天王星的一大特点是其自转轴非常倾斜，甚至已经到了“倾倒”的地步。在一项最新的研究中，科学家们通过超级计算机进行了高精度模拟，分析了天王星异常的自转轴角度是如何形成的。结果表明，天王星很可能遭受过一次灾难性的撞击，这次撞击是由一颗相当于地球两倍质量的大天体造成的。同时，研究人员还根据模拟结果分析了天王星大气的极端低温与异常磁场是如何产生的。这项研究发表于7月2日的《天体物理学杂志（The Astrophysical Journal）》。

图注：天王星很可能遭受过一次灾难性的撞击，这次撞击是由一颗相当于地球两倍质量的大天体造成的。

熟悉天王星的人都知道，这颗巨大行星的一个特别之处在于其自转轴严重倾斜。由于其自转轴与其公转轨道平面已经近乎平行，甚至可以认为，这颗行星是“平躺”着围绕太阳运转的。

图注：近乎“平躺”自转的天王星。

根据一项新的研究，天王星是在40亿年前被一个大约是地球两倍质量的巨大天体击中，才导致其严重倾斜的，而且这一理论还可以解释其极低的大气温度。一个由英国达勒姆大学(Durham University)的天文学家带领的国际专家小组发动了这项研究，并且分析了这次巨大的撞击会对天王星的演化产生了什么影响。

该小组首次对这个冰冻的巨大行星进行了不同质量天体碰撞的高分辨率计算机模拟，并籍此来分析这颗行星是如何演化的。

图注：本次研究中的计算机模拟图像，图中的颜色表征了天王星在碰撞过程中各处的温度分布。

这项研究证实了先前的一项研究，该研究称天王星倾斜的原因是在大约40亿年前太阳系形成过程中，与一个巨大的天体——很可能是一颗由岩石和冰组成的年轻的原行星——发生碰撞造成的。模拟还表明，撞击产生的碎片可以在行星冰层边缘附近形成一个薄壳，并捕捉天王星核心散发的热量。研究人员说，这种对其内部热量的捕获可能有助于解释天王星外层大气的极端低温(-216℃)。

达勒姆大学计算宇宙学研究所的博士研究员雅各布·凯格里斯(Jacob Kegerreis)说：“天王星在围绕太阳旋转的过程中，其自转轴线几乎与太阳系中所有其他行星成直角。这几乎可以肯定是由一次巨大的撞击造成的，但我们对这一事件是如何发生的，以及这类撞击事件是如何影响星球演化的，知之甚少。”

图注：天王星。

他表示：“我们用一台高性能的超级计算机模拟了50多个不同的撞击场景，来看看是否能够重现这颗星球的演化的条件。”

“我们的研究证实，可能性最高的情况是，年轻的天王星与一个质量为地球两倍的天体发生了灾难性碰撞，这颗原行星撞向天王星的一侧，并在之后引发了一些列的演化事件，形成了今天的天王星”，凯格里斯说。

之前科学家们并不清楚，在这样一次猛烈的碰撞后，天王星是如何保持住它的大气层的。根据本次模拟结果，这很可能是因为原行星对天王星进行的是一次掠向碰撞。这次碰撞的强度足以让天王星的倾斜，但能够保留其大部分的大气层。

图注：研究人员认为，适当的碰撞强度与角度足以让行星自转轴倾斜，但能够保留其大部分的大气层。

这项研究也有助于解释天王星光环和卫星的形成，模拟结果表明，撞击可能会将岩石和冰抛入环绕天王星的轨道。这些岩石和冰既可能会再次聚集在一起形成天王星的卫星，也可能会改变天王星原有卫星的运行。

模拟结果表明，撞击可能会在天王星内部产生熔融的冰和不对称的岩块。这可能有助于解释天王星倾斜并偏离中心的磁场。

这项研究的作者之一，BAER/NASA艾姆斯研究中心的路易斯·特奥多罗（Luis Teodoro）博士说：“所有的证据都表明，巨大的撞击在行星的形成过程中是非常频繁的，通过这种研究，我们现在可以更深入地了解它们对系外行星宜居性的影响。”

图注：太阳系八大行星。