細說太陽系衛星深處，五光十色的大千世界

太陽系中形態各異的衛星，大小不一，森羅萬象。正所謂，一花一世界，一葉一菩提。也許，佛陀在冥想中，曾瞥見洪荒宇宙眾多星辰上的不同景象，才創作出了諸如「大千世界」這般超凡脫俗的詞彙。

讓我們一同前行，探訪太陽系中各大行星的衛星，了解地球之外，還存在著怎樣的奇特世界。

水星和金星

我們首先來看水星和金星。這兄弟倆位於太陽系內層，很孤獨，沒有衛星。

太陽系內層行星——金星和水星

水星太小，直徑為4878千米，僅是地球的38%。它沒有衛星還可以理解，為什麼金星大小和地球相近，也沒有衛星呢？要解釋這個問題，需要先了解幾個概念——希爾球、洛希極限和同步軌道。

• 希爾球，環繞在行星周圍的區域，超出這個空間範圍的天體，將脫離行星的控制，無法形成衛星。
• 洛希極限，衛星和行星的最小距離，一旦越過該極限，衛星將會被潮汐力撕碎。

進入土星洛希極限，被撕碎的冰質衛星

• 同步軌道，即我們認知中，人造同步衛星的運行軌道。在這個軌道上，衛星的公轉周期等於行星的自轉周期。

上面的概念對應了三個距離，為了方便下文分析，貼出公式，其中洛希極限公式適用於剛性固態星球。

公式描述

眾所周知，比起地球，金星和水星距離太陽更近。根據第一個公式，a越小，希爾球半徑就越小。

再者，水星自轉一周時間是58.6個地球日，而金星需要243天。根據第三個公式，行星自轉越慢，角速度越小，其衛星的同步軌道越高。

將水星和金星的物理參數，代入上面的公式（此處免去計算過程），可得到以下結論。

1. 如果衛星位於行星的希爾球半徑之內，它將遠低於衛星同步軌道，最終超過洛希極限，被撕成碎片，墜落到行星表面；
2. 如果衛星在行星同步軌道上，它將遠超希爾球半徑，最終逃逸到外太空。

太陽系內層行星示意圖

綜上，45億年的時光中，水星和金星孤獨地運行著，沒有伴侶。

地球

地球的衛星月球，直徑3476千米，是地球的27.2%，對於一顆天然衛星來說，這個尺寸是很大的。很多人認為，它來自於30多億年，一顆火星大小的行星與地球發生的驚天碰撞。今天，月亮距離地球約38萬千米，且已經被地球潮汐鎖定，永遠只有一面朝向地球。

地月系

火星

地球外側的紅色星球，火星，直徑為6794千米。大小只有地球一半。它的軌道半長軸為約為1.52個天文單位（1個天文單位，即地球到太陽的平均距離，約1.5億千米），因此火星的希爾球半徑夠大；同時，火星自轉一周僅24.6小時，這使得火星的同步軌道半徑遠高於其洛希極限。因此，火星可以坐擁兩顆衛星。

火星沙漠上空的長「河」落日圓

火衛一，phobos，形狀不規則，直徑約為10千米，很像一個土豆。它環繞火星一周只需要7小時59分，距離火星平均距離為9370千米，遠低於火星的同步軌道半徑。

因此，火衛一在運動中不斷加速，軌道也越來越低。最終，它會進入火星的洛希極限範圍，被撕扯成碎片，很有可能形成行星環。

火星與火衛一

火衛二，Deimos，直徑大致為12.6千米，距離火星2.35萬千米，形狀很像一個大餃子。

火星與火衛二

可見，火星的兩顆衛星由於質量小，並不能克服固體引力，無法達到流體靜力平衡狀態，沒有成為球體。直到今天，它們依舊是兩顆不規則形狀的小行星。

小行星帶

在火星外側，是小行星帶。其中分布著一顆矮行星——穀神星，和三顆較大的小行星，智神星、婚神星和灶神星。由於他們都不是衛星，我們簡單看看他們的輪廓以及大小即可。

小行星帶中的主要天體

木星

木星，太陽系中最大的行星，總共有79顆衛星。其中數顆，較為特別，值得我們關注。

木衛十六，墨提斯，直徑僅40千米，是距離木星最近的衛星，僅12.8萬千米。它已經被木星潮汐鎖定，背向木星的一面有許多撞擊痕跡。由於公轉軌道遠低於同步軌道，總有一天，墨提斯會墜入木星表面的氫氦海洋中。

