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行星的卫士们
来源:生活百科全书 专题:

提到太阳家族,人们自然会想到这个家族的中心天体——光芒万丈的太阳,还有大名鼎鼎的九大行星.对于绕行星运动的卫星,往往被人们忽视,似乎它们都是无足轻重的“小字辈”.其实,这些千姿百态的无名之辈也是太阳家族中的一个“阶层”.它们身上有鲜明的饱经沧桑的太阳系演化烙印,任何关于太阳系的研究,不充分考虑它们的特征是不行的。

如果把大行星比作太阳的儿女,那么卫星就是太阳的孙子辈.太阳家族可谓“三代同堂”.在太阳家族中,我们对“第三代”成员相识最早的就是地球的卫星——一月球.月球是和人类关系最密切的卫星,也是人类到达过的唯一的卫星.除月球外,人类最早发现的卫星是1610 年1月,意大利著名天文学家伽利略通过天文望远镜发现的木星的4 颗卫星.从此,揭开了人类认识卫星的新篇章。

从1610 年到19 世纪末的290 年间,先后发现的卫星有火星两颗,木星5 颗,土星9 颗,天王星4 颗,海王星1 颗,共21 颗卫星.这21 颗卫星都是通过天文望远镜日视观测发现的,天文望远镜大大地武装了人类的眼睛。

1901-1974 年,在这74 年间,又发现木星的8 颗卫星,土星的2 颗卫星,天王星和海王星各1 颗卫星,共12 颗卫星.这12 颗卫星都是通过天文远镜用照相方法发现的.照相方法完全代替了人的眼睛.这样,太阳家族的卫星总数达到34 颗。

1975-1989 年,在这15 年间,先后又发现木星的3 颗卫星,土星的12颗卫星,天王星的10 颗,海王星的6 颗和冥王星的1 颗,共32 颗卫星.近15 年发现的卫星数几乎等于过去三个半世纪所发现的总和,使太阳系的卫星总数增到66 颗.这里还要记住: 与以前发现的卫星相比,这些新发现的卫星体积都很小,非常暗,在地球上用一般天文望远镜是看不见它们的,就更谈不上发现了.当然,在新发现的32 颗卫星中,只有冥王星的卫星是1978 年在地球上用天文望远镜照相观测发现的.其他31 颗全是空间探测器飞临行星附近,做专门近距考察时发现的.宇航技术完全改变了天文观测的环境,使天文学的研究手段从观测进入考察.从上述三段历史时期看,新卫星的发现日新月异,这表明技术科学的发展对人类认识太空产生的巨大威力.如果说太阳家族是一个大家庭,每个大行星又是一个独立的小家庭,每个小家庭有多少“小字辈”呢? 目前,已知九大行星所属66 颗卫星的分布是: 水星: 0,金星: 0,地球: 1,火星: 2,木星: 16,土星: 23,天王星: 15,海王星: 8,冥王星: 1。

我国天文学家戴文赛先生在研究太阳系的起源和演化时,根据九大行星的特征,将九大行星分成三大类型.即类似地球的行星,叫类地行星,有水星、金星、地球和火星;体积很大的行星,叫巨行星,有木星和土星;离太阳远的行星,叫远日行星,有天王星、海王星和冥王星.如果以这样三类来分,卫星的分布是;类地行星共3 颗卫星,巨行星共39 颗卫星,远日行星共24 颗卫星.行星和卫星的分布是研究太阳系的起源和演化的重要方面。

最为奇特的是不仅大行星有卫星,就连小行星也发现有卫星.大文学家们既感到惊奇,又感到喜悦.1978 年6月7日,发现第532 号小行星(名为大力神)有卫星.1978 年12月11日,又发现第18 号小行星(名为梅菠蔓)也有卫星.后来还发现几颗小行星也可能带有卫星.现在有人又在考虑,有没有绕大卫星运动的小天体呢? 如果将来真的发现卫星的“卫星”,那么太阳家庭就是“四世同堂”了。

