太阳系里有很多奇怪的卫星。热月和冷月. 有一个带液体的月亮和许多. 一颗行星有一个核桃月亮,还有一土豆月亮。
但迄今为止发现的近 300 颗卫星中,没有一个是一轮有环的月亮。
这实际上很奇怪。
太阳系八大行星中,有一半的行星赤道周围都有尘埃和冰环。火星被认为是曾经有过戒指一些矮行星有环(尽管有时天文学家无法弄清楚)。 甚至有些小行星有环。
当时我正在研究太阳系外的环状卫星的概念,被称为克罗诺蒙斯? 这个问题开始困扰智利阿道夫伊巴涅斯大学的天体物理学家马里奥苏塞基亚和他的同事。
“如果我们太阳系中的巨行星有环,如果半人马小行星(太阳系外的木星“如果卫星的轨道上有光环,并且海王星外天体也有光环,那为什么太阳系的卫星没有光环呢?”苏塞基亚向 ScienceAlert 解释道。
“考虑到其他地方环的普遍性,这种缺失似乎是违反直觉的,所以我们想探索是否存在潜在的动力学原因阻止环的形成或卫星周围的长期稳定性。”
我们还没有在太阳系外发现卫星,但 Sucerquia 和他的同事在 2021 年提出假设,如果有一个足够大的环系统,它可能会遮蔽足够的星光,以使自己被人发现。
但后来他们意识到,我们从来没有真正见过有光环的卫星?这为他们提供了可能性不能存在。
好吧,当你是一名天文学家,带着一个问题和可用的模拟工具时,你只有一件事要做:制作宇宙系统的小模型,并研究当你让它们旋转运动时会发生什么。
现在,太阳系中不同卫星周围有大量的原材料可以形成环。有些卫星上布满了陨石坑;撞击过程中喷出的尘埃可能会形成环。其他卫星喷出的是蒸汽或气体。所以这没问题。
预计引力影响月亮及其主行星,甚至可能是其他卫星的能量可能过于强大,以至于行星环无法稳定下来,研究人员设计并运行了测试N 体模拟。
“例如,土星的卫星土卫二具有显著的地质活动,它从南极地区的间歇泉中喷出水蒸气、冰粒和气体。它不是围绕土星形成一个环,而是月亮,这些物质由于与邻近卫星的强烈相互作用被转移到行星轨道,从而为土星的 E 环提供营养,”Sucerquia 解释道。
“换句话说,虽然卫星会产生部分形成环的原材料,但周围的环境会确保质量更大的行星保留这些原材料,从而阻止卫星周围形成环。”
到目前为止,NASA 统计293 颗卫星围绕行星运行在我们的太阳系中,大多数围绕着木星和土星。还有一些围绕矮行星甚至小行星运行的卫星。
Sucerquia 和他的团队设计了模拟系统,以模拟太阳系天体周围的卫星,从拥有一颗卫星的地球到木星和土星的大型卫星,历经一百万年的演变。他们想研究这些天体的稳定性、它们的引力环境、可能的环系统以及它们如何随时间变化。
但研究结果完全出乎研究人员的意料。
“我最初预计这些环会完全不稳定,这可以直接回答这个问题。然而,与我们的预期相反,我们发现这些结构在很多情况下相当稳定,”苏塞基亚说。
“事实上,我们之前在一篇论文中已经证明,孤立的卫星可以拥有稳定的环,但我们没有预料到,在恶劣的引力环境中,由于许多其他卫星和行星干扰了它们的环,卫星仍能保持稳定。当我们意识到这些恶劣的环境非但没有摧毁环,反而通过形成间隙和波浪等结构赋予它们极大的美丽,类似于土星环中观察到的结构时,我们更加惊讶。”
太阳系卫星上的一些特征表明过去存在环。模拟结果支持以下观点:发现围绕土星卫星土卫五运行的碎片可能是曾经完整的环系统的最后残余。土星的卫星土卫八有一个赤道脊,可能是坠落到月亮就像土星环正慢慢地向这颗气态巨星倾泻。
这些发现表明,我们在太阳系中看不到月环的原因是我们没有在正确的时间出现在正确的地点。研究人员表示,太阳辐射压力、磁场、内部加热和磁层等离子体都导致了曾经存在的任何月环的消失。
“我认为我们在这方面可能有些不走运,因为我们开始观察宇宙时,这些结构已经不复存在。在进行这项研究后,我确信这些环很可能在过去存在过,”苏塞基亚说。
这有点令人沮丧。但很有道理。研究表明我们之所以能看到土星环,是因为我们在正确的时间出现在了正确的地点。我们只看到我们因同样的原因看到的日食;月球正在远离地球,最终将无法完全遮挡太阳。
研究人员认为,进一步模拟更多参数,如辐射压力和磁场,可以帮助我们更详细地了解卫星环的缺失。苏塞基亚建议,我们还应该更仔细地研究卫星,寻找过去存在环的证据,比如土卫八的山脊。
与此同时,他和他的同事正在扩大搜索范围,寻找可能围绕外星世界(或围绕外星恒星)运行的环状卫星。
“我禁不住想知道,如果其他星球的卫星上有光环,那里的居民可能会产生什么样的神话和故事,”他告诉 ScienceAlert。“如果我们的月球上有光环,我们自己的故事和文化会有什么不同?可能性是无穷无尽的。”
该研究已被接受天文学与天体物理学并可在论文集。