木星與木衛十六

木衛一，伊奧，直徑為3637.4千米，比月球大。它的表面活火山星羅棋布，大約有400多座。除此以外，伊奧表面還存在色彩多樣的硫化物、較新的山脈和長達數百千米的熔巖流。來自木星、木衛二和木衛三的潮汐加熱，不斷攪動伊奧的內核，為它活躍的地殼運動提供了能量。

木衛一

木衛二，歐羅巴，直徑3138千米。它的表面是厚達100千米的冰層，冰層表面布滿黯淡紅色的條紋。據推測，它們是由木星強大潮汐力撕扯冰層造成的。

木衛二遙望木星

火山活動和冰上間歇性噴泉的發現，使得科學家們更加確信，歐羅巴冰層下海洋的存在。木衛二的海洋深處，是否存在地外生命，科學家對此充滿了好奇和期望。計劃於2025年發射的「歐羅巴快帆」，將對這個星球進行深度的探測。

木衛二噴泉及冰下世界假想圖

木衛三，蓋尼米得，直徑5262千米，比水星還大，是太陽系中最大的衛星。公元前4世紀的戰國時期，齊人甘德，就觀測到了木衛三，比伽利略早了2000多年。木衛三的表面密布撞擊坑，顏色較暗區域的巖石，年齡有40多億之久。由於鐵質內核的存在，木衛三是太陽系已知的唯一存在有磁圈的衛星。此外，該星球上還存在水冰和廣袤的地下海洋。

木衛三，蓋尼米得

木衛四，卡裡斯託，直徑4800千米，和水星相差無幾。在它的表面，有著一個布滿撞擊坑的平原。可以看出，它曾遭受過猛烈的撞擊。除了撞擊塑造的地貌，木衛四幾乎沒有過地質活動。在它的地表深處，也可能存在有地下海洋。

木衛四，卡裡斯託

土星

看完木星，我們來看土星。根據卡西尼號的最新數據，土星擁有83顆衛星，組成了太陽系最龐大的衛星系統。我們挑選其中的佼佼者，一一來看。

土星和它的行星環

土衛一，米瑪斯，直徑397千米。從圖中可以看出，寬度達1/3衛星直徑的巨型撞擊坑，是土衛一的典型地表特徵。為紀念土衛一的發現者，這個撞擊坑被命名為赫歇爾隕石坑。這個撞擊坑最深處，達10千米，把珠峰置於其間，距離地表，還有2000多米。可以推斷，土衛一曾經遭受到致命的撞擊。自帶巨型撞擊坑的土衛一，仿佛星球大戰中的死星，遊蕩於土星軌道的深處。

土衛一vs死星

土衛二，恩克拉多斯，直徑498千米。由於表面被冰層覆蓋，土衛二是太陽系中最亮的衛星。受到土星和其他大質量衛星的影響，土衛二的南極，不斷向太空中噴射冰晶羽流。卡西尼號飛越噴流後，發現其中存在海水結晶和有機物質。這個發現說明，星球厚厚冰層之下，存在海洋。這使得土衛二，繼木衛二之後，成為第二顆有可能存在地外生命的衛星。

土衛二上空的冰晶羽流

直徑1062千米的土衛三，1120千米的土衛四，還有1530千米的土衛五，很類似，基本由水冰和巖石構成。

土衛三星

它們的地表，均分布有隕石坑，還有長達上百公裡的裂谷，裂谷兩側是高聳的堅冰懸崖。這讓我聯想到，電影《流浪地球》中，冰封萬裡，裂谷縱橫的上海外灘。

《流浪地球》中被冰層覆蓋的上海

土衛六，泰坦，直徑5150千米，同樣比水星大。2004年12月25日，惠更斯號探測器在這個衛星表面成功著陸，工作1個半小時，傳回了350多張照片。卡西尼號也數十次飛越它的上空。在土衛六的表面，居然存在由液態甲烷構成的湖泊，湖泊周圍的巨大山脈，則是有堅硬的水冰組成。空中不時有液態甲烷成分的瓢潑大雨降下。這是一個需要足夠想像力，才能去理解的奇特世界。

