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海王星的卫星家族

发布日期:2015年11月18日字体: 【大】【中】【小】


  海王星,冰冷的气态巨行星,按照同太阳的平均距离由近及远排列,是环绕太阳运行的第八颗行星,在1846年被两位天文学家奥本·勒维耶和约翰 加勒发现。根据行星命名的惯例,海王星以罗马海洋之神(相当于希腊神话中的海神)的名字命名。在它被发现的17天后,天文学家注意到它也有一个卫星系统。

  最初,只有海王星最大的卫星海卫一可以被观测到。但在20世纪中叶以后,随着地面望远镜的改进和太空探测器的发展,更多的卫星被发现。海王星现在有14颗已知的天然卫星,由于海王星得名于罗马神话的海神,它的卫星都以低等的海神命名。

  发现和命名:

  海卫一,最大的、是唯一拥有足够质量成为球体的,也是第一个被发现的海王星的卫星。在海王星被发现的17天以后,也就是1846年10月10日,就被威廉·拉塞尔发现了。而其它卫星被发现就是一个世纪以后了。

  首先是海卫二,它是1949年5月1日热拉尔·柯伊伯利用位于德克萨斯,戴维斯堡的麦克唐纳天文台拍摄的照片(柯伊伯带就是以他的名字命名的)发现的。第三个卫星,后来被命名为海卫七(拉里萨),是在1981年5月24日被Harold J. Reitsema,威廉 哈伯德,拉里A.列波夫斯基和戴维J.托伦发现的。

  这颗卫星的发现纯属偶然,它的发现的过程是持续搜索光环的结果,与四年前发现的围绕着天王星的光环类似。如果光环确实存在,那么当行星靠近的时候,恒星的亮度就稍微下降。而在观测恒星接近海王星的时候,恒星的亮度减弱,虽然只有几秒钟。这就表示存在一个卫星而不是光环。

  直到1989年旅行者2号飞越海王星才有新的卫星被发现。在飞越卫星系统的过程中,太空探测器有一次观测到了海卫七,而且发现了五颗内卫星:海卫三,海卫四,海卫五,海卫六和海卫八。

  2001年,使用大型地面望远镜——智利托洛洛山美洲际天文台和加拿大-法国-夏威夷望远镜——进行的两项调查,发现另外五颗卫星,使得卫星总数达到了十三颗。研究团队在2002和2003年的接下来的调查中,分别重新观测到这五颗卫星,分别是海卫九,海卫十一,海卫十,海卫十二和海卫十三。

  然后,在2013年7月15日,地外文明搜索研究所(SETI)的马克 R肖沃尔特领导的天文学家研究团队宣布,他们从哈勃望远镜2004-2009年拍摄的图片中发现了之前未知的第十四颗卫星。尚未命名的第十四颗卫星,目前确定为S/2004 N 1,直径不超过16-20公里。

  由于天文学的惯例,海王星卫星的名字都是取自希腊和罗马神话中。在这个情况中,所有卫星的名字都是以海洋之神或海神孩子(包括海卫一,海卫八,海卫五,海卫四),低等希腊海神(海卫三和海卫二),或涅瑞伊得斯,希腊神话中的水仙女(海卫九,海卫六,海卫十三,海卫十一,海卫十二,海卫十)名字命名的。

  许多卫星直到20世纪才得到命名。海卫一(特里同)的名字,最初由卡米伊·弗拉马利翁在他1880年的书《Astronomie Populaire》中提出建议,但不是一个常用的称呼,直到20世纪30年代这个状况才得到改变。

  内圈(规则)卫星:

  海王星的规则卫星靠近行星,而且位于行星赤道平面做圆形顺行轨道运转。它们距离海王星的距离依次为:海卫三(48,227公里),海卫四(50,074公里),海卫五(52,526公里),海卫六(61,953公里),海卫七(73,548公里),S/2004 N 1 (105,300 ± 50 km)和海卫八(117,646公里)。除了外圈的两颗,其余的规则卫星都位于海王星同步轨道内,因此存在潮汐减速现象。

  内圈卫星与海王星窄环系统密切相关。最里面的两颗卫星,海卫三和海卫四,在加勒和勒威耶环之间运转,而海卫五在勒威耶环内运转。下一个卫星,海卫六,运转在最著名的亚当斯环内,而且它通过重力作用包含颗粒,维持光环的存在。

  根据观测数据和假设的密度,海卫三的测量数据是96 × 60 × 52公里,重量大约是.9 x 1017 kg公斤。海卫四的数据是 108 x 100 × 52 公里,重量是 3.5 x 1017 公斤,海卫五的数据是180 x 148 x 128 而且重量是21 x 1017公斤,海卫六的数据是 204 x 184 x 144 而且重量是37.5 x 1017 公斤, 海卫七的数据216 x 204 x 168 而且重量是 49.5 x 1017公斤,编号S/2004 N1 的数据是直径16-20公里,重量是0.5 ± 0.4 x 1017 公斤,海卫八是 436 x 416 x 402,重量是50.35 x 1017公斤。

  只有两个最大的规则卫星照片的分辨率足以辨别它们的形状和表面特征。然而,除了海卫七和海卫八之外,所有海王星的内圈卫星都被认为是细长形状的。此外,所有内圈卫星都是暗物体,几何反照率从7%-10%不等。

  它们的光谱也表明,它们是由被一些暗色物质(也可能是有机化合物)污染的水冰构成的。在这方面,海王星内圈卫星与天王星内圈卫星相似。

  外圈(不规则)卫星:

