海王星的卫星们跳着「躲避之舞」

发布单位:台北市立天文科学教育馆

  根据最新的研究,海王星最内侧的两颗卫星,它们的奇怪轨道是目前前所未见的。

  行星轨道动力学专家称这是一场由小卫星海卫三(Naiad)和海卫四(Thalassa)上演的「躲避之舞」,这两颗行星是真正的伙伴,它们的轨道距离仅为1,850公里(以最短路径计算),海卫三(Naiad)的轨道是倾斜的,每次它经过速度较慢的海卫四(Thalassa)时,两者的距离几乎是永恒不变的,约3,540公里。

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海王星的卫星之舞:这一动画展示了海王星内圈卫星海卫三和海卫四的奇怪轨道是如何保证它们在绕着海王星运转时避开彼此的。

  在这个永恒的舞蹈中,海卫三(Naiad)每7个小时绕着这个冰巨星旋转一次,而外侧的海卫四(Thalassa)则需要7个半小时。一个坐在海卫四(Thalassa)上的观察者会看到,海卫三(Naiad)在一个「以」字形变化的轨道上,从上面经过两次,然后从下面经过两次,这种模式永不间断,每四圈就一个循环。

  研究人员说,尽管这种轨道模式看起来很奇怪,但便是如此才能保持稳定。这种重复的模式称为共振,行星、卫星和小行星可以跳很多不同类型的「舞蹈」,但这一次是天文学家们从未见过的,在远离太阳的引力范围边缘,太阳系外侧的巨大行星是引力的主要来源,它们通常拥有十几到几十个卫星。其中一些卫星是在它们的行星旁边形成的;有些则是后来被捕获,然后被锁定在他们母行星的轨道上;有些卫星的轨道与它们的行星自转方向相反。

  海王星有14个已确认的卫星,其中最远的一颗是海卫十三(Neso),它的轨道呈椭圆形,距离海王星近4600万英里(7400万公里),需要27年才能完成一次绕行。而海卫三(Naiad)和海卫四(Thalassa)都很小,形状像一个胶囊,直径只有约60英里(100公里),它们是海王星七颗内侧卫星中的两颗,这个系统中交织着微弱的光环。那它们是怎么走到一起的呢?科学家们认为,最初的卫星系统是在海王星捕获其巨大的卫星海卫一(Triton)时被破坏的,而这些内部卫星和环是由残留的碎片所形成的。

  玛丽娜·布罗佐维奇(Marina Brozovic)和她的同事们通过分析哈勃太空望远镜的观测结果,发现了这个不寻常的轨道模式,她说:「我们怀疑,是由于早先海卫一(Triton)与海王星其他内侧卫星的相互作用,才使海卫三(Naiad)进入了它现在倾斜的轨道,直到后来,在它的轨道倾斜被建立后,海卫三(Naiad)才与海卫四(Thalassa)产生了这种不同寻常的共鸣。」这项工作也为海王星内侧卫星的组成提供了第一个线索,研究人员利用观测结果来计算它们的质量及密度,发现其密度接近于水冰。

  论文共同作者马克·肖沃尔克(Mark Showalter)说:「海卫三(Naiad)和海卫四(Thalassa)可能在这种结构中被锁在一起很长时间了,因为这使它们的轨道更加稳定。」(编译/台北天文馆许晋翊)

  资料来源:美国宇航局-喷气推进实验室

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