木星：一覺醒來多了19顆衛(wèi)星是一種怎樣的體驗(yàn)?

徐蒙

伽利略衛(wèi)星：推翻地心說的有力證據(jù)

木星有多少顆衛(wèi)星？這個(gè)問題，不同時(shí)代的人有不同的答案。但對400多年前的人們來說，答案一定是0。

什么叫衛(wèi)星呢？衛(wèi)星是繞著某個(gè)行星運(yùn)轉(zhuǎn)的天體，所以，17世紀(jì)以前，對于大多數(shù)信奉“地心說”的人來說，一個(gè)很自然的推理就是：除了地球，其他天體都沒有衛(wèi)星，因?yàn)樗刑祗w都是繞著地球轉(zhuǎn)的！彼時(shí)，雖然哥白尼的日心說已經(jīng)提出，但還沒有得到廣泛認(rèn)可。

1609年，可以說是天文學(xué)史上里程碑式的一年，有兩件大事推進(jìn)了“日心說”的發(fā)展：一是開普勒證明了行星是圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的;另一件大事就是，伽利略用他改造的望遠(yuǎn)鏡開始觀察月球和其他天體的細(xì)節(jié)，他發(fā)現(xiàn)了木星最大的4顆衛(wèi)星。如果所有的天體都是圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的，那這4顆圍繞木星運(yùn)轉(zhuǎn)的天體又是怎么回事呢？于是，這個(gè)出人意料的觀測事實(shí)成了推翻地心說的最直接證據(jù)，而木星這4顆衛(wèi)星也因此被稱為“伽利略衛(wèi)星”。

當(dāng)然，此后行星各自擁有自己的衛(wèi)星這件事就不再讓人驚訝了。隨著望遠(yuǎn)鏡越來越先進(jìn)，天文學(xué)家也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了木星和土星的新衛(wèi)星，并為它們命名。因?yàn)槟拘堑挠⑽腏upiter是羅馬神話中的眾神之王，因此木星的衛(wèi)星就以眾神之王的戀人或者后代的名字來命名，不過在翻譯成中文時(shí)，我們通常按照這些衛(wèi)星被發(fā)現(xiàn)的順序直接稱其為木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三……

內(nèi)衛(wèi)星：大顯身手的空間探測器

在4顆伽利略衛(wèi)星與木星的軌道之間，目前還知道有4顆個(gè)頭兒比較小的衛(wèi)星，名為“內(nèi)衛(wèi)星”。這4顆內(nèi)衛(wèi)星中，除了最大的那顆木衛(wèi)五是美國天文學(xué)家愛德華·巴納德于1982年通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的之外，其他3顆都是1979年由旅行者1號、2號探測器發(fā)現(xiàn)的。不同于望遠(yuǎn)鏡只能看到一個(gè)小亮點(diǎn)，探測器甚至可以直接拍到衛(wèi)星表面的細(xì)節(jié)。再后來，伽利略號探測器探訪木星系統(tǒng)的時(shí)候，又近距離給這幾顆內(nèi)衛(wèi)星拍了更清晰的“身份照”。

不規(guī)則衛(wèi)星：“拐”來的孩子數(shù)不清

不管是內(nèi)衛(wèi)星還是伽利略衛(wèi)星，它們都是木星的規(guī)則衛(wèi)星。這是什么意思呢？就是說這些衛(wèi)星基本可以認(rèn)為是木星“親生”的。按照我們目前的認(rèn)知，如果一個(gè)衛(wèi)星和行星差不多是同時(shí)期形成的，那么這個(gè)衛(wèi)星的軌道應(yīng)該非?！爸苷?，即軌道形狀近似圓形，軌道面基本在行星的赤道面上，而且衛(wèi)星運(yùn)行的方向和行星的自轉(zhuǎn)方向相同。

