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宇宙最悲惨卫星:纯路过却被海王星捕获

2024-07-11科学

我们从太阳系中心往远处眺望,会在其边缘处发现一颗若隐若现、异常明亮的尖刺状星体,它就是海王星最大卫星之一的海卫一,其亮度甚至远超海王星本身。

海卫一被称为全太阳系最为悲惨的卫星,且有着不为人知的过去。

人们揭示它并非卫星,而是海王星的俘虏,终生被禁锢在海王星轨道中难以挣脱,并将在14亿年后注定走向毁灭,这颗命途多舛的卫星究竟从何而来?又因何最终会面临消亡?

海卫一的独特之处

太阳系的所有气态巨行星都拥有卫星系统,每个系统中,行星的质量大约是所有卫星总合的一万倍。迄今为止,我们已经探测到了太阳系诸多卫星的存在信息,比如木星的69个已识别命名卫星、土星的62个、天王星的27个,这些巨行星的卫星都有着同向低倾角的运行轨道,与行星自转方向保持一致,但海王星却与众不同——亦或者说海王星的卫星海卫一与众不同。

1846年10月10日,在发现海王星的17天后,天文学家威廉·拉塞尔用自己的仪器发现了海卫一。至今人们一共发现了14颗海王星已知卫星,但海卫一依然是最为独特的一个,它是太阳系中独一无二的逆行轨道大卫星,轨道与海王星自转方向恰巧相反。

海卫一距离地球45亿公里之外,即便乘坐人类最快的宇宙探测器,想要抵达这里也需要足足八年。由于海卫一和地球相隔甚远,人类一直无法真正去观测这颗神秘未知,却又独一无二的星体,直到1977年旅行者二号发射升空,并于1989年8月25日与海卫一擦肩而过时,我们才首次得以近距离观测海卫一。尽管旅行者二号只传回了海卫一40%的表面照片,但却依然为我们揭示了这颗卫星的奇特面纱。

它直径为2706.8千米,质量为2.147×10^22千克,是太阳系第七大卫星。与地球的卫星月球相比,其直径大约是月球3/4、质量大概是1/3。而海卫一内部主要由岩石和金属组成,平均密度为2.061 g/cm3,质量占到总体的2/3,并且其中含有15–35%的水冰。

有意思的是,海卫一的环绕轨道几乎呈现出完美圆形,轨道偏心率要小于0.00002,这放眼整个太阳系都是绝无仅有的,要知道月球轨道的近地点和远地点也足足相差了4.2万公里。

海卫一地处黑色地带,距离太阳十分遥远,其轨道距离木星大约67万公里,因此海卫一能接收到的太阳光微乎其微,导致其表面覆上了一层厚厚冰盖,温度只有—235℃,接近绝对零度,是太阳系已知的最冷天体之一。

虽然海卫一表面荒凉寒冷,但仍有许多科学家一致认为这颗卫星存在生命。因为海卫一内部有一个液态海洋,这是滋养生命的温床,能提供丰富的元素能量。

为何寒冷的海卫一会有液态海洋呢?因为海卫一受木星重力影响,始终处于轨道上下行的运动状态,这对内部物质得了流动产生影响,导致水能进行相应的流动,温度也能出现较大变化,进一步增加海卫一内部液态水的存在可能性。而且海卫一的冰山、裂隙、火山还存在活跃地质学现象,极有可能产生有微生物等生命。

其次海卫一表面和内部的化学元素十分丰富,比如碳、氮、氧和硫,都是构成生命的重要元素。此外海卫一还位于木星磁场内,这个磁场能有效隔绝太阳风和木星的大量辐射,磁场屏障让海卫一拥有良好的生存空间,更有可能维持生命的存在。

海卫一的消亡

在旅行者传回的照片中,可以观察到海卫一表面裸露的岩石深谷,以及表面冻结的氮、干冰、水冰、一氧化碳以及甲烷。由于活跃的地质运动,海卫一表面撞击坑寥寥无几,最大的撞击坑直径约为500千米,其余更多的坑洞是由冰滑动或者崩塌所致。

海卫一表面还有冰火山与喷泉,喷泉将液氮、灰尘与甲醛混合物喷用至8000米高空,形成了薄弱的氮气大气层,气压低于地球海平面的1/70000。太阳系的木卫一、二都存在喷流现象,然而海卫一与这些潮汐作用引发的喷流有所不同,它是由季节性太阳照射所形成。

海卫一轨道和海王星自转轴倾角高达157°,倾角则高达130°,这导致海卫一两级可以直对太阳,随着海王星围绕太阳的公转,每隔80年海卫一两级之一就会正对太阳,而从人类发现海卫一以来,一直是其南极正对太阳,南半球表面所覆盖的甲烷也因此会源源不断的蒸发。

至于科学家在海卫一表面所发现的纵横交错的山脊和峡谷,很大概率也是因为冰层不断融化又反复冻结所导致。科学家将这种现象称为「哈密瓜」地表,意思是其表面像哈密瓜的表皮一样。

太阳系绝大多数卫星,都围绕着自家行星自转轨道进行同一平面的轨道公转,并且方向与行星自转方向一致,从上往下观察就是沿着逆时针旋转。但海卫一却截然不同,它并不遵循任何一条宇宙卫星法则,而是朝着海王星公转方向,沿着157°倾角逆行轨道进行逆向运行,这暗示着海卫一或许有着不为人知的过去。

根据已知科学认知,有着逆行轨道的卫星是无法与行星同时产生的,这也就意味着海卫一并非形成于海王星周围,有可能是来自太空其他区域,被海王星重力所捕获而得。后来科学家根据旅行者提供的数据进行了精细分析,发现海卫一密度、颜色、大气层等诸多物理性质是和其他大型卫星极不匹配的,却和海王星之外的柯伊伯带的矮行星有诸多相似之处。

因此理论得出,海卫一有可能是出生于柯伊伯带。后来在数亿年的时间里,与海王星在柯伊伯带内缘发生了多次重复密切的相互作用,导致海卫一最终被捕获至海王星轨道,并造成海王星外侧所有卫星的覆灭。

这个过程要遵循两个条件:海王星早期卫星体积必须够小,不能对海卫一造成撞击伤害;某种特质能减缓海卫一速度,使其无法挣脱。

但这侧面证明,原本海卫一才是柯伊伯带的霸主,因为它比冥王星和阋神星体积更大,其直径要比冥王星大330公里。这对于被迫降低身份的海卫一而言无疑是巨大打击,然而根据科学家观察论证得出,更大的打击是目前海卫一逆行轨道在海王星的重力作用下正在减缓脚步,海卫一与海王星的距离仅有35万公里,比地月距离还要更近一点,在潮汐作用的影响下,它与海王星的距离将会逐渐被拉进。

14亿年~36亿年后,海卫一将达到洛希极限,与海王星大气层直接发生碰撞。届时,这颗太阳系第七大卫星将会面临四分五裂的结局,大部分残骸彻底坠入海王星大气层,剩余部分可能会形成类似土星环的物质,继续围绕着海王星所运动。