天文學家用新理論重新描述伽利略衛星的形成過程

作者 | 發布日期 2020 年 05 月 23 日 0:00 | 分類 天文 , 自然科學 follow us in feedly


近年來,天文學家從系外行星獲得許多知識,讓人們見識到許多不同的行星形成模式。而加州理工學院的 Konstantin Batygin 領導的研究小組便利用相關理論建立衛星形成的電腦模擬,以目前的結果看來,這套模式相當精確解釋了木星的伽利略衛星如何形成。

為了揭示衛星形成的奧祕,Konstantin Batygin 與蔚藍海岸天文台的 Alessandro Morbidelli 一同合作。他們的新理論認為年輕的木星周圍環繞著一圈氣體盤,發揮了「塵埃捕集器」作用,尤其是微小的冰粒(約 10 公釐大小)。隨著時間流逝,氣體盤的冰塵數量不斷增加,粒子越來越多碰撞和合併,最後形成無數「微衛星」(約 100 公里大小)。然後這些微衛星繼續聚集,直到最終長成成熟的衛星。

當第一顆成長中的衛星環繞氣體盤時,盤中剩餘氣體的阻力增加,使衛星穩定朝向木星遷移。最終,新生衛星到達氣體盤內緣,並停止遷徙與成長。木星 4 個伽利略衛星便是如此重複相同過程,從內到外依序誕生。據 Batygin 的說法,木衛一、二僅在約 6 千年內形成,木衛三則花了約 3 萬年。然而當木衛四開始合併,太陽已蒸發掉木星氣體盤的大量氣體,儘管木衛四在短短 5 萬年內就達到現在質量的一半,但還是花了將近 900 萬年才長至今日大小。

雖然以前就有科學家提出此理論的部分要素,但 Batygin 強調他們的理論包括「塵埃捕集器」工作原理的新理解,並聲稱解決了目前所有伽利略衛星形成的難題。理論還解釋了木衛一、二、三如何發展出驚人的軌道共振,也就是木衛三每公轉 1 圈,木衛二就轉 2 圈,木衛一則轉 4 圈,且每 172 小時就會回到初始位置。

科學家對這項理論都相當感興趣,希望未來能測試能否套用至土星等巨行星。或許未來針對這些衛星的太空任務,可以給我們更多印證理論的資訊。

(本文由 台北天文館 授權轉載;首圖來源:NASA