匪夷所思，天王星躺着转，为什么磁极在赤道上？

文/袁玉刚

天王星(Uranus)是太阳系第三大行星，由内向外第七颗，有27颗由冰和岩石组成的卫星。它是一颗冰巨星，温度-224℃，冰和岩石组成行星内核，甲烷和氨的冰组成星幔，氢、氦和甲烷、乙烷等碳氢化合物组成大气。

大气层分为对流层（320至59 K）、平流层(同温层)和增温层（800至850 K）或晕，表面有10个横跨行星的云带。表面风速偶尔有雷雨风暴。赤道的风与自转的方向相反，速度从100至50 米/秒。在纬度±20°为0，这儿也是对流层温度最低之处。再往极区移动，风向也转成与行星自转的方向一致，风速则持续增加，在纬度±40°附近，风速从150到200 米/秒。在纬度±60°处达到最大值240米/秒，然后下降至极区的0。

图1 天王星

天王星顺时针自转周期17时14分24秒，公转周期84.32年，轨道半径19.218天文单位，转轴倾角97.77度。据推测，外核与星幔交界处可能存在液态海洋。天王星具有磁场，北半球的磁场强度1.1 高斯，南半球的磁场强度低于0.1高斯。磁层顶在18个天王星半径处，有完整的磁尾和辐射带，扭曲倾斜的磁尾延伸数百万公里。磁层里的带电粒子包含质子、电子和少量的H离子。

奇怪的是，天王星可能被冥王星撞击翻倒97.77度（冥王星也倒转了），从此便躺着自转。因此，北极和南极轮流对着太阳，而赤道很少得到阳光。当南极变得明亮成为夏天时，北极就呈现黑暗进入寒冬。在纬度45°附近具有一个明亮的“衣领”。

更奇怪的是，天王星的磁场与众不同。大多数行星都有南极和北极两极磁场。地球的磁偏角为11.5°，木星的磁偏角是10°，土星的磁偏角几乎为0。但天王星具有2个或4个磁极，磁极也不在自转轴附近，而是倾斜59°。但磁极附近有极光，形成明亮的弧。

行星磁场是由行星中导电体的复杂流动运动产生的，即“发电机效应”。科学家们认为：天王星的薄外壳是由水、甲烷、氨和硫化氢组成的带电流体，薄外壳的循环或对流运动产生了怪异的磁场。更有好事者猜测：天王星表面成分10%是碳元素，在110万MPa压力下会成为液态钻石，覆盖在天王星上。液态钻石海洋将偏转或倾斜磁场离开行星的旋转轴线。

图2 天王星磁场

天王星的磁极为什么会在赤道上？其实这仍然与太阳系行星磁场的形成机理有关。不是薄外层，也不是钻石海洋，而是外核的“带电离子体”。这些离子体绕轴向东运动就形成西向电流。

天王星和木星一样也是一颗气体行星。内外的较差自转导致气体相互摩擦生热，各种元素失去外层电子成为离子，电子、离子向东转，与太阳、木星一样产生电流和偶极磁场。如果天王星没有躺下，中心的电子一边向两极走一边向东转，意味着离子向西走，所以N极就是地理南极。

图3 太阳磁场

但天王星、和木星、土星一样具有较差自转、摩擦生热产生的星幔和偶极磁场。只是由于屈服于老太阳的磁力淫威，磁极才与太阳系相反。即磁S极在地理南极，磁N极在地理北极。

问题是太阳的磁力线垂直于太阳系赤道，而天王星倒了，磁流体转动赤道不再与自转赤道重合，而是倾向于向太阳系赤道靠近，产生磁偏角。如果倒23度，磁偏角应该与地球相近。如果倒45度，天王星的磁偏角应该大于地球。磁S极依然在南半球，磁N极依然在北半球。如今天王星自转轴偏转98度，倒在赤道上了，磁偏角为59°。磁S极、磁N极都在赤道附近摆动。由于地理南北极颠倒，磁S极跑到北方，磁N极跑到南方，与太阳的磁极一致了。虽然磁极依然是两个，但没有固定的磁极了。

朋友，你们看，天王星怪异的磁场结构是不是也正常啊！