作者 | haibaraemily
來源 | 我是科學家iScientist
如果太陽系要評「衛星最多吉尼斯記錄」的話，那麼木星勢必奪此殊榮。這位常年坐擁太陽系最多行星的大佬，近日又被「爆料」新發現了12顆衛星，至此，木星衛星數目一口氣飆升至79顆[1]！
說是「飆升」，可一點都不誇張。要知道，400年前的地球人（伽利略）只觀測到4顆木星衛星，直至十八年前（也就是2000年），也才發現了18顆……
而最近十來年，木星衛星一下子多出了61顆！而且，這裡面有50多顆（包括這次的的12顆在內），全部由同一個研究小組——卡內基科學研究所的Scott Sheppard小組發現的。厲害吧！稍稍八一八木星衛星的發現史，就會明白這個小組有多「開掛」了。
時間倒轉回400多年前，衛星之事還不為人知。
那時的人們大多信奉「地心說」，認為所有天體都是繞著地球轉的，其他天體有衛星這種事兒是根本不存在的！彼時雖然哥白尼的「日心說」已經提出，但還遠遠沒有得到廣泛的認可。
1609年，可以說是人類天文學史上裡程碑式的一年，有兩件大事推進了日心說的發展：
一件是克卜勒在《新天文學》一書中正式發表了關於行星運動的前兩條定律，證明行星都是在繞著太陽運轉。不過，這些複雜的公式和軌道對於那時候普通人來說，簡直如同天書；而另一件大事就不一樣了——這一年，伽利略用他改造的望遠鏡開始觀察月球和其他天體的細節，在1609-1610年期間，他發現了木星最大的四顆衛星（直徑約3000-5000公裡）。
如果所有的天體都是圍繞地球轉的，那這四顆圍繞木星運轉的天體又算啥？
於是，這個石破天驚的觀測事實成為了打臉地心說的最佳證據。這四顆木星最大的衛星也因此被稱為「伽利略衛星」。
（左）伽利略在1610年出版的《星際信使》一書中繪製的四顆伽利略衛星；（右）四顆伽利略衛星的樣子（位置並不是它們實際的軌道位置）。來源：維基
當然，至此之後的各種衛星就不再讓人驚訝了，隨著望遠鏡的不斷升級 ，天文學家們陸續發現了木星和土星的新衛星並加以命名（因為木星的英文Jupiter是羅馬神話中眾神之王朱庇特，也就是希臘神話中的宙斯，因此木星衛星的英文名就自然地以宙斯/朱庇特的戀人或者後代的名字來命名了，不過在翻譯成中文的時候，我們通常按照這些衛星的發現順序來直接稱之為「木衛n」）。
在四顆伽利略衛星到木星的軌道之間，目前還知道有四顆個頭比較小的衛星（直徑約在20-200公裡），叫做「內衛星」。這四顆內衛星裡除了最大的那顆木衛五是美國天文學家愛德華·巴納德於1982年通過望遠鏡發現的之外，其他三顆都是1979年旅行者1號和2號探測器相繼飛過木星系統的時候發現的。不同於望遠鏡只能看到的一個小亮點，探測器甚至可以直接就拍到衛星表面的細節。
探測外太陽系四顆行星及其衛星系統的旅行者1號和2號探測器，它們在1979年相繼飛掠木星系統。來源：NASA
再後來，伽利略號探測器探訪木星系統的時候，又近距離給這幾顆內衛星拍了更清楚的「身份照」。
伽利略號拍攝的四顆木星內衛星。來源：NASA
但不管是 伽利略衛星還是內衛星，它們都是木星的規則衛星，什麼是「規則衛星」呢？我們可以把它們理解成是和木星「有親緣關係」的衛星。
按照我們目前的認知，如果一個衛星是和行星差不多時候形成的，那麼這個衛星的軌道應該非常「周正」：軌道形狀近似圓形，軌道面基本在行星的赤道面上，而且衛星運行的方向和行星的自轉方向相同（這叫「順行軌道」，相反的話，當然就是「逆行軌道」咯）。
規則衛星的軌道特徵。製圖：haibaraemily
然而，當天文學家們發現越來越多的木星衛星的時候，也同時發現，並不是所有的衛星軌道都這麼「周正」的。只有距離木星很近的8顆比較周正，而那些離得遠的，都沒這麼規律。
1904和1905年，美國天文學家珀賴因發現了木衛六（Himalia）和木衛七（Elara），它們雖然還是順行的，但是軌道面遠遠偏離了木星的赤道面，軌道形狀也比較橢圓。
1908年，英國天文學家梅洛特發現了木衛八（Pasiphae）；1938和1951年，美國天文學家尼克爾森發現了木衛十一（Carme）和木衛十二 （Ananke），這三顆衛星的軌道就更奇怪了，他們不僅軌道形狀橢圓、遠遠偏離了木星的赤道面，而且它們還是逆行的！
這樣的「不規則衛星」，多半就不是木星的「血親」了，而是木星系統成型之後，一些小天體飛過木星附近時又因為木星巨大的引力而被「拐（捕）來（獲）」的。
不規則衛星的軌道特徵。製圖：haibaraemily
再然後，天文學家們又發現，這些不規則衛星裡，有些是會「抱團」的。每一小簇衛星有相似的軌道，然後不同簇之間軌道又很不一樣。這說明，這裡原本有幾顆大得多的衛星，後來被撞碎了，而這些小衛星就是撞擊之後倖存下來的碎片。它們雖然「身體」分開了，但軌道還是彼此相似的。
