木星：一觉醒来多了19颗卫星是一种怎样的体验?

2019-09-25徐蒙

百科探秘·航空航天 2019年9期

徐蒙

伽利略卫星：推翻地心说的有力证据

木星有多少颗卫星？这个问题，不同时代的人有不同的答案。但对400多年前的人们来说，答案一定是0。

什么叫卫星呢？卫星是绕着某个行星运转的天体，所以，17世纪以前，对于大多数信奉“地心说”的人来说，一个很自然的推理就是：除了地球，其他天体都没有卫星，因为所有天体都是绕着地球转的！彼时，虽然哥白尼的日心说已经提出，但还没有得到广泛认可。

1609年，可以说是天文学史上里程碑式的一年，有两件大事推进了“日心说”的发展：一是开普勒证明了行星是围绕太阳运转的;另一件大事就是，伽利略用他改造的望远镜开始观察月球和其他天体的细节，他发现了木星最大的4颗卫星。如果所有的天体都是围绕地球运转的，那这4颗围绕木星运转的天体又是怎么回事呢？于是，这个出人意料的观测事实成了推翻地心说的最直接证据，而木星这4颗卫星也因此被称为“伽利略卫星”。

当然，此后行星各自拥有自己的卫星这件事就不再让人惊讶了。随着望远镜越来越先进，天文学家也陆续发现了木星和土星的新卫星，并为它们命名。因为木星的英文Jupiter是罗马神话中的众神之王，因此木星的卫星就以众神之王的恋人或者后代的名字来命名，不过在翻译成中文时，我们通常按照这些卫星被发现的順序直接称其为木卫一、木卫二、木卫三……

内卫星：大显身手的空间探测器

在4颗伽利略卫星与木星的轨道之间，目前还知道有4颗个头儿比较小的卫星，名为“内卫星”。这4颗内卫星中，除了最大的那颗木卫五是美国天文学家爱德华·巴纳德于1982年通过望远镜发现的之外，其他3颗都是1979年由旅行者1号、2号探测器发现的。不同于望远镜只能看到一个小亮点，探测器甚至可以直接拍到卫星表面的细节。再后来，伽利略号探测器探访木星系统的时候，又近距离给这几颗内卫星拍了更清晰的“身份照”。

不规则卫星：“拐”来的孩子数不清

不管是内卫星还是伽利略卫星，它们都是木星的规则卫星。这是什么意思呢？就是说这些卫星基本可以认为是木星“亲生”的。按照我们目前的认知，如果一个卫星和行星差不多是同时期形成的，那么这个卫星的轨道应该非常“周正”，即轨道形状近似圆形，轨道面基本在行星的赤道面上，而且卫星运行的方向和行星的自转方向相同。

然而，当天文学家发现越来越多的木星卫星时，他们也同时发现并不是所有的卫星轨道都这么“周正”，只有距离木星很近的8颗卫星是这样的，而那些距离较远的卫星，都是在“乱飞”。1904年到1905年，美国天文学家佩林发现了木卫六和木卫七，它们虽然还是顺行的，但是轨道面偏离了木星的赤道面，而且轨道形状趋近椭圆形。1908年，英国天文学家梅洛特发现了木卫八;1938年和1951年，美国天文学家尼克尔森发现了木卫十一和木卫十二;这3颗卫星的轨道就更奇怪了：它们不仅轨道形状为椭圆形、轨道面远远偏离了木星的赤道面，而且它们还是逆行的！科学家们推断，这样的“不规则卫星”，应该不是和木星同时期形成的，而是木星系统成形后，一些小天体飞过木星附近时，受木星巨大的引力吸引而被捕获的。

后来，天文学家又发现，在这些不规则卫星里，有些卫星是会“抱团”的。每一个“小团体”中的卫星都有相似的轨道，而不同团体的卫星轨道就有很大区别。这说明，原本有几颗巨大的卫星在轨道上运转着，后来它们被撞碎了，撞击之后幸存下来的碎片就成了小卫星。由于这些小卫星来自同一个“母体”，所以它们的轨道是相似的。于是，按照轨道的相似性，天文学家又把木星的不规则卫星分成了四个族，按照每种里面最大的那颗卫星的名字命名为：希玛利亚族（Himalia，顺行）、帕西淮族（Pasiphae，逆行）、阿南刻族（Anake，逆行）、卡梅族（Carme，逆行）。不过，还是偶尔有几颗不抱团的卫星，独享一条轨道。为了区分这几种类型的不规则卫星，天文学家在命名时也花了一点儿小心思：顺行的以a结尾，逆行的以e结尾，与众不同的以o结尾。

