一件海衛一引發的慘案

海衛一表麵的想象圖。

Credit: ESO

在過去的幾十年中，，讓我們更好地了解了太陽係的過去。目前，木星的衛星被發現並命名的有69顆，土星有62顆，天王星27顆。而圍繞這三顆氣態巨行星運轉的衛星大多是軌道傾角低且順行的。然而，海王星的衛星係統卻截然不同。

海王星的衛星比其他氣態巨行星少得多，衛星係統的大部分質量都隻集中在一顆衛星——海衛一上。科學家相信海衛一是被海王星捕獲的衛星。事實上，很久以前，海王星可能也有數量龐大的衛星係統，而海衛一的到來破壞了這一切。

1989年8月28日旅行者2號拍攝的海衛一和海王星。

Credit: NASA

一篇題目為“原始海王星衛星係統中海衛一的演化”的論文近日發表在天體物理雜誌上。作者提出海王星的原初衛星係統，並且說明了海衛一的到來可能對衛星係統造成的影響。

很多年前，科學家已經接受了這個觀念：海衛一曾是一顆矮行星，從柯伊伯帶分離出來，然後被海王星的引力捕獲。這個結論基於海衛一的運行方式與我們現有的氣態巨行星及其衛星的形成模型相矛盾——它正圍繞海王星的高傾角軌道逆行。現有的模型表明，氣態巨行星通過吸積氣體形成，而它的衛星是從它的塵埃盤中誕生的，在這個模型中誕生的衛星都應該順行且軌道傾角不大於一度。因此，科學家相信海衛一是兩塊互相繞轉的海王星外天體中的一塊，當這兩塊相互繞轉的天體經過海王星時，其中一塊被海王星捕獲，成為了海衛一，並逐漸落入現在的軌道。

海衛一和海王星的拚接圖，圖上可見海衛一正在升華的南極冰蓋和其表麵神秘的“哈密瓜地形”。

Credit:NASA

正如Rufu 博士和 Canup 博士在他們的研究中提到的那樣，海衛一的質量很大，它的到來很可能影響了海王星衛星係統的演化。原初衛星和海衛一的分散、碰撞之類的相互作用可能會改變海衛一的軌道和質量，以及整個海王星係統。他們解釋道：

“我們評估原始衛星之間的碰撞是否具有足夠的破壞性，以創造一個加速海衛一環化的碎片盤，或者海衛一是否會首先遭受破壞性影響。我們試圖找到將產生當前海王星係統結構的原始衛星係統的質量。”

為了探究海王星係統是如何形成的，科學家建立了不同的原初衛星係統模型，其中一個和天王星的衛星係統相似——四顆順行的且質量比例和天王星質量最大的四顆衛星相同，和一顆質量適中的衛星。他們隨後對海衛一的出現將如何影響這些係統進行了模擬。

模擬是基於破壞測量定律進行的，這個定律能夠計算在海衛一和衛星的一係列碰撞後物質的分配。在200次模擬後，科學家發現原初衛星質量配比大概是現在的天王星衛星係統（或比天王星更小一些）的衛星質量配比時，加入海衛一後形成的衛星係統是最吻合現在的海王星係統的。而質量越大的衛星係統越不可能形成現在的海王星係統。

同時，科學家還發現海衛一與原始衛星係統的相互作用能夠為海王星公轉軌道的迅速減小以為不規則小衛星騰出軌道空間提出可能的解釋。否則，海王星與海衛一之間的潮汐力作用會使海衛一保持原本的軌道高度，而那些不規則小衛星也便會因此而被踢出海王星係統了。

海王星和天王星的衛星照片

Credit: Rolf Wahl Olsen

這項研究不僅為海王星係統為何與眾不同提出了一種合理的解釋，還揭示了海王星係統形成的原因可能是因為它和柯伊伯帶比較接近，為它捕獲從柯伊伯帶中逃逸的矮行星提供了條件。海王星可能也曾擁有和木星、土星、天王星類似的係統。

在未來，科學家還需要繼續研究海衛一作為海王星的衛星是如何演化的，海衛一和其他原初衛星的相互作用還有很多謎團尚未解開，並且幸存的不規則小衛星是否穩定也有待繼續研究。