太陽系中10顆最奇怪的衛星：冰的地獄 木衛一

從大小上講，衛星不得不向行星屈膝。

但在「個性」上，卻往往比它們平淡的「父母」更勝一籌。

太陽系中已經命名的衛星數量和行星之比超過了20比1，展現出了驚人的多樣性。

其中一些自身的複雜性不輸給任何的行星，例如土衛六。

另一些則興許可能是生命的避難所，例如由冰殼覆蓋的水世界木衛二。

哪怕是最小的衛星也充滿著神秘，最明顯的就是那些圍繞土星公轉的「飛碟」。

今年是伽利略發現木星的四大衛星400周年，從那以後人類所知道的衛星數量就開始了成倍地增長。

冰的地獄：木衛一

遍布硫磺坑、沐浴著強輻射、火山不斷震顫著大地，木衛一就猶如太陽系中的煉獄。

儘管木衛一上天寒地凍到足以形成二氧化硫霜凍，但這顆最靠近木星的大型衛星的火山卻是最知名的。

在不到地球表面1/12的面積上噴湧出的熔岩超出了地球所有火山總和的100倍以上。

木衛一的表面散布著翻騰著氣泡的熔岩湖，其中最大的直徑超過200千米。

在其他地方，岩漿則可以突然從地底冒出，綿延50千米以上。

2007年當美國宇航局的「新視野」探測器在去往冥王星的途中掠過木星的時候探測到了這些岩漿海所釋放出的熱量。

木衛一上的某些火山噴發極為劇烈，由此導致的羽狀氣體、塵埃雲可以向太空延伸出500千米。

這可能是由於熔岩流使得木衛一表面凝固的二氧化硫氣化或者是熔岩中的氣體上升將物質拋射出木衛一表面而造成的。

[圖片說明]：木衛一及其表面的火山噴發。

所有這一切洶湧的火山活動都是木衛一處於木星以及它的兩個兄弟木衛二和木衛三之間「漩渦」的結果。

木衛二和木衛四的軌道周期正好分別是木衛一的2倍和4倍，於是這三顆衛星經常會排成一線。

隨著時間的推移，這一周期性的引力會合會逐漸把木衛一推入一條橢圓軌道。

因此，當木衛一繞木星轉動的時候，木星的引力就會時強時弱，拉伸、扭曲木衛一上的岩石。

這些壓力和張力會通過被稱為「潮汐加熱」的過程來使得木衛一升溫。

這一效應對木衛一的影響極為巨大，它可以融化岩石並且造就火山。

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如此極端的火山活動在宇宙中或許是普遍的。

例如，最近發現的行星COROT-7b就有著一條非常靠近其宿主恆星的軌道，由此也經歷著很強的引力作用。

只要它的軌道稍稍偏離正圓形，那裡的潮汐加熱作用就足以讓這顆行星擁有火山。

因此，木衛一可能為我們提供了一瞥數百萬顆太陽系外地獄般行星的機會。

可能是因為木衛一的軌道正在逐漸變圓，它自身似乎也在慢慢冷卻。

在從今往後的數千萬或者數億年里，木衛一與木衛二和木衛三的軌道共振很可能會漸漸瓦解，這會讓木衛一進入了一條沒有潮汐加熱的近圓形軌道。

此後，木衛一的火山也將最終睡去。

陰陽：土衛八

只消粗粗地看上一眼就能發現土星衛星土衛八的奇特。

