40多亿年前的太阳系碰撞事件，天王星被撞翻，另一颗大行星粉碎

在太阳系中，没有一颗行星比天王星更特别了。当所有的行星规规矩矩地在公转轨道上“跑步前进”的时候，只有天王星是“躺着”运行的。到底为什么会这样呢？

“懒惰”的天王星

1781年，英国天文学家赫歇耳首先发现了天王星。由于这是人类第一次用望远镜发现太阳系行星，故而天文学家们用罗马神话中最早的神祇——乌拉诺斯为它命名，也就是Uranus，意译到汉语就是天王星了。

我们知道，所有的行星都在自转，同时也在围绕太阳公转。在自转的时候，行星都是绕着一条虚拟的线转，这条线叫做自转轴。自转轴穿过行星，一头叫做北极点，另一头叫做南极点，两者正中间围绕行星的一条外圈，叫做赤道。而在公转的时候，它们的轨道始终处于一个平面上，这叫做轨道平面。轨道和轨道平面的夹角，就是一颗行星的转轴倾角。

比如地球，转轴倾角又叫黄赤交角，大约是23.5°（会有细微的变化）。正是这个转轴倾角，导致地球运行到不同位置时，某个地区接收到光照的时长也不同，于是有了四季的更替。

奇怪的是，其他的行星的转轴倾角都是锐角（金星除外），最大的海王星也不过是28.32°。而唯独天王星，竟然达到了97.77°，接近于直角。因此，在宇宙中看，天王星就是“躺着”在公转。尤其是天王星还有13个光环，这样的形态就更加明显。

因此，天王星上出现了诡异的现象：当北半球正对太阳时，南半球处于黑暗之中。在经历了差不多半个公转周期的白天后，其中一个半球就会进入差不多半个公转周期的黑夜。由于天王星的公转周期是84年，这意味着每个半球的每个黑夜和白昼都要持续差不多21年。

为什么“躺下”

那么，天王星到底为何会以这样诡异的状态公转呢？

我们知道，目前科学家对于太阳系形成的理论，还是以星云说为主。也就是一片原始星云，通过坍缩形成太阳和其他天体。而坍缩的过程中会有角动量的出现，于是开始旋转。按照这个理论来说，行星的自转方向和公转方向应该位于同一平面，只是由于引力的波动，可能出现一点点偏角，像地球这样。但是，像天王星这样偏出去97.77°，而且包括13个行星环和27颗已知的卫星也以同样的角度偏离，那就是上厕所跳远——过分了。

因此，我们有理由认为，天王星之所以会这样运行，不是在形成时就这样的，而是后来发生了某些变故，才改变了最初状态的。

我们知道，天王星的直径是地球的4倍，质量是地球的15倍，非常巨大。到底是什么样的变故，才能对天王星这样的巨大天体产生如此严重的影响呢？

能够有如此威力的，恐怕就是另一颗天体了吧。而且，还不能是太小的天体。像1994年苏梅克·列维9号彗星撞上木星的那种级别，根本就掀不起什么波澜。另外，由于行星环和卫星也以同样的角度偏离，说明这次碰撞发生得非常早。

于是，天文学家们利用计算机模拟天王星被碰撞的过程，希望能够再现当初那场轰轰烈烈的宇宙事故，看看当时到底都发生了什么。可是，模拟结果总是不尽如人意，和今天的现状有很大的出入。比如说，很多模拟结果虽然让天王星的自转轴偏转到了现在的角度，但撞击后形成的碎片质量都非常大，而如今天王星的卫星和光环总质量远远达不到这样的质量。

终于匹配

最近，一支科学团队宣布，他们已经成功建立了一个模拟数据，实现了质量和天王星偏角的匹配。

他们认为，同样是行星之间的撞击，发生在类地行星和天王星这样的冰巨星上是完全不同的效果。比如月球的形成，很可能来自于40多亿年前一颗叫做忒伊亚的行星对地球的撞击后形成。如果它撞上天王星，结果就会和现在大不相同。

由于理论上的忒伊亚和地球都是岩石行星，所以撞击后溅起的碎片都是岩石，比较容易凝固。而天王星不同，当它被撞击的时候，溅起来的物质以易挥发的水和氨等物质为主，而且它们更容易长时间保持气体状态，凝固过程会非常缓慢。于是，在这个过程中，天王星又把大量的物质重新吸收回体内，只给卫星和行星环留下了一点残渣。

在综合考虑了所有的相关因素后，研究人员认为，当初撞击天王星的那一颗天体应该含有大量的冰，而且质量非常巨大，大约在地球的1-3倍之间。

日本东京工业大学地球生命科学研究所的Shigeru Ida是本次研究的主要作者，他表示这是人们第一次对天王星的卫星系统进行详细的构造描述，而且这样的研究也有助于对海王星等天体的理解。

另外，由于人类已经发现的系外行星中也有很大一部分含有大量的水冰，因此，这一次研究也有助于我们理解系外行星。

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