冥王星是如何用十個(gè)小時(shí)俘獲它的最大衛(wèi)星卡隆
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插圖顯示了冥王星和它最大的衛(wèi)星卡?。▓D片來(lái)源：NASA/RobertLea（由Canva創(chuàng)建））
新的研究表明，數(shù)十億年前冥王星或許用一個(gè)非常簡(jiǎn)單的冰吻就俘獲到它最大的衛(wèi)星，卡隆。這個(gè)理論也許可以解釋矮行星是如何能夠（是的，我們也希望冥王星仍然是一顆行星）誘捕一個(gè)大約有它一半大的衛(wèi)星。
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為兩個(gè)寒冷的世界坐落于柯伊伯帶，一圈冰體位于太陽(yáng)系邊緣遠(yuǎn)離太陽(yáng)的位置，相撞與數(shù)十億年前。兩個(gè)星體互相連結(jié)像是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的“宇宙雪人”。這些星體相對(duì)快速但是保持聯(lián)結(jié)到創(chuàng)造出我們?nèi)缃袼吹降内ね跣?卡隆星系。
這個(gè)“吻與俘獲”過(guò)程代表了一個(gè)關(guān)于衛(wèi)星俘獲和宇宙碰撞的新理論。這能夠幫助科學(xué)家們更好地調(diào)查柯伊伯帶寒冷冰凍世界的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
“我們發(fā)現(xiàn)如果假設(shè)冥王星和卡隆衛(wèi)星是具有材料強(qiáng)度的物體，冥王星確實(shí)能夠從一次劇烈的碰撞中俘獲卡隆衛(wèi)星?！眻F(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)者和亞利桑那大學(xué)月球和行星研究員阿迪恩·丹頓在空間網(wǎng)上告知?！斑@場(chǎng)碰撞俘獲過(guò)程被稱為 '輕吻俘獲'是因?yàn)橼ね跣呛涂⌒l(wèi)星短暫地融合，吻的要素是在兩個(gè)獨(dú)立的星球分離之前。”
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大多數(shù)行星碰撞情景都被歸類為“打了就跑”或者“相擦并融合”，意味著這個(gè)“吻與俘獲”設(shè)想是全新的。
“我們真的被“吻”的輕吻與俘獲部分所驚訝到。”登頓繼續(xù)道?！斑@還沒(méi)有確切地在再次分離前兩個(gè)星球僅僅短暫的融合前產(chǎn)生一種實(shí)際影響！”
冥王星用10個(gè)小時(shí)的吻贏得卡隆衛(wèi)星
冥王星與卡隆衛(wèi)星的關(guān)系對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)一直是個(gè)難題的原因是兩個(gè)冰體之間在體型大小之間相對(duì)較小的差異。
“相對(duì)于冥王星，卡隆是龐大的，以至于它們實(shí)際上是雙星系統(tǒng)?！钡穷D解釋道?！八挥汹ね跣求w積的一半，質(zhì)量也只有它的12%，這讓它比太陽(yáng)系中任意衛(wèi)星都更像地球的衛(wèi)星?！?/p>
舉個(gè)比較，我們的衛(wèi)星只有地球的四分之一大，然而在太陽(yáng)系中最大的衛(wèi)星，木衛(wèi)三，它的大小大約是它母星木星的二十八分之一。
亞利桑那大學(xué)的研究人員同時(shí)也是美國(guó)國(guó)家航空航天局博士后研究員補(bǔ)充道以一種正常方式去獲得這么大的衛(wèi)星是很難的。（像火星的衛(wèi)星火衛(wèi)一和火衛(wèi)二與巨型星木星和土星的衛(wèi)星是“正?！庇梢Σ东@的）
這意味著形成冥王星和卡隆衛(wèi)星系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)理論是基于碰撞俘獲猜想，類似于一個(gè)巨大的天體撞擊地球，釋放出地球捕獲的物質(zhì)，從而誕生了月球。
“一些巨大的物質(zhì)撞擊了冥王星，隨后就得到了卡隆衛(wèi)星，但是像地月系統(tǒng)，我們并不完全知道它是如何運(yùn)行以及這種情況發(fā)生的條件，”登頓說(shuō)道?！斑@是一個(gè)非常大的疑問(wèn)因?yàn)橐蝗浩渌罂乱敛畮祗w同樣也有大型衛(wèi)星，所以這看起來(lái)像是一些事情頻繁地在柯伊伯帶發(fā)生，但是我們不知道是如何發(fā)生也不知道為什么發(fā)生。”
一張截圖顯示了冥王星/卡戎系統(tǒng)在其“雪人”階段的鏈接。(圖片來(lái)源： Robert Melikyan和Adeene Denton）
在一次標(biāo)準(zhǔn)的“碰撞捕獲”過(guò)程中，一場(chǎng)劇烈的碰撞發(fā)生了，兩個(gè)星體以一種液體狀的方式伸展扭曲。這個(gè)過(guò)程很好地解釋了地月系統(tǒng)的誕生因?yàn)樵谧矒糁挟a(chǎn)生的高溫和星體較大的體積促使它們以一種流動(dòng)的方式行動(dòng)。
