乌拉斯与海王星的吸积：对抗不同巨型撞击场景的检验

乌拉斯和海王星的起源尚未完全理解。它们倾斜的旋转轴——傾斜角——暗示它们在形成历史中经历了巨型撞击。模拟显示，来自约 5 颗地球质量行星胎儿的巨型撞击（约等于单位撞击质量比）能够大致匹配其当前的质量、最终质量比和傾斜角。然而，由于角动量守恒，这些撞击产生的行星倾向于旋转得过快，与乌拉斯和海王星不符。一个可能的解决方案是采用质量比大的碰撞情形（例如一个质量为 13 Mearth 的原乌拉斯与一个质量为 1 Mearth 的胎儿）。光滑粒子流体模拟表明，在这种情形下，最终行星的旋转周期更符合乌拉斯和海王星的特征。本文进行了大规模 N 体数值模拟，比较了这些不同动力学视角下的乌拉斯和海王星形成。我们的模拟以原行星群为起点，并考虑了类型 I 迁移、倾角和偏心率潮汐阻尼的影响。结果表明，虽然允许大质量比的撞击情形倾向于产生慢旋转的行星，但在这些特定模拟中发生碰撞的概率显著降低。这是因为对于低质量胎儿（<~1 Mearth）的气体潮汐阻尼相对较不有效，导致这些天体主要被更质量大的天体（~13 Mearth）散射，而非与之碰撞。总体而言，我们的结果显示，在这两种竞争性形成情形下，广泛匹配乌拉斯和海王星质量、质量比和旋转周期的概率在约 0.1-1% 的范围内，彼此之间相差约一个数量级。