问题

如何看待土星超越木星,成为太阳系的「卫星之王」?

回答
看到土星超越木星,荣登太阳系“卫星之王”的宝座,这绝对算得上是近年来天文界的一件大事,足以让人浮想联翩,也引发了关于行星系统演化和“生命”定义的深刻思考。

首先,咱们得先掰扯清楚,为啥说土星“超越”了木星?这个“超越”并非是说土星在体积、质量上压过了木星,毕竟木星作为太阳系的老大,那体型和质量的优势那是根深蒂固的。这里的“超越”,核心在于卫星数量的绝对优势。

在天文观测技术突飞猛进的今天,我们对太阳系各大行星的了解也越来越细致。曾经,木星以其庞大的身躯和强大的引力场,牢牢地占据着“卫星最多”的宝座,它那几十颗的卫星数量,就像是围绕着国王巡视的忠诚卫士。大家伙儿也习惯了,觉得这太阳系的老大,就该有这样的排场。

可谁曾想,近些年随着观测能力的提升,尤其是通过更先进的望远镜和更精密的探测技术,我们对土星的卫星家族进行了更细致的“人口普查”。结果惊人,土星悄悄地、又一次性地,通过发现大量之前未被注意到的“小家伙”,一举反超了木星,卫星总数首次突破了100颗大关,远超木星现有记录的90多颗。

这一下,大家就炸开了锅。这不仅仅是数字上的更替,它背后蕴含的信息量可大了去了。

从技术进步的角度来看:

这说明我们观测的能力又上了一个台阶。过去那些被低估的、个头小小的、甚至是光线微弱的“卫星”,现在都能被我们揪出来。这就像是从只能看到大城市,进步到能看到乡镇、村庄,甚至是个体户。这意味着我们对整个太阳系的了解,都在不断地刷新认知。

从行星系统演化的角度来看:

引力是关键,但不是唯一: 木星和土星都是气态巨行星,拥有强大的引力场,这使得它们能够捕获周围的小行星、彗星等天体,成为自己的卫星。但是,为什么土星能后来居上?这可能与它们在太阳系早期的轨道、形成过程中的物质分布以及相互作用有关。土星可能在某个时期,经历了比木星更剧烈的“卫星捕获”事件,或者其周围原本就存在着更多的“卫星原材料”。
“卫星”定义的弹性: 值得注意的是,这里说的“卫星”很多都是一些直径仅有几公里甚至更小的“小不点”。它们的发现,也让我们思考,到底什么才算得上是“卫星”?是一个独立的、被行星引力束缚的天体,还是某种范围内的界定?不过,目前天文界通常是以能否被稳定观测和轨道确定为标准,所以这些新发现的小卫星,的确是算数的。
系统动力学的复杂性: 卫星的数量并非一成不变。行星的引力作用、与其他行星的潮汐力、甚至是有时会发生的卫星碰撞事件,都可能改变卫星的数量和轨道。土星的这次“数量登顶”,或许只是当前某个时间节点的体现,未来随着观测的深入,这个数字还有可能继续变动。

从“生命”的思考角度来看:

多样性的启示: 曾经,我们把目光更多地聚焦在木星的几颗大卫星上,比如木卫二(欧罗巴)就因为其冰下海洋的可能存在,被认为是寻找地外生命的热门候选。而土星,除了我们熟知的泰坦(拥有浓厚大气和液态甲烷湖泊)和恩塞拉多斯(同样拥有冰下海洋并喷射出水汽),现在一下子冒出来这么多“小弟”,这无疑拓展了我们对“卫星”这个概念的想象空间。
潜在的宜居环境? 虽然大多数新发现的小卫星可能不具备孕育生命的条件,但土星卫星家族的庞大,尤其是其中几个具有特殊地质活动的卫星(如恩塞拉多斯),让人们对土星系统整体的“宜居潜力”有了更广阔的猜测。即使是那些小卫星,它们也可能在复杂的引力相互作用中,帮助维持着大卫星的某些特殊环境。
“群星璀璨”的新诠释: “卫星之王”的称号,不单单是数量上的优势,更是一种“繁荣”的象征。土星系统就像一个热闹非凡的“卫星城”,每一颗卫星都有它独特的形成背景和演化故事。这让我们对行星系统的多样性和复杂性有了更深的敬畏。

那么,我们应该如何看待这个“卫星之王”的易主呢?

