【原】為什么天王星和海王星不一樣？

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

展開全文

為什么天王星和海王星是不同的？

這兩個(gè)處于太陽系最外層的巨型行星有著相似的質(zhì)量但他們也同樣有著顯著的差異。蘇黎世大學(xué)NCCR PlanetS的研究者們發(fā)現(xiàn)了這個(gè)長(zhǎng)期未知的謎的解釋：兩個(gè)不同的巨行星撞擊可能帶來完全不同的影響。

圖解：NASA/JPL旅行者2號(hào)拍攝：左圖天王星右圖海王星

天王星和海王星是太陽系最外側(cè)的兩顆行星。它們的大小，可能的元素組成以及與太陽之間的遠(yuǎn)距離，都使得它們十分相似，并且明顯不同于類地行星以及巨大的氣體行星木星和土星。 “不過，這兩個(gè)行星之間也存在明顯的差異，等待人類找到原因?！盋hristian Reinhardt說。他和Alice Chau，Joachim Stadel以及Ravit Helled都是蘇黎世大學(xué)計(jì)算研究所工作的PlanetS小組成員，一起研究天王星和海王星。 “例如，天王星及其主要衛(wèi)星在太陽系平面的傾斜角約97度，并且天王星圍繞太陽逆向旋轉(zhuǎn)?！?Joachim Stadel解釋說。

另外，天王星和海王星的衛(wèi)星系統(tǒng)也不同。天王星的主要衛(wèi)星都處于同一平面的規(guī)則軌道上，并且傾斜角與天王星一致，這表明它們類似于地球和月球，從一個(gè)碟狀天體形成。相反，海王星最大的衛(wèi)星海衛(wèi)一的軌道平面與海王星及其其它行星相較非常傾斜，因此很可能是被行星捕獲的外界天體。最后，它們的熱通量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可能有很大不同。

相似的形成方式–不同的碰撞

“通常假設(shè)這兩個(gè)行星的形成方式十分相似，” Alice Chau解釋道。這很容易解釋它們極其相似的質(zhì)量、公轉(zhuǎn)軌道與太陽的平均距離以及可能成分。但是他們的差異從何而來？由于撞擊在行星系統(tǒng)的形成和早期演化中很普遍，人們?cè)O(shè)想是一次巨大的撞擊導(dǎo)致了這兩顆天體分開并各自演化。但是先前的工作要么只調(diào)查天王星曾發(fā)生的撞擊，要么由于碰撞模型計(jì)算的極簡(jiǎn)化而受到限制。

天王星和海王星的形成：來源：Reinhardt & Helled, ICS，蘇黎世大學(xué)

蘇黎世大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)首次用高分辨率計(jì)算機(jī)模擬兩顆行星間不同程度不同形式的碰撞。從非常類似于的撞擊前的天王星和海王星開始，他們表明一個(gè)相當(dāng)于1~3個(gè)地球質(zhì)量的物體在這兩個(gè)行星上的撞擊可以解釋這種二分法。對(duì)于天王星，邊緣的輕擦碰撞會(huì)使行星傾斜但不會(huì)影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

而另一方面，對(duì)海王星實(shí)行正面撞擊會(huì)嚴(yán)重影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)但不會(huì)形成磁盤，因此與大型衛(wèi)星在正常軌道上的運(yùn)行缺陷相一致。這種會(huì)重新混合內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)的碰撞據(jù)觀測(cè)是由更強(qiáng)烈的海王星熱流所支持的?！拔覀兦逦卣J(rèn)識(shí)到，最初與天王星和海王星相似的形成方式會(huì)導(dǎo)致我們觀測(cè)到的神奇的外行星的屬性中的二分法的發(fā)生”，Ravit Helled總結(jié)到，未來NASA和ESA對(duì)這兩個(gè)星球的研究任務(wù)會(huì)提供新的更為關(guān)鍵類似情況下的線索，提高我們對(duì)太陽系的了解程度，并且讓我們更好地理解在這個(gè)規(guī)模內(nèi)的外行星。

相關(guān)知識(shí)

天王星（來自古希臘神話中天空之神烏拉諾斯的拉丁文名字ūranus）是太陽系的第七顆行星。它是太陽系中半徑第三大行星、質(zhì)量第四大行星。天王星的成分與海王星相似，兩者的化學(xué)成分都與天然氣巨行星木星和土星不同。因此，科學(xué)家經(jīng)常將天王星和海王星歸為“冰巨行星”，以區(qū)別于天然氣巨行星。天王星的大氣主要成分是氫和氦，與木星和土星類似，但它含有更多的“冰”，由水，氨和甲烷組成，以及其他可探測(cè)的碳?xì)浠衔?。它是太陽系中大氣最冷的行星，最低溫度只?9 K（-224°C; -371°F），并且具有復(fù)雜的云層結(jié)構(gòu)，其中水處在最低的云層里，最高的云層由甲烷組成。天王星的內(nèi)部主要由冰和巖石組成。

海王星是太陽系八大行星中距太陽最遠(yuǎn)的行星。在太陽系中，它是直徑第四大、質(zhì)量第三大巨型行星。海王星的質(zhì)量約是地球的17倍，比其近乎雙生的天王星還要大。海王星的體積雖比天王星小，但由于海王星密度較大，其的質(zhì)量更大，也因此會(huì)引起更大的重力壓縮。海王星繞太陽公轉(zhuǎn)一次為164.8年，平均距離為30.1 au（45億公里; 28億英里）。它以羅馬海神命名，天文學(xué)符號(hào)為，即海神的三叉戟。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.Barbara Vonarburg-hakunamatata，栗子味，年若彷徨

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處

翻譯：天文志愿文章組-快速翻譯小分隊(duì)

聯(lián)合署名：hakunamatata，栗子味，年若彷徨，

審核：天文志愿文章組-

排版：零度星系

參考資料

1.WJ百科全書