天王星总是独具个性。在太阳系中，大多数行星的极点都几乎朝向同一个方向。从上向下看，绝大多数行星都以逆时针方向旋转。但是天王星呢？它的旋转轴与轨道成98度倾斜角，并且以顺时针方向旋转。

　　躺着自转的天王星（图片来源：Wikipedia）

　　对于这种奇特的现象，一个有影响力的假说提出了这样的解释——很久以前，一个庞然大物撞上了天王星，并使它发生倾斜。尽管这种设想并非毫无可能，但是在它的模型中，火星上应该存在着几个明显的巨洞。

　　不过别担心，马里兰大学的天文学家提出了一个全新的设想，以此明确简练地解决这些问题。天王星并没有因彗星的撞击而摔倒。但是它有可能因一个巨大行星环的影响而发生倾斜。

　　环系统示意图（图片来源：sina）

　　“稍等，”你肯定会想，“天王星并没有一个巨大的行星环。”确实如此。至少现在，它并没有。相比于土星行星环的巨大体量，天王星的行星环模糊又纤细。

　　然而，近来由卡西尼号探测器传回的证据显示，行星环可能是短命的。所以，在其长达45亿年的生命中，天王星可能在某段时间拥有一个相比于现在大得多的行星环。

　　撞击模型存在的问题主要在于它对于天王星周围物体的关注。以海王星为例，海王星和天王星拥有相似的旋转周期。

　　海王星和它的行星环（图片来源：hrbgxl）

　　正如木星和土星一样，两者旋转周期的相似性说明他们曾经一起产生。如果把其他足以导致天王星倾斜的因素考虑在内的话，旋转周期相似的概率将大大降低。

　　天王星的卫星也是一个问题。因外来影响而产生的突然倾斜很有可能扰乱天王星的行星系统，并使其失去平衡。然而这个冰冻星球的行星们在相对大小和间距上与伽利略卫星相似。

　　那些卫星也布满冰层。足以使行星倾斜的冲击力会产生足够的热量，使得卫星上的冰层蒸发殆尽，让卫星表层的绝大部分被岩石覆盖。然而，天王星所有主要行星的表层都拥有至少相同面积的冰雪和岩石。

　　冰冻行星（图片来源：Wikipedia）

　　来自马里兰大学的天文学家泽夫·罗戈申斯基（Zeeve Rogoszinski）和道格拉斯·汉密尔顿（Douglas Hamilton）认为这些问题可以被解决。但其前提有二：一是天王星拥有一个大到足以使它像旋转的陀螺一样在旋转轴上摆动的行星环，这种现象被称作岁差现象；二是这种岁差现象和行星的轨道岁差现象相一致。其中，轨道岁差现象是指，椭圆形的轨道围绕着太阳缓缓地改变位置。

　　下图将为您再现这两个天文学概念。

　　自转岁差现象（左）与轨道岁差现象（右）。图片来源：Robert Simmon/NASA; WillowW/Wikimedia Commons

　　这种动作协调被称为共振，它已经在太阳系中的两个或更多天体的轨道之间发生过几次。比如，冥王星和海王星之间存在一个2：3的轨道共振，也就意味着，冥王星每绕太阳两圈，海王星即绕太阳三圈。

　　行星岁差和它的轨道岁差之间的共振被称为长期的旋转轨道共振，它可能会产生大幅度的轴倾斜。普遍认为，这种类型的共振可能会在土星上引起比木星更严重的轴倾斜。

　　在此之前，这种长期的旋转轨道共振也被认为和天王星的轴倾斜有关，但是必须要和由假设的行星9引起的共振联系在一起才能起作用。最终，因为过于脱离实际，这种假说被人们抛弃。

　　但是罗戈申斯基和汉密尔顿认为，一个大型的环形系统可能更加符合事实。他们对天王星和海王星进行了模拟实验。在这个实验中，天王星和海王星都被赋予大型的环形系统。研究人员以此来观察他们如何与行星相互作用。他们发现，由依附在行星上的物质组成的大型环状系统是最贴近事实的。而这种物质正是巨行星形成过程的组成部分。

　　太阳系行星轨道（图片来源：Wikipedia）

　　尽管这项实验得出了所有模型中最好的结果，但它仍然无法使天王星完全俯卧。在100万年的时间里，它仅仅导致了70度的倾斜。这意味着大繁荣理论依然有用武之地。

　　然而，任何撞向天王星并使能其继续倾斜至当前角度的岩石都要小得多，因此更具可能性。

　　“尽管我们很少能产生超过70度的倾斜，也无法使倾斜超过90度，然而，如果在此之后与一个约二分之一地球质量的天体相撞，天王星将能从70度倾斜至98度。”研究人员们在论文中写到。

　　天体撞击（图片来源：Wikipedia）

　　减少巨型撞击物的质量并将其数量由2个及以上降低为仅仅1个，能将目前天王星旋转状态产生的可能性提升大约一个数量级。

　　然而这仅仅只是目前的假说，并未最终确定下来。但有一点是毋庸置疑的：无论是否存在彗星雨，对天王星来说，那一定是一段疯狂的时光。

　　作者: MICHELLE STARR

　　FY: Roman

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