波塞冬之子——你所不知道的海衛一

2020-12-04 天文在線

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海衛一的直徑大致2700千米，是海王星最大的衛星，同時也是太陽系裡第七大的衛星。雖然海王星有不計其數的衛星，但海衛一的質量比剩下其他衛星質量總和的二十倍還要大。在自轉的同時，它每5.9個地球日繞海王星公轉一圈。

圖解:1989年旅行者2號拍攝的海衛一全球彩色拼圖

海衛一隻有地球衛星的大約三分之二大，但它擁有十分罕見的逆行軌道和奇異的早期歷史。

海衛一的歷史

海衛一誕生於柯伊伯帶，一個超出了海王星的區域，那裡布滿了小到小行星，大到類冥矮行星的無數星體。類冥矮行星包括矮行星冥王星和類似大小的物體，如塞德娜和鳥神星。海衛一表面因熔化並重塑而相對光滑的表面證實了這一理論，同時，冥王星本身穿過海王星軌道的事實也是支撐這一理論的重要證據，這意味著海衛一如果沒有被海王星的重力所俘獲，它本可以像冥王星一樣成為一顆穿越海王星軌道的矮行星。

圖解:旅行者2號1989年8月24日攝於距離海衛一53萬千米處

1846年，幾乎是在德國天文學家發現海王星三周以後，威廉·拉塞爾發現了海衛一，它以希臘神話中海神波塞冬（又稱涅普頓）的兒子命名。

海衛一獨特的軌道

海衛一作為大型衛星因其逆行軌道而成為了一個相當奇特的存在。圖源NASA

海衛一在每141個小時繞海王星一圈的同時也自轉一圈，所以它總是用同一面朝著海王星。海衛一的獨特在於它是唯一逆行公轉的大型衛星，也就是說，它在與行星旋轉方向相反的軌道上運行。有許多逆行軌道上的小型衛星因被探測到而聲名大振，其中就有海王星的另一個衛星海衛二。

圖解:海衛一的軌道和運轉方向（紅）與大多數衛星的軌道（綠）的比較

海衛一是唯一具有如此特徵的大型行星。由於它的偏心軌道，它是唯一一顆面對太陽時極地交替出現的衛星。然而，並不是只有海衛一一個天體有這樣的軌道特點，天王星在旋轉時也偏向一側，呈現出南北兩極交替面對太陽的旋轉狀態。

海王星對於海衛一的影響

海衛一的大氣十分稀薄，其中雖然存在甲烷，但主要成分還是氮。海衛一上的火山活動以間歇的形式發生。海王星運動對其自身有重要的潮汐引力，這不僅減慢了它的公轉繞行速度，還把海衛一拉近到現在距離海王星更近的位置。這種潮汐引力為海衛一上的火山活動提供能量，儘管噴出的是氮氣而非像木星的木衛一樣噴出熔巖。海衛一的軌道並不穩定，海王星在衛星軌道上的引力最終會把海衛一吸入海王星或導致它分崩離析。

圖解:海衛一表面的雲

海衛一的表面狀況

海衛一表面有眾多的隕石撞擊坑卻很少有巨大的斷裂，從地質學的角度來看，這或許意味著它的地表十分年輕，也或者在太空中它與可能發生碰撞的物體保持了一定的距離。假如海衛一是一顆被捕獲的矮行星，目前引起火山活動的潮汐引力原本可以熔化並重塑海衛一的表面，為它創造一個我們今天所見到的相對平滑的表面。從理論上來說，海王星對衛星的潮汐引力能使海衛一的表面在長達十億年的時間裡保持液態。海王星早期衛星的其中之一也可能受到海衛一的影響，從而導致了不規則的軌道和大部分表面的融化。這個理論也解釋清楚了海王星微弱環系統的形成和四個小衛星包含在這個環系統中的原因。

圖解:柯伊伯帶，圖源NASA

海衛一是太陽系中最寒冷的星體之一，有記錄以來，它的表面溫度曾達到零下235攝氏度，相當於34開氏度。其他的溫度測量也顯示了38開氏度的平均溫度——剛剛超過絕對零度，氫分子停止活動的溫度。這些數據的收集是在2000年海衛一到達夏至點的時候，同時海王星才是春季。在海衛一的極寒狀態下，氮變成了固態，像霜一樣紛紛落在衛星的夜半球，只有冥王星和柯伊伯帶中的其他天體能達到和它一樣的低溫。

圖解:海衛一是一個地質活躍的衛星，其表面年輕複雜

在一次偶然的觀測中，海衛一的表面呈現了紅色，這是因為它表面的甲烷冰轉化成了一種叫作索林斯的化合物——這種紅色分子是碳氫化合物暴露在紫外線下的產物。

海衛一的內部

海衛一的密度極低，可能是因為他主要由冰和硝酸鹽組成，同時星球的四分之一都是巖石物質。從理論上來說，在海衛一冰凍的表面與被海王星俘獲後緩慢形成的矽酸鹽巖心之間存在液態水的海洋。當海王星初次被俘獲時，它的軌道最初是規則的橢圓形，這可能促使了內部熱量的產生，生成比海衛一現在受到的更大的潮汐引力。

圖解:潮汐引力為海衛一上的火山活動提供能量，儘管噴出的是氮氣而非像木星的木衛一樣噴出熔巖。圖源NASA

海王星的引力使冰在海衛一表面以下以液態穩定地存在了數百萬年，如果真的有地下海洋的存在，其中可能會有氨氮化合物的成分——它會使水的冰點降低到零下143華氏度。雖然潮汐引力將海衛一拉入了它現在的圓形軌道，但引力也隨著軌道形狀的改變而減弱。現在，也許沒有足夠的潮汐加熱使液態水的海洋在海衛一存在，但也有人猜測海衛一可能存在由巖石核心中放射性元素的衰變引起的放射性加熱，與地球地核加熱的方式相同。然而，現在還沒有跡象表明海衛一的核心是放射性的。

海衛一的探索歷程

1989年，旅行者二號曾飛掠過海衛一，當時它拍攝到了海衛一表面上升8公裡的液氮間歇流，在落在海衛一表面上之前，泉流甚至噴湧了140公裡之高。但是在未來暫時還沒有探索海衛一的任務計劃。

圖解:海衛一的內部結構，圖源維基百科

歐盟在智利建立的超大望遠鏡對海衛一進行了研究，它在海衛一的大氣中發現了甲烷和二氧化碳的成分，這表明在海衛一處於它的夏季時，它的大氣變厚了。這種季節性的變化意味著在絕大多數太陽光被海衛一的氮冰和稀薄的大氣所反射的情況下，太陽確實影響著海衛一，儘管這種影響非常微弱。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.thetimenow- Starria

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