  海王星的不规则卫星由该行星的其余卫星(包括海卫一)组成。它们大都是倾斜偏心的,而且经常远离海王星逆行运转,唯一例外的是海卫一,虽然也是逆行和偏心的,但是它的运转是靠近海王星的圆形轨道。

  按照它们距离行星的距离顺序,这些不规则行星分别是海卫一,海卫二,海卫九,海卫十一,海卫十二,海卫十三和海卫十,这组卫星包括顺行和逆行的天体。除了例外的海卫一和海卫二,海王星的不规则卫星与其他巨行星类似,被认为是由海王星的引力捕获的。

  就规模和质量来说,不规则卫星大体相当,从直径大约40公里,质量4 x 1016公斤(海卫十)到直径62公里,质量16 x 1016公斤的海卫九。

  海卫一和海卫二:

  海卫一和海卫二是两个异常的不规则卫星,因此与其他五个不规则的海王星卫星区别对待。在这两个卫星和其他不规则卫星之间,有四个重要的差异。

  首先,他们是太阳系中已知最大的两个不规则卫星。海卫一比其他已知的不规则卫星大一个数量级,质量是海王星已知轨道卫星的99.5%(包括海王星光环和13颗其他已知卫星)。

  其次,它们都有非典型的小半长轴,海卫一的半长轴比所有已知不规则卫星要小一个数量级。再次,它们都有不寻常的轨道偏心率:海卫二的轨道偏心率是所有不规则卫星中最高的,海卫一的轨道接近完美的圆形。最后,海卫二在所有已知不规则卫星中有着最低的倾角。

  平均直径约2700公里,质量为214080±520 x 1017公斤,海卫一是海王星的最大卫星,也是唯一大到可以静力平衡的星球(例如它的形状是球形)。与海王星的距离是354,759公里,海卫一也是位于行星内圈和外圈之间的卫星。

  海卫一是一颗逆行而且有着标准的圆形轨道的卫星,主要由氮气,甲烷,二氧化碳和水冰组成。几何反照率超过70%以上,球面反照率高达90%,它也是太阳系中最明亮的天体。由于紫外线辐射和甲烷相互作用,形成的索林(发现于星际空间的粘性固体物质),使得海卫一的表面呈现出红色。

  海卫一也是太阳系中最冷的卫星之一,表面温度38K。而且,由于卫星的地质活动活跃(导致了冰火山化),表面温度变动引发了升华,海卫一是太阳系中唯一的两颗拥有大气层的卫星。与它的表面类似,海卫一的大气层主要由氮气和少量甲烷以及一氧化碳组成,估计压力是14?巴。

  海卫一密度较高,大约2克/立方厘米,这表明海卫一质量的三分之二是由岩石构成的,冰(主要是水冰)占了剩余的三分之一。海卫一的地表下可能有一层液态水,形成了一个地下海洋。表面特征包括大型南极冰盖,由地堑和峭壁交叉横切的坑洞平面,以及由于其内生重修作用造成其表面非常年轻化的特征。

  由于它的逆行轨道而且与海王星的距离很近(比月亮和地球的距离还要近),海卫一被分到了行星的不规则卫星群。此外,它被认为是一个颗被捕获的天体,也可能曾经是柯伊伯带的矮行星,同时,这些轨道特征正是海卫一经历潮汐减速的原因。这颗卫星最终将盘旋向内靠拢,在36亿年后与海王星相撞。

  海卫二是海王星的第三大卫星。它有着顺行但是偏心率非常高的轨道,被认为一个规则卫星通过与海卫一的引力相互作用被捕捉到当前轨道。光谱分析探测到其表面含有水冰。海卫二是一个变化多端的卫星,这可能是由于其强迫进动或无序旋转与细长形状以及表面或明或暗的点结合所导致的。

  形成:

  鉴于其卫星的质量分布不均,人们普遍认为,海卫一是海王星的原始卫星系统形成之后被捕获的,在这个过程中海卫一已经被破坏。多年来,科学们提出许多理论来分析其捕获的机制。

  关于它的身世,最被广泛接受的说法是,之前有一个柯伊伯带的双星系统与海王星近距离相遇时,海王星的引力便破坏了双星体系,其中的一个幸存的星体被海王星俘获,就是现在的海卫一。海卫一的捕获是三个天体碰撞的结果,由于双星系统的残余影响和海王星的引力共同作用,海卫一的轨道旋转方向就变成和海王星自转方向相反,其他天体在这个过程中,天体或者被毁灭或者变成喷射物。

  刚被捕获的时候,海卫一就是非常奇特的高度偏心轨道,而且在原始的海王星内圈卫星轨道上引起了混沌扰动,使得这些卫星相互碰撞,体积减小成为盘状碎石结构星体。只有海卫一轨道再一次成为圆形以后,有些碎石结构才能重新结合形成目前的规则卫星。这意味着,海王星目前的内圈卫星并不是与海王星一起形成的原始天体。

  数值模拟研究表明,过去的某个时间,海卫九与海卫二有0.41的碰撞概率。虽然现在还不知道是否发生过碰撞,但是两颗卫星都呈现出类似(灰色)的颜色,这表明海卫九可能是海卫二的一个碎片。

  由于距离太阳非常遥远,唯一的一次曾研究海王星及其卫星的探测任务是旅行者2号。虽然目前没有探测海王星的研究计划,但是科学家们已经提出了几个建议,在21世纪20年代晚期或30年代早期的某个时候,将会有机器人探测器被派遣到海王星的卫星系统上执行研究任务。来源:来源:中国科技网

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