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為什麼天王星「躺著」繞太陽公轉?新理論:被遠離的衛星拉倒


天王星與海王星雖然都是太陽系的冰巨行星,有許多相似之處,但前者仍有獨特怪癖,比如自轉軸與黃道面傾角高達 98 度,幾乎是「躺在」黃道面上繞太陽轉。一項新研究為天王星的奇怪行為找到合理解釋:曾有一顆衛星離開天王星,導致天王星隨著天體遠離被拉倒。

太陽系所有行星繞著太陽公轉的軌道平面稱為黃道面,而行星自轉軸都傾斜於黃道面,這也是造成地球晝夜長短變化的原因。基本上,太陽系所有行星的軌道傾角都小於 30 度──除了天王星傾角高達 98 度,換句話說,天王星幾乎垂直於公轉軌道自轉;此外,天王星自轉方向為順時針,也與其他行星相反。

長期以來,天文學家一直懷疑天王星形成初期經歷一連串巨大撞擊,但這論點也有漏洞,因早期太陽系到處都動盪,就連地球都可能被一顆原行星撞擊形成月球,但地球也未被撞倒。

海王星與天王星同樣都是冰巨行星,有相似大氣層與磁場,大小、質量與自旋速度也差不多,但距離太陽最遠的海王星軌道傾角同樣小於 30 度。究竟是什麼原因導致天王星如此不同?

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新研究指向不那麼暴力的原因:一顆曾和天王星親密相伴的衛星飄走了。

幾年前,法國國家科學研究中心天文學家 Melaine Saillenfest 團隊發現關於木星的有趣之處,隨著木星衛星數量增加,這顆氣態巨行星的軌道傾角可能在數十億年內因衛星遷移,從 3% 增加到 37% 左右;土星目前軌道傾角 26.7 度,可能是最大衛星泰坦迅速向外移造成的結果。

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早期太陽系行星剛形成時距離太陽很近,隨著時間過去才逐漸移至外圍,遷移過程有些行星衛星重新洗牌,天王星也許很早就有一顆衛星繞著它旋轉,據團隊使用一系列參數模擬的結果,發現如果曾有質量約月球一半的衛星繞著天王星,以每年超過 6 公分的速度遠離天王星半徑 10 倍以上,就可使天王星傾斜 90 度。

這種單一機制能在不引發巨大撞擊的前提下傾斜天王星,雖然尚不清楚天王星是否曾有夠大衛星,還需更多觀察才能證明這點。

新論文發表在《天文與天體物理學報》(Astronomy & Astrophysics)期刊。

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