為什麼天王星「躺著」繞太陽公轉？

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原文：為什麼天王星「躺著」繞太陽公轉？新理論：被遠離的衛星拉倒

作者 Emma stein | 發布日期 2022年10月07日 17：56

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？

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。

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。