然而，當(dāng)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)越來越多的木星衛(wèi)星時(shí)，他們也同時(shí)發(fā)現(xiàn)并不是所有的衛(wèi)星軌道都這么“周正”，只有距離木星很近的8顆衛(wèi)星是這樣的，而那些距離較遠(yuǎn)的衛(wèi)星，都是在“亂飛”。1904年到1905年，美國天文學(xué)家佩林發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)六和木衛(wèi)七，它們雖然還是順行的，但是軌道面偏離了木星的赤道面，而且軌道形狀趨近橢圓形。1908年，英國天文學(xué)家梅洛特發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)八;1938年和1951年，美國天文學(xué)家尼克爾森發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十一和木衛(wèi)十二;這3顆衛(wèi)星的軌道就更奇怪了：它們不僅軌道形狀為橢圓形、軌道面遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了木星的赤道面，而且它們還是逆行的！科學(xué)家們推斷，這樣的“不規(guī)則衛(wèi)星”，應(yīng)該不是和木星同時(shí)期形成的，而是木星系統(tǒng)成形后，一些小天體飛過木星附近時(shí)，受木星巨大的引力吸引而被捕獲的。

后來，天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)，在這些不規(guī)則衛(wèi)星里，有些衛(wèi)星是會“抱團(tuán)”的。每一個(gè)“小團(tuán)體”中的衛(wèi)星都有相似的軌道，而不同團(tuán)體的衛(wèi)星軌道就有很大區(qū)別。這說明，原本有幾顆巨大的衛(wèi)星在軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)著，后來它們被撞碎了，撞擊之后幸存下來的碎片就成了小衛(wèi)星。由于這些小衛(wèi)星來自同一個(gè)“母體”，所以它們的軌道是相似的。于是，按照軌道的相似性，天文學(xué)家又把木星的不規(guī)則衛(wèi)星分成了四個(gè)族，按照每種里面最大的那顆衛(wèi)星的名字命名為：希瑪利亞族（Himalia，順行）、帕西淮族（Pasiphae，逆行）、阿南刻族（Anake，逆行）、卡梅族（Carme，逆行）。不過，還是偶爾有幾顆不抱團(tuán)的衛(wèi)星，獨(dú)享一條軌道。為了區(qū)分這幾種類型的不規(guī)則衛(wèi)星，天文學(xué)家在命名時(shí)也花了一點(diǎn)兒小心思：順行的以a結(jié)尾，逆行的以e結(jié)尾，與眾不同的以o結(jié)尾。

作為“外來戶”，太大、太重的小天體都很難被捕獲，所以大部分不規(guī)則衛(wèi)星的個(gè)頭兒都比較小。這就意味著，天文學(xué)家很難用望遠(yuǎn)鏡或探測器發(fā)現(xiàn)這些不規(guī)則衛(wèi)星。到了2000年，人類一共發(fā)現(xiàn)了18顆木星衛(wèi)星，都是直徑比較大的衛(wèi)星。

那么，人們還能不能找到更小的衛(wèi)星呢？就在這時(shí)，火眼金睛的“星探”——斯科特·謝潑德出場了。這位天文學(xué)家2004年拿到夏威夷大學(xué)天文學(xué)博士學(xué)位后，基本上只專注于一件事——搜尋外太陽系新天體。在2000年至2011年間，謝潑德帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)一共發(fā)現(xiàn)了40多顆超級小的木星衛(wèi)星，是同時(shí)期其他所有團(tuán)隊(duì)加起來的4倍多！這些小衛(wèi)星直徑基本都在1000米至4000米之間，謝潑德團(tuán)隊(duì)絕對能稱得上“慧眼識星”了！

除了木星衛(wèi)星，他們還發(fā)現(xiàn)過一些土星、天王星、海王星的衛(wèi)星和其他多得數(shù)不過來的外太陽系天體?？偠灾@位天文學(xué)家就是個(gè)“追星專業(yè)戶”。說起來，這次能夠發(fā)現(xiàn)12顆新衛(wèi)星，其實(shí)純屬偶然——因?yàn)橹x潑德團(tuán)隊(duì)原本想找的只是傳說中的太陽系第九大行星。

新發(fā)現(xiàn)的不規(guī)則衛(wèi)星：失之東隅，收之桑榆

時(shí)光回到2014年前后，那時(shí)外太陽系大搜尋中最火的是什么？可能當(dāng)數(shù)搜尋外海王星天體（簡稱海外天體）了。2003年，加州理工大學(xué)的麥克·布朗團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了直徑約1000千米的矮行星塞德娜，它的軌道即使是近日點(diǎn)到太陽的距離也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冥王星到太陽的距離，當(dāng)時(shí)人們就以為塞德娜是一個(gè)另類。

