月球可以有衛(wèi)星嗎？

出祺然

月球可以有衛(wèi)星嗎？事實(shí)上，這個(gè)問題有兩種答案，一種是簡單的，一種是復(fù)雜的。簡單的答案是：可以！畢竟，在阿波羅登月計(jì)劃中，有好幾艘飛船都曾圍繞月球運(yùn)行。此外，我們還有其他太空探測器也成了月球的衛(wèi)星，比如中國首顆繞月人造衛(wèi)星嫦娥一號(hào)。

但這可能并不是你想問的問題。你想知道的是，月球等衛(wèi)星是否還可以擁有一顆天然形成的衛(wèi)星?；卮疬@個(gè)就復(fù)雜了些，但答案是：一些衛(wèi)星是可以有的，不過這種情況十分少見。

別被行星拉走

在進(jìn)一步討論之前，我們首先來了解一下什么是衛(wèi)星。簡單地說，它是一顆圍繞行星運(yùn)行的天體。那么圍繞衛(wèi)星運(yùn)行的天體叫什么呢？有些人喜歡把它稱之為“衛(wèi)星的衛(wèi)星”，不過我們在這里把它稱之為“子衛(wèi)星”。事實(shí)證明，子衛(wèi)星是可以存在，但只能在一定條件下存在。為此，我們必須談?wù)勔栴}。

就拿地球和月球?yàn)槔?，地球質(zhì)量大約是月球質(zhì)量的81倍。這意味著，如果你把東西放在圍繞月球的遠(yuǎn)軌道上，地球借助自身的引力就足以把它拉走。子衛(wèi)星離月球越遠(yuǎn)，它就越容易受到地球引力的影響。即使地球不能直接把它從軌道上拉走，地球的引力可能足以擾亂它，微微地改變它的軌道，尤其是每次它在月球和地球之間經(jīng)過時(shí)，軌道都會(huì)發(fā)生一定的改變。這些變化都會(huì)累計(jì)起來的，最終子衛(wèi)星要么飛向宇宙深空，要么撞向地球或月球。

借助物理公式，你可以發(fā)現(xiàn)一顆衛(wèi)星周圍存在著一個(gè)空間范圍，在這個(gè)空間范圍里，衛(wèi)星的影響力要遠(yuǎn)大于它所圍繞的行星的影響力，而且子衛(wèi)星可以在其中穩(wěn)定地圍繞衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)。這個(gè)空間范圍通常被稱為希爾球，是以首先研究這個(gè)問題的美國天文學(xué)家喬治·威廉·希爾的姓氏命名的。

衛(wèi)星的希爾球大小取決于三件事：它所圍繞行星的質(zhì)量、衛(wèi)星的質(zhì)量，以及行星離衛(wèi)星有多遠(yuǎn)。這很好理解，一顆質(zhì)量更大的衛(wèi)星可以更好地讓子衛(wèi)星留在軌道上，但一顆質(zhì)量更大的行星會(huì)起相反的作用。如果衛(wèi)星離行星太近的話，行星會(huì)把子衛(wèi)星拉走。

同樣，行星也有自己的希爾球，也就是其衛(wèi)星能穩(wěn)定存在的范圍。經(jīng)過計(jì)算，我們可以得到地球希爾球的半徑大約為150萬千米，遠(yuǎn)大于地球與月球之間的平均距離（約38.4萬千米）。有趣的是，月球的希爾球直徑大約5.8萬千米，或距離其表面約5.6萬千米。這個(gè)范圍是很大的，看來，月亮應(yīng)該可以有一顆子衛(wèi)星。

別被衛(wèi)星撕碎

即使子衛(wèi)星在衛(wèi)星的希爾球內(nèi)，行星的引力依舊可以繼續(xù)影響子衛(wèi)星，隨著時(shí)間的推移，會(huì)破壞子衛(wèi)星的穩(wěn)定。這很難計(jì)算，但是一個(gè)合理的估計(jì)是，如果子衛(wèi)星在希爾球半徑的一半以內(nèi)，它就能穩(wěn)定很長時(shí)間，比如幾十億年。對于月球來說，這個(gè)距離為離其表面不到2.8萬千米。

但是如果子衛(wèi)星離衛(wèi)星太近也有問題，原因是衛(wèi)星的潮汐力。因?yàn)橐﹄S著距離的增加而減弱，一個(gè)天體靠近一個(gè)大天體時(shí)，天體上的各點(diǎn)感受到的引力是不同的，不同點(diǎn)的引力差就是潮汐力。如果潮汐力太大的話，就可以撕碎這個(gè)天體！

根據(jù)相關(guān)的物理公式，我們可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)天體之間的距離小于等于某個(gè)距離時(shí)，潮汐力就可以撕碎較小的天體。潮汐力剛能撕碎小天體時(shí)的距離被稱為洛希極限，它是以首位研究者法國天文學(xué)家愛德華·洛希的姓氏命名的。洛希極限取決于很多因素，包括兩個(gè)天體的質(zhì)量和較小天體的體積?？傊?，這意味著子衛(wèi)星不能太大，也不能與衛(wèi)星靠得太近，否則它會(huì)被撕碎。

太陽系中的子衛(wèi)星

最近，一些天文學(xué)家對此這樣的問題進(jìn)行了計(jì)算。他們提出了一個(gè)非常具體的問題：在我們的太陽系中，是否可以存在一顆圍繞衛(wèi)星運(yùn)行的子衛(wèi)星，而且子衛(wèi)星的軌道至少可以穩(wěn)定存在數(shù)十億年？

