我们太阳系中最奇特的现象之一是天王星侧身旋转的奇怪方式。这是一个谜，因为所有其他行星都直立旋转。是什么导致天王星如此不同，特别是与同时期在相似环境下形成的邻居海王星相比？
传统的观点认为，在太阳系形成后不久，天王星被当时在该区域横行的众多小行星中的一些的多次碰撞撞击而倾覆。
这个理论的问题在于，海王星在同样的条件下却安然无恙。这表明有其他过程导致了天王星的奇特行为。但那会是什么呢？
倾覆的轨道
现在，得益于法国巴黎天文台的 Melaine Saillenfest 及其同事的工作，我们得到了一个答案。他们认为，天王星可能以另一种方式倾斜。他们说，如果天王星曾经有一个巨大的古代卫星，其轨道与行星自身的自转在引力上相互作用，从而缓慢地将其翻转到侧面，那么就可以解释这种倾斜。
首先，一些背景知识。天文学家早就意识到行星与其卫星之间的引力关系可能很复杂且持续时间很长。事实上，小的卫星可以通过它们在轨道上反复的引力扰动对其更大的宿主产生显著影响。
当扰动以与宿主行星的某个特性产生共振的频率发生时，其影响会大大增强，特别是当卫星缓慢远离其宿主时。
天文学家知道月球以每年约 4 厘米的速度缓慢远离地球。但最近的观测显示，木星和土星周围的卫星也在迁移。
这让 Saillenfest 及其同事认为，天王星可能也发生了类似的事情。在这些条件下，一颗巨大卫星的引力扰动可能与天王星自转轴的进动产生了共振，导致行星逐渐倾斜到侧面。
该团队模拟了天王星的过程，以确定这种情况可能发生的条件。
结果表明，一颗质量仅为天王星千分之一的卫星，在从大约 10 倍天王星半径的距离迁移开的过程中，就可以使行星倾斜。“为了在不到太阳系年龄的时间内实现倾斜，卫星的平均漂移速率必须与月球当前的轨道膨胀速率相当，”Saillenfest 及其同事说。
该团队的模拟显示，一旦行星倾斜超过 80 度，它的行为和卫星的轨道都会变得混乱且不可预测，以至于卫星可能会撞击天王星。
然而，当这种情况发生时，天王星的行为会稳定下来，其自转会锁定在这个非常不寻常的倾斜角度。值得注意的是，今天的天王星没有巨大的卫星，不像海王星有特里同，土星有泰坦，以及木星有盖尼米得和其他。
化石化的自转
这是一个很有说服力的有趣理论。“据我们所知，这是第一次有一个单一的机制能够在不诉诸巨大撞击或其他外部现象的情况下，同时倾斜天王星并将其自转轴固定在其最终状态，”Saillenfest 及其同事说。
然而，这绝非板上钉钉。“倾斜所需的条件似乎大致现实，但仍有待确定天王星是否曾经能够拥有一个受到巨大潮汐迁移影响的巨大原始卫星，”天文学家说。
有助于进一步阐明这一情景的一个方法是更好地了解天王星卫星目前的迁移及其其他特性。对于土星和木星，这些细节中的许多都需要等待各种轨道航天器（如伽利略号、朱诺号和卡西尼号）的访问。
只有一艘航天器完成了前往天王星的孤独旅程。旅行者2号在 1986 年 1 月离开太阳系时经过了那里。尽管有各种太空机构计划派遣轨道飞行器，但没有任何任务获得批准。
在任务获得批准之前，天文学家将不得不依赖来自地球和詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的日益详细的观测。Saillenfest 及其同事说，这些数据应该很有用：“我们的结果可以作为未来实验的稳固起点。”
参考：通过古代卫星的迁移倾斜天王星：arxiv.org/abs/2209.10590
