编者按:浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索|土星、木星为什么能有几十颗卫星?丨Calling太空( 二 )


土星、木星卫星多达几十颗 , 有哪些可能的原因?
那么 , 土星、木星为什么有那么多卫星 , 而地球却只有月亮这一个?我们可能会说:因为它们个头大啊!并且它们的质量也大!不过 , 同在太阳系的其他星球 , 例如火星和冥王星比地球要小 , 却都有两个甚至更多的卫星 。 土星质量大确实对它的卫星多有帮助 , 但也只是因素之一 。 这个问题非常复杂 , 这里我们简单的介绍一些科学家们提出的可能的原因 。
首先 , 太阳系形成过程中形成了大大小小的天体(当然都远远没有太阳大) , 一个小天体距离太阳越近 , 其活动的空间越小 , 能够遇到其他大的行星吸引它变成卫星的机会也越小 , 并且我们也很清楚离太阳越近太阳的引力越大 , 所以这个小天体更大的可能是围绕太阳成为一颗行星或小行星 , 而不是卫星 。 就好比水星个头和月亮接近 , 但水星因为直接受到太阳更大的吸引力、围绕太阳旋转所以是一颗行星 。
编者按:浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索|土星、木星为什么能有几十颗卫星?丨Calling太空
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太阳系的“冻结线”在小行星带附近(图片来自网络)
其次 , 离太阳越远 , 围绕太阳的圆周的周长、面积就越大 , 在太阳系早期该轨道沿途所容纳的宇宙尘埃也越多 , 它们所汇聚成的小星体也多 。 另外 , 在大约火星和木星轨道之间的“冻结线”(Frostline)位置 , 由于太阳加热效果 , 线以内水、氨和甲烷等只能以液态或气态存在 , 不能形成天体;但这条线以外 , 这些成分则可以凝固成固体 , 从而成为天体的组成部分 。 如果有质量大的行星离它们很近 , 近处的吸引力大于远处的太阳 , 星体就能被行星吸引成为卫星 。 冻结线位置呢?这里就形成了著名的小行星带 。
土星和木星不但自己所处的位置尘埃多(他俩都拥有由尘埃和碎石构成的环) , 而且离柯伊伯带(Kuiperbelt)比较近 , 那是由数十亿颗在海王星轨道之外绕行的小型冰体构成的碟形带(冥王星就属于个头较大的柯伊伯带天体) , 偶然捕获到来自柯伊伯带天体使其成为卫星的机会比较大 。 因此 , 土星和木星的卫星的“原料库”也非常大 。
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柯伊伯带(Kuiperbelt)示意图(图片来自网络)
编者按:浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索|土星、木星为什么能有几十颗卫星?丨Calling太空】当然这里还是要说到土星或者木星“个头大”的问题了 。 土星的体积是地球的745倍 , 质量是地球的95.18倍;而木星是太阳系最大的行星 , 在太阳系的星球中 , 它的尺寸仅次于太阳 , 体积是地球的1316倍 , 质量是地球的318倍;显然 , 它们对小天体的吸引力要比地球大得多 。 结合它们到太阳的距离 , 可以计算得到参数“希尔球”(HillSphere) , 这个参数表征了在星球周围引力平衡的状态下、能够容纳卫星的球形空间半径有多大 , 简而言之 , 就是希尔球越大 , 能容纳卫星越多 。 感兴趣的朋友可以搜索一下 。 木星的HillSphere直径比地球的HillSphere直径大了将近百倍 。
并且 , 还有一种理论 , 土星和木星的质量很大 , 特别是木星 , 小天体在被木星吸引的天体靠近它到名为“洛希极限”(Rochelimit)的位置时 , 会被潮汐力撕裂解体留下较坚固的内核部分 , 表面逐渐累积松散的土星光环物质(宇宙尘埃等) , 慢慢变大最终形成卫星 。 之前全国流行的科幻电影《流浪地球》就提到了洛希极限和撕裂星球的问题 , 虽然电影里使用的洛希极限数据不够准确 。