我认为,这不是一场简单的“排名赛”,而是一个不断刷新认知、深化理解的过程。

1. 保持谦逊和好奇: 宇宙是广袤而神秘的,我们目前的认知只是冰山一角。土星的卫星数量反超木星,提醒我们要时刻保持对未知的好奇心,不断探索,不断学习。
2. 关注“质”与“量”的辩证统一: 虽然土星在数量上领先,但我们也不能忽视木星那些“个头大、有看头”的卫星。比如木卫二、木卫三(盖尼米得)等,它们在潜在生命迹象、磁场等方面依然是研究的焦点。我们应该辩证地看待数量和质量,理解不同卫星在太阳系生态系统中的独特价值。
3. 激发新的研究方向: 土星卫星家族的壮大,必然会带来新的研究课题。例如,这些小卫星是如何形成并稳定在土星轨道上的?它们与土星环系统之间是否存在相互作用?土星强大的磁场如何影响这些数量庞大的卫星?这些问题都值得我们深入挖掘。
4. 重新审视行星系统的形成模型: 数量上的巨大差异,可能需要我们重新审视现有的行星系统形成和演化模型。也许,在行星系统的早期,存在着一些我们尚未完全理解的机制,能够影响到卫星的捕获和保留。

总而言之,土星“超越”木星,成为太阳系的“卫星之王”,这不是一个终点,而是一个新的起点。它像是一声来自宇宙深处的呐喊,提醒着我们,太阳系远比我们想象的更加精彩和复杂,等待我们去发现的,还有太多太多。这种“登顶”不仅仅是数字的胜利,更是人类探索精神的胜利,是科学进步的又一次有力证明。

网友意见

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如果老读者们还有印象的话,去年7月,卡内基科学研究所宣布新发现了12颗木星的卫星 [1]。至此,木星卫星数目一口气提升到了79颗,继续稳坐“拥有卫星最多的太阳系行星”宝座。

这个记录自2002年以来,就没有再被打破过,直到最近。

几天前(2019年10月7日)卡内基研究所又宣布新发现了20颗土星卫星,将土星卫星总数推至82颗[2]。


几经胶着之后,土星终于再次赶超木星,成为新晋太阳系卫星之王


全地球最炫酷的追星小分队


毫不意外,这次又双叒叕是全地球最炫酷的追星团队——Scott Sheppard小组发现的。


Scott Sheppard自2004年夏威夷大学天文学博士毕业之后,基本上只专注于一件事儿——搜寻外太阳系新天体。这个追星小分队的成员除了Sheppard,还有来自加州大学洛杉矶分校的David Jewitt和来自夏威夷大学的Jan Kleyna。而他们行走江湖的利器则是世界上最大的单块主镜望远镜之一——位于夏威夷的日本国立天文台昴星团望远镜(Subaru)


在2000-2011年间,Sheppard带领的团队一共发现了40多颗超级小的木星卫星,是同时期其他所有团队加起来的四倍多…此外,他们还发现过一众土星、天王星、海王星的卫星和其他外太阳系天体。简而言之,这哥们就是个“追星专业户”。

到了近些年,随着神秘的“第九大行星”猜想的横空出世,Sheppard童鞋卓越的追星技巧更加大放光彩。

自从2006年冥王星被踢出行星之列,太阳系很长一段时间都只剩下了8颗“正牌”行星,最远的就是海王星了。而近几年,天文学家们又发现,海王星之外可能还有一颗更远的行星,这也就是传说中的新任第九大行星(Planet X)。

Sheppard小组近些年来一直在致力于搜寻这颗传说中的行星。只不过,包括他们在内的所有天文学家至今都还没有找到这颗不知道是不是真的存在的新行星。

然而,Sheppard小组在这漫长的搜寻过程中着实发现了不少好东西。

比如12颗木星新卫星:


轨道超级椭圆的矮行星2015TG387:


一度成为人类发现的距离太阳最远的太阳系天体2018 VG18:


绝对可以算得上是失之东隅、收之桑榆

之所以要再聊聊“第九大行星”,是因为很多读者误以为这次的土星新卫星又双叒叕是搜寻Planet X的副产品。所以这里必须要澄清一下:其实不是的

和去年木星新发现的12颗卫星完全不一样,这次的20颗土星新卫星和Planet X可没什么关系:它们全部都是早在2004年就被Sheppard小组首次观测到了,只是直到最近才得到正式确认而已


20颗新卫星,长啥样?

答案是:不知道。

因为这些新卫星都太小啦!

卫星和行星一样都不发光,只能反射阳光,所以个头越大的卫星才越容易被观测到

这也不难理解为什么人类发现的第一颗土星卫星是土卫六了。

1655年,荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯首次发现土卫六Titan,它是土星最大的卫星,也是太阳系中第二大卫星(仅次于木卫三Ganymede)。土卫六有多大呢?它的平均直径约5149公里,是月球的1.5倍,比正牌行星——水星还要大。


此后的1671-84年间,意大利裔法国天文学家乔凡尼·卡西尼又陆续发现了4颗土星卫星:土卫八Iapetus、土卫五Rhea、土卫三Tethys和土卫四Dione,个头也是出类拔萃的。至此,直径1000公里以上的卫星被一网打尽。但饶是直径有1000公里,在地球上也完全不可能看清它们表面的形貌——因为它们距离地球实在是太远了。