當(dāng)提及冥王星和卡隆衛(wèi)星的一次碰撞捕捉過(guò)程，這有一個(gè)額外的因素去考慮到：那就是溫度更低的冰和巖體它們的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這是當(dāng)研究者們?cè)谶^(guò)去思考卡隆的碰撞誕生時(shí)所被忽視的。
為將這個(gè)因素投入模擬實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)向亞利桑那大學(xué)的高性能計(jì)算集群尋求幫助。當(dāng)?shù)穷D和同事們對(duì)他們模擬中這些物質(zhì)的強(qiáng)度進(jìn)行解釋時(shí)，一個(gè)完全出乎意料的結(jié)果出現(xiàn)了。
“因?yàn)閮蓚€(gè)星體都有物質(zhì)強(qiáng)度，卡隆衛(wèi)星并沒(méi)有深入穿透冥王星與冥王星融合在一起；當(dāng)星體是液體狀時(shí)，情況就不是這樣了，”登頓解釋道?！巴瑯拥臎_擊情況，我們假設(shè)冥王星和卡隆衛(wèi)星力量較小，融合進(jìn)一個(gè)更大的星體，卡隆就是被融合的。然而，由于它們力量因素，在冥王星和卡隆衛(wèi)星簡(jiǎn)單的融合中仍然保持結(jié)構(gòu)完好?！?/p>
新視野號(hào)望遠(yuǎn)鏡看到的冥王星衛(wèi)星卡戎（圖片來(lái)源：NASA/JPL-Caltech)
因?yàn)樵诳⌒l(wèi)星不能融合進(jìn)冥王星這個(gè)設(shè)想下，這仍然超出所謂兩個(gè)星體的“共轉(zhuǎn)半徑”。所以，它不能像冥王星那樣高速旋轉(zhuǎn)，這意味著兩個(gè)星體無(wú)法保持合并狀態(tài)。當(dāng)它們分離，這場(chǎng)冰吻也結(jié)束了，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為冥王星會(huì)把卡隆衛(wèi)星扭成一團(tuán)，衛(wèi)星會(huì)從高圓軌道向外遷移。
“這個(gè)吻的親吻與俘獲，融合非常簡(jiǎn)潔，從地質(zhì)學(xué)角度來(lái)說(shuō)，在兩個(gè)星體再次分離之前持續(xù)了10到15小時(shí)?！钡穷D說(shuō)到?！叭缓?，卡隆衛(wèi)星開始緩慢向外遷移，到達(dá)目前的位置?！?/p>
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為初始碰撞在太陽(yáng)系歷史中發(fā)生的非常早，可能在太陽(yáng)系形成后的數(shù)千萬(wàn)年，數(shù)十億年前。
“典型的大型碰撞都是直接合并，星體結(jié)合的地方，或者兩個(gè)星體保持獨(dú)立，”登頓說(shuō)道。“所以這對(duì)我們來(lái)說(shuō)很新奇，也提出了很多有趣的地質(zhì)學(xué)問(wèn)題我們樂(lè)意去嘗試，因?yàn)橛H吻與俘獲是否有效取決于冥王星的熱狀態(tài)，然后我們可以將其與冥王星的現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行測(cè)試?！?/p>
“我真的想弄清楚怎樣影響最初的冥王星—卡隆碰撞并且冥王星和卡隆衛(wèi)星如何形成大洋的?！?/p>
登頓解釋道團(tuán)隊(duì)在這個(gè)基礎(chǔ)上有兩條途徑來(lái)發(fā)展。
“第一條是觀察這是如何適應(yīng)于另一個(gè)大柯伊伯帶天體和大衛(wèi)星，像厄里斯和迪斯諾米亞，奧庫(kù)斯和凡斯，以及其他的天體和衛(wèi)星，”登頓解釋道?！拔覀兊某醪椒治霰砻魑呛头@同樣可以是這些其他星系的來(lái)源，但是因?yàn)樗鼈冊(cè)诔煞趾唾|(zhì)量上各有差異，了解“親吻捕獲”是如何在柯伊伯帶運(yùn)行的至關(guān)重要。”團(tuán)隊(duì)打算采取第二條途徑包括觀察卡隆衛(wèi)星長(zhǎng)期的潮汐演化去證實(shí)他們的形成理論。
“這無(wú)疑是一個(gè)形成冥王星和卡隆衛(wèi)星的一個(gè)過(guò)程，我們需要確認(rèn)的是卡隆衛(wèi)星遷移到它現(xiàn)在的位置是在距離冥王星大約8倍寬的地方，”登頓說(shuō)道?！叭欢?，這是一個(gè)發(fā)生的時(shí)間尺度比最初的碰撞要長(zhǎng)得多的過(guò)程，所以我們的模型不適合追蹤它。”
“我們計(jì)劃有一個(gè)更近的觀察在未來(lái)去查明哪種情況不僅將冥王星和卡隆衛(wèi)星作為天體復(fù)制而且將卡隆衛(wèi)星放到了它如今正確的點(diǎn)位。”
BY:Robert Lea
FY：咪咪貓
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