地球只有一顆天然衛星 木星的衛星為什麼那麼多?
2019年10月17日10:35
圖中顯示了圍繞木星運行的眾多衛星中的4顆,這顆行星為什麼有這麼多衛星呢?
圖中顯示了圍繞木星運行的眾多衛星中的4顆,這顆行星為什麼有這麼多衛星呢?

  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木星旋轉。作為太陽系中最大的行星,木星一向以衛星數量眾多著稱,並且不斷有新成員被發現。2018年7月16日,天文學家宣佈,他們又發現了12顆此前不為人知的木星衛星。

  美國卡內基科學研究所的斯科特(Scott S。 Sheppard)領導了這項研究。他和同事們原本在進行另一項研究,試圖在遙遠的柯伊伯帶尋找新天體,即傳說中的太陽系第九大行星“Planet X”。柯伊伯帶是海王星軌道外側一個天體密集的圓盤狀區域。在搜索新天體可能存在的區域時,謝潑德和同事們意外發現木星剛好在搜索範圍附近,於是他們決定暫時擱置原先的研究目標,轉而暫時觀察一下木星。

木星衛星的各種分類,新發現的衛星軌道以粗線顯示。圖中綠色線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。它穿梭於逆行衛星的軌道間,但本身軌道是順行的。
木星衛星的各種分類,新發現的衛星軌道以粗線顯示。圖中綠色線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。它穿梭於逆行衛星的軌道間,但本身軌道是順行的。

  對木星衛星的觀察可以追溯到伽利略的時代。1610年,偉大的天文學家伽利略注意到有4個天體似乎在圍繞著木星旋轉。後來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顆衛星是最早被發現的木星衛星,在分類上屬於木星的主衛星群,又被稱為伽利略衛星。它們的半徑比任何矮行星都大,是太陽系中除太陽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,其直徑甚至大於水星。隨著觀星技術變得越來越先進,人們又發現了這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。

  在太陽系中,還沒有其他行星能達到這個數字。土星緊隨其後,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,地球只有一個月亮,而水星和金星完全沒有衛星,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於引力。

  引力的影響

  天文學家將太陽系內的行星分為兩類。水星、金星、地球和火星是所謂的“類地”或“內行星”,而木星、土星、天王星和海王星則被歸類為“氣態巨行星”,也被稱為“外行星”(越來越多的科學家認識到,天王星和海王星是一類獨特的巨行星,稱為“冰巨行星”)。

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

  正如牛頓所觀察到的,物體的質量與其引力場的強度之間存在正相關關係。由於氣態巨行星具有驚人的質量,它們便能夠吸引更多的衛星。不過,這並不是像木星這樣的行星擁有如此多衛星的唯一原因。太陽系的氣態巨行星距離太陽相對較遠。與之相比,一些恒星擁有巨大的類木行星,稱為“熱木星”。基本上,這些系外氣體巨行星的軌道往往離恒星很近,你可以想像一下土星和水星互換位置的場景。

  法國天文學家法特希·納穆尼(Fathi Namouni)在2010年發表的一篇論文中指出,熱木星幾乎沒有衛星。有天文學家認為,熱木星可能起源於恒星系的凍結線(由母恒星中心向外起算,能讓水、氨、甲烷等揮發物質凝聚為固體冰粒的最小距離)以外,然後向內遷移。在遷移過程中,它們的衛星會陷入一場天體拔河遊戲。氣態巨行星的質量雖然很大,但恒星要大得多。因此,當熱木星太接近其母恒星時,擁有更強引力場的恒星最終會偷走它的衛星。

  距離會抵消引力的作用。當行星離太陽越遠,其對行星的引力就越弱。因此,如果納穆尼的觀點是正確的,那麼木星擁有的衛星數量將不止79顆,應該還會不斷增加,因為這是一顆巨大的氣態行星,距離太陽足夠遠,可以避免衛星被剝奪。

  木星的衛星並不是千篇一律的。其中有一些衛星具有天文愛好者們津津樂道的特徵,比如木衛一上佈滿了活火山;木衛二上存在一個隱藏的海洋,那裡可能有外星生命;木衛三有火星的三分之二那麼大,是整個太陽系最大的衛星。

  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,逐漸演變成我們今天所知道的氣態巨星。當木星成形時,圍繞它旋轉的一些物質合併成了伽利略在1610年發現的4顆衛星。土星可能推動了它們的形成。也有人猜測,早期的木星曾有更多的衛星,後來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形成的。科學家認為,木星的許多衛星一開始都是大塊的太空岩石,是被木星的引力吸引而漂移過來的。

  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現的12顆新衛星中的9顆。這麼多衛星朝不同方向旋轉,碰撞是不可避免的。衛星可能會在碰撞過程中被摧毀,因此,就在木星獲得新衛星的同時,也在失去一些原有的衛星。(任天)

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