很“糾結(jié)”的海衛(wèi)一

□張唯誠(chéng)

很“糾結(jié)”的海衛(wèi)一

□張唯誠(chéng)

當(dāng)海衛(wèi)一從恒星面前經(jīng)過(guò)時(shí)，儀器測(cè)量了恒星光線穿越海衛(wèi)一大氣的微弱變化，這種變化反映了海衛(wèi)一的大氣密度，如同地球上夕陽(yáng)西下大氣層會(huì)使陽(yáng)光變暗而顯示地球的大氣密度一樣。

自從1846年海王星被發(fā)現(xiàn)后，迄今天文學(xué)家已發(fā)現(xiàn)13顆海王星的衛(wèi)星。但在“旅行者2號(hào)”衛(wèi)星探訪海王星之前，人們認(rèn)為海王星只有兩顆衛(wèi)星：海衛(wèi)一和海衛(wèi)二。其中海衛(wèi)一是海王星系統(tǒng)最受人關(guān)注的天體，因?yàn)榭茖W(xué)家們一直懷疑它內(nèi)部可能有一個(gè)液態(tài)的水層，如同一個(gè)地下海洋，原始的生命就有可能存在于那里。

實(shí)際上，海衛(wèi)一還是一個(gè)很“糾結(jié)”的天體。它有很多理不清的問(wèn)題和奇怪的現(xiàn)象，等待著人們?nèi)テ平夂吞骄俊?/p>

“身世”新說(shuō)

海衛(wèi)一最“糾結(jié)”的問(wèn)題是它的身世。海衛(wèi)一似乎并不屬于海王星，或者說(shuō)是從其他地方來(lái)的，原因就在于海衛(wèi)一是顆逆行衛(wèi)星，也就是說(shuō)它繞著海王星公轉(zhuǎn)的方向旋轉(zhuǎn)，與海王星的自轉(zhuǎn)方向是相反的。

這種情況在太陽(yáng)系中并非絕無(wú)僅有，例如土衛(wèi)九就是一顆逆行衛(wèi)星，原本也并非屬于土星?！翱ㄎ髂崽?hào)”探測(cè)表明，土衛(wèi)九是由水冰、巖石和含碳化合物組成的，這表明它可能原本處在太陽(yáng)系邊緣，后來(lái)才被土星捕獲成了土星家族的一員。那么，海衛(wèi)一是否也如此呢？

科學(xué)家在嘗試解釋海衛(wèi)一的奇特軌道時(shí)認(rèn)為，海衛(wèi)一曾撞上了海王星的其他衛(wèi)星，這次碰撞改變了海衛(wèi)一的軌道，但這種觀點(diǎn)存在很大的缺陷，它要求那次碰撞既要大到足以改變海衛(wèi)一的軌道，又不能太大以至于把海衛(wèi)一撞碎，而這種恰到好處的碰撞在宇宙中并不多見。

2006年5月，有科學(xué)家在《自然》雜志中發(fā)表文章提出了新的看法，說(shuō)海衛(wèi)一很有可能是一個(gè)雙星系統(tǒng)的一員，它是被海王星從那個(gè)雙星系統(tǒng)中“俘獲”而來(lái)的。科學(xué)家解釋說(shuō)，這個(gè)雙星系統(tǒng)原來(lái)是圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的，雙星中的兩顆星質(zhì)量相差不大，無(wú)所謂誰(shuí)圍繞誰(shuí)旋轉(zhuǎn)，看上去它們像是相互繞著對(duì)方旋轉(zhuǎn)，而實(shí)際上則是圍繞公共的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的，且這個(gè)公共質(zhì)心又圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。

然而，當(dāng)這個(gè)雙星系統(tǒng)與海王星近距離相遇時(shí)，海王星的引力便破壞了它們的體系，其中一個(gè)星體被海王星“俘獲”了，這就是海衛(wèi)一。由于雙星系統(tǒng)的殘余影響和海王星引力的共同作用，海衛(wèi)一繞海王星的公轉(zhuǎn)方向就變得和海王星自轉(zhuǎn)方向相反了。