它有著一張「陰陽」臉——一半黑，一半白。

它的形狀也頗為怪異，兩極扁平、兩側則被壓扁。

一座山脈貫穿於半條赤道，使得它看上去就像一個核桃。

土衛八「陰」面上的物質的確非常黑，但它們僅有薄薄的一層，厚度不超過1米。

它們覆蓋了土衛八的前導半球——在其做軌道運動時朝前的一側，表明這些黑色的物質是土衛八在繞土星公轉的過程中從周圍的太空中獲得的。

這些物質可能來自土星外圍小型、深色衛星碰撞的殘骸。

[圖片說明]：土衛八。

通過加熱黑色的地區使得冰升華，陽光使得土衛八的差別變得更為明顯。

水蒸汽隨後會環繞整顆衛星運動，在溫度較低的後隨半球凝固成一層白色的霜。

土衛八的形狀也難解釋。

在剛形成時它還處於熔融狀態並且有著快速的自轉，由此可以自然地造就目前的形狀。

如果土衛八外層是在那個時候固化的，當時的一些特徵就有可能被保留下來。

但這一理論不能很好地解釋其赤道上的山脈，它仍然是一個謎。

土衛八的組成也十分特殊。

它的低密度意味著它大約80%是冰，岩石只占20%，和外太陽系其他大型衛星相比這一混合模式要輕得多。

任何試圖想解釋整個太陽系衛星形成的理論都必須要考慮這顆獨特的冰衛星。

活的雪球：木衛二、土衛二和海衛一

看似暗淡冰冷的木衛二、土衛二和海衛一表面其實是太陽系中最活躍的地方。

它們甚至還擁有適合生命的溫暖棲息地。

木星的衛星木衛二被布滿裂縫的冰層所覆蓋。

但是，它的岩石核心卻由於其橢圓的軌道正經歷著木星引力的潮汐加熱(見「冰的地獄：木衛一」)。

這也許會產生足夠的熱量在木衛二冰凍的表面之下維持一個液態的海洋。

[圖片說明]：不同色彩的木衛二。

左：自然顏色;右：紫外、綠光、紅外增強影像。

如果這一海洋能延伸到它的核心，黑暗海底的熱液噴口就能夠提供可以供養微生物甚至蝦體型大小的食肉動物所需的營養物質。

土星的衛星土衛二則更為活躍。

位於其南極的一系列噴口會噴射出水蒸汽和冰晶。

其中一些會回落到土衛二的表面，宛如一件亮閃閃的冬裝，使得它成為了太陽系中最白的天體。

其餘的物質則會逃逸出去，形成一個環繞土星的霧狀環。

這些噴口可能植根於其下方的內部海洋。

如果真是這樣，那麼微生物也有可能會在噴發的過程中被噴射出來，飛過的探測器就能捕捉到它們。

因此土衛二上的生命會比禁錮在木衛二冰層下的更容易探測。

[圖片說明]：土衛二及其南極的噴發(左上插圖)。

然而，要想在土衛二上生存卻不是一件容易的事情。

土衛二的所有活動可能都源自潮汐加熱。

而土衛二的軌道則存在著超過幾億年的周期變化，由此也造成了它顯著的氣候周期變化。

如果在最寒冷的時期土衛二的海洋完全凍結的話，那這對於生命而言無疑是滅頂之災。

即使是寒冷的木衛二和土衛二，它們的平均表面溫度也有大約-170℃和-200℃，相對於海王星最大的衛星海衛一可以算是溫暖的天堂了，後者的溫度一直在-230℃以下徘徊。

