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太阳系中最奇异的卫星有哪些

2021-07-07 15:51:53 来源:新浪科技
太阳系中最奇异的卫星有哪些

在我们的宇宙附近,一些最奇异的星球不是行星,而是绕行星运行的卫星

  新浪科技讯 北京时间7月7日消息,在我们的太阳系中,除了水星和金星之外,其他行星都有一颗或多颗天然卫星。地球的卫星,当然就是我们熟知的月亮,是一个美丽而荒凉的无生命世界,由古老的火山和无数的撞击坑塑造而成。尽管月亮是我们最熟悉的天然卫星,但它却不是最有趣的卫星。外太阳系的每一颗巨大行星都拥有大量的卫星,其中许多卫星与主行星同时形成,并且和主行星一样,也是由富含冰的物质构成。尽管这些卫星远离太阳且缺少阳光和热量,但它们仍然和它们的主行星一样丰富多彩。

  在这里,我们将启程去认识一下这些最奇怪和最令人兴奋的神奇世界。有些卫星,比如木卫四(也叫“卡里斯托”)和土卫一(“弥玛斯”),数十亿年来一直冻得严严实实,但太空的撞击在这些星球表面留下了非凡的疤痕。其他卫星,比如土星的牧羊犬卫星土卫十八(“潘”)和土卫十五(“亚特剌斯”)以及海王星的孤独卫星海卫二(“内勒德”),在它们的一生中都受到与周围天体相互吸引的影响。最令人兴奋的是,其中有一些奇异的星球受到主行星强大的潮汐力的加热,引发剧烈活动阶段,比如这些剧烈活动曾塑造了天王星的弗兰肯斯坦卫星天卫五(“米兰达”)。在某些情况下,这些强大的潮汐力至今仍在发挥作用,创造出迷人的天体,比如备受折磨的木卫一(“艾奥”)和冰冷的土卫二(“恩克拉多斯”)。土卫二的平静外表下甚至可能还隐藏着太阳系中最大的秘密:外星生命。

  土卫二

水柱从土卫二南极的裂缝喷涌而出

  自NASA的卡西尼号探测器在2004年抵达土星以来,这颗自带美丽光环的行星的内层小卫星——土卫二——已成为整个太阳系中被研究最多、讨论也最多的星球之一。土卫二最近一次出名是因为人们发现有巨大的水冰羽流从该卫星的南半球的裂缝喷射到太空中,这个现象说明土卫二薄薄的冰冷外壳之下隐藏着液态水。

  在卡西尼号抵达之前,早期照片显示这颗卫星的表面异常光亮,表面的陨石坑仿佛是被冰雪覆盖一般。于是,人们免不了怀疑土卫二上面是不是有一些奇怪的活动。尽管如此,卡西尼号在飞掠水冰羽流时拍摄下的羽流照片无疑是一个壮观的证据,证明土卫二确实是一个活跃的世界。

  土卫二的直径为504公里,由岩石/冰块组成。和土星系统的许多卫星一样,土卫二也应该在几十亿年前就是一颗冰冻的星球。但是,土星和更大的卫星土卫四(“狄俄涅”)之间的引力拉锯产生的潮汐力,让土卫二的内部得以保持温暖和活跃,从而使土卫二成为在太阳系内寻找外星生命的主要目标。

  当大部分水冰回落并覆盖土卫二的表面时,一部分水冰在弱引力作用下逃离并进入土星轨道。在这里,水冰舒展开来,形成一个甜甜圈状的E环,即土星环最外层也是最稀疏的一环。

  木卫四

NASA的伽利略号探测器拍摄的木卫四

  木卫四是木星的四颗伽利略卫星中距离木星最遥远的一颗卫星,也是太阳系中第三大卫星,仅比水星小一点。木卫四的名气来自它是太阳系中遭受最猛烈撞击的天体;其漆黑的表面布满了难以分辨的陨石坑,最深的陨石坑里几乎有地底下的冰层裸露,并且表面散布着明亮的“喷射”碎片。

  木卫四在木星系统中的位置导致了其表面到处都是陨石坑。这颗巨大行星的引力带来强大的影响,扰乱了掠过木星的彗星轨道,并经常把掠过的彗星拉向它们的末日。1994年,休梅克-利维9号彗星与木星相撞,是最为著名的一次天体撞击事件。

