科学探索|天王星为何“躺”着自转？
网上曾有人说 ， 天王星这颗行星没有有趣的特征 ， 就凭它“躺”着自转这一条 ， 就与太阳系其它行星独树一帜、别具一格 ， 按照当下流行的话来描述一下 ， 那就是天王星长着一个独特的“网红脸” ， 不想出名也难呀 。
天王星在太阳系八大行星中 ， 按照与太阳距离从小到大排列 ， 排在第七位 ， 仅比海王星要近一些 ， 其运行轨道与太阳的平均距离为29亿公里 。 从其质量来看 ， 它的排位比较靠前 ， 仅次于木星和土星 ， 数值为8.7*10^22吨 ， 相当于地球的14倍还多 ， 不过天王星是一颗气态行星 ， 平均密度约为1.24克每立方厘米 ， 其大气层中以氢和甲烷为主 。 天王星由于距离太阳过于遥远 ， 来自太阳的辐射能量到达这里的衰减非常厉害 ， 其辐射强度还不到地球的1% ， 这就致使天王星表面的温度非常低 ， 平均温度达到零下200摄氏度以下 。
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据科学家们推测 ， 天王星也是一颗具有较明显分层结构的气态行星 ， 其表面是一层由氢、甲烷以及微量的氨气、水气、氮气等所组成的大气层 ， 在大气层之下是由水冰和氨冰构成的冰幔层 ， 再往里就是由硅酸盐、固态金属所组成的固态内核层 。 从科学家们推测出的天王星结构以及它的密度、质量以及大气来看 ， 它既与木星、土星这样的大质量气态行星不同 ， 更与水星、金星、地球和火星这样的岩质行星不同 ， 但是与海王星非常相似 ， 因此科学家们在太阳系的气态行星中 ， 又将天王星和海王星划分为更精细的一类 ， 即远日行星 。
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我们来简要回顾一下天王星这类的远日行星是如何形成的 。 在50多亿年以前 ， 太阳系所在的区域还是由一片浓密的星云物质所笼罩 ， 这片巨大的星云物质 ， 来源于上一任大质量恒星在生命末期所发生的超新星爆发 。 在长时间的引力扰动作用下 ， 这些星云物质逐渐开始发生聚集和坍缩 ， 最终形成了占据优势的引力中心 ， 周围的星际物质开始围绕着这些引力中心运行 ， 边运行边被吸收 ， 中心区域的质量越来越大 ， 温度也越来越高 ， 最终坍缩形成恒星的胚胎 ， 当温度达到1000多万摄氏度、压力几百个大气压之后 ， 在量子隧穿效应的作用下 ， 一些氢原子中的质子能够突破库仑力的斥力进入另外的氢原子中 ， 从而激发质子-质子链式反应 ， 核心区的核聚变就此拉开帷幕 ， 太阳就此形成 。
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太阳所吸收的星际物质 ， 占据了整个大阳系中原有星云物质的绝大部分 ， 其它引力中心在与太阳的竞争中完全败下阵来 。 当太阳形成以后 ， 剩余的星际物质在继续围绕太阳运动的过程中 ， 又重复着不断吸聚和坍缩的步骤 ， 形成了数量众多、分布密集、大小不一的行星 。 随着太阳核聚变向外释放高能粒子流（太阳风）的作用 ， 原本残留的还没有被太阳吸收的星际物质就会被吹离 ， 较氢的气体分子被吹到距离较远的轨道 ， 较重的元素留在了距离太阳较近的轨道 。 在行星的聚合过程中 ， 那些较重的元素总量较少 ， 因此在距离太阳较近的轨道上形成了质量都不太大的固态行星 。
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这些固态行星由于在刚形成时数量较多 ， 时常发生相互碰撞、分解和合并等事件 ， 其中有一部分质量越来越大 ， 在万有引力和向心力平衡的作用之下 ， 围绕太阳公转的轨道就会向外迁移 ， 当达到太阳风吹离的气态物质和固态物质分界线时（现在的火星与木星之间） ， 就会强烈地吸收那些轻物质 ， 进一步壮大自身的质量 ， 同时又形成浓密的大气层 ， 最终形成气态行星 。 由于靠近木星的轨道处轻物质的分布密度最大 ， 因此这个轨道区域就有形成非常巨大气态行星的先天优势 ， 木星的“大个”就是这么来的 ， 然后依次是外围的土星 ， 再者就轮到了天王星 。
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