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地球只有一顆天然衛星 木星的衛星為什么那么多?

發(fā)布時(shí)間:2019-10-17 09:54:05來(lái)源:新浪科技


圖中顯示了圍繞木星運行的眾多衛星中的 4 顆,這顆行星為什么有這么多衛星呢?

  北京時(shí)間 10 月 17 日消息,地球只有一顆天然衛星,但有幾十顆天然衛星圍繞著(zhù)木星旋轉。作為太陽(yáng)系中最大的行星,木星一向以衛星數量眾多著(zhù)稱(chēng),并且不斷有新成員被發(fā)現。2018 年 7 月 16 日,天文學(xué)家宣布,他們又發(fā)現了 12 顆此前不為人知的木星衛星。

  美國卡內基科學(xué)研究所的斯科特(Scott S。 Sheppard)領(lǐng)導了這項研究。他和同事們原本在進(jìn)行另一項研究,試圖在遙遠的柯伊伯帶尋找新天體,即傳說(shuō)中的太陽(yáng)系第九大行星“Planet X”??乱敛畮呛M跣擒壍劳鈧纫粋€(gè)天體密集的圓盤(pán)狀區域。在搜索新天體可能存在的區域時(shí),謝潑德和同事們意外發(fā)現木星剛好在搜索范圍附近,于是他們決定暫時(shí)擱置原先的研究目標,轉而暫時(shí)觀(guān)察一下木星。

  木星衛星的各種分類(lèi),新發(fā)現的衛星軌道以粗線(xiàn)顯示。圖中綠色線(xiàn)顯示的是一顆特立獨行的衛星 Valetudo,以羅馬神朱庇特的曾孫女命名。它穿梭于逆行衛星的軌道間,但本身軌道是順行的。

  對木星衛星的觀(guān)察可以追溯到伽利略的時(shí)代。1610 年,偉大的天文學(xué)家伽利略注意到有 4 個(gè)天體似乎在圍繞著(zhù)木星旋轉。后來(lái)它們分別被命名為艾奧(Io,木衛一)、歐羅巴(Europa,木衛二)、蓋尼米德(Ganymede,木衛三)和卡里斯托(Castillo,木衛四)。這 4 顆衛星是最早被發(fā)現的木星衛星,在分類(lèi)上屬于木星的主衛星群,又被稱(chēng)為伽利略衛星。它們的半徑比任何矮行星都大,是太陽(yáng)系中除太陽(yáng)和八大行星以外最大的天體。木衛三是木星衛星中最大的一顆,其直徑甚至大于水星。隨著(zhù)觀(guān)星技術(shù)變得越來(lái)越先進(jìn),人們又發(fā)現了這 4 顆衛星的更多同伴。謝潑德的研究小組確認了 12 顆新的衛星,使木星的衛星總數已經(jīng)達到 79 顆。值得一提的是,這 12 顆新衛星都十分袖珍,大小幾乎都在 1 至 2 公里。

  在太陽(yáng)系中,還沒(méi)有其他行星能達到這個(gè)數字。土星緊隨其后,已知有 62 顆衛星;天王星有 27 顆衛星,海王星有 14 顆衛星。地球的鄰居火星,擁有兩顆衛星:福波斯(Phobos,火衛一)和得摩斯(Deimos,火衛二)。相比之下,地球只有一個(gè)月亮,而水星和金星完全沒(méi)有衛星,這或許能讓地球人稍感安慰。

  木星擁有如此多的衛星,而其他行星的衛星卻如此之少,這其中的原因都要歸結于引力。

  引力的影響

  天文學(xué)家將太陽(yáng)系內的行星分為兩類(lèi)。水星、金星、地球和火星是所謂的“類(lèi)地”或“內行星”,而木星、土星、天王星和海王星則被歸類(lèi)為“氣態(tài)巨行星”,也被稱(chēng)為“外行星”(越來(lái)越多的科學(xué)家認識到,天王星和海王星是一類(lèi)獨特的巨行星,稱(chēng)為“冰巨行星”)。