土衛六表面清晰可見液態湖泊和河流

土衛八，伊阿珀託斯，直徑1462千米。初看，它和土衛三等星很相似。但它，存在著與眾不同的之處。在土衛八的赤道上，有一條長達1300千米的隆起，最高處超出附近平原20千米，遠超珠峰。如果站在土衛八赤道附近的平原上，那寬20千米的赤道脊將是一道不可逾越的屏障。這讓我想起了，劉慈欣《流浪地球》中那個關於地球發動機的形象比喻。

土衛八和它的赤道脊

「你在平原上走著走著，突然迎面遇到一堵牆，這牆向上無限高，向下無限深，向左無限遠，向右無限遠，這牆是什麼？」

我打了一個寒戰，接著把這個謎語告訴了身邊的小星老師。她想了好大一會兒，困惑地搖搖頭。我把嘴湊到她耳邊，把那個可怕的謎底告訴她。

死亡。

——劉慈欣《流浪地球》

可見，文學中的經典描寫，也可能存在於真實世界中。赤道脊的存在，使得土衛八很像飄蕩在深空中的一枚核桃。

天王星

除去小質量衛星，天王星一共有5顆直徑較大的衛星。

天衛一，艾瑞爾，直徑1158千米，主要由水冰和巖石構成。在它的表面存在著火山噴發後遺留的坑洞，以及縱橫上百公裡的峽谷。

天衛一和它表面的深溝大壑

天衛二和天衛四，在構成上較為相近，前者直徑1170千米，後者為1524千米。地表都分布有撞擊坑和火山口，顏色以暗色為主。

天衛二與天衛四

天衛三，泰坦妮亞，直徑1578千米，是天王星最大的衛星。它的表面，有長達數千千米長的大峽谷，狂風在其間穿梭。另外，星球上還分布著火山口和隕石撞擊坑。

天衛三和其表面的大峽谷

天衛五，米蘭達，直徑472千米，是距離天王星最近的大質量衛星。相比較其他衛星，它的直徑較小，所以它的形狀較為奇特，表面存在相互間交錯往來的巨大峽谷。

天衛五與天王星

海王星

海王星有14顆衛星，除海衛一之外，其餘衛星都較小。

海衛一，崔頓，直徑2706千米，它是太陽系中最冷的星球之一，地表溫度甚至低於冥王星，低於零下233℃。在它的表面，存在有冰火山，會向外噴發液氮、塵埃和液態甲烷的混合物。這些噴射流，高度可達8000多米，成為太陽系外圍空間的一大奇觀。

海衛一冰火山示意圖

此外，海衛一是太陽系大質量衛星中，擁有唯一逆行軌道的天體，也就是說，它的公轉軌道，和海王星的自轉軌道相反。這說明，海衛一併不是海王星的天然衛星，而是在漫長的星際旅途中捕獲的。其中，逆行造成的潮汐摩擦，將會降低海衛一的公轉速度及軌道，30多億年後，它將進入海王星的洛希極限，被撕碎，成為行星環，或者墜入海王星狂風肆虐的表面。

海衛一外觀

冥王星

冥王星，直徑2370千米，共有5顆衛星，其中最有名的是它的伴星，冥衛一卡戎，直徑1207千米。在神話中，卡戎是地獄冥河上收取亡靈錢財，為其擺渡的獄卒。也許在古人的世界觀中，遙遠太陽系邊緣的柯伊伯帶，已是「幽冥」世界。嚴格來說，卡戎和冥王星是一對伴星，圍繞著共同的質心運動。

卡戎與冥王星

卡戎主要由冰和巖石組成。和冥王星類似，它的表面，覆蓋著固態的氮氣和甲烷。

總結

根據以上的分析，我們給太陽系中的衛星，從大到小排個座次，位於前10的衛星如下，其中灰色部分不是衛星，在表中僅作參考比較。

太陽系衛星排行

太陽系諸多衛星上變幻莫測的景觀，猶如大千世界一般，讓人們應接不暇。其實，這只是廣袤宇宙浩瀚銀河旋臂上不起眼的一隅。在宇宙更大尺度上，還隱藏著更多超出想像的景觀。腳踏星辰，奔馳於在宇宙中的馬頭星雲；孕育恆星的創生之柱；星系碰撞中綿延數光年的扭曲旋臂……

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