正常情况下,在天王星上大约82年才能看到一次日出,在一个轨道周期内,有42年是极昼,还有42年是极夜。不过,由于太阳距离天王星太远,我们看到的太阳就是一个小点,丝毫感觉不到这是一颗能够给天王星带来热量的恒星。距离天王星表面1万公里的位置,温度降低至4700摄氏度时,压力大约相当于地球大气压的148万倍,此时会形成钻石雨。
宇宙印象 深度科普栏目第1201期 天王星在太阳系中也算是非常特殊的存在,其大气成分为氢、氦和甲烷,内核由冰和岩石构成,这是一颗典型的冰巨星。天王星的温度可低至零下224摄氏度,直径为5万多公里,其实也不是非常大,地球的直径都有1.2万公里。这样一颗冰巨星位于太阳系外侧轨道上,我们一直非常好奇天王星是如何形成的。
图片解读:倾斜的天王星,我们可以看到几颗卫星,还有发光云带
图片解读:2014年8月,加州大学伯克利分校与凯克天文台观测到的天王星风暴
天王星是如何形成的?
关于冰巨星的形成,我们还是认可核增长模型,先形成核物质,然后再聚集形成周围的物质,最终诞生了天王星。这个说法在我们对系外行星观测时就发现过,比如HD 149026恒星周围就发现了一些通过核吸积后逐渐增长的冰巨星。该模型意味着天王星的形成时间可能在几百万年就搞定了,因为在围绕太阳的气体盘只能持续400至500万年。对此,也有科学家认为,天王星的形成于原行星盘的不稳定,尘埃和气体团块在太阳系刚刚诞生的时候就聚集在一起,迅速变成一个巨大的冰巨星,这个模型演替的周期很短,形成速度比核吸积更快,天王星只要1000年就可以形成。
图片解读:旅行者2号于1986年1月25日离开月牙形天王星,距离天王星大约96万公里
初始团块形成之后,会迅速捕获周围的气体,达到一个比较稳定的轨道质量。2005年,科学家提出了尼斯模型,认为木星和土星的运动将太阳系中大量的冰物质、气体丢入了更远的轨道上,距离太阳大约35个天文单位,刚刚形成的天王星以此获得了更多的物质。
自转轴被“撞”翻
天王星还有一个不同点就是天王星的自转轴已经颠倒,周围的环物质也颠倒了,这说明天王星在形成之初就遭遇过一次撞击,形成了我们今天看到的天王星。天王星相对于太阳系的黄道面倾斜角超过90度,且环结构也处于垂直状态,目前我们已经发现天王星有27颗卫星,也处于倾斜的状态。这些现象暗示,天王星在诞生之后不久就被一个大质量撞击,把自转轴都撞倾斜了。这次撞击也让天王星的自转速度增加了不少,大约每17个小时自转一次,比地球快得多。由于天王星自转轴与公转平面几乎平行,在赤道特定的区域内,可以出现非常快的日出和日落,但太阳是从东边升起的。正常情况下,在天王星上大约82年才能看到一次日出,在一个轨道周期内,有42年是极昼,还有42年是极夜。不过,由于太阳距离天王星太远,我们看到的太阳就是一个小点,丝毫感觉不到这是一颗能够给天王星带来热量的恒星。
图片解读:天王星内核结构
科学家发现,撞击天王星的天体至少有地球这么大,质量大约在1至3倍地球质量,不然不会对天王星造成巨大的干扰,有关碰撞的细节仍然无法推测,但撞击后碎片盘的质量应该足够庞大,应该大于今天天王星的卫星总质量。地球和月球也遭遇过类似的撞击,地球在遭遇一颗名为Theia的准行星撞击之后形成了月球,由于两者主要结构都是岩石,一次撞击后的物质很快就凝固了,新生的月亮形成的时间很短。在天王星相撞期间,原天王星吞噬了大部分气体物质,因此没有在天王星周围留下更大的卫星,同时天王星是由冰物质构成的,这些物质也最终被天王星所吸收。
图片解读:内核有钻石!
地下一万公里还有钻石雨
天王星的赤道半径约为2.5万公里,虽然表面温度极低,只有零下224摄氏度,但藏不住一颗炽热的“心”。天王星的内核温度高达6650摄氏度,于是我们得出一个非常有趣的结论,在内核之外的某个位置,距离天王星表面1万公里的位置,温度降低至4700摄氏度时,压力大约相当于地球大气压的148万倍,此时会形成钻石雨。宇宙印象为今日头条独家,其他均为假冒,转载均为非法。