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宇宙最悲慘衛星:純路過卻被海王星捕獲

2024-07-11科學

我們從太陽系中心往遠處眺望,會在其邊緣處發現一顆若隱若現、異常明亮的尖刺狀星體,它就是海王星最大衛星之一的海衛一,其亮度甚至遠超海王星本身。

海衛一被稱為全太陽系最為悲慘的衛星,且有著不為人知的過去。

人們揭示它並非衛星,而是海王星的俘虜,終生被禁錮在海王星軌域中難以掙脫,並將在14億年後註定走向淪陷,這顆命途多舛的衛星究竟從何而來?又因何最終會面臨消亡?

海衛一的獨特之處

太陽系的所有氣態巨行星都擁有衛星系統,每個系統中,行星的品質大約是所有衛星總合的一萬倍。迄今為止,我們已經探測到了太陽系諸多衛星的存在資訊,比如木星的69個已辨識命名衛星、土星的62個、天王星的27個,這些巨行星的衛星都有著同向低傾角的執行軌域,與行星自轉方向保持一致,但海王星卻與眾不同——亦或者說海王星的衛星海衛一與眾不同。

1846年10月10日,在發現海王星的17天後,天文學家威廉·羅素用自己的儀器發現了海衛一。至今人們一共發現了14顆海王星已知衛星,但海衛一依然是最為獨特的一個,它是太陽系中獨一無二的逆行軌域大衛星,軌域與海王星自轉方向恰巧相反。

海衛一距離地球45億公裏之外,即便乘坐人類最快的宇宙探測器,想要抵達這裏也需要足足八年。由於海衛一和地球相隔甚遠,人類一直無法真正去觀測這顆神秘未知,卻又獨一無二的星體,直到1977年旅行者二號發射升空,並於1989年8月25日與海衛一擦肩而過時,我們才首次得以近距離觀測海衛一。盡管旅行者二號只傳回了海衛一40%的表面照片,但卻依然為我們揭示了這顆衛星的奇特面紗。

它直徑為2706.8千米,品質為2.147×10^22千克,是太陽系第七大衛星。與地球的衛星月球相比,其直徑大約是月球3/4、品質大概是1/3。而海衛一內部主要由巖石和金屬組成,平均密度為2.061 g/cm3,品質占到總體的2/3,並且其中含有15–35%的水冰。

有意思的是,海衛一的環繞軌域幾乎呈現出完美圓形,軌域偏心率要小於0.00002,這放眼整個太陽系都是絕無僅有的,要知道月球軌域的近地點和遠地點也足足相差了4.2萬公裏。

海衛一地處黑色地帶,距離太陽十分遙遠,其軌域距離木星大約67萬公裏,因此海衛一能接收到的太陽光微乎其微,導致其表面覆上了一層厚厚冰蓋,溫度只有—235℃,接近絕對零度,是太陽系已知的最冷天體之一。

雖然海衛一表面荒涼寒冷,但仍有許多科學家一致認為這顆衛星存在生命。因為海衛一內部有一個液態海洋,這是滋養生命的溫床,能提供豐富的元素能量。

為何寒冷的海衛一會有液態海洋呢?因為海衛一受木星重力影響,始終處於軌域上下行的運動狀態,這對內部物質得了流動產生影響,導致水能進行相應的流動,溫度也能出現較大變化,進一步增加海衛一內部液態水的存在可能性。而且海衛一的冰山、裂隙、火山還存在活躍地質學現象,極有可能產生有微生物等生命。

其次海衛一表面和內部的化學元素十分豐富,比如碳、氮、氧和硫,都是構成生命的重要元素。此外海衛一還位於木星磁場內,這個磁場能有效隔絕太陽風和木星的大量放射線,磁場屏障讓海衛一擁有良好的生存空間,更有可能維持生命的存在。

海衛一的消亡

在旅行者傳回的照片中,可以觀察到海衛一表面裸露的巖石深谷,以及表面凍結的氮、幹冰、水冰、一氧化碳以及甲烷。由於活躍的地質運動,海衛一表面撞擊坑寥寥無幾,最大的撞擊坑直徑約為500千米,其余更多的坑洞是由冰滑動或者崩塌所致。

海衛一表面還有冰火山與噴泉,噴泉將液氮、灰塵與甲醛混合物噴用至8000公尺高空,形成了薄弱的氮氣大氣層,氣壓低於地球海平面的1/70000。太陽系的木衛一、二都存在噴流現象,然而海衛一與這些潮汐作用引發的噴流有所不同,它是由季節性太陽照射所形成。

海衛一軌域和海王星自轉軸傾角高達157°,傾角則高達130°,這導致海衛一兩級可以直對太陽,隨著海王星圍繞太陽的公轉,每隔80年海衛一兩級之一就會正對太陽,而從人類發現海衛一以來,一直是其南極正對太陽,南半球表面所覆蓋的甲烷也因此會源源不斷的蒸發。

至於科學家在海衛一表面所發現的縱橫交錯的山脊和峽谷,很大機率也是因為冰層不斷融化又反復凍結所導致。科學家將這種現象稱為「哈密瓜」地表,意思是其表面像哈密瓜的表皮一樣。

太陽系絕大多數衛星,都圍繞著自家行星自轉軌域進行同一平面的軌域公轉,並且方向與行星自轉方向一致,從上往下觀察就是沿著逆時針旋轉。但海衛一卻截然不同,它並不遵循任何一條宇宙衛星法則,而是朝著海王星公轉方向,沿著157°傾角逆行軌域進行逆向執行,這暗示著海衛一或許有著不為人知的過去。

根據已知科學認知,有著逆行軌域的衛星是無法與行星同時產生的,這也就意味著海衛一並非形成於海王星周圍,有可能是來自太空其他區域,被海王星重力所捕獲而得。後來科學家根據旅行者提供的數據進行了精細分析,發現海衛一密度、顏色、大氣層等諸多物理性質是和其他大型衛星極不匹配的,卻和海王星之外的古柏帶的矮行星有諸多相似之處。

因此理論得出,海衛一有可能是出生於古柏帶。後來在數億年的時間裏,與海王星在古柏帶內緣發生了多次重復密切的交互作用,導致海衛一最終被捕獲至海王星軌域,並造成海王星外側所有衛星的覆滅。

這個過程要遵循兩個條件:海王星早期衛星體積必須夠小,不能對海衛一造成撞擊傷害;某種特質能減緩海衛一速度,使其無法掙脫。

但這側面證明,原本海衛一才是古柏帶的霸主,因為它比冥王星和鬩神星體積更大,其直徑要比冥王星大330公裏。這對於被迫降低身份的海衛一而言無疑是巨大打擊,然而根據科學家觀察論證得出,更大的打擊是目前海衛一逆行軌域在海王星的重力作用下正在減緩腳步,海衛一與海王星的距離僅有35萬公裏,比地月距離還要更近一點,在潮汐作用的影響下,它與海王星的距離將會逐漸被拉進。

14億年~36億年後,海衛一將達到洛希極限,與海王星大氣層直接發生碰撞。屆時,這顆太陽系第七大衛星將會面臨四分五裂的結局,大部份殘骸徹底墜入海王星大氣層,剩余部份可能會形成類似土星環的物質,繼續圍繞著海王星所運動。