  這兩個(gè)類(lèi)別之間有著(zhù)相當大的規模差距。雖然天王星是最小的外行星,但它的質(zhì)量仍然是地球的 15 倍,而地球是最大的內行星。然而,就體積而言,沒(méi)有其他行星能與木星匹敵。在質(zhì)量上,木星的質(zhì)量是太陽(yáng)系其他行星質(zhì)量總和的 2.5 倍,也是地球質(zhì)量的 300 多倍。這絕對是個(gè)怪物。

  正如牛頓所觀(guān)察到的,物體的質(zhì)量與其引力場(chǎng)的強度之間存在正相關(guān)關(guān)系。由于氣態(tài)巨行星具有驚人的質(zhì)量,它們便能夠吸引更多的衛星。不過(guò),這并不是像木星這樣的行星擁有如此多衛星的唯一原因。太陽(yáng)系的氣態(tài)巨行星距離太陽(yáng)相對較遠。與之相比,一些恒星擁有巨大的類(lèi)木行星,稱(chēng)為“熱木星”?;旧?,這些系外氣體巨行星的軌道往往離恒星很近,你可以想象一下土星和水星互換位置的場(chǎng)景。

  法國天文學(xué)家法特希·納穆尼(Fathi Namouni)在 2010 年發(fā)表的一篇論文中指出,熱木星幾乎沒(méi)有衛星。有天文學(xué)家認為,熱木星可能起源于恒星系的凍結線(xiàn)(由母恒星中心向外起算,能讓水、氨、甲烷等揮發(fā)物質(zhì)凝聚為固體冰粒的最小距離)以外,然后向內遷移。在遷移過(guò)程中,它們的衛星會(huì )陷入一場(chǎng)天體拔河游戲。氣態(tài)巨行星的質(zhì)量雖然很大,但恒星要大得多。因此,當熱木星太接近其母恒星時(shí),擁有更強引力場(chǎng)的恒星最終會(huì )偷走它的衛星。

  距離會(huì )抵消引力的作用。當行星離太陽(yáng)越遠,其對行星的引力就越弱。因此,如果納穆尼的觀(guān)點(diǎn)是正確的,那么木星擁有的衛星數量將不止 79 顆,應該還會(huì )不斷增加,因為這是一顆巨大的氣態(tài)行星,距離太陽(yáng)足夠遠,可以避免衛星被剝奪。

  木星的衛星并不是千篇一律的。其中有一些衛星具有天文愛(ài)好者們津津樂(lè )道的特征,比如木衛一上布滿(mǎn)了活火山;木衛二上存在一個(gè)隱藏的海洋,那里可能有外星生命;木衛三有火星的三分之二那么大,是整個(gè)太陽(yáng)系最大的衛星。

  這三顆衛星,連同木衛四,很可能是與木星一起形成的。這顆巨大的行星最初可能是由氣體和塵埃組成的圓盤(pán),逐漸演變成我們今天所知道的氣態(tài)巨星。當木星成形時(shí),圍繞它旋轉的一些物質(zhì)合并成了伽利略在 1610 年發(fā)現的 4 顆衛星。土星可能推動(dòng)了它們的形成。也有人猜測,早期的木星曾有更多的衛星,后來(lái)逐漸被這顆巨大的行星吸引和吸收。

  還有一些衛星不一定是與木星同時(shí)形成的??茖W(xué)家認為,木星的許多衛星一開(kāi)始都是大塊的太空巖石,是被木星的引力吸引而漂移過(guò)來(lái)的。

  木星衛星的行為也很有趣。許多衛星與木星旋轉的方向相同,但也有與之相反的情況,包括謝潑德和同事所發(fā)現的 12 顆新衛星中的 9 顆。這么多衛星朝不同方向旋轉,碰撞是不可避免的。衛星可能會(huì )在碰撞過(guò)程中被摧毀,因此,就在木星獲得新衛星的同時(shí),也在失去一些原有的衛星。
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