於是，按照軌道的相似性，天文學家們又把木星的不規則衛星分成了四個族，按照每種裡面最大的那顆衛星的名字命名為：希瑪利亞族（Himalia，順行）、帕西淮族(Pasiphae，逆行)、阿南刻族(Anake，逆行)、卡梅族(Carme，逆行)衛星。
不過，偶爾還是有幾顆不抱團，獨享一個軌道的衛星。
為了區分這幾種類型的不規則衛星，天文學家們在取名的時候也動了一點小心思：順行的以a結尾，逆行的以e結尾，與眾不同的以o結尾。
木星衛星的位置和分類示意圖。製圖：haibaraemily
作為「外來戶」，太大、太重的小天體都很難被捕獲，所以大部分不規則衛星都個頭非常小。這就意味著，天文學家們很難用望遠鏡或探測器發現這些不規則衛星。截至2000年，直徑10公裡以上的大衛星基本已經全部被掃蕩了。
那麼人們還能不能找到更小的衛星呢？
就在這時，火眼金睛的「星探」——Scott Sheppard出場了[2]。這位大咖2004年從夏威夷大學天文學博士畢業之後，基本上只專注於一件事兒——搜尋外太陽系新天體（當「星探」）。
在2000-2011年間，Sheppard帶領的團隊一共發現了40多顆超級小的木星衛星，是同時期其他所有團隊加起來的四倍多……這些小衛星直徑基本都在1-4公裡之間，絕對能稱得上「慧眼識星」了！
除了木星衛星，他們還發現過一眾土星、天王星、海王星的衛星和其他外太陽系天體（多到數不過來）全。簡而言之，這哥們就是個「追星專業戶」。
說起來，這次發現的一打新衛星，其實也純屬偶然——因為Sheppard團隊原本想找的是傳說中的太陽系第九大行星Planet X。
在2016-2017年期間，當他們在Planet X可能出現的區域裡搜尋的時候，意外發現木星剛好也在他們的搜尋範圍附近，於是他們順便搜尋了一下木星的新衛星，然後，一下子發現了12個……
不過，發現的衛星到底是不是新的、又是不是真的在繞著木星轉，這些都需要反覆核查軌道之後才能確認——這項工作花了一年多時間。
而且，其實這12個新衛星中，其中2顆在2017年已經完全得到了確認[3]，所以嚴格來說，這次新發現的只有10顆。
位於智利的託洛洛山美洲際天文臺和4米口徑的布蘭柯望遠鏡，這次發現的新衛星大多數都是由這臺望遠鏡發現的。來源：維基
這次新發現的12顆木星新衛星也都非常袖珍，幾乎全部只有1-2公裡大小。
其中2顆位於距離木星比較近的軌道上，差不多將近一年可以環繞木星轉一圈，它們的軌道完全符合順行軌道的希瑪利亞族衛星的特徵，因此應當也是來自同一顆天體的碎片。
另外9顆位於距離木星比較遠的軌道上，差不多每兩年可以環繞木星轉一圈，它們的軌道完全符合逆行軌道的三撥衛星帕西淮族、阿南刻族和卡梅族衛星的特徵，因此應該也分別來自原本的三顆大天體的碎片。
本次新發現的11顆「平平無奇」的木星衛星。製圖：haibaraemily
然而，除了這11顆「平平無奇」的衛星之外，還有1顆新衛星非常與眾不同。
這顆衛星非常小，直徑不到1公裡，可能是目前的木星衛星中最小的一顆。更奇怪的是，它的軌道時不時會和一大批逆行衛星的軌道相交，然而它自己卻是順行的！這個危險程度相當於每過一段時間就要開上疾馳的高速公路然後還反方向發足狂奔……可以想見，這樣一顆衛星應該是已「活不多時」，早晚有一天，它會被某一顆迎面而來的衛星完全撞碎，化為齏粉。
本次新發現的12顆木星不規則衛星分布，注意新發現的Valetudo是以字母o結尾的，用於表明它是木星的不規則衛星中軌道特立獨行的一類。來源：DTM[1]
2018年5月，智利6.5米口徑的麥哲倫望遠鏡再次確認觀測到衛星Valetudo，兩張圖對比可以看出，在完全一樣的背景中，亮點Valetudo向左移動了一點點。來源：DTM[1]
這些新發現的衛星都還沒有得到正式的命名， 不過，Sheppard團隊已經早早地為這顆寶貝珍珠取了個暫時的名字：Valetudo，她是羅馬神話中的健康與衛生女神，朱庇特的重孫女。
這顆衛星的發現意義重大。它代表著，木星的外圍很可能曾經有過更多更大的順行衛星群，只不過後來它們都被撞碎而消失了，只剩了這唯一的一顆滄海遺珠，在無聲地訴說著它們曾經存在過。
遙遠的外太陽系裡，還有許多天體尚未被發現，大到神秘的傳說中10個地球質量的第九大行星，小到直徑不足一公裡的衛星和彗星，它們還會給人類帶來怎樣的驚喜和震撼呢？
至於多了12顆新衛星的木星本尊，此刻情緒應該非常平靜——「它們本來就都是我的星嘛！」 圖片來源：小柒編輯的手繪
題圖來源：小柒編輯手繪
[1]https://carnegiescience.edu/node/2367
[2]https://dtm.carnegiescience.edu/people/scott-s-sheppard
[3]http://www.astronomy.com/news/2017/06/jupiters-new-moons
本文作者haibaraemily，首發於我是科學家iScientist，每天 7 點 30分準時帶來科學家的科普，歡迎關注。