  而木星的一些比较大的卫星则最容易受到撞击的牵连,只不过木卫四的其他内层邻居(受到的潮汐力影响更大)都经历了将古老的陨石坑抹去的地质过程。但是,木卫四的表面,在超过45亿年的时间里,基本上保持不变,于是便形成了跨越亿万年的陨石坑层叠交错的壮观景象。

  艾卫

NASA的伽利略号探测器拍摄的艾卫

  艾女星(小行星243)是一颗小行星。它也有一颗卫星,叫做艾卫(“Dactyl”)。艾卫沿其最长轴处的直径只有1.6公里。艾女星的引力比较弱,因此捕获艾卫到自己轨道上的可能性不大。更有可能的是,艾女星和艾卫同时形成,但这种可能性也存在诸多疑问。

  艾女星是鸦女星族的主要成员,这个小行星家族内有超过300多颗小行星。鸦女星族小行星都有着相似的轨道,人们认为它们是在大约10亿到20亿年前的一次小行星撞击下形成的。艾卫可能是这次撞击产生的较小残骸的碎片,最后落入艾女星的轨道。但这也存在一个问题——计算机模型显示,另一颗小行星的撞击足以将艾卫摧毁。

  所以,艾卫究竟是如何存在十亿多年的呢?

  一个理论认为,鸦女星族可能比看起来的更年轻,而艾女星上的严重撞击坑也是来自于最初的分解引发的冲击风暴。另一个理论认为,艾卫曾遭受毁灭性的撞击,但如NASA发现的那样,它又将自己拉回了原有的轨道,这或许也解释了艾卫那极不寻常的球形形状。

  土卫八

左图为土卫八的前半球,右图为土卫八的后半球。

  土卫八(“伊阿珀托斯”)有两个理由可以让其跻身于最奇异卫星之列。第一个理由很明显。1671年,人们发现土卫八时,注意到它的一面要比另一面昏暗许多。土卫八的前半球,也就是绕土星运行时始终面向土星的那一面,是深棕色的,而背面的半球则是浅灰色。一个解释前后半球颜色差异的早期理论认为,土卫八的前半球被微小陨石撞击外层小卫星时产生的尘埃所覆盖,所以这半面看上去更昏暗。

  但是,卡西尼号拍摄的照片讲述了一个更为复杂的故事。大多数暗色物质似乎来自土卫八的内部,是土卫八表面夹杂尘埃的冰体升华之后残留下来的粗屑。起初,来自外层卫星的尘埃在土卫八的前半球慢慢积累,导致这半面的颜色加深,继而开始吸收热量,产生升华效应。

  土卫八的另一个神秘之处是环绕该卫星的赤道脊。土卫八的赤道脊高约13公里,宽20公里。赤道脊让土卫八看起来十分独特,有点像核桃的样子。赤道脊的形成仍是一个谜。有些理论认为,很久以前土卫八的自转速度要比现在快许多,并在赤道附近形成隆起,最后留下我们今天看到的赤道脊,而其他人则认为土卫八上曾经环绕着一个环状系统,后来环状系统崩塌而形成了如今的赤道脊。

  海卫二

海卫二于1949年由天文学家杰拉德·柯伊伯发现。

  海卫二是发现的第二颗绕海王星运行的卫星,海卫二的上榜理由是其极端的轨道。海卫二与海王星的距离在140万到970万公里之间。这种轨道往往是捕获的卫星的典型特征。巨大外行星的超强引力会将经过的小行星和彗星卷入偏心率极高的轨道。但是,海卫二的不寻常轨迹讲述了一个更为有趣的故事。

  1989年,旅行者2号飞掠海王星时获得的证据表明,海卫一(“特里同”)是海王星从附近的柯伊伯带捕获的天体。海卫一会扰乱海王星原始卫星的轨道,将其中的许多原始卫星弹射出去。但不少天文学家相信,海卫二可能是幸存者,在海王星的引力边缘紧抓不放。

