新研究為探究天王星怪異的自轉(zhuǎn)提供一個新線索

據(jù)外媒TheNextWeb報道，天王星可以說是太陽系中最神秘的行星 - 我們對此知之甚少。到目前為止，人類的太空船只訪問過這顆行星一次——1986年航海家2號(Voyager 2)。這個“冰巨人”最明顯的奇怪之處在于它的自轉(zhuǎn)方式。

與所有其他行星不同，天王星的自轉(zhuǎn)軸可以說是躺在軌道平面上的，傾斜的角度高達98°。其它行星的自轉(zhuǎn)軸相對于太陽系的軌道平面都是朝上的。所以在夏天，北極幾乎直接指向太陽。與土星、木星和海王星不同，它們周圍有水平環(huán)，天王星有垂直的環(huán)和衛(wèi)星圍繞其傾斜的赤道運行。

“冰巨人”還有令人驚訝的寒冷溫度和偏離中心的磁場，不像大地其他行星如地球或木星的整齊的條形磁鐵形狀。科學(xué)家因此懷疑天王星曾經(jīng)與太陽系中的其他行星類似，但突然被“翻轉(zhuǎn)過來”。所以發(fā)生了什么事?發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的一項新研究提供了一個線索。

災(zāi)變性碰撞

我們的太陽系曾經(jīng)是一個更加“暴力”的地方，原行星在猛烈的巨大撞擊中碰撞，這有助于創(chuàng)造我們今天看到的世界。大多數(shù)研究人員認為，天王星的旋轉(zhuǎn)是戲劇性碰撞的結(jié)果。研究人員著手揭示其是如何發(fā)生的。

研究人員的基本思想是，用超級計算機中的數(shù)百萬個粒子模擬碰撞的行星，每個粒子代表一個行星物質(zhì)塊。他們給模擬提供了描述物理如重力和物質(zhì)壓力如何工作的方程式，因此它可以計算粒子在相互碰撞時如何隨時間演變。通過這種方式，他們甚至可以研究巨大撞擊的復(fù)雜而混亂的結(jié)果。使用計算機模擬的另一個好處是可以完全控制。他們可以測試各種不同的撞擊情景，并探索可能的結(jié)果范圍。

研究人員的模擬表明，一個至少比地球大兩倍的天體通過猛烈撞擊并與一顆年輕行星合并后，可以輕易地創(chuàng)造出天王星今天的奇怪旋轉(zhuǎn)。對于更多的隨意碰撞，撞擊體的材料可能最終會分散在天王星冰層邊緣附近的薄而熱的殼體中，位于氫氣和氦氣大氣層的下方。這可以抑制天王星內(nèi)部物質(zhì)的混合，從內(nèi)部深處捕獲熱量。令人興奮的是，這個想法似乎符合天王星的外觀今天如此寒冷的觀察。

超級計算

從計算的角度來看，這項研究也令人興奮。雖然模擬中的粒子數(shù)量限制了研究人員可以解決和研究的問題。然而，簡單地嘗試使用更多粒子來實現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)是一項嚴(yán)峻的計算挑戰(zhàn)，這意味著即使在功能強大的計算機上也需要很長時間。

他們最新的模擬使用超過100米的顆粒，比目前大多數(shù)其他研究使用的顆粒多 100-1000倍。除了制作一些令人驚嘆的圖片和動畫如何發(fā)生巨大的撞擊，這開辟了現(xiàn)在可以開始解決的各種新的科學(xué)問題。

這一改進歸功于SWIFT，可充分利用當(dāng)代“超級計算機”。這些基本上是很多連接在一起的普通計算機。因此，快速運行大型模擬依賴于在超級計算機的所有部分之間劃分計算。SWIFT估計模擬中的每個計算任務(wù)需要多長時間，并嘗試均勻地分享工作以獲得最大效率。就像一臺大型新望遠鏡一樣，它的分辨率提高了1000倍，顯示出我們以前從未見過的細節(jié)。

系外行星及其他

除了更多地了解天王星的具體歷史外，另一個重要的動機是更普遍地了解行星的形成。近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)最常見的系外行星類型與天王星和海王星非常相似。因此，科學(xué)家所了解的關(guān)于“冰巨人”可能演變的一切都源于對其遠古“表兄弟”的理解以及潛在可居住世界的演變。

科學(xué)家研究的一個與外星生命問題非常相關(guān)的令人興奮的細節(jié)是巨大撞擊后的大氣命運。他們的高分辨率模擬顯示，在最初的碰撞中“存活”的一些大氣層仍然可以通過隨后的行星使空氣猛烈向外膨脹來消除。

關(guān)于天王星以及一般的巨大撞擊仍然存在很多問題。即使科學(xué)家的模擬越來越詳細，但仍然需要研究很多東西。因此，許多人呼吁對天王星和海王星進行新的任務(wù)，研究它們奇怪的磁場、古怪的衛(wèi)星和環(huán)等。

標(biāo)簽： 天王星 自轉(zhuǎn)