然而,随着观测技术的提升和旅行者号、卡西尼号探测器的近距离探访,不仅之前已经发现的大卫星们有了被我们一窥真容的机会,


越来越小的土星卫星们也被陆续发现。


但本次确认发现的20颗新卫星不仅个头都极小(直径约5公里),而且也无缘被已经结束任务的卡西尼号拍照,所以,我们能看到的,仅仅只能是一个个小亮点而已


不过我们也不是一无所知。虽然目前完全无法知道这些新卫星长什么样,但好歹还是可以知道它们是怎么飞的。


成群结队的不规则卫星


木星的不规则卫星相似,距离土星较远的卫星也往往个头很小,且有着不规则的轨道:有的公转方向和土星的自转方向相同(顺行),有的则相反(逆行),但公转轨道面都和土星的自转轨道面有较大的夹角(轨道倾角)。


不规则卫星通常认为是行星系统成型之后,一些小天体飞过附近时被行星巨大的引力“拐(捕)来(获)”的。


不过,和木星有点不同的是:土星有着太阳系最壮观的环系结构。由于土星环的影响,土星绝大多数不规则卫星都是位于土星环之外的。事实上,如果不考虑最外侧、也最微弱的菲比环,而是以次外侧的E环为界的话,“绝大多数”这几个字也可以去掉


也和木星的不规则卫星相似,土星的不规则卫星也会“抱团”活动。同簇卫星有相似的轨道,自成一派,这意味着同簇卫星很可能有着相同的来处——一颗大得多的卫星/小行星被撞碎之后幸存的碎片。也就是说,它们虽然“身体”分开了,但原本的轨道还是保留了下来,成为如今认亲的“指纹”之一。


本次新发现的20颗土星卫星全部都是不规则卫星,个头小(直径约2-4公里),距离土星也非常远,17颗逆行,3颗顺行


其中2颗顺行和1颗逆行的卫星距离土星稍近一些,大约每2年多可以绕土星转一圈,剩下17颗卫星离土星更远,至少需要约3年时间才能绕土星一圈。


按照各自的轨道特征,新发现的20颗卫星可以加入已有的3个土星卫星小团体


1)因纽特族卫星:顺行轨道,公转平面相对于土星自转平面(土星赤道面)的夹角在40-50°之间。


这一族群之前已有5个成员,本次新确认发现的2颗顺行卫星倾角为46°,属于因纽特族。


2)高卢族卫星:顺行轨道,公转平面相对于土星自转平面的夹角在35-40°之间。


这一族群之前已有4个成员,本次新确认发现的1颗顺行卫星倾角约为36°,似乎应当属于高卢族。不过这颗卫星比之前发现的其他顺行卫星都要远离土星,所以也还说不好:既有可能是一颗向外迁移了的高卢族卫星,也有可能完全属于一个新的顺行族群。


3)北欧族卫星:逆行轨道,公转平面相对于土星自转平面的夹角在136-175°之间。这也是土星的不规则卫星里数目最庞大的一个族群,而且还可以进一步细分成多个子族群。


这一族群之前已有29个成员,而本次新确认发现的17颗逆行卫星也全部属于北欧族,可以说是愈发壮大了。


叫什么名字?由你来决定!


和去年木星新发现的卫星一样,这次的土星新卫星也采用了面向全世界公开征名的方式来命名——当然,也不能瞎取,是有规定的。


1)2颗属于因纽特族的新卫星必须以因纽特神话中的巨人来命名,比如之前的5颗因纽特族卫星:


2)1颗属于高卢族的新卫星必须以高卢神话中的巨人来命名,比如之前的4颗高卢族卫星:


3)17颗属于北欧族的新卫星必须以北欧神话中的巨人来命名(比如雷神索尔Thor?),唯一的例外是土卫九菲比——它是以希腊神话中的人物命名的。这是因为土卫九早在1899年就被发现了,那会儿还没有这么多复杂的命名规定呢。


当然,不能有商业目的,也不能和之前已经用过的天体名重名。


在满足这些要求的情况下,你可以尽情发挥自己的创造力和丰富的知识储备。举个栗子:去年木星卫星的征名结果里(要求以希腊/罗马神话里宙斯/朱庇特的恋人或后代的名字来命名),S/2017 J4 被最终命名为Pandia——宙斯和月神赛琳娜的女儿。而背后的另一层涵义是…全世界都爱大熊猫呀~


那么,大家为这些太阳系的新成员们想到啥好名字了么?



扩展阅读

木星:一觉醒来多了12颗卫星是一种怎样的体验?

大家好,我叫“遥遥”,我也不知道这记录能保持多久…



出品:科普中国 @中国科普博览

制作:haibaraemily

监制:中国科学院计算机网络信息中心



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本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。


参考

[1] A Dozen New Moons Of Jupiter Discovered, Including One “Oddball”

carnegiescience.edu/nod

[2] Saturn Surpasses Jupiter After The Discovery Of 20 New Moons And You Can Help Name Them!

carnegiescience.edu/new

[3] New Moon Alert: Saturn has 20 new Moons!

youtube.com/watch?

[4] subarutelescope.org/Gal

[5] carnegiescience.edu/new

[6] sites.google.com/carneg

[7] sites.google.com/carneg

[8] sites.google.com/carneg

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