与其他巨行星一样，Uranus 拥有一系列行星环和十几个卫星，使其看起来像一个独立的微型太阳系。但与它那些庞大的邻居（以及其他行星）不同的是，这颗冰巨行星绕自身轴旋转是侧向的，是滚着转而不是竖着转。现在，一项关于这颗行星早期的新模拟，通过展示它也能产生这颗行星的卫星，进一步支持了旨在解释其奇怪朝向的理论。
“这个模型首次解释了 Uranus 卫星系统的配置，”日本东京工业大学的行星科学家 Ida Shigeru 在一份新闻稿中说。
这颗奇异的行星需要一个足够不寻常的起源故事来匹配其怪异的本性。地球、木星以及我们宇宙中的大多数行星都像陀螺一样“垂直”旋转，它们的北极都指向与太阳北极相同的方向。但 Uranus 不是。它独自侧身翻滚，它的行星环和卫星在绕轨道运行时，在太阳系平面“上下”摆动。
是什么让 Uranus 系统发生了倾斜？它可能由于形成它的尘埃盘最初的扭曲而自行倾斜，但许多行星科学家认为，这颗年轻的行星——在其数十亿年的生命中刚刚度过了几亿年——经历了一次灾难性的碰撞。那时，早期的太阳系比现有的 八大行星（左右）拥有更多的行星，因此碰撞是不可避免的。一颗名为 Theia 的火星大小的岩石 可能融化了 地球的大部分，形成了月球。同样，年轻的 Uranus 可能遭受了一个直径约为地球几倍的流浪冰球的毁灭性的、偏心的撞击，将两个天体都撞得团团转。当尘埃落定后，剩下的两部分可能会合并成一个单一的旋转世界。
研究人员在 20 世纪 90 年代初首次通过计算机模拟对该理论进行了检验。他们将原始 Uranus 和它的“对手”分解成数千个数字碎片，每个碎片代表大约地球月球质量的十分之一。通过 反复以各种速度和角度将两个粒子云碰撞在一起，他们得出结论，这场双重末日只会持续几天，之后产生的融合体确实获得了其特有的翻滚姿态。
两年前，一个由加州大学圣克鲁斯分校的 Don Korycansky 和洛斯阿拉莫斯国家实验室的 Chris Fryer 组成的团队 将这一想法推向了更远。他们利用了三十年的计算进步，模拟了两个由数百万个碎片组成的行星之间的各种碰撞。“这就像从一个边长 200 [像素] 的显示器升级到一个 2000 x 2000 [像素] 的图像，”Korycansky 说。“你可以看到很多可以进一步研究的细节。”这颗行星倾斜理论经受住了他们高分辨率的检验。
现在，Ida 和他的同事们的研究接续了之前的模拟。“他们将其提升到了一个新的水平，”Fryer 说。“这变得相当令人兴奋。”
摧毁两个世界会造成混乱，先前的模型表明，大量的碎片最终会围绕着新形成的星球轨道运行——但行星尺度的模拟不够精细，无法确定碎屑会形成何种形状。 Ida 的研究结果 上周发表在《自然天文学》杂志上，通过聚焦于盘本身并将系统的历史分为两个不同的时期来解决这个问题。
从过去模拟预测的盘的质量开始，他们首先分析了碰撞的直接后果。假设初始行星主要是冰球，撞击的暴力会汽化它们的部分物质。该团队将碎片视为水蒸气与氢气和氦气混合的云，并分析了盘在绕轨道运行并落到行星上时如何冷却和变薄。他们发现，经过数千年，它最终凝结成冰颗粒，然后这些颗粒又聚集形成长达数英里的冰块——这是 Uranus 未来卫星的种子。
当残骸从云状物转变为块状物体集合时，Ida 的团队改变了策略。他们建立了一个数字 Uranus，其中包含 10,000 个冰质小卫星（其属性由他们第一次模拟的结果确定），并让它们自由飞行。当不可避免的“碰碰车”游戏平息下来后，剩下大约十几个大型幸存者。它们的大小和位置与 Uranus 的观测卫星相符。其中最大的四个与实际情况非常吻合。
Ida 表示，这一结果解决了其他模型中的一些挑战，使得更复杂的理论不再必要。“我们的研究表明，如果正确考虑了盘的演化，简单的撞击场景就能完美地重现 Uranus 的卫星系统。”
其他撞击研究人员表示，这项工作并未实质性地改变他们对该系统形成方式的理解，但它确实使该理论的解释力增加了一倍。“撞击模型不仅能轻松解释倾斜，”Fryer 说，“它还回答了‘Uranus 是如何形成其卫星的？’”
早期的研究对于来袭行星是由岩石还是冰构成相对没有定论。但根据这项新研究，似乎只有冰足够粘稠，能够很好地凝聚成小卫星，因此未来的模型可能会侧重于充实更偏向冰的场景。Ida 表示，精确计算系统中卫星中冰和岩石的相对含量是未来研究的一个主要方向。
但行星科学界只能通过回顾过去学到这么多。研究人员说，构建能够生成与 Uranus 真实卫星相匹配的“正确答案”的计算机程序是一个巨大的进步，但真正的确凿证据将是能够预测当前未知特征的真正预测。例如，Fryer 目前正在开发新的模拟，预测在撞击的热量中可能形成了哪些物质（与行星保持较凉的、不太戏剧性的形成情景相反）。要证实这样的理论，未来的航天器必须亲自去检查 Uranus 的具体构成。
Fryer 希望像他和他同事 Ida 一样的理论研究能够发现各种只有撞击才能产生的潜在迹象。而且，由于任何飞往外行星的任务都需要 数十年 的规划和执行时间，他们将有充足的时间进行计算。