  木卫一

NASA的伽利略号拍摄的木卫一

  太阳系中最大的行星木星拥有四颗巨大的伽利略卫星。木卫一是其中之一。但是,尽管另外三颗相对外层的伽利略卫星——至少表面上来看——都是平静的冰冻星球,但木卫一的表面是黄色、红色和棕色的可怕混合,充斥着各种奇怪且一直在变化的矿物结构。以各种形式涌到木卫一表面的硫磺造就了这些形态各异的矿物结构。另外,木卫一也是太阳系中火山活动最活跃的天体。上世纪七十年代初,先驱者号太空探测器飞掠木卫一期间首次观察到该卫星的奇怪表面,但是一直到1979年旅行者1号抵达的前几周,人们才开始推测木卫一上有活跃的火山活动。

  受到外层卫星和木星本身之间的引力拖曳作用,木卫一的轨道很难稳定成一个完美的圆圈。木卫一与木星之间的距离的微小变化(小于0.5%的轨道变化)会产生巨大的潮汐力,从各个方向冲击木卫一的内部。相互磨擦的岩石因为摩擦升温,使得木卫一的核心被熔化,并在地表下形成巨大的岩浆库。

  虽然木卫一的大部分岩石和地球上的岩石类似,都是硅酸盐,但木卫一的岩石熔点相对更高一些,因此这些熔化的岩石大多位于地表下数十公里深处的热熔岩海洋中。相比之下,木卫一的大部分表面活动都跟富含硫的岩石有关,这些含硫岩石的熔点就比较低,可以在稍低温度下仍保持熔融状态。

  长期以来,在这两种形式的火山活动的共同作用下,木卫一早已失去其原本拥有的任何冰物质,如今只剩下一个干旱且无冰的世界,尽管木卫一的平均地表温度低至零下160摄氏度。

  土卫七

2005年9月26日卡西尼号飞掠期间拍摄的土卫七伪色图像

  土卫七(“许珀里翁”)大概是太阳系里样子最古怪的卫星。土卫七的表面类似于海绵或珊瑚,并带有深邃且黑暗的坑洞,坑洞的边缘是明亮的岩石和冰块构成的锋利山脊。但这还不是土卫七奇怪的唯一之处。土卫七也是发现的首个非球形卫星,还有着明显的偏心轨道。

  通常一个天体的自转和轨道相匹配,但土卫七独辟蹊径。它的自转毫无规则,自转轴不可预测地摆动着。虽然土卫七也和外太阳系的所有卫星一样,主要成分为水冰,但它的表面却又异常黑暗。当卡西尼号飞掠土卫七时,卡西尼号测量出土卫七的密度只有水密度的55%,也就是说,土卫七几乎是空心的。

  一个解释这些奇怪特征的流行理论是,土卫七是更大卫星的残骸,这颗曾经的卫星在土卫六(“泰坦”)和土卫八之间运行,后来与一颗大彗星相撞,几近毁灭。在稳定轨道上幸存下来的残留物质逐渐重聚,最终形成了我们今天看到的土卫七。

  土卫六

土卫六的近红外彩色图像显示该卫星的北极海域波光粼粼

  土星的最大卫星——土卫六,在太阳系中着实独一无二,只因土卫六是唯一一颗拥有丰富大气层的卫星。当旅行者号探测器发回的照片显示土卫六不过是一个朦胧的橙色星球时,NASA的科学家为此还好一阵失落。随后,配备红外线和雷达仪器的卡西尼号轨道探测器得以透过模糊的大气层,向我们展示了一个拥有河流和湖泊的温和景观,和太阳系里其他的星球都不一样,唯独像极了我们的地球。尽管土卫六比水星还要大,但是土卫六能维持如此浓厚的大气不是靠引力,而是靠该卫星上的极低温度。土卫六距离太阳约14亿公里,表面平均温度为零下179摄氏度。

  土卫六上的大气以惰性气体氮气为主(氮气也是地球空气的主要成分),但缺失空气中占比相对较小的甲烷造就了其大气的独特颜色、不透明雾霭和云团。神奇的是,土卫六上的环境恰好适合甲烷在气态、液态和固态之间转换,创造出和塑造地球气候的水循环非常相似的“甲烷循环”。在寒冷环境下,甲烷冻结成冰霜覆盖在土卫六的地表;在温度适宜的环境下,甲烷凝结成液滴降雨落下,同时侵蚀和软化地表景观,最后积聚成湖泊;而在更加温暖的地区,甲烷通过蒸发返回大气层。

