火星的行星環之謎:它從何而來,又怎麼消失了?科學家有了新解釋

2020-12-06 寰宇科學新觀察

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看過電影《流浪地球》的讀者應該都記得這麼一個橋段:地球由於失控,無法脫離木星的引力,即將進入洛希極限。好在人們同心合力,點燃了木星上的氫氣,依靠爆炸的力量把地球推離了木星的有效引力範圍,地球才得以脫險。而如果地球沒有脫離木星的引力,而進入洛希極限,地球將很有可能會被木星的潮力撕碎,最終成為了木星環的一部分。

沒錯,很多行星的光環都是這樣形成的——當一個星體靠近一顆行星,而且它的體積超過洛希體積時,它自身的萬有引力無法抵抗行星的潮力,它就會被撕碎,最終成為行星的環。

在我們的太陽系中,木星、土星、天王星和海王星都有自己的行星環,但為什麼火星和地球卻沒有光環呢?地球沒有行星環,是因為地球的質量不夠大,引力也不夠大,行星環形成後得非常靠近地面,最終很快就會墜入地球。也曾有科學家稱,地球曾經也是有行星環的,但是在月球形成後,這個行星環就在地球與月球的潮汐力影響下消失了。

而有研究表明,火星曾經是有一個巨大的行星環的。這個行星環是怎麼形成的,為什麼後來又消失了呢?最新的研究指出,火星的行星環的秘密,都藏在火星的兩顆天然衛星之中

火星有兩顆小而笨重的衛星,火衛一和火衛二(火衛二也叫德伊莫斯,Deimos)。這兩顆衛星的形狀都不是球形的,形狀很不規則。其中火衛一的軌道靠近火星,並沿著火星赤道線運行。火衛二的軌道則離火星較遠,沿著火星赤道平面傾斜2度的軌道運行。而這一奇怪的軌道則進一步證明了,火衛一的前身正是火星的行星環!

火衛一

在2017年,一組研究人員在《自然地球科學》(Nature Geoscience)雜誌上指出,火星曾經有一個巨大的衛星,後來這顆衛星經歷了這麼一個周期——在行星引力的作用下分裂成巨大的環,然後最終再次聚合形成火衛一。在每一個周期中,由環的物質聚合形成的衛星都比它最初的衛星小。因為在重新聚合形成新的衛星的過程中,環中的一些碎片從軌道中脫離,飄向太空。科學家們懷疑,在數十億年的時間裡,一代又一代的衛星會經歷了多次這樣的環-衛星循環周期。

火衛二

在6月1日發表在arXiv database上的一篇新論文中,一組研究人員指出,一個20倍於火衛一大小的火星古衛星可能在將火衛二撞入了其當前的軌道。加州山景城SETI研究所的研究科學家Matijauk在一份聲明中說,兩顆衛星沿著類似的軌道繞著一顆行星運行,最終會出現所謂的「軌道共振」,其中一顆繞著另一顆軌道上下跳動。此前也曾有研究指出,海王星的兩顆衛星目前正像這樣相互共振。

火衛二形成於數十億年前,而在同一時間,環繞火星的一個巨大環被擠壓成一顆衛星,再分散成一個環,然後又形成了一顆新的衛星,不斷循環。在其中一次迭代中,形成的衛星將火衛二撞入了它當前的軌道中,並最終永久在火星的懷抱中運行。為了使這一理論發揮作用,由火星環形成的新衛星將需要開始遠離火星,並與火衛二產生共振,而火衛二則產生了軌道偏離,並最終沿著火星赤道平面傾斜2度的軌道運行。

科學家預測,火衛一仍將會被火星的潮力撕碎,再次形成火星環。因為他們發現火衛一的高度在逐年下降,當它下降到一定高度,離火星的距離足夠近,就會進入洛希極限,最終被再一次撕碎。但火衛二仍將繼續在自己的軌道上運行。

我們可以用一句話來簡單形容火衛一和火衛二的關係——「鐵打的火衛二,流水的火衛一。」火衛二可能或默默地永久繞火星運行,直到火星徹底毀滅,但火衛一可能會在一次又一次的環-衛星中逐漸消亡。

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