怎麼回事?土衛六泰坦正神秘快速逃離土星,速度超預期110倍!

2020-12-19 徐德文科學頻道

土星的第六個衛星泰坦,可能是太陽系最神秘的天體了,是太陽系裡和地球最像的一顆星球。泰坦比水星還大,有著濃密的大氣層,有著美麗的山川、河流和湖泊,還有著類似地球的降雨循環,只是所有這一切,參與的都不是水,而是甲烷。然而,最近的一項研究發現,泰坦正神秘快速地逃離土星,速度比以前預計的要快110倍,難道它已經厭倦了土星的「妻妾成群」,想獨自去太陽系流浪?

行星和其衛星的關係非常複雜,兩者之間通過引力互動,影響著對方的一舉一動。比如地球和月球,月球引力導致地球海洋的潮汐運動,並在地球內部產生摩擦應力,反過來又影響月球,導致其逐步遠離地球。根據目前最精確的測量,月球正以每年3.8釐米的速度離開地球而去。

你可別小看這個速度,這意味著恐龍橫行地球的時代,它們看到的月亮比我們現在看到的月球要大上許多,因為月球那時候離地球更近。而在39億年前,月球到地球的距離只有現在的約三分之一,這意味著你如果穿越到那個時代去,看到的月亮將是現在的三倍大,真的會明顯感覺月球是一個球體,而不是像現在,差不多只是一個煎餅。

土星和泰坦也是這樣的情況,只是土星是個氣態行星,質量又比地球大很多,所以內部受泰坦影響的摩擦應力要弱得多,根據標準理論的預測,泰坦遠離土星的速度大約每年只有0.1釐米,這意味著泰坦乃至土星其它衛星,甚至土星環,可能都是在現在的軌道附近形成,土星系統並不存在動蕩的過去歲月。

這項研究來自巴黎天文臺的研究員瓦萊裡·萊尼(ValéryLainey),及加州理工學院理論天體物理學助理教授吉姆·富勒(Jim Fuller),2016年,富勒就發表研究稱,土衛六遠離土星的速度比以前認為的要快得多。這次兩人合作,利用天體測量團隊和輻射測量團隊的數據進行研究,兩套數據都使用了卡西尼號的成果,其中天體測量數據可追溯到1886年。結果兩套數據都指向了同一個結果,泰坦遠離土星的速度比預計的要大得多,達到了11釐米/年,是預計速度的110倍,土星系統有著更為動蕩和坎坷的過去。

那麼為什麼會這樣呢?富勒認為,這是共振鎖定的結果,泰坦以特定的頻率擠壓土星,導致土星劇烈振蕩,這就有點像蕩鞦韆,如果你以特定的頻率擺動雙腿,你就可以越蕩越高。土星振蕩的高振幅實際會消耗更多的能量,這反過來使泰坦以比想像中快得多的速度向外逃逸。

還好,不是有人給泰坦裝上了行星發動機,推動它離開土星去太陽系流浪。科學家們認為,共振鎖定理論也在其它雙星系統,包括雙恆星系統和系外行星系統適用,希望通過進一步的觀察,發現更多這樣的現象。

這項研究發表在《自然》雜誌上。

參考:

Nature Astronomy:Resonance locking in giant planets indicated by the rapid orbital expansion of Titan

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