系内行星,该模型也能够异样实用。

   “歪”轴或为奇异磁场“帮凶”

   撞击事宜会给天王星带来哪些影响?周礼勇表示,天王星的奇异磁场能够就是撞击事宜遗留下的“后遗症”。

   太阳系中,大年夜部分大年夜行星都有磁场,虽有强有弱,但简直都是环绕目转轴构成的。是以,行星上的磁极与地理极虽不重合,存在磁偏角,但平日也不会差太多。例如,我国各地磁偏角略有不合,最大年夜约为6度,普通为2—3度。

   但是,天王星的磁场与自转偏向却其实不邻近。天王星的磁场其实不在几何中间,而是出现出极纰谬称的“歪”状况。在南半球的外面,磁场的强度低于0.1高斯,而在北半球的强度却可高达1.1高斯。上世纪80年代,“观光者2号”还发明天王星的磁场具有多个极,并且磁偏角很大年夜,有50度阁下。比较类地行星的一些罕见规律来看,天王星的确是“挺拔独行”。

   “发电机实际是行星磁场构成机制的主流学说之一。”周礼勇解释,电磁之间存在感应,磁景象往来往源于电荷的定向活动。行星外部存在可以或许导电的流体,并因自转招致流体沿着同一偏向活动,从而构成磁场。

   以地球为例,地球深处高温高压的物理情况迫使地核中的铁、镍等原子被电离出具有足够动能的电子。地球自转招致外部导电流体的轮回活动,产生电荷定向活动,从而产生了地磁场。是以,自转很慢的行星磁场常常较微弱乃至没有磁场,例如水星、金星等。

   “是以,行星磁场的偏向平日会沿着自转轴偏向,而天王星的奇异磁场,很能够与其被‘撞歪’的自转轴有关。”周礼勇说。

   也有学者认为,环绕太阳运转的各行星磁偏角的大年夜小跟行星自转轴倾斜的角度大年夜小根本上成正比,即自转倾角越大年夜的行星,其磁偏角的度数就越大年夜。天王星自转倾角高达98度,其磁偏角天然也会大年夜很多。

   “我们从上世纪80年代开端才对天王星停止较为过细的不雅测和研究,至今也不过40余载。天王星的磁场或其他特点能否处于一个经久变更的过程?以后的不雅测能否只是天王星漫永生射中的瞬态?这些成绩尚不得而知,须要时间去解答。”周礼勇说。

   旧数据中发来岁夜气逃逸景象

   谁也没想到,在天王星构成早期产生的撞击事宜,就像第一块倒下的多米诺骨牌,激起了后续一系列的独特景象,将这颗冰巨星打形成了名不虚传的“怪咖”。

   2019年的一项发表在《地球物理研究快报》上的研究成果显示,研究人员找到了天王星外面大年夜气正在逸散的证据。而磁场或为招致该景象的缘由之一。

   美国国度航空航天局(NASA)研究人员吉娜·迪布拉西奥等人重新检查了“观光者2号”在1986年1月搜集的数据,发明数据出现动摇,即磁场迸发。他们在进一步处理数据后得出结论:天王星上方存在一个宽约40万千米、长约20万千米的等离籽粒团。这是由天王星外面被剥离的大年夜气构成的。

   研究人员发明,“观光者2号”飞越天王星时,穿越了一个腻滑、闭合的等离籽粒团。如许的等离籽粒团是由等离子体和磁场构成的分解构造,重要由天王星的部分电离大年夜气和其磁场耦合构成,受太阳风等身分影响,从天王星磁场的尾端离开,就仿佛是太阳从天王星吸取出大年夜气一样。据预算,以如许的方法离开天王星的大年夜气占其大年夜气质量损掉的15%—55%。该比例要比木星或土星更高,是以这很能够是天王星将大年夜气释放到太空的重要方法。

   逃逸的大年夜气关于天王星会有如何的影响?凭人类今朝对天王星的不雅测汗青很难断言,由于逃逸大年夜气关于天体的影响是一个经久的过程,如火星在40亿年的时间里,逐步掉去其大年夜气保护,才从一个“湿星”变成了一个“干星”。所以,,研究大年夜气逃逸对天王星的影响须要一个经久的不雅测过程。

   在研究人员看来,行星磁场既可以保护其大年夜气层免受太阳风的伤害,也能够加快外面气体逃逸。明显,该研究显示天王星的磁场在这一过程当中起到了火上浇油的感化。

   总之,天王星这个“怪咖”身上还有太多未解的谜题,这眼前隐蔽的真正机制是甚么?将来它还会带来哪些事业?还须要浩大学者在一个较长的时间标准上持续探访。

   “怪咖”档案

   特别的自转轴 在太阳系构成之初,行星构成时自转角动量偏向,根本与太阳系全体角动量偏向分歧,也就是说自转轴和公转轨道趋势于垂直。然则天王星的自转轴和公转轨道夹角高达97.77度,天王星简直是横躺着自转,显得异常特别。

   长“歪”了的磁场 迷信家曾经筹划经过过程太阳风来测定天王星的磁场,成果却取得了个奇怪的景象——天王星的磁场其实不在几何中间,这是一个纰谬称的状况,天王星两极磁场的强度相差很多,与其他行星比拟“风格差异”。在同为冰巨星的海王星上也发清楚明了类似的规律,迷信家推想这能够是冰巨星的特点之一。

   逃逸的大年夜气 “观光者2号”飞越天王星时,穿越了其上方一个宽约40万千米、长约20万千米的等离籽粒团,这也是迷信家初次发明与冰巨星有关的等离籽粒团。研究人员揣摸这是由天王星外面被剥离的大年夜气构成的。天王星将来或与火星一样,掉去大年夜气层的保护。

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