火衛二的秘密：火星曾有過光環

　　研究人員對火星的理論研究猜測火星也有環，並對火衛一進行了模擬研究證實了該理論模型。新的研究已經將火星衛星Deimos加入到混合模型中--研究結果與以前的模型完全一致。這一結果表明我們有更多證據證明火星曾經有環。

璀璨，朦朧的熒惑星——火星，它的過去或許更加光彩奪目。新研究進一步證明火星這顆紅色行星曾經有過火星環。新線索就在火衛二。火衛二的軌道並非完全平行於火星赤道，存在輕微傾角，很可能是火星環引力作用的結果。

　　實際上，衛星環系統沒那麼複雜。人們談到衛星環，首先聯想到土星，這一點毫無疑問，然而太陽系半數行星都有行星環，例如土星，天王星，海王星，木星，甚至矮行星妊神星，喀戎，小行星Chariklo等都有環。

　　妊神星（圖片來源：Illustration Credit: Instituto de Astrof�sica de Andaluc�a）

　　2017年，兩位研究員曾提出火星曾經有火星環。他們對火衛一進行動畫模擬，發現火衛一很可能是由小行星撞擊火星形成的，殘骸飄向太空，形成了火星環，最終形成原型火衛一——其質量可比現在火衛一大得多。

　　現在，新研究把火衛二納入理論模型，研究結果與先前的理論推理吻合。

　　鳳凰計劃（SETI）的庫克（Matija Cuk）解釋:「火衛二軌道與火星赤道並不完全平行，這一事實曾被人們忽視，更沒有人願意嘗試解釋它。

　　不過，我們一旦有了這個大膽的猜想，就會以全新的視角解讀它：火衛二軌道傾斜背後隱藏著巨大秘密。」

　　火衛二軌道傾斜角度不大——僅為1.8度。此外，火衛二的軌跡相當正常，軌道周期約30小時，還有著極小的離心率——難怪沒人願意琢磨這其中門道。

　　火衛一（圖片來源：Credit: G. Neukum (FU Berlin) et al., Mars Express, DLR, ESA）

　　然而火衛一確實不太尋常。火衛一距離火星近得多，其軌道周期僅7小時39分，而且火衛一以每年1.8釐米的速度靠近火星。

　　科學家預測，在未來的一億年裡，火衛一將達到洛希極限，這是行星與其衛星間的最小可能距離。一旦小於這一距離，火星的潮汐作用會將其解體。

　　解體之後，一些殘骸掉落火星，另一些將重組，再次形成新的衛星。這個質量更輕的新衛星會向外逃逸，與此相反，火星環受到到引力作用，向內遷移。

　　2017年的研究結果顯示，這種解體-重組現象發生過多次，這也是火衛二成因。

　　經過無數次模擬，庫克和他的團隊嘗試構建模型，分析向外逃逸的原型火衛一如何影響火衛二軌道的傾斜。最終發現，原型火衛一的質量如達到現在月球的20倍，這時火衛二與火衛一達到1：3的軌道共振，同時火衛二距離火星是火星半徑的3.3倍，導致火衛二軌道的輕微偏斜。幾十億年來，火衛二軌道變化甚小，成為我們現在看到的火衛二軌道。

　　火衛二（圖片來源：Credit: HiRISE, MRO, LPL (U. Arizona), NASA）

　　庫克認為這一過程必然發生過，39億年前的大撞擊之後，原型火衛二很可能被分解，再重組，那時，火衛二的軌道與火星赤道平行，（或者幾乎平行）但好景不長，因為在原型火衛一與火衛二的雙星共振系統中，起初一定會存在輕微的軌道傾角情況。

　　他還告訴ScienceAlert的記者「35億年左右是我們的最佳推測。之前赫塞爾·布魯克（Hesselbrock） 和明頓（Minton)的研究顯示35億年前火星曾經有過一顆質量是現在火衛一20倍的衛星，而我們的推測與他們的計算剛好吻合。」

　　有著輕微軌道傾角的火衛二不斷進行分解和重組，這一過程也意味著那次大撞擊導致火衛二軌道瓦解的可能性較小。而且由於火衛二離心率極低，因此路過的小行星影響火衛二的軌道傾角和離心率的可能性也不大。

　　至於原型火衛一，它有可能受火星引力作用，再一次分解。

　　庫克還說：「火星環一旦環消失，火衛二也開始受火星潮汐作用影響，靠近火星（就像火衛一那樣），一旦達到洛希極限，潮汐力會將其摧毀，殘骸散落成為新的火星環，這個過程可能進行了兩次，形成我們現在看到的火衛一。

　　這意味著如今的火衛一可能形成於約2億年前，而2億年剛好在科學家檢測該模型理論的閾值內。

　　日本航天局預計在2024年朝火星一派遣探測器（軌道飛行器、著陸器等），用於採集樣本送回地球。

　　這些樣本將用於檢測火衛一表面的年齡，如果樣本年齡不超過幾千萬年，那麼將證實研究團隊的預測結果。該結果曾發布於第236次美國天文學會大會上，收錄於《天文物理期刊》中。如今可以在arXiv上檢索到。

　　作者: MICHELLE STARR

　　FY: 蕾姆蕾姆

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