影響海衛(wèi)二

由于海王星離柯依伯帶很近，科學(xué)家也就推測(cè)這對(duì)雙星很有可能來(lái)自柯依伯帶。倫敦大學(xué)瑪麗女王學(xué)院科學(xué)家克雷格·阿格諾和加利福尼亞大學(xué)的道格拉斯·漢密爾頓認(rèn)為，當(dāng)年海衛(wèi)一的“伙伴”被海王星的引力彈了出去，而海衛(wèi)一則降低了速度并被海王星“俘獲”了過(guò)來(lái)，至于那“伙伴”是誰(shuí)，科學(xué)家認(rèn)為它很有可能就是冥王星。

柯伊伯帶是冥王星軌道附近呈帶狀分布著的大量冰狀彗星，它的外邊緣大約延伸到距太陽(yáng)50個(gè)天文單位的地方。探測(cè)表明，那里除冥王星外確實(shí)有大量類似冥王星的“類冥天體”，而天文學(xué)家們近年來(lái)也確實(shí)在太陽(yáng)系中發(fā)現(xiàn)了不少雙星系統(tǒng)，他們認(rèn)為柯伊伯帶中百分之十一的天體是雙星系統(tǒng)，地球附近的小行星也有百分之十六屬于雙星系統(tǒng)，所以雙星系統(tǒng)與海王星相遇的幾率看來(lái)不會(huì)太小。

另外就是海衛(wèi)一的個(gè)頭，它的直徑約為2700千米，比冥王星大很多，除了不繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，它幾乎具備行星的所有特征，比如具有磁場(chǎng)、有行星型的地形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，甚至還有稀薄的大氣，所以將它的原有身份定位于圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的柯伊伯帶天體似乎更合理些。

“糾結(jié)”的過(guò)程并沒(méi)有完結(jié)，科學(xué)家推測(cè)“海衛(wèi)一事件”還可能影響到它的“兄弟”海衛(wèi)二。海衛(wèi)二的軌道十分怪異，離海王星最遠(yuǎn)的時(shí)候距離為900萬(wàn)千米，最近卻只有1.4萬(wàn)千米，這樣的運(yùn)行很有坐過(guò)山車的感覺。通常情況下，這種軌道特性表明這個(gè)天體也來(lái)自其他地方，然而海衛(wèi)二的物質(zhì)組成又否定了它的外來(lái)身份，因?yàn)楹Ｐl(wèi)二的組成表明它和海王星形成于同一個(gè)行星盤中。

科學(xué)家認(rèn)為，海衛(wèi)二的怪異軌道有可能是海衛(wèi)一造成的，當(dāng)海衛(wèi)一和它所在的雙星系統(tǒng)貿(mào)然闖入海王星系統(tǒng)時(shí)，它們的引力把海衛(wèi)二彈出了正常的軌道，因而海衛(wèi)二的運(yùn)行狀態(tài)也就形成今天這個(gè)樣子了。

氣候正在變暖

1997年，科學(xué)家們對(duì)海衛(wèi)一進(jìn)行了一次巧妙的觀測(cè)。當(dāng)時(shí)海衛(wèi)一正從一顆恒星面前經(jīng)過(guò)，他們使用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和一些地面觀測(cè)設(shè)備研究了海衛(wèi)一的大氣，相信海衛(wèi)一上冰層的溫度和它的大氣壓力之間存在著密切聯(lián)系，冰層的升溫會(huì)把一些氣體釋放到大氣層中去，其結(jié)果就是導(dǎo)致氣壓升高，因此假若測(cè)出了海衛(wèi)一上的大氣密度，就可以據(jù)此推測(cè)它上面的溫度了。

當(dāng)海衛(wèi)一從恒星前面經(jīng)過(guò)時(shí)，儀器測(cè)量了恒星光線穿越海衛(wèi)一大氣的微弱變化，這種變化反映了海衛(wèi)一的大氣密度，如同地球上夕陽(yáng)西下大氣層會(huì)使陽(yáng)光變暗而顯示地球的大氣密度一樣。

測(cè)量結(jié)果表明，海衛(wèi)一的大氣密度較1989年有了很大幅度的提高。根據(jù)測(cè)算，人們發(fā)現(xiàn)海衛(wèi)一的表面溫度已從1989年“旅行者2號(hào)”造訪時(shí)的零下236攝氏度上升到零下234攝氏度，這表明海衛(wèi)一正在經(jīng)歷著一場(chǎng)持久的全球變暖，并且這種變暖的趨勢(shì)一直持續(xù)著。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的美國(guó)馬薩諸塞州科技學(xué)院的天文學(xué)家詹姆斯·埃里奧特說(shuō)：“海衛(wèi)一上的氣壓增加，這意味著它變得暖和些了。”

