新研究為探究天王星怪異的自轉提供一個新線索

與所有其他行星不同，天王星的自轉軸可以說是躺在軌道平面上的，傾斜的角度高達98°。其它行星的自轉軸相對於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，天王星有垂直的環和衛星圍繞其傾斜的赤道執行。

“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。科學家因此懷疑天王星曾經與太陽系中的其他行星類似，但突然被“翻轉過來”。所以發生了什麼事？發表在《天體物理學雜誌》上的一項新研究提供了一個線索。

災變性碰撞

我們的太陽系曾經是一個更加“暴力”的地方，原行星在猛烈的巨大撞擊中碰撞，這有助於創造我們今天看到的世界。大多數研究人員認為，天王星的旋轉是戲劇性碰撞的結果。研究人員著手揭示其是如何發生的。

研究人員的基本思想是，用超級計算機中的數百萬個粒子模擬碰撞的行星，每個粒子代表一個行星物質塊。他們給模擬提供了描述物理如重力和物質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複雜而混亂的結果。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，並探索可能的結果範圍。

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並與一顆年輕行星合併後，可以輕易地創造出天王星今天的奇怪旋轉。對於更多的隨意碰撞，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，位於氫氣和氦氣大氣層的下方。這可以抑制天王星內部物質的混合，從內部深處捕獲熱量。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新發現是一項嚴峻的計算挑戰，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，比目前大多數其他研究使用的顆粒多 100-1000倍。除了製作一些令人驚歎的圖片和動畫如何發生巨大的撞擊，這開闢了現在可以開始解決的各種新的科學問題。

這一改進歸功於 SWIFT ，可充分利用當代“超級計算機”。這些基本上是很多連線在一起的普通計算機。因此，快速執行大型模擬依賴於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需要多長時間，並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，它的解析度提高了1000倍，顯示出我們以前從未見過的細節。

系外行星及其他

除了更多地瞭解天王星的具體歷史外，另一個重要的動機是更普遍地瞭解行星的形成。近年來，科學家發現最常見的系外行星型別與天王星和海王星非常相似。因此，科學家所瞭解的關於“冰巨人”可能演變的一切都源於對其遠古“表兄弟”的理解以及潛在可居住世界的演變。

科學家研究的一個與外星生命問題非常相關的令人興奮的細節是巨大撞擊後的大氣命運。他們的高解析度模擬顯示，在最初的碰撞中“存活”的一些大氣層仍然可以通過隨後的行星使空氣猛烈向外膨脹來消除。

關於天王星以及一般的巨大撞擊仍然存在很多問題。即使科學家的模擬越來越詳細，但仍然需要研究很多東西。因此，許多人呼籲對天王星和海王星進行新的任務，研究它們奇怪的磁場、古怪的衛星和環等。