海衛一的表面含有各種不同種類的冰，包括了水、氮和甲烷的混合物。

但就算這樣一個冰冷的地方卻也令人驚訝地具有地質活動。

當陽光蒸發氮的時候就會出現噴發，海衛一由氮組成的稀薄大氣還擁有會隨著季節變化的氣候模式。

與木衛二和土衛二一樣，海衛一地勢平緩，鮮有隕石坑。

這說明它的表面非常年輕——可能還不到1千萬年，僅僅是其40億年歷史的滄海一粟。

海衛一年輕的源泉被認為是其會噴發出液態水和氨的火山，這些新鮮的物質凝固之後就會覆蓋海衛一的表面，抹去歲月的痕跡。

[圖片說明]：海衛一。

海衛一過去可能曾經和矮行星冥王星一樣是獨立於海王星繞太陽公轉的。

事實上，海衛一的大小和冥王星相同，也有著相似的組成，這說明它們有著類似的起源。

更有力的證據是，它是逆向繞海王星轉動的，即和海王星的自轉方向相反。

如果海衛一和海王星是形成於同一片氣體和塵埃雲的話，就不可能出現這一情況。

相反，這預示海衛一可能是被海王星俘獲的。

俘獲這麼大的天體並非易事。

海衛一可能和海王星已有的衛星發生了碰撞，從而大幅減速才被海王星的引力束縛住。

更可能的一種情況是，它始於一個矮行星雙星系統。

其中一顆在和海王星的引力交會中被以高速甩了出去，而海衛一則被留在了海王星的身邊。

除了本身做為一顆可圈可點的衛星之外，海衛一也為我們提供了所有尚未被涉足的矮行星的朦朧圖像。

這些矮行星不僅僅包括了冥王星，還有鬩神星、鳥神星、妊神星，它們中也許還有幾十顆依然徘徊在黑暗的太陽系外圍。

飛碟：土衛十八和土衛十五

絕大多數衛星不是圓而光滑的大個子就是嶙峋的太空小怪石。

而土星的衛星土衛十八和土衛十五則像出自外星人科幻電影。

呈一個中央隆起的盤狀使得它們和飛碟有著不可思議的相似之處。

土衛十五兩極之間的距離只有18千米，但它的腰部直徑卻達到了40千米。

它們奇怪的形狀目前還是一個謎。

雖然這兩顆衛星的快速自轉足以將其壓扁，但並不能解釋它們飛碟的形狀。

[圖片說明]：土衛十五(左)和土衛十八(右)。

這兩顆衛星的軌道也許提供了一條線索，它們都非常靠近土星環。

也許來自光環的冰物質掉到了它們上面，在赤道上累積，形成了碟狀。

這和觀測也相符，這些區域相對於極區而言非常平緩，意味它們是由來自土星光環的細小粒子構成的。

然而，這一理論還遠沒有到被證實的地步，新的觀測可能最終能解釋這兩個土星的飛碟。

但不管怎麼樣，外星人技術應該是可以被排除在外的。

迴旋鏢：海衛二

在絕大多數衛星緩緩地繞其行星公轉時，海衛二卻在飛奔。

海王星這顆平凡的衛星呈團塊狀，大小也適中，但它卻擁有著太陽系衛星中偏心率最大的軌道——它繞海王星一圈就猶如坐過山車，先是爬升到超過900萬千米的最遠距離，然後再俯衝到距離海王星不足140萬千米的地方。