結(jié)果表明，太陽系中沒有多少衛(wèi)星能容納一顆個(gè)頭足夠大（直徑不少于10千米）的子衛(wèi)星。例如，許多衛(wèi)星要么質(zhì)量太低了，要么離行星太近，導(dǎo)致它們的希爾球非常小，有的衛(wèi)星的希爾球甚至完全處于衛(wèi)星的內(nèi)部，使得子衛(wèi)星很難有空間“立足”。

但是他們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了幾顆衛(wèi)星可以擁有子衛(wèi)星，這包括：月球、土衛(wèi)六、土衛(wèi)八以及木衛(wèi)四。土衛(wèi)六的質(zhì)量很大，因此它可以牢牢控制住子衛(wèi)星而不讓其被土星拉走，而土衛(wèi)八和木衛(wèi)四離它們的行星足夠遠(yuǎn)，所以它們的希爾球相當(dāng)大。我們的月球質(zhì)量足夠大，而且離地球距離足夠遠(yuǎn)，所以也可以擁有一顆子衛(wèi)星。

有意思的是，土衛(wèi)八擁有一個(gè)環(huán)繞星體超過半圈的山脊，而且山脊正好位于土衛(wèi)八的赤道上，使得整個(gè)土衛(wèi)八看起來就像兩個(gè)金屬半球被焊接在一起，而山脊正好就是那條焊接縫。目前，天文學(xué)家還無法確定這道山脊是如何形成的，但它可能是與一個(gè)被撕碎的小天體碰撞造成的。小天體被撕碎后，其碎片環(huán)繞土衛(wèi)八并沿著赤道與其發(fā)生碰撞。這個(gè)小天體可能原本就是土衛(wèi)八的子衛(wèi)星，但因土星或其他衛(wèi)星的影響，導(dǎo)致它與土衛(wèi)八的距離越來越近，當(dāng)它們之間的距離小于洛希極限后，這顆子衛(wèi)星就被土衛(wèi)八的潮汐力撕碎了。

罕見的子衛(wèi)星

所以說，一些衛(wèi)星可以擁有子衛(wèi)星。那么，為什么我們沒有在太陽系中找到這樣的例子呢？一個(gè)原因是，一些子衛(wèi)星可能太小了，我們很難找到它們。事實(shí)上，如果有一顆10米寬的子衛(wèi)星圍繞著我們的月球旋轉(zhuǎn)，天文學(xué)家都很難發(fā)現(xiàn)它。更不用說其他衛(wèi)星的子衛(wèi)星了。但顯然，我們也沒有觀察到更大的子衛(wèi)星。

問題可能在于，較大的子衛(wèi)星最初不可能與行星和衛(wèi)星一起形成。圍繞一顆新生恒星的旋轉(zhuǎn)的氣體塵埃盤，其內(nèi)部物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)可能十分混亂，以至于任何較大的子衛(wèi)星無法輕易地形成。至于行星和衛(wèi)星形成之后，衛(wèi)星捕獲一顆小行星并使它成為子衛(wèi)星，這是有可能的，但發(fā)生這種事情的概率非常低。

此外，我們的月球雖然現(xiàn)在具有擁有子衛(wèi)星的條件，但在過去可能不是這樣的。我們的月球在剛形成的時(shí)候可能非常接近地球，因?yàn)榈厍虺毕Φ淖饔?，它?jīng)過數(shù)十億年后已經(jīng)遠(yuǎn)離到目前的距離上?，F(xiàn)在，月球仍以每年約4厘米的速度遠(yuǎn)離地球。月球在過去離地球很近，這意味著那時(shí)月球的希爾球?qū)⒎浅Ｐ?，甚至它有可能完全?huì)處于月球的內(nèi)部。如果是這樣的話，一顆子衛(wèi)星就不可能形成。當(dāng)它離地球足夠遠(yuǎn)，擁有一個(gè)巨大的希爾球時(shí)，已經(jīng)太遲了，太陽系早就穩(wěn)定下來了，不會(huì)有什么物質(zhì)可以過來形成子衛(wèi)星。

而對于土星和木星來說，環(huán)繞這些行星運(yùn)行的衛(wèi)星有的相當(dāng)大，例如土衛(wèi)六和木衛(wèi)三都如同水星那么大。這樣，某顆衛(wèi)星的子衛(wèi)星除了會(huì)受到行星的影響外，它還會(huì)受到這些大個(gè)頭衛(wèi)星的影響。影響的因素增多了，導(dǎo)致很難形成子衛(wèi)星。這可能就是在土星和木星的周圍找不到任何子衛(wèi)星的主要原因之一。

總之，雖然在一些衛(wèi)星周圍存在可以讓子衛(wèi)星穩(wěn)定存在的區(qū)域，但在該區(qū)域中出現(xiàn)一顆像樣大小的子衛(wèi)星卻是一件很難的事情。但這并不意味著子衛(wèi)星根本不存在！雖然我們這兒沒有子衛(wèi)星，但宇宙那么大，總有一些地方會(huì)出現(xiàn)這種有趣的天文學(xué)現(xiàn)象。

例如，最近天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，離我們大約8000多光年的系外衛(wèi)星開普勒-1625b I，極有可能擁有一顆相當(dāng)大的子衛(wèi)星。在那里，一顆類似太陽的恒星（開普勒-1625）被一顆行星所圍繞，該行星還被一顆衛(wèi)星所圍繞，該衛(wèi)星又被一顆子衛(wèi)星所圍繞。

當(dāng)然，子衛(wèi)星的出現(xiàn)是一種非常有趣的天文學(xué)現(xiàn)象，也是一種罕見的特殊現(xiàn)象。研究這種現(xiàn)象，可以更深入地了解一些特殊天體的形成原因，以及其運(yùn)行規(guī)律和最后的結(jié)局，其結(jié)論有可能推翻現(xiàn)在我們對周圍天體已有的認(rèn)識(shí)。