66 颗卫星的大小和形态千差万别,迥然不同.体积最大的前十名是: 木卫三直径5150 公里,土卫六直径4828 公里,木卫四直径4800 公里,木卫一直径3630 公里,月球直径3476 公里,木卫二直径3140 公里,海卫一直径2720 公里,天卫四直径1630 公里,天卫三直径1610 公里,土卫五直径1530公里.这前十名中,木星的卫星4 颗,土星和天王星的卫星各2 颗,海王星和地球的卫星各1 颗.只有木星的强大引力才能“管住”这么多大卫星.现在已知木卫二、木卫三和土卫六上都有大气层。

直径在200 公里以上的卫星有23 颗,直径大于1000 公里的卫星有16颗,直径在3000 公里以上的卫星6 颗.比水星大的卫星有木卫三,比冥王星大的有7 颗卫星。

在卫星世界里,已知冥王星卫星的直径为1200 公里,与冥王星直径2400公里之比约为1∶2.这是卫星和自己的行星体积比值最大的.为什么它们的比值如此之大呢? 有人认为,冥王星可能不是在太阳系内形成的天体,而是被太阳引力俘获的原来是太阳系外的一个小天体.这个小天体后来可能受到一次撞击,一分为二,便是现在的冥王星和冥卫一.也有人认为,冥王星和冥卫一原来不是“正统”的行星和卫星关系,而是两颗游荡着的大彗核,只是后来在太阳的引力下才形成目前的轨道.当然,这些都有待进一步研究。

从形状上看,体积大的卫星基本上都呈球形,体积小的卫星有的呈球形,有的是椭球形,有的是不规则的形状.在不规则形状的卫星中,我们了解最多的是火卫一和火卫二.它们的形状很像两块马铃薯.卫星的大小和形状展示出它们自身的不同经历,记录了它们复杂的生涯.至于它们的历史究竟是怎么回事,现在还说不清楚。

现代太阳系演化理论认为,九大行星和大多数卫星的轨道,都遵循一些基本规律.它们是: 同向性,即都是沿反时针方向运动;共面性,即卫星轨道基本上都在自己行星的赤道面内;近圆性,绝大多数卫星轨道都近似正圆轨道,甚至比行星轨道还圆.同时,绝大多数卫星的自转周期等于公转周期,即像月球一样,总以同一个半面向着自己的行星。

然而,“别出心裁”的不规则的“小字辈”也大有“星”在.比如,木卫六、木卫七、木卫八、木卫九、木卫十、木卫十一、木卫十二、木卫十三、土卫九、海卫二和海卫二等,它们的轨道都不在自己行星的赤道面内,而有20°以上的交角.特别是木卫八、木卫九、木卫十一、木卫十二和土卫九,它们与众不同,在轨道上沿顺时针方向运动,在天文学上称这样的运动为逆行。

更奇特的是土卫三、土卫十三和土卫十四,这三颗卫星共“居住”在同一个轨道上.土卫十三在土卫三前面60°,土卫十四则在土卫三后面60°.三个“小字辈”运行得还很协调,令人刮目相看! 土卫七更有自己的“绝活”,它的自转似乎有点杂乱无章,在轨道上公转也摇摇晃晃,活像一个醉汉.它为什么是这个样子呢? 有人认为,可能它遭到过一次撞击,偏离了原轨道,正在逐渐恢复之中.土卫十和土卫十一的轨道十分靠近,离土星都在15.1万- 15.2 万公里之间.公转周期都是16 小时40 分左右.所不同的是土卫十的轨道与土星赤道之间的倾角是0.3°,土卫十一则是0.1°.有人认为,这两颗卫星原来可能就是一颗卫星,后来在某次还不知其原因的撞击事件中分成两半。

海卫二的运动也有特色.它的轨道非常扁,离海王星最近时有140 万公里,最远时竟达970 万公里,相差近7 倍,实在少见。

最有趣的卫星和行星之间的运动关系要算冥王星和冥卫一.冥卫一的自转周期和公转周期及冥王星的自转周期,都是6.3867 个地球日.这意味着冥卫一总以同一面向着冥王星,而冥王星也总以同一面向着冥卫一.也就是说,从冥王星上看冥卫一时,它在天空中的位置是固定的,在冥卫一上看冥王星时也是这样.真是太空奇观!

太阳家庭中的这些五花八门的卫星,为我们深入地认识太阳系内的天体规律提供了丰富多彩的信息,同时也提出了众多的疑难问题。

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