然而到了2012年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了直徑在500千米左右，軌道也一樣奇特的2012 VP113。他們還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，塞德娜和2012 VP113的軌道在近日點(diǎn)附近有聚攏趨勢。這一發(fā)現(xiàn)意味著這兩個(gè)天體可能受到了某種“拉力”的影響。到了2016年，巴蒂金和布朗團(tuán)隊(duì)一口氣分析了6個(gè)海外天體的軌道——塞德娜、2004 VN112、2007 TG422、2010 GB174、2012 VP113、2013 RFS98。他們發(fā)現(xiàn)這6個(gè)海外天體也并非全然“亂飛”，還是在近日點(diǎn)附近有聚攏趨勢。于是他們放膽推測，這可能是一個(gè)未知的遙遠(yuǎn)的巨行星的引力在影響著這些天體的軌道——這個(gè)未知行星就被稱作Planet X或者Planet Nine。巴蒂金和布朗團(tuán)隊(duì)通過估算認(rèn)為Planet X質(zhì)量約是地球質(zhì)量的10倍，平均距離約為海王星到太陽的20倍，軌道周期在1萬年至2萬年之間。

超級鏈接

麥克·布朗不僅發(fā)現(xiàn)了塞德娜，他們的團(tuán)隊(duì)還于2005年發(fā)現(xiàn)了鬩神星，這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)使2006年的國際天文聯(lián)合會（IAU）重新定義了“行星”，導(dǎo)致冥王星被開除出九大行星之列。2010年，“冥王星殺手”麥克·布朗根據(jù)這段經(jīng)歷出版了一本暢銷書——《我是如何殺死冥王星的》。

特立獨(dú)行的衛(wèi)星Valetudo：滄海遺珠

這次新發(fā)現(xiàn)的木星衛(wèi)星都非常袖珍，直徑幾乎都是一兩千米大小，其中2顆在距離木星比較近的軌道上，環(huán)繞木星一圈需要將近一年時(shí)間，它們的軌道完全符合順行軌道的?，斃麃喿逍l(wèi)星的特征，因此應(yīng)當(dāng)是與?，斃麃喿逍l(wèi)星來自同一顆天體的碎片。有9顆衛(wèi)星在距離木星比較遠(yuǎn)的軌道上，差不多每兩年可以環(huán)繞木星一圈，它們的軌道完全符合逆行軌道的帕西淮族、阿南刻族和卡梅族衛(wèi)星的特征，因此應(yīng)該也分別來自這三個(gè)族類原本的3顆大天體的碎片。

然而，除了這11顆“平淡無奇”的衛(wèi)星之外，還有1顆新衛(wèi)星非常與眾不同。這顆衛(wèi)星很小，直徑不到1000米。更奇怪的是，它的軌道時(shí)不時(shí)會和一大批逆行衛(wèi)星的軌道相交，然而它自己卻是順行的！這個(gè)危險(xiǎn)程度就相當(dāng)于一輛汽車每過一段時(shí)間就要開上高速公路反方向疾馳一段……可以想見，這樣一顆衛(wèi)星應(yīng)該會“命不久矣”，早晚有一天，它會被某一顆迎面而來的衛(wèi)星撞得粉身碎骨。

然而，發(fā)現(xiàn)這樣一顆隨時(shí)可能在軌道上喪命的衛(wèi)星意義重大。它意味著，木星的外圍很可能曾經(jīng)有過更多更大的順行衛(wèi)星群，只不過后來它們都被撞碎，從而消失，只剩了這一顆在無聲地訴說著它們的過往。

這些新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星都還沒有得到正式的命名，還需由發(fā)現(xiàn)者提名，然后由國際天文聯(lián)合會IAU最終確認(rèn)和批準(zhǔn)。不過，謝潑德團(tuán)隊(duì)已經(jīng)早早地為這顆“遺珠”取了名字：Valetudo。這個(gè)名字源于羅馬神話 中的健康與衛(wèi)生女神，朱庇特的重孫女。

在遙遠(yuǎn)的外太陽系中，還有許多天體尚未被發(fā)現(xiàn)，大到神秘的第九大行星，小到直徑不足1000米的衛(wèi)星和彗星，它們還會帶給人類怎樣的驚喜和震撼呢？敬請期待吧！