天王星为什么这么熊？可能因为小时候被撞过

　　天王星很特别。

旅行者2号探测器于1986年拍摄的天王星。图片来源：NASA网站

　　它是人类用望远镜发现的第一颗行星。这颗天蓝色的冰质巨行星，个头足有地球的4倍，质量则是地球的大约15倍。从内向外数，它在太阳系8颗行星里排名第7。虽然不是离太阳最远的，气温却是行星里最低的。
　　更特别的是，它几乎躺在轨道上转动。
　　太阳系的每一颗行星，自转轴和公转轴的方向，多少都会有所差异。在地球上，这两个方向的夹角大约是23.4°。正是因为存在这一夹角，地球上才出现了春夏秋冬这样的季节变换。
　　其他行星也有夹角，一般也就是二三十度，甚至更小。天王星的这一夹角，却达到了大约97.8°。换句话说，它就像一个熊孩子，一边绕着太阳转圈，一边躺在地上打滚耍赖。

不用怀疑，照片并没有被旋转90度。图片来源：Almond/NASA

　　为什么天王星会这么熊？或者说，为啥它的倾角会有这么大呢？
　　天文学家很早就猜想，天王星曾经遭受过严重的撞击。这场撞击不仅造成了这么大的转轴倾角，产生的碎片还形成了它的光环和5颗较大的卫星。不过猜想归猜想，我们很难找到切实的证据，因为天王星是一颗冰巨行星。
　　在地球上，我们可以在地层中探寻地球成长的历史，可以在地表发现巨大的陨石坑，证明恐龙的灭绝可能归咎于小行星的撞击。可是，对于一颗冰行星来说，不存在地层能够保留任何地质上的证据。或许它的卫星上会留下痕迹，但天王星距离地球太过遥远，除了旅行者2号在1986年飞掠过它们打量过几眼之外，人类目前还没有向那里再派遣探测器的打算。
　天文学家模拟了天王星遭受撞击的情景，发现这样的撞击能够解释它的诸多异常。左上角是模拟中的时间，H代表小时。视频来源： Jacob Kegerreis/杜伦大学
　　还好，科学家有一种研究工具，叫做“模拟”。就像奇异博士用时间宝石一遍一遍地预演未来，寻找战胜灭霸的唯一方法一样，科学家也可以用计算机一遍一遍地模拟天王星遭受撞击的过程，试试看能不能得到与实际情况吻合的结果。
　　英国杜伦大学的天文学家，在高性能超级计算机上运行了高精度模拟，预演了不同情况下天王星遭受撞击的后果。幸运的是，他们只进行了50多次模拟便得到了理想的结果，不用像奇异博士那样看遍14000605种结局。
　　主导这项研究的科学家雅各布·凯格瑞斯（Jacob Kegerreis）介绍说，他们的模拟显示，如果在大约40亿年前，一颗两倍于地球质量的天体以某个特定的角度擦着边缘撞上来的话，就足以把天王星本来正常的自转轴撞歪成现在的样子，还能让天王星保留住它的大部分大气层。

日本的昴星团望远镜所拍摄的天王星的环和两颗卫星。图片来源：NASA网站

　　此外，天王星的光环和一些卫星也可能形成于这次撞击。模拟显示，原本在行星内部的一些岩石和冰会在这场撞击中抛飞出去，在天王星周围绕着它旋转。它们会慢慢聚集在一起，形成光环和几颗主要的卫星。
　　不过，这毕竟仅仅是模拟的结果，除非未来真的在天王星的卫星上找到证据，我们没办法就这么把天王星的“熊”归因于一次撞击。毕竟，我们并没有时间宝石，无法回到40亿年前，亲眼见证天王星被撞的过程。