為什麼金星自轉的方向與其他行星相反?

2020-12-04 天文在線

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金星自轉周期無法通過望遠鏡對其表面標記的觀測來決定,因為它有著厚重的且各部分無區別的大氣層。20世紀60年代,在金星距離地球最近的位置時,發射的雷達脈衝從金星上反射回來,最終發現了金星的自轉周期,它的一天,有243.09 +/- 0.18的地球日那麼長。但金星在自轉軸上以向後或逆行的方式相對於其他行星自轉。上面的圖像是由NASA的麥哲倫號金星探測器傳來的,它的雷達成像技術能夠探測到金星上公裡單位的表面特徵。

如果你從太陽系平面的「北極」向下看,你將看到行星們繞太陽逆時針公轉並繞其軸線逆時針自轉,除了金星。金星會在繞太陽逆時針公轉的同時順時針自轉。不過金星並不「孤單」,天王星的軸線與太陽系的平面傾斜的角度過大以至於它在繞太陽公轉時幾乎是在「側翻」。

金星與天王星自轉軸的極度傾斜是什麼原因造成的?過去多年來,人們一直認為,就金星的情況而言,地球是罪魁禍首。這中間奇怪的是,當金星在729.27天內繞其軸自轉三次時,地球正好繞太陽轉兩圈(728.50天)。這讓許多天文學家意識到地球和金星被鎖定在3:2的潮汐共振中。太陽系中有許多天體似乎被鎖定在各種自旋軌道共振中,特別是木星的小行星家族。水星似乎也與太陽在引力作用下有某種共振,因為水星的日(58.646天)和年(87.969天)的比例也為3:2。

作用在旋轉物體上的力會產生一些特殊的「雜技」。例如,如果你拿一個旋轉的陀螺並給它一個推力,它就會開始以一種名為「旋進」的方式擺動。地球的自轉軸以幾十度的天體出沒方位角擺動了26000年,這都是由於月球潮汐作用對地球的影響。而在金星的情況下,幾十億年來金星受到的來自地球的「溫和」的引力所產生的3:2的共振似乎不足以使金星整個傾斜並自轉逆行。

不過目前最好的觀點仍然支持金星逆自轉來源於在金星(同天王星)最初形成時發生的戲劇性事件。從我們在各種行星表面看到的凹坑證據中可以看出,太陽系行星形成後不久,仍有一些大型的小行星圍繞著太陽運行。它們中的一個可能與地球發生碰撞,碰撞出的物質又冷凝成了我們的月亮。帶外行星的衛星可能是這個古老天體群的代表。

金星可能遇到過這樣一個大天體,但與地球不同,散落的物質沒有形成一個單獨的月球,而是被金星所吸收。除了質量和動能,這些物質也會產生角動量。結果是金星新的自轉方向和速度與它的初始狀態發生了巨大的變化,這可能與地球非常相似。直到今天,最近一次遠古時期碰撞的結果是金星逆行自轉。

這個理論也可能適用於天王星,前提是碰撞發生在15顆衛星被捕獲或形成之前。它們的軌道平面看起來平整一致,沒有證據表明曾經會發生劇烈的由引力產生的事件,例如碰撞。

也可能是天王星碰撞事件將物質「扔」到天王星周圍的軌道上,並由此形成了天王星更大的共面衛星群。

很明顯,這是一個複雜且不好理解的現象。金星的現狀指向曾經的一個碰撞事件,並使金星的自轉軸和自轉方向顛倒。地球在金星上的潮汐作用,在數十億年的時間裡穩定地作用,然後建立了3:2的自旋軌道共振。每2個地球年,金星表面完全相同的部分便會面向地球。

在金星的這一面,會有一些亞表面的質量集中讓地球可以抓住它來形成潮汐鎖定嗎?

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.astronomycafe-Dr. Odenwald

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