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太阳系里有多少颗卫星?

2024-07-04科学

如果你在一个晴朗的夜晚抬头望向天空,最亮且最大的物体很可能是月亮。除非你有一台不错的望远镜,否则月亮是你亲眼能看到的唯一一颗天然卫星。因此,大多数人对卫星是什么以及这些天然卫星实际上有多普遍有着扭曲的认识。

实际上,在我们宇宙的近邻中,有数百甚至数千颗天然卫星,它们大小不一,从不规则的城镇大小的太空岩石到足够大的圆形天体,这些天体甚至可能被视为行星。

那么,我们究竟发现了太阳系中有多少颗卫星呢?结果表明,答案取决于你对卫星的定义。根据美国宇航局(NASA)的数据,国际天文学联合会(IAU)正式承认有288颗行星卫星绕着太阳系的八大行星运行。但NASA喷气推进实验室还列出了另外473个「小天体卫星」——小行星和矮行星的卫星。如果我们计算这两种类型,就像大多数天文学家会做的那样,这使得太阳系中天然卫星的总数达到了761颗(截至2024年6月)。

但这可能只是「冰山一角」,天文学家仅在过去几年就发现了数十颗新的行星卫星和小天体卫星,技术进步可能会加速他们在未来几年发现更多卫星的速度,对于卫星最简单的定义是一个围绕一个更大的非恒星天体运行的物体,但那并不是完整的答案。

例如,目前有数千个人造卫星在地球轨道上运行,满足了上述定义,但它们并不被视为卫星,因为它们不是天然的。这些航天器也有有限的寿命,然后会回落到地球并在大气中燃烧殆尽。一些天然卫星,如准卫星和最小卫星,也是暂时性的,并不真正绕着行星运行。此外,还有大小的问题,例如,环粒子——构成像土星和天王星这样的行星环的微小岩石碎片——单独绕着它们的宿主行星运行,但并不被视为卫星。这种比几百英尺还小的物体,通常被称为「环卫星」或「小月亮」,也有「模糊的定义」,并不被视为真正的卫星。

即使在公认的卫星中,仍然存在争议点。例如,行星卫星可以分为两组:规则卫星,这些卫星通常较大,并且有靠近它们宿主行星赤道的小圆形轨道;以及不规则卫星,它们可能要小得多,并且有更大的,更椭圆形的轨道围绕它们的宿主行星运行。

根据行星协会的说法,在规则卫星中,大约有20颗也被认为是主要卫星——这意味着它们足够大,能够因自己的引力而形成圆形。从离我们的主星太阳最近的邻居开始,水星和金星没有真正的卫星,因为它们靠近巨大的气体球,这早就会把任何潜在的卫星从行星上撕裂开来。金星确实有一颗已知的准卫星Zoozve,但这不算数,因为它实际上绕着太阳运行,而不是金星。

接下来是地球。我们的家园行星只有一颗主要的卫星。然而,它至少还有七颗准卫星,并且偶尔会额外获得一些最小卫星,持续大约一年左右。这些月球冒名顶替者也不算数。然而,一些科学家认为我们可以利用这些太空岩石作为临时基地,帮助我们成为一个星际物种。

接下来是火星,它有两颗真正的卫星:火卫一和火卫二。它们都只有几英里宽,并且非常靠近红色星球运行。火卫一正慢慢向火星坠落,预计有一天会撞向火星表面——如果它不是先被撕裂的话。

当我们转向巨大的行星时,事情开始变得更有趣。第一个气体巨人,木星,有惊人的95颗卫星,包括四颗主要卫星——卡利斯托、欧罗巴、伊俄和加尼米德,是太阳系中最大的卫星。但土星更多:至少有146颗土星卫星,包括六颗主要卫星,如泰坦、米马斯和土卫二。

冰巨人天王星和海王星分别有28颗和16颗卫星,并且它们之间有七颗主要卫星。但这些数字仅在过去几年就发生了显著变化。自2023年初以来,天文学家至少发现了土星周围62颗新的不规则卫星和12颗新的木星卫星,以及一对海王星卫星和天王星周围的一颗卫星。技术进步可以解释月亮发现的突然增加。更强大的望远镜可以发现更小的卫星——特别是不规则卫星——这些卫星在巨大的行星周围很常见。

因此,卫星的数量可能会在未来几年继续急剧上升。例如,天文学家已经发现了一些额外的行星卫星,但仍在等待后续观测来确认它们的存在,然后才会提交给IAU。

如果我们在太阳系中发现更多的行星,行星卫星的数量也可能会增加。这样一个世界就是难以捉摸的第九行星——一个假想的巨行星,可能潜伏在太阳系的遥远地带。如果这颗行星确实存在,研究人员已经假设它可能被多个卫星包围。

研究人员还推测,被太阳的引力捕获的额外遥远世界,被称为流浪行星,也可能有卫星。NASA对473个小天体卫星的计数甚至比行星卫星的数量更不确定,因为我们一直在发现更多的小行星。一些小行星也可以有多个卫星,这些卫星很难彼此区分。

IAU还估计,在太阳系的外部可能还有「超过100个」等待被发现的额外矮行星,所有这些行星都可能有卫星。

就像巨大的行星卫星一样,我们还没有发现它们的绝大部分。总的来说,可能会有和小天体卫星一样多的行星卫星。

然而,其他天文学家对于可能有多少小天体卫星不太确定。「如此多的‘母体’的种群仍然未知,以至于很难回答这个问题,」他说。太阳系中已知有700多颗天然卫星。然而,正如我们所看到的,这个数字在未来可能会显著增长。

过去的研究表明,可能有数百甚至数千颗微小的行星卫星可以通过更强大的望远镜被发现。正如我们已经看到的,关于真正存在的小天体卫星有多少存在着巨大的不确定性。但这并不阻止研究人员能够大胆猜测。

天文学家认为太阳系中可能有大约10,000颗卫星,但没有人知道我们找到它们所有人需要多长时间。