為什麼天王星和海王星是不同的？

這兩個處於太陽系最外層的巨型行星有著相似的品質但他們也同樣有著顯著的差異。蘇黎世大學NCCR PlanetS的研究者們發現了這個長期未知的謎的解釋：兩個不同的巨行星撞擊可能帶來完全不同的影響。

圖解：NASA/JPL旅行者2號拍攝：左圖天王星右圖海王星

天王星和海王星是太陽系最外側的兩顆行星。 它們的大小，可能的元素組成以及與太陽之間的遠距離，都使得它們十分相似，並且明顯不同於類地行星以及巨大的氣體行星木星和土星。 “不過，這兩個行星之間也存在明顯的差異，等待人類找到原因。”Christian Reinhardt說。他和Alice Chau，Joachim Stadel以及Ravit Helled都是蘇黎世大學計算研究所工作的PlanetS小組成員，一起研究天王星和海王星。 “例如，天王星及其主要衛星在太陽系平面的傾斜角約97度，並且天王星圍繞太陽逆向旋轉。” Joachim Stadel解釋說。

另外，天王星和海王星的衛星系統也不同。 天王星的主要衛星都處於同一平面的規則軌道上，並且傾斜角與天王星一致，這表明它們類似於地球和月球，從一個碟狀天體形成。 相反，海王星最大的衛星海衛一的軌道平面與海王星及其其它行星相較非常傾斜，因此很可能是被行星捕獲的外界天體。 最後，它們的熱通量和內部結構也可能有很大不同。

相似的形成方式–不同的碰撞

“通常假設這兩個行星的形成方式十分相似，” Alice Chau解釋道。 這很容易解釋它們極其相似的品質、公轉軌道與太陽的平均距離以及可能成分。 但是他們的差異從何而來？ 由於撞擊在行星系統的形成和早期演化中很普遍，人們設想是一次巨大的撞擊導致了這兩顆天體分開並各自演化。但是先前的工作要麼只調查天王星曾發生的撞擊，要麼由於碰撞模型計算的極簡化而受到限制。

蘇黎世大學科研團隊首次用高解析度計算機模擬兩顆行星間不同程度不同形式的碰撞。從非常類似於的撞擊前的天王星和海王星開始，他們表明一個相當於1~3個地球品質的物體在這兩個行星上的撞擊可以解釋這種二分法。對於天王星，邊緣的輕擦碰撞會使行星傾斜但不會影響其內部結構。

而另一方面，對海王星實行正面撞擊會嚴重影響其內部結構但不會形成磁碟，因此與大型衛星在正常軌道上的執行缺陷相一致。這種會重新混合內部深層結構的碰撞據觀測是由更強烈的海王星熱流所支援的。“我們清晰地認識到，最初與天王星和海王星相似的形成方式會導致我們觀測到的神奇的外行星的屬性中的二分法的發生”，Ravit Helled總結到，未來NASA和ESA對這兩個星球的研究任務會提供新的更為關鍵類似情況下的線索，提高我們對太陽系的了解程度，並且讓我們更好地理解在這個規模內的外行星。

相關知識

天王星（來自古希臘神話中天空之神烏拉諾斯的拉丁文名字Ūranus）是太陽系的第七顆行星。它是太陽系中半徑第三大行星、品質第四大行星。天王星的成分與海王星相似，兩者的化學成分都與天然氣巨行星木星和土星不同。因此，科學家經常將天王星和海王星歸為“冰巨行星”，以區別於天然氣巨行星。天王星的大氣主要成分是氫和氦，與木星和土星類似，但它含有更多的“冰”，由水，氨和甲烷組成，以及其他可探測的碳氫化合物。它是太陽系中大氣最冷的行星，最低溫度只有49 K（-224°C; -371°F），並且具有複雜的雲層結構，其中水處在最低的雲層裡，最高的雲層由甲烷組成。天王星的內部主要由冰和岩石組成。

海王星是太陽系八大行星中距太陽最遠的行星。在太陽系中，它是直徑第四大、品質第三大巨型行星。海王星的品質約是地球的17倍，比其近乎雙生的天王星還要大。海王星的體積雖比天王星小，但由於海王星密度較大，其的品質更大，也因此會引起更大的重力壓縮。海王星繞太陽公轉一次為164.8年，平均距離為30.1 au（45億公里; 28億英里）。它以羅馬海神命名，天文學符號為♆，即海神的三叉戟。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.Barbara Vonarburg-hakunamatata，栗子味，年若彷徨