作为“外来户”，太大、太重的小天体都很难被捕获，所以大部分不规则卫星的个头儿都比较小。这就意味着，天文学家很难用望远镜或探测器发现这些不规则卫星。到了2000年，人类一共发现了18颗木星卫星，都是直径比较大的卫星。

那么，人们还能不能找到更小的卫星呢？就在这时，火眼金睛的“星探”——斯科特·谢泼德出场了。这位天文学家2004年拿到夏威夷大学天文学博士学位后，基本上只专注于一件事——搜寻外太阳系新天体。在2000年至2011年间，谢泼德带领的团队一共发现了40多颗超级小的木星卫星，是同时期其他所有团队加起来的4倍多！这些小卫星直径基本都在1000米至4000米之间，谢泼德团队绝对能称得上“慧眼识星”了！

除了木星卫星，他们还发现过一些土星、天王星、海王星的卫星和其他多得数不过来的外太阳系天体。总而言之，这位天文学家就是个“追星专业户”。说起来，这次能够发现12颗新卫星，其实纯属偶然——因为谢泼德团队原本想找的只是传说中的太阳系第九大行星。

新发现的不规则卫星：失之东隅，收之桑榆

时光回到2014年前后，那时外太阳系大搜寻中最火的是什么？可能当数搜寻外海王星天體（简称海外天体）了。2003年，加州理工大学的麦克·布朗团队发现了直径约1000千米的矮行星塞德娜，它的轨道即使是近日点到太阳的距离也远远大于冥王星到太阳的距离，当时人们就以为塞德娜是一个另类。

然而到了2012年，天文学家发现了直径在500千米左右，轨道也一样奇特的2012 VP113。他们还进一步发现，塞德娜和2012 VP113的轨道在近日点附近有聚拢趋势。这一发现意味着这两个天体可能受到了某种“拉力”的影响。到了2016年，巴蒂金和布朗团队一口气分析了6个海外天体的轨道——塞德娜、2004 VN112、2007 TG422、2010 GB174、2012 VP113、2013 RFS98。他们发现这6个海外天体也并非全然“乱飞”，还是在近日点附近有聚拢趋势。于是他们放胆推测，这可能是一个未知的遥远的巨行星的引力在影响着这些天体的轨道——这个未知行星就被称作Planet X或者Planet Nine。巴蒂金和布朗团队通过估算认为Planet X质量约是地球质量的10倍，平均距离约为海王星到太阳的20倍，轨道周期在1万年至2万年之间。

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麦克·布朗不仅发现了塞德娜，他们的团队还于2005年发现了阋神星，这两个发现使2006年的国际天文联合会（IAU）重新定义了“行星”，导致冥王星被开除出九大行星之列。2010年，“冥王星杀手”麦克·布朗根据这段经历出版了一本畅销书——《我是如何杀死冥王星的》。

特立独行的卫星Valetudo：沧海遗珠

这次新发现的木星卫星都非常袖珍，直径几乎都是一两千米大小，其中2颗在距离木星比较近的轨道上，环绕木星一圈需要将近一年时间，它们的轨道完全符合顺行轨道的希玛利亚族卫星的特征，因此应当是与希玛利亚族卫星来自同一颗天体的碎片。有9颗卫星在距离木星比较远的轨道上，差不多每两年可以环绕木星一圈，它们的轨道完全符合逆行轨道的帕西淮族、阿南刻族和卡梅族卫星的特征，因此应该也分别来自这三个族类原本的3颗大天体的碎片。

然而，除了这11颗“平淡无奇”的卫星之外，还有1颗新卫星非常与众不同。这颗卫星很小，直径不到1000米。更奇怪的是，它的轨道时不时会和一大批逆行卫星的轨道相交，然而它自己却是顺行的！这个危险程度就相当于一辆汽车每过一段时间就要开上高速公路反方向疾驰一段……可以想见，这样一颗卫星应该会“命不久矣”，早晚有一天，它会被某一颗迎面而来的卫星撞得粉身碎骨。