原为寻找“第九大行星”,竟促成木星家族大发现?

科学
原为寻找“第九大行星”,竟促成木星家族大发现?
麻省理工科技评论 2018-07-20

2018-07-20

Sheppard 相信,这一批新卫星讲述了一个关于木星过去的重要故事。
星系 宇宙
Sheppard 相信,这一批新卫星讲述了一个关于木星过去的重要故事。

木星家族又多了 10 颗被证实的新卫星。现在它共有 79 颗已知卫星,是整个太阳系中拥有卫星最多的行星。这些新发现的卫星有望帮助天文学家深入地了解木星系统的形成和变化。

卡内基科学研究所的天文学家于 2017 年 3 月首次发现这批卫星,一共有 12 颗之多,不过其中 2 颗的卫星身份已经在去年 6 月被证实,剩下 10 颗则是最近被证实的。

该团队使用的是位于智利的 Blanco 4 米望远镜,然而他们的主要目标并不是寻找木星卫星,而是寻找可能潜伏在冥王星以外,但又处于太阳系之中的极其遥远的小天体或者行星。

但在搜寻这些位于太阳系边缘的太空物体的同时,他们决定偷看一下潜伏在木星周围的东西。如今,他们发现的这批卫星已被多次捕捉到,并且它们的确切轨道已经提交至国际天文学联合会批准,后者是批准和承认天体的权威机构。

cave-912219_1920.jpg

这些卫星都很小,直径从小于 1 英里到 2 英里不等,并且可以分为三种不同的类型。两颗卫星相对靠近木星,并且与木星旋转方向相同。剩下十颗卫星距木星约 1550 万英里,其中九颗与木星旋转方向相反,但另一颗名为 Valetudo 的卫星却与众不同,它的旋转方向与木星一致,像离木星较近的两颗卫星一样。这意味着在这个区域内,Valetudo 与其他所有卫星背道而驰。

“这本质上就是在高速公路上逆行,”领导观察小组的天文学家 Scott Sheppard 表示,“在那种非常不稳定的局面下,(卫星之间)很可能发生正面碰撞。”

Valetudo 并不是木星系统中唯一以这种方式运行的卫星,另一个叫做 Carpo 的卫星也与其所在区域内的其他卫星相向而行。不过 Valetudo 的轨道比 Carpo 更远,而且它可能是最小的卫星。结合这一发现,天文学家认为,这是木星系统中曾经发生卫星碰撞的有力证据,而这些碰撞可能是造成今天木星周围景观的原因。“较大的卫星随着时间的推移已经被碾成灰尘,直径只有 1 千米的 Valetudo 可能是它最后的残骸,”Sheppard 解释道。

寻找木星的卫星并不容易。作为太阳系中最大的行星,它具有非常大的影响范围,因此可能存在卫星的区域很大。用望远镜对该区域进行搜索耗时很久且十分困难。

“寻找这些卫星就是尽可能地搜寻这些在木星周围的‘点’,”Sheppard 解释道。同时,由于木星太过庞大,它会反射很多的光。这意味着寻找这些超小卫星的时候,会遇到很多的眩光干扰。

幸运的是,科学家使用的 Blanco 4 米望远镜是搜索这些卫星的完美设备。Sheppard 表示,它的超大尺寸允许天文学家在更短的时间内搜索木星周围的大面积空间,而且还具有减少木星眩光和散射光影响的能力。

这些特点使得 Blanco 望远镜擅长发现超远距离以外的微小天体,这也是科学家使用它来调查冥王星以外天体的原因。去年三月,该团队注意到木星恰好位于他们的正上方,于是他们决定“开个小差”:搜索与木星用相似速度运行的物体,即潜在的卫星。最终他们发现了 12 个潜在的木星卫星,之后又在今年 5 月,用不同的望远镜重新观测和确认了他们的观察结果。

Sheppard 相信,这一批新卫星讲述了一个关于木星过去的重要故事。天文学家认为,那九个移动方向相同的卫星,实际上可能是很久以前存在的更大卫星的碎片。它们中的一些具有相同的特征,比如相同的轨道角度,这使得科学家们认为这些小卫星实际上是三个大卫星的碎片。“我们认为,最初有三个母体卫星,不知何故,每一个母体卫星都破碎了。有一个重要的问题是:是什么打碎了它们?”Sheppard 说道。这就轮到 Valetudo 出场了。有这样一个“背道而驰”的卫星在旁边,它们之间可能发生了无数的正面碰撞,导致这些卫星变得像今天这样小。

对于天文学家来说,发现的所有新卫星都是令人兴奋的,因为围绕着木星的它们形成于太阳系早期。与靠近木星的大型卫星(木卫一和木卫二)不同,这些远距离的大规模卫星残骸被认为与行星的构造材料相同。

这些岩石和尘埃在形成时很可能围绕在太阳周围,不过它们被木星强大的引力所捕获,未能形成行星。这种情况是如何发生的目前尚未可知。“如果我们想了解木星是如何形成的,那么我们要知道什么样的环境才能捕获卫星?并且有多少卫星被捕获?”马里兰大学的天文学家 Douglas Hamilton 表示,他不是该发现团队的成员。

可能还有很多类似的卫星潜伏在木星周围,等待着被人发现。我们发现的越多,我们就会越了解木星是如何成为今天的样子的。“我们所看到的只是冰山一角,”Hamilton 表示。“我们搜寻的目标越小,我们发现的卫星就越多。”

麻省理工科技评论

From Tech to Deeptech