  土卫六上也有着与地球相似的季节变化,只不过土卫六上的一年相当于我们在地球上的29.5年。冬季极地的温度似乎有利于降雨,因此在土卫六的每一年中,湖泊从一极迁移到另一极。基于所有这些活动,土卫六无疑是我们寻找外星生命的一个有趣目标,尽管大多数生物学家认为在如此恶劣和化学有限的条件下,有机生命很难生存。大多数人也更加同意,土卫六的内层邻居——土卫二,孕育生命的可能性更大。

  天卫五

NASA的旅行者2号拍摄的照片组成的天卫五图像

  天卫五有着太阳系内最特别的世界。旅行者号拍摄的图像展示了一个仿佛随机东拼西凑起来的地貌。有些部分撞击严重,有些部分几乎没有撞击坑——说明这部分地区相对年轻,没有遭受太多冲击。一个明显的特征是类似赛道的同心椭圆图案,而在其他地方平行的V型形状构成一个雪佛兰车标状的疤痕。

  一个解释天卫五混乱地貌的早期理论认为,这是一个弗兰肯斯坦星球,天卫五的前身被撞碎后,碎片在天王星的轨道上重新合并成新的卫星。天文学家们也好奇,天卫五的前身是否有可能被任何星际撞击击碎,以及这一灾难性事件有没有可能和天王星自身的极端倾斜有关。然而,进一步的研究表明,这个理论在解释天卫五的残破如补丁般的地表特征时,说服力不足,且造成这种结果的撞击也不太可能发生。相反,潮汐力更有可能是罪魁祸首。

  如今,天卫五绕着一个近乎圆形的轨道运行,但是在过去,天卫五的曾与更大的卫星天卫二(“乌姆柏里厄尔”)有轨道共振关系。轨道共振使两颗卫星时不时地对齐,将天卫五的轨道拉成一个细长的椭圆,受到极端的潮汐力影响。在两颗卫星再次移动以及天卫五活动平息之前,在内部的拉扯和加热作用下,天卫五的表面变得四分五裂后再次重新组合。

  土卫一

在土卫一的右侧,可以看到凸起来的赫歇尔撞击坑

  上世纪八十年代,NASA的旅行者号太空探测器发回土卫一的第一张详细照片时,科学家和公众都对这颗卫星与《星球大战》中的死星的相似之处感到十分惊讶。威廉·赫歇尔在1789年发现土卫一。为纪念这位发现者,人们将占据几乎整个半球的巨大陨石坑命名为赫歇尔撞击坑。赫歇尔撞击坑的大小和形状和乔治·卢卡斯在《星球大战》中设想的摧毁行星的激光炮几乎一模一样。但是,土卫一带给我们的可不止流行文化的相似性。

  土卫一是土星的实质性卫星中最内侧的一个,轨道比土卫二更近,但比土卫十八和土卫十五更远一些。土卫一的直径仅396公里,是太阳系中已知最小的达到流体静力平衡的天体。太阳系中一些更大的天体也还没有达到流体静力平衡,并且大多数天文学家相信,土卫一能够做到这一点是因为它的密度比较低——只比水的密度高出15%。

  土卫十八和土卫十五

突出的赤道脊赋予土卫十八和土卫十五独特的“飞碟”形状

  土星的两颗内卫星——土卫十八和土卫十五,是太阳系中最小的卫星。但是,尽管它们尺寸不大,但从我们地球上却可以清楚地看到它们所带来的影响:在土星环系统中制造出明显的“间隙”。

  这两颗小小星球或许也是牧羊犬卫星的最著名例子。牧羊犬卫星指的是在巨型行星环状系统内或周围运行的小型卫星。顾名思义,当遇到遥远的外层卫星的影响时,牧羊犬卫星可以把微粒吸入行星环系统内,同时“清理”其他微粒。土星明亮的A环内有一个显著的缝隙,叫做恩克环缝,造成这个缝隙的始作俑者就是土卫十八。而土卫十五在A环的外侧运行。

  这两颗卫星的最有趣之处在于它们光滑的外形,像极了核桃或者飞碟。NASA的喷气推进实验室的邦尼·布拉蒂认为,这两颗卫星在忙于清理土星环的同时,自己却被这些微粒覆盖。由于大多数微粒都在一个1公里厚的平面上运行,它们趋向于堆积在两颗卫星的赤道周围,逐渐积累形成独特的赤道脊。(匀琳)

原标题:太阳系中最奇异的卫星有哪些

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