太陽系的衛星 海衛一｜太陽系最大的逆行衛星！

大家好,我是斯文 這期視頻我們來說海王星最大的天然衛星 海衛一特里通 海衛一是第一個被發現的海王星衛星 就在海王星被發現的17年後 也就是1846年的10月10號 是英國的天文學家威廉·拉塞爾發現的 以當時的觀測技術 最開始也只有海衛一可以被觀測到 後來到了20世紀中期之後 隨着地面望遠鏡的改進和太空探測器的發展 我們纔在海王星的周圍 海王星現在已知的天然衛星一共有16顆 海衛一是海王星16顆衛星裏最大的一顆 它的直徑大約是2710公里 是太陽系中第七大的衛星 如果按照相對於其主星來說 它是僅次於月球的第二大衛星 不過雖然它比月亮小 但它離海王星更近 比月球到地球近 所以在海王星上看的話 它跟月球的大小其實是差不多的 它的質量佔海王星軌道內物質總量的99.5% 它的體積比所有已知的矮星星都要大 它也是海王星唯一一顆能靠自身引力維持球形的衛星 而且很特別的是 它竟然是逆着海王星的自轉方向在運行 是整個太陽系中唯一一顆逆行運行的大型衛星 這裏必須要加上大型衛星的條件 因爲木星和土星外層 有些不規則的小衛星也有逆行的情況 但是這些衛星跟它們主星之間的距離都要遠超海衛一 體積也比海衛一小得多 比方說土衛九飛比 它是土星最大的一個不規則衛星 它的軌道也是逆行的 不過它的體積還不到海衛一的十分之一 所以有科學家猜測 海衛一原本可能是科伊伯代的一顆矮星星 後來被海王星的引力強行捕獲之後 就變成了它的一個衛星 海衛一繞海王星的公轉軌道 幾乎是一個完美的圓形 離心率接近於零 軌道軸起也大約是5.8個地球日 並且它跟海王星也處於潮汐鎖定的狀態 它始終都是同一個面面向海王星 海衛一的自轉軸傾角大約是40度 我們知道地球因爲自轉軸傾斜了23.5度 所以有了四季 所以海衛一也是有季節交替的 但是它的季節跟地球完全不一樣 不是春夏秋冬的那種 更像是極晝和極夜的輪流交替 它的南北極會輪流朝向太陽 導致它的兩極地區會經歷幾十年的極晝和極夜的超常季節 它的軌道平面跟海王星的赤道平面有一個非常大的夾角 大約是157度 可能有人會問 爲什麼我不說是23度 而是157度呢 是因爲對於海衛一這種逆行運行的衛星 我們就用大於90度的傾角來表示 如果是正常運行的衛星 那我們就用小於90度的傾角來表示 另外因爲潮汐作用的關係 海衛一正在不斷的被拉向海王星 我們剛纔說 它現在到海王星的距離就已經比地月距離還要近了 預計再過36億年 海衛一就會越過海王星的洛希極限 洛希極限就是安全距離 就是一旦太靠近 天鐵就會被潮汐力撕碎 到那個時候 要麼它會直接墜入海王星的大氣層 要麼它會被撕成無數個碎片 最後變成像土星環一樣的一圈光環 我們對海衛一地表的全部瞭解都來自1989年 旅行者二號的唯一一次飛躍 當時旅行者二號從距離海衛一表面大約4萬公里的位置飛過 拍到了大約40%的表面區域 但就是這40%已經帶給我們很多驚喜了 海衛一的表面整體非常平坦 地表起伏沒有超過一公里的地方 但是還是有一些山脊峽谷 高原 冰原 還有少量的隕石坑 從隕石坑的數量和分佈來推算的話 海衛一的地表非常年輕 地表的形成時間大約是從5000萬年到600萬年不等 也就是說恐龍滅絕的時候 海衛一現在的表面還沒有完全形成 那相比之下 月球和火星就要老很多了 這說明海衛一很活躍 它的表面成分跟冥王星類似 大約55%是氮餅 水冰佔了15%到35% 還有10%到20%是二氧化碳餅 而且它的表面也含有脫磷這種物質 我們之前在冥王星那些視頻中說過 冥王星的表面有一些非常明顯的紅褐色區域 這些區域的地表顏色之所以這麼深 就是因爲表面覆蓋着一層脫磷 是一種焦油狀的物質 海衛一的西半球有一塊由裂縫和凹陷構成的區域 因爲這塊地貌很像哈密瓜的表皮 所以它被叫做哈密瓜地形 這塊區域主要是由污濁的水冰構成的 就是我們說的有雜質的水冰 這個地形目前只在海衛一上有 整個太陽系都沒有找到第二個 這塊區域有一些直徑30到40公里的大坑 這些坑並不像隕石坑 因爲它們的大小都差不多 邊緣也非常的平滑和圓潤 一般隕石坑的大小差異都很大 邊緣大多數都是碎裂狀的 