作者：陳媛媛，中國科學院紫金山天文臺近地天體探測和太陽系天體研究團組助理研究員，研究方向：行星軌道動力學，行星系統形成與演化。
「小迷妹」的身世
這個「小迷妹」其實是地球的一顆臨時衛星，她的真實身份是一顆編號為2020CD3的小行星，今年的2月15日才被人們發現。這顆「小月亮」據推測是最近兩年才被地球俘獲的，半徑1.9~3.5米左右，大約相當於一輛小轎車的大小。
她本來是一個與地球同軌道的繞太陽運行的小行星，由於與地球的相對速度較小而被地球偶然俘獲。俘獲後由於同時受地球、太陽和月球的引力作用，其軌道極其混沌（動力學專業名詞，可直觀理解為若把其位置或速度或受力做一點點改動，其運動軌跡便截然不同）。在經歷若干次與月球的密近接觸後，2020CD3將在這個月離開地球，繼續做一個繞太陽運行的小行星。而大約在2044年3月，她將再次靠近地球，而那次很可能僅僅是擦肩而過，不會像這次一樣「波瀾壯闊」了。
據數值模擬結果，地球的附近每時每刻都有臨時衛星光臨，只不過大多數都很小，而且繞行時間很短，所以很難被觀測到。2020CD3來了兩年後即將離開時才被發現，這也間接說明了很多進進出出的小衛星還沒來得及被我們發現就溜走了。
如果把太陽系看作一個大家族，處於中心地位的太陽就像一家之主的「父親」，八大行星則是地位顯赫的「兒子」，而大行星的衛星就像是活潑機靈的「孫輩」，它們性情殊異，卻各有各的可愛。今天咱們繼續聊一聊這群衛星「小可愛們」！
用實力說話
先說說最為直觀的「個頭和體重」（即體積和質量）。體積最大的兩個衛星是木衛三Ganymede和土衛六Titan，比它們的「八叔」——水星的體積還要大；而迄今為止觀測到的體積最小的衛星是土星環內的小衛星（moonlets）S/2009 S 1，平均半徑150米，大概只相當於一座小山丘的規模。其實衛星的體積並沒有下限，比如土星環內就有數以百萬計的小衛星和更多更小的微型冰顆粒。
但個頭大並不代表影響力強，天體的「影響力」主要還是看質量。Ganymede雖然體積比水星大8%，但質量還不到它的一半，這是因為Ganymede內有近一半是水冰，而水星由於離太陽很近，上面絕大部分的物質均是難揮發的金屬和巖石。
類地行星與較大衛星按體積從大到小的排列圖 | 來源：wikipedia
身材和顏值
天體只有足夠大時，其形狀才會在引力作用下變成球體從而達到流體靜力學平衡，目前已知最小的球形衛星是土衛一Mimas。而衛星中滿足上述條件形狀近似為球體的只有20個左右，其餘的大多是不規則形狀。衛星表面除了土衛六Titan有濃密的大氣層，其餘的都基本上沒有大氣，這使得其表面特徵能被很容易地觀測到。衛星表面比較常見的特徵包括隕石坑、溝渠、山脊、火山口等，而這些就像犯罪現場的各種痕跡，為科學家推測其形成演化歷史提供了重要線索。
「小可愛們」如何追星？
◎ 巨行星的衛星
八大行星中外面的四個巨行星都有各自頗具規模的衛星系統，系統內衛星根據其軌道特徵可分為規則衛星和不規則衛星。規則衛星的軌道與其主行星的赤道面近似重合，並且是近圓形的。由於巨行星的赤道面與黃道面均有夾角，而這些規則衛星的軌道又跟它們主星的赤道面高度一致，同時總質量又遠小於主行星質量，於是科學家由此推測，這些規則衛星是在行星形成初期的吸積盤（又稱原衛星盤）中生長起來的。
它們除了自己的公轉與中心行星聯繫密切，其大多數的自轉也因為與中心行星之間強烈的潮汐作用而進入了最後的平衡態，即與自身的公轉同步。進入這種潮汐鎖定的衛星永遠同一面對著中心行星，我們的月球也是其中的一員。規則衛星最多的是土星，目前已命名的百米量級以上的規則衛星有23個。
與規則衛星相對的是不規則衛星，其繞轉軌道離主行星較遠，與主行星赤道面的夾角較大甚至逆行，且大多數是大偏心軌道。不規則衛星雖然軌道不「規則」，但卻可以在自己的軌道上相對穩定至少幾百萬年。科學家普遍認為不規則衛星形成於巨行星形成後的遷移和碰撞階段，由行星俘獲其軌道附近圍太陽繞轉的小行星而來。根據其軌道半長徑、偏心率或軌道傾角所處的不同範圍，不規則衛星又被分為不同的族群。同一族群的不規則衛星一般被認為有相同的母體，或經歷了相同的碰撞。
木星（藍點）的不規則衛星木衛六Himalia（紫色）與規則衛星木衛四Callisto（青色）的軌道對比動畫演示 | 來源：wikipedia
◎ 類地行星的衛星
實際上，太陽系中的八大行星並不是每個都有自己的衛星，最靠近太陽的水星和金星便沒有衛星。地球和火星分別有一個和兩個衛星，但相對於外面四個巨行星各自幾十個的龐大衛星家族來說，也是比較另類的。單薄的衛星系統，再配上較高的密度和相對稀薄的大氣層，便構成裡面四個行星——類地行星的基本特徵。由此，科學家推測類地行星是由火星大小的行星胚胎經過長時間的聚合性碰撞形成的。
前途不可限量
針對太陽系衛星的研究一直是行星科學以及行星動力學領域的重要部分。其最新研究包括：發現更多巨行星的不規則衛星和小衛星；從最新觀測數據中分析某個衛星的各種物理特徵；從物理或軌道特徵推測某衛星的形成和演化歷史；以及結合行星形成和演化理論方面的最新進展，用衛星系統的形成和穩定性去限制理論中的時間節點或初始狀態等等。
衛星們作為太陽系大家族中的「孫輩」，雖然輩分最低，但由於其數量眾多，特徵迥異，從而為研究太陽系的形成演化提供了不可或缺的重要線索，也為地外生命的搜尋提供了更廣闊的可能性。隨著更多高精度觀測的展開，以及更多空間探測器的光顧，這些「孫輩」們將被更廣泛深入地研究，從而發揮更大的作用。
圖文來源：中國科學院紫金山天文臺微信公眾號（caspmo）