針對哈伯望遠鏡拍攝影像所做的分析顯示,冥王星的衛星會混亂地翻轉。

 


影片:這段縮時動畫將四年的動態濃縮在兩分鐘內,呈現出冥衛二(Nix)的自轉狀態會毫無預警地改變。
Video: NASA; ESA; M. Showalter, SETI Institute; G. Bacon, STScI

 

淘氣的冥王星又丟出難題給科學家了。天文學家於6月3日在《自然》期刊(Nature)中指出,基於哈伯天文望遠鏡多年來拍攝的影像所做的新近觀測結果顯示,這顆矮行星的已知衛星中較小的四顆——冥衛二(Nix)、冥衛三(Hydra)、冥衛四(Kerberos)與冥衛五(Styx)——行徑非常怪異且無法預測。這些觀測結果描繪出極為複雜的重力搖晃現象,而美國航太總署(NASA)的「新視野號」太空探測器(New Horizons)在幾週後的7月14日就會飛入距離冥王星6500英里(約1萬460公里)的範圍內了。

「新視野號即將進入的,是一個令人驚奇的迷人系統,」地外文明搜尋學會(SETI Institute)的馬克.休瓦特(Mark Showalter)說。

科學家並不常有機會能做出那種只要經過六週就會真相大白的預測。不過休瓦特是在仔細研究過許多哈伯所拍攝的影像後,才終於搞懂一些令人疑惑的觀測結果。此前他一直在探究冥衛二和冥衛三(冥王星的小衛星中,較大的兩顆)於軌道上運行時,忽而變暗又忽而變亮的現象。透過新的電腦模擬協助,他了解到這兩顆橢圓形的衛星其實是在亂轉——是翻滾,而不是有固定極點的自轉。

「假如你住在冥衛二或冥衛三上面,根本就不曉得明天太陽會不會升起,」瓦特斯說。「它也有可能會從西方升起,在北方落下。」

在這幅插畫家繪製的示意圖中,前景裡的冥王星由它的五顆已知衛星伴隨著。目前最大的衛星冥衛一(Charon)與冥王星形成一個雙行星系統,其他四顆較小的行星則繞著這個系統運行。 Photograph by NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
在這幅插畫家繪製的示意圖中,前景裡的冥王星由它的五顆已知衛星伴隨著。目前最大的衛星冥衛一(Charon)與冥王星形成一個雙行星系統,其他四顆較小的衛星則繞著這個系統運行。
Photograph by NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute

其他已知會在太空中進行這種反常運動的衛星只有一個,那就是土星的衛星土衛七(Hyperion)。在冥王星的系統中,冥衛二與冥衛三會翻滾是因為它們都繞著冥王星和相對比例大得異常的衛星冥衛一(Charon)運行,而冥王星與冥衛一排列在一起,使得重力分布呈啞鈴狀,會以任意將冥衛二和冥衛三拉近或推遠。

 

與眾不同的衛星
哈伯望遠鏡的資料顯示,冥王星系統中還有更多怪異的現象。位於冥衛二及冥衛三之間、體積嬌小的冥衛四(寬度大概30公里),顏色實際上比其他幾個嚴寒無比的衛星還要深得多。「冥衛四就像是在兩顆髒雪球之間運行的一顆煤炭,」休瓦特說。

對那些描述冥王星系統形成過程的理論而言,這是個問題。科學家認為數十億年前,原始的冥王星與原始的冥衛一產生了碰撞。這兩個星球並未因此毀滅,而是演變彼此互相繞行,碰撞產生的碎屑最後則形成了系統中較小的衛星。如果小衛星都很相似的話,這個說法就很合理。但是如果有小衛星和其他小衛星明顯不同的話,就很難說得通了。

 


影片:我們的太陽系

 

「發生了什麼事,才會讓其中一個小衛星的外觀和其他的不一樣?太陽系也有這種情形——每顆行星的外觀顯然都不同——但是冥王星系統似乎是個受到強大支配的環境,」亞利桑納大學的安德魯.尤登(Andrew Youdin)表示。「所以更難以理解為何衛星的顏色會不一樣。」

既然冥王星系統原來是這麼怪異,那麼是不是也可能會有其他顏色灰暗、混亂無序的衛星藏在這個系統的某處呢?休瓦特與馬利蘭大學的道格.漢彌頓(Doug Hamilton)判斷,四顆小衛星中有三顆是由一股重力的共振所連結,這意味著它們緊接在一起,以完全一致的速度繞行冥王星及冥衛一。這些衛星的間距極小,加上有的衛星會混亂地翻轉,所以沒有什麼空間能讓其他衛星隱藏且穩定運行。

不過賽門.波特(Simon Porter)及新視野號探測計畫主持人艾倫.史騰(Alan Stern)於5月底在arXiv論文資料庫共同發表了一份論文,描述數個可能還有衛星尚未被人發現的區域。其中一個區域就位於冥衛五的軌道內側,也就是那幾顆小衛星的最深處。另有一個區域位在冥衛二與冥衛四之間。第三個區域則沿著小衛星運行的路徑延伸。

「目前為止,我們還沒在現有資料中看到任何現象顯示可能有尚未發現的大型衛星,」任職於美國西南研究院(Southwest Research Institute)的波特說。「如果真有其他衛星的話,它一定非常小——小到我們無法透過哈伯望遠鏡看見它。」

隨著新視野號距離冥王星愈來愈近,找出其他隱藏衛星最迫切的原因,就是要避免探測器碰到任何從這些衛星散出的塵埃,無論再怎麼小的衛星都一樣。即使是只有米粒般大的碎片,對高速行進的太空探測器來說也非常危險。情況目前看來沒有問題

 

撰文:Nadia Drake, National Geographic
編譯:向淑容

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