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太阳系的粉丝团 太阳系漫游③ | 观天者说

2019-07-01 15:26 来源:光明网 
2019-07-01 15:26:52来源:光明网作者:责任编辑:蔡琳

  大家好,我是中科院国家天文台的王汇娟,今天,让我们继续一起漫游太阳系!

  这次我们一起去拜访一下太阳系八大行星的“月球”们,即八大行星的天然卫星。所谓天然卫星是相对于人造卫星而言的,是指非人造的围绕这些行星公转的自然天体,如果这些行星是太阳系明星中的“八大天王”,那这些卫星就如同它们的“粉丝团”。

  从太阳系中心出发,首先遇到的水星和金星都是最低调的舞者,它们并没有自己的天然卫星如粉丝般追随。于是,我们拜访的第一站是地球。

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  图1.月球正面(左图),月球背面(右图)

  左图:https://solarsystem.nasa.gov/resources/2460/lunar-near-side/?category=moons_earths-moon

  右图:https://solarsystem.nasa.gov/resources/2459/lunar-far-side/?category=moons_earths-moon

  地球只有一颗天然卫星,即我们最熟悉的月球,目前理论比较支持它是地球同根同源的“死忠粉”。月球是太阳系中的第五大卫星,50年前人类宇航员首次登上月球,月球也是目前地球以外人类唯一登临过的自然天体。

  细心的朋友会发现,我们在地球上观察月球,无论何时何地看到的永远是月球的同一面,我们称之为月球的正面。这是由于在万有引力的作用下,经过长期演化,月球已被地球潮汐锁定,达到同步自转状态,即月球围绕地球公转一周的时间与自转一周的时间基本相同,所以在地球上的人们永远只能看到月球的正面,却看不到它的背面。

  那么月球的背面到底长什么样儿呢?通过途径或围绕月球运转的探测卫星人类获得了月球背面包含高度信息的三维图像。今年1月初,中国的嫦娥四号成功着陆于月球背面南极附近艾特肯盆地内的冯˙卡门撞击坑,并首次获得着陆点附近全景图,这也是首个着陆在月球背面的人类探测器。

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  图2. 嫦娥四号着陆器环拍全景图(圆柱投影)

  图片来源:http://www.bao.ac.cn/xwzx/gdtpxw/201901/W020190111385643165829.jpg

  火星拥有两颗已知轨道的卫星,它们分别是火卫一和火卫二,目前通常认为它们都是被火星捕获的小行星,外形都不规则,基本属于路人转粉丝的“路转粉”。火卫一较长的一端与北京北三环到南三环的直线距离相当,密度很小,逃逸速度只有地球的千分之一。假如一位专业跳高选手能站到火卫一表面,他纵身一跃就能把自己“发射”进太空。

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  图3. 火星的两颗卫星,火卫一(左图)和火卫二(右图)

  图片来源:https://solarsystem.nasa.gov/moons/mars-moons/in-depth/

  木星拥有太阳系最庞大的粉丝团,它有79颗有固定轨道的卫星,其中有4颗又大又亮,400多年前当伽利略使用自己制作的望远镜观测木星时,首先发现了木星的四颗大卫星,因此后人也将这四颗卫星称为伽利略卫星。

  太阳系最大的五颗卫星排名中伽利略卫星占了3个,包括第一大卫星木卫三,第三大卫星木卫四,第四大卫星木卫一。未进入此排名的木卫二也不得不提一下,目前研究表明,在它的厚达上百公里的冰层之下存在着比地球上最深的海洋还要深的液态海洋,海洋中极可能存在地外生命。

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  图4. 伽利略卫星与地球和月球的大小对比(上面一排依次为木卫一至木卫四)

  图片来源:http://www.arcadiastreet.com/planets_n_stars/02_outer_solarsys/index.html

  土星的粉丝团比木星稍小,它有62颗已确定轨道的卫星,其中有49颗的直径小于50公里,即直径比北京北六环到南六环的直线距离还小。在比较大的13颗卫星中,最大的是土卫六,也叫“泰坦”,土卫六也是太阳系中的第二大卫星。照片中它的边缘有些模糊,这是由于它表面覆盖着浓密的大气,大气成分与地球最原始的大气成分非常类似,且土卫六是岩石表面。科学家认为,通过研究土卫六,有助于了解地球在生命诞生时期的历史,帮助解开生命诞生之谜。

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  图5. 土星最大的卫星土卫六

  图片来源:https://solarsystem.nasa.gov/system/resources/detail_files/15489_PIA14602.jpg

  天王星和海王星的粉丝团规模适中,天王星拥有27颗已知的卫星,其中有5颗比较大。海王星则拥有14颗已知的卫星,其中海卫一比较大,它的质量达到所有绕海王星的天体质量的99.5%。但是奇怪的是,海卫一的运行轨道与其它同类卫星不同,是逆向运行,目前理论认为,它是一颗被海王星成功捕获的“路转粉”卫星。

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  图6. 海卫一

图片来源:https://solarsystem.nasa.gov/system/internal_resources/details/original/438_PIA00317.jpg

  主讲人简介:

  姜晓军,国家天文台研究员,国家天文台兴隆观测基地主任。主要从事恒星物理和天文技术研究。

  张君波,国家天文台助理研究员。主要从事恒星物理及银河系演化相关研究。

  王汇娟,国家天文台星云计划研究员。主要从事恒星物理研究。

[责任编辑:蔡琳]

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