那么，這種氣候變暖是怎么回事呢？

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，海衛(wèi)一正在迎接一個(gè)極端的夏天的到來(lái)。由于海衛(wèi)一的軌道和海王星的軌道之間存在著傾角，它在繞海王星公轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)有一個(gè)明顯的季節(jié)變化過(guò)程，溫度升高正是它進(jìn)入夏季的表現(xiàn)，不過(guò)這個(gè)季節(jié)的轉(zhuǎn)換過(guò)程很長(zhǎng)，大約有好幾百年。

還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，海衛(wèi)一表面的冰的構(gòu)成發(fā)生了變化，從而使它從太陽(yáng)那里吸收了更多的熱量。海衛(wèi)一正在經(jīng)歷一次氣溫上升的過(guò)程。

以往人們只知道地球在遭遇全球變暖，現(xiàn)在看來(lái)，全球變暖并不只是地球的命運(yùn)。埃里奧特說(shuō)，雖然海衛(wèi)一的溫度升幅不大，但對(duì)氣候的影響卻不能小覷。對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，海衛(wèi)一上的氣候變暖也許讓海衛(wèi)一顯得更加富有吸引力，因?yàn)榱私夂Ｐl(wèi)一氣候變暖的過(guò)程無(wú)疑對(duì)我們認(rèn)識(shí)地球上的氣候變暖會(huì)有所幫助。

著陸海衛(wèi)一

1989年，“旅行者2號(hào)”衛(wèi)星在接近海衛(wèi)一時(shí)還發(fā)現(xiàn)了幾座冰火山，有的還在活動(dòng)，它們噴出的物質(zhì)不是火熱的巖漿，而是冰凍的甲烷、氮或者其他冰類物質(zhì)，這些噴出物中有的甚至被噴到了32千米的高空。

“冰火山”，其實(shí)就是一種混合了各種物質(zhì)的噴泉?？茖W(xué)家推測(cè)，海衛(wèi)一上的冰火山可能形成于內(nèi)部不斷升高的液氮壓力，也可能產(chǎn)生于季節(jié)性的太陽(yáng)照射。海衛(wèi)一上地形復(fù)雜，多斷層、山脊和各種冰結(jié)構(gòu)，撞擊坑也少，這說(shuō)明它表面活動(dòng)很劇烈，有過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)活動(dòng)期，所有這些都為冰火山的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。

海衛(wèi)一的南半球平滑而缺少變化，而北半球則分布著一種奇怪的地表。從“旅行者2號(hào)”拍攝的照片上看，這種地形有密密麻麻的皺紋，很像一塊哈密瓜皮，所以被人稱為“哈密瓜皮地形”，至今這種地形僅在海衛(wèi)一上被發(fā)現(xiàn)，它形成的機(jī)理尚不清楚。海衛(wèi)一南北半球的地形差異很大，這在其他星球上并不多見。

科學(xué)家們一直在思考如何探測(cè)海衛(wèi)一。2003年有科學(xué)家提出了一個(gè)比較完備的探測(cè)海王星和海衛(wèi)一的太空計(jì)劃，他們?cè)O(shè)想建造一艘大型海王星探測(cè)飛船，其上載有三枚探測(cè)器，兩枚用于探測(cè)海王星大氣，另一枚則著陸海衛(wèi)一研究海衛(wèi)一的表面，具體的著陸地點(diǎn)選在南北兩極地區(qū)，因?yàn)樵谀抢镉锌赡苷业酱罅康谋＜偃暨@艘飛船能夠按計(jì)劃成行，它將于啟程十幾年后抵達(dá)海王星并釋放海衛(wèi)一著陸器。

當(dāng)然，實(shí)施這樣一次太空任務(wù)需要花很多錢，估計(jì)耗資達(dá)30億至40億美元。

由于海衛(wèi)一是逆行衛(wèi)星，加上海王星巨大潮汐力的影響，海衛(wèi)一的公轉(zhuǎn)半徑會(huì)逐漸變小，最終將隕落到海王星上，或者變成一道海王星的光環(huán)，這是海衛(wèi)一的最后結(jié)局。