[圖片說明]：海衛二(左上)和海王星。

大部分具有不規則軌道的衛星通常都是被其宿主行星引力俘獲的彗星或小行星，海衛二也許也不例外。

但是它的組成並不像位於海王星外圍的柯伊伯帶天體那麼鬆散。

相反，它可能是在曾經圍繞海王星的物質盤中形成的。

這樣形成的衛星一般都會在圓軌道上繞行星轉動，因此海衛二的軌道著實是一個謎。

答案可能來自海衛二的異母兄弟海衛一。

逆行的海衛一(見「活的雪球：木衛二，土衛二和海衛一」)可能已經清除了海王星系統中大多數的「原生」衛星，並且使得海衛二具有如此特異的軌道。

第二個地球：土衛六

它也許是所有衛星中最奇特的，因為它是如此的讓人似曾相識。

新的發現揭示出土衛六具有眾多和地球相同的特徵：湖泊、丘陵、窪地、河谷以及泥濘的平原。

在它厚厚的氮大氣中則還擁有霧、霾和雨雲。

正如2005年惠更斯探測器發回它的第一批圖像時一位天文學家所說的，它看起來就像英格蘭。

但外貌也可以是騙人的。

土衛六繞著土星公轉，到太陽距離是地球的10倍。

在如此微弱的陽光照射下其表面溫度僅有-180℃。

任何水都會形成冰，並由此組成起伏的山脈。

[圖片說明]：土衛六。

「惠更斯」看到的雨、河流和湖泊實則是液態烴，它們在溫暖的地球上會變成氣體。

最近的估計表明這些湖泊中80%是乙烷，此外還有丙烷、甲烷和乙炔。

一些人認為這些物質可以為土衛六上的生命提供食物來源。

最佳原創：月亮

直到400年前伽利略發現了木星的四顆衛星，在此之前唯一已知的衛星就出現在地球的夜空之中——即使是生活在今天燈火通明的城市中的人對它也十分熟悉。

此後，衛星發現的風潮席捲整個太陽系，但地球的這個同伴卻依然鶴立雞群。

原因之一就是它是一條小池塘里的大魚。

在內太陽系，衛星是罕見的。

金星和水星沒有衛星，而火星的兩顆衛星和我們的月亮相比只能算是小石塊。

事實上，月亮在外太陽系似乎能找到家的感覺，那裡氣態巨行星的周圍有不少大質量的衛星。

[圖片說明]：伽利略木星探測器拍攝的月亮。

不同的顏色代表不同的區域，藍色：富鈦區、橙色和紫色：貧鈦和鐵。

月球的體型可能反映出了它獨特的起源。

一般認為衛星形成有兩種方式——要麼形成於形成其宿主行星的同一片星雲，要麼就是被行星引力俘獲的。

月球的形成則可能更為血腥。

45億年前一顆較大的原行星與年輕的地球相撞，撞擊拋射出的物質最終形成了月亮。

這一發生在遠古的大災難對於我們來說興許是一件好事，因為月球幫助穩定了地球自轉軸的傾角，使得極端的氣候變化不會出現在我們的星球上。

太陽系外的衛星

如果我們的太陽系擁有這麼多奇特的衛星，那麼在銀河系中其他行星的周圍又會有什麼樣的衛星呢?也許它們會是圍繞太陽系外巨行星溫暖而宜居的地方。

或許它們不會像《星球大戰》電影所描述的那樣適合智慧生命居住，但這些衛星也許會位列宇宙中最有可能的生命棲息地之一。

在表面上看來，探測圍繞遙遠恆星周圍行星的衛星是極其困難的，但以今天的技術再加上一點運氣說不定可以做到。

最好的辦法尋找凌星，即某天體從恆星和觀測者之間經過而造成的恆星變暗。

這一方法已經發現了一些太陽系外行星，它也可以間接地發現系外衛星。

當衛星繞行星轉動的時候，它的引力會加速或者減慢行星的運動，從而改變凌星出現和持續的時間。

衛星越大，這一效應就越強。

如果一顆海王星質量的太陽系外行星具有一顆地球大小的衛星，那麼開普勒空間望遠鏡和地面望遠鏡足以能探測到由該衛星造成的凌星時刻和持續時間的變化。

這麼大的衛星同時也會擁有濃密的大氣，是生命棲息的理想場所。

其餘的……

哪顆衛星最大?

木星的衛星木衛三有著5,270千米的直徑，比水星還大。

其體積則是月球的3倍。

它是唯一一顆自身擁有強磁場的衛星，這表明它有一個由對流液態金屬組成的核心。

太陽系中有多少顆衛星?

目前已經命名的衛星超過了170顆。

但真正的總數還取決於你如何界定。

目前還沒有可用來定義衛星的最小尺寸，因此只要你樂意你可以把任何圍繞一顆行星轉動的物體稱為「衛星」——包括土星光環中的每一塊冰塊，那麼這個數字可能會彪升到上千萬億。

地球擁有多少顆衛星?

一顆。

這沒什麼可奇怪的。

但1986年發現的另一個天體有時也被稱為「地球的第二顆衛星」。

這顆直徑5千米的小行星有著一條圍繞太陽公轉的橢圓軌道，同時它還和地球之間有著複雜的共振，這使得它會定期地接近地球。

哪顆衛星差點升級為行星?

冥王星的衛星冥衛一。

根據一份2006年在布拉格召開的國際天文學聯合會會議上被提交的行星定義草案，冥衛一滿足行星資格標準。

它足夠大在引力的作用下呈球形，並且在某種意義上它直接圍繞著太陽轉動——冥衛一和冥王星的引力中心位於兩者之間的宇宙空間。

如果這一定義被通過，這將會是一個「雙行星」系統。

然而冥王星最終被降級，留下的也僅僅是一顆繞矮行星轉動的衛星。

衛星有衛星嗎?

在太陽系中還沒有發現這樣的例子。

衛星有可能會擁有自己的衛星，但來自行星以及宿主衛星的引力作用會使得它的軌道變得不穩定。

在足夠大的尺度上衛星的衛星也許可以存在數十億年，但在我們的太陽系裡似乎不行。

一些小行星擁有衛星，例如艾達和它的衛星。

在過去半個世紀裡月亮也短暫擁有過一些衛星。

它們的成分主要是金屬。