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木星如何创造出太阳系最大卫星群?研究:土星插一脚帮忙

2024-11-05 206

我们知道木星携带了数颗超巨大卫星,其中太阳系最大卫星木卫三盖尼米德(Ganymede)直径甚至比水星还大。一般认为这些超巨大卫星形成于木星附近,但该理论尚有不足之地,而一项最新研究以电脑模拟表明,土星可能在卫星形成过程发挥关键作用。

木星已知拥有 67 颗卫星(很有可能持续增加),是太阳系中携带最多天然卫星的行星,俨然自成一个木星系。1610 年 1 月,意大利天文学家伽利略最早以望远镜发现木星最亮的 4 颗卫星,被后人称为伽利略卫星,它们环绕在距离木星 40 万至 190 万公里的轨道带,由内而外依次为木卫一埃欧、木卫二欧罗巴、木卫三盖尼米德、木卫四卡利斯多。

这 4 颗卫星都比冥王星还要大,而盖尼米德还是太阳系最大卫星,直径大于水星,质量约水星一半。伽利略之后几个世纪(至 1950 年代),人们又接连发现 12 颗较大的卫星,使木星卫星总数达 16 颗;1979 年 NASA 航海家一号(Voyager 1)及 1995 年伽利略号飞临木星的时候,又发现了更多更小的、离木星更远的天然卫星,使人类所知木星系卫星总数达 67 个。

其中,埃欧、欧罗巴和盖尼米德的轨道形成精准“拉普拉斯共振”:当埃欧每绕行木星运转 4 圈,欧罗巴会精准绕木星 2 圈、盖尼米德则精准绕木星 1 圈。当木星引力拉扯它们接近时,这 3 颗卫星形状规律地扭曲;而当它们远离时,又会回复到接近球形,这种潮汐扭曲作用促使卫星内部摩擦生热,最显而易见的是最接近木星的埃欧(受到最强潮汐力)异于平常的火山活动(有 400 座活火山),程度较轻的欧罗巴表面则有较年轻的地质样貌。

▲ 伽利略卫星家族,从上至下依序为:埃欧、欧罗巴、盖尼米德、卡利斯多。(Source:NASA)

而先前研究表明,这几颗伽利略卫星应是从木星形成最后阶段的行星盘汇集而成,但理论带来的一个新问题是,科学家不知道这个物质盘从何而来,照理木星形成时会吸走大部分物质,哪里有额外形成超巨大卫星的份?

现在,由法国艾克斯─马赛大学天体物理学家 Thomas Ronnet 领导的研究提出,伽利略卫星很可能是在土星的帮助下形成。当土星靠近木星时,其引力打破了木星吸收物质的平衡性,那些“漏网之鱼”物质便成为今天 4 大伽利略卫星的材料。

不过这次模拟虽然合理表明了大卫星围绕木星的发展情景,但依然不能解释为何这 4 颗卫星是由不同种类的材料制成。但进一步模拟会发现土星对太阳系其他现象的影响,比如土星也可能帮忙将冰物质分散至内太阳系以使其充满水;在太阳系外,那些拥有多行星系统的恒星也可能经历类似过程,如此科学家可将目光瞄准观察更大行星,看看它们是否有可能带有隐藏生命的巨大卫星。

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(首图为木卫二欧罗巴想像图,来源:NASA)

2019-03-14 15:31:00

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