但是這些坑更像是內部鼓出來的泡 這個形成過程就類似冥王星的斯普特尼克平原 地下下面一些低密度的塊狀物質 穿透高密度的冰層之後 就像氣泡一樣鼓起來了一個一個的大包 也有人認爲這些坑可能是地下凹陷造成的 或者是冰火山噴發之後形成的 但不管是哪種解釋 都說明這塊哈密瓜地形是有地質活動的 是可以自我翻新的 那也正是因爲海衛一持續不斷地質活動 會翻新地表 所以海衛一上的隕石坑相對來說非常少 根據旅行者2號的觀測結果來看 目前在海衛一上只發現了179個沒有爭議的隕石坑 而相比之下 天維五的表面積只有海衛一表面積的3% 但是它上面卻發現了835個隕石坑 是海衛一的4倍多 海衛一的隕石坑幾乎都集中在它繞軌道運行時面向前方的那一面 而且多數都在池道附近 因爲它在繞海王形運行的時候 面向前方的那邊會更容易撞到海王形軌道上的碎片 所以科學家推測它背面的隕石坑應該會很少 目前海衛一上已知的最大的隕石坑叫馬宗八隕石坑 它的直徑大約27公里 不過更大的坑也有 但多數被認爲是火山坑 也就是說是它自己噴出來的 不是被隕石撞出來的 我們在海衛一上發現的最大的火山地貌叫利維壇火山口 這座冰火山的直徑大約100公里 位於池道附近 這個火山口周圍是一片巨大的冰原 面積至少有49萬平方公里 跟西班牙差不多大 在它的西北方向還有兩個熔岩湖 不過這兩個湖並不是像地球上那種很熱的岩漿 因爲它的噴發物成分主要是水冰 還有少量的氨 所以這兩個熔岩湖裏是水冰和氨構成的熔融狀物質 所以只要這些物質還保持液態 那就可以把它們看成是真正意義上的液態水壺 而且是存在於地表之上的 那海衛一也是目前唯一一個有冰火山熔岩湖的冰質天體 像天衛一 木衛三 卡戎和土衛六上也有類似的低溫岩漿流出的地貌 但是都沒有熔岩湖這種結構 海衛一的表面溫度非常低 比冥王星還要冷 平均溫度零下235攝氏度 按理說這種地方根本不可能有液態水 但海衛一上的水並不是純水 而是水和氨的混合物 氨能把水的冰點降到零下150度以下 所以只要噴發溫度稍微高一點 就能短暫的形成液態水壺 這也讓海衛一也成了除地球以外 唯一一個能在表面形成液態水壺的天體 而且1989年 旅行者二號還在海衛一的表面觀測到了雨流現象 噴出的物質主要是氮氣和水蒸氣 還夾雜着塵埃 所以海衛一也是太陽系中 極少被直接觀測到有主動噴發現象的天體 那關於海衛一雨流的噴發機制 目前還有很多爭議 有一種假說認爲 這些噴泉是因爲陽光可以穿透氮冰層 照射到底下 底下較暗的區域吸熱之後 氮就會開始昇華成氣體 導致壓力迅速上升 壓力積累到一定程度之後 就會衝破冰層形成雨流 這個假說並不是憑空猜想的 是因爲旅行者2號當時飛越海衛一的時候 正是海衛一的夏季 三福天 所以它的冰層會長時間的受到陽光照射 火星南極大耳化碳噴泉 據推測也是同樣的道理 冬天結冰 春天太陽一照 冰下升溫 壓力積累到一定程度之後 就會噴出來了 那還有另外一種假說認爲 這些噴泉可能並不是陽光加熱造成的 而是冰火山的噴發 因爲海衛一雨流的噴發速率非常高 大約每秒能噴出400公斤的物質 這個排放量用陽光升溫加升華的說法是解釋不通的 它的這個噴發量跟土威爾的雨流很像 土威爾的雨流每秒大約能噴出200公斤的物質 而土威爾的雨流已經被確認了 就是冰火山噴發形成的 這說明海衛一也可能是這樣 而且根據旅行者二號的觀測發現 海衛一上這些雨流的噴發時間可能會持續一年 海衛一有一層密度極低的大氣層 大氣壓不到地球的十萬分之一 主要成分是氮氣 在靠近地表的大氣中 還還有非常少的一氧化碳和甲烷 和冰王雄類似 海衛一的大氣是因爲表面氮冰的昇華形成的 不過海衛一的大氣雖然稀薄 但也是有天氣系統的 在這張圖片裏 大家仔細看是可以看到 在離地面大約1到3公里的高度是有云層的 它大氣的最底層是大約8公里後的對流層 對流層裏颳起的風還會把它噴出的雨流吹歪 而且對流層裏的甲烷在陽光照射下會分解 就變成了地表上的脫離 但是跟地球大氣層不一樣的是 海衛一沒有平流層 從對流層往上一直到950公里的高度 直接就是熱層了 再往上是外溢層 這裏的大氣因爲吸收了太陽輻射 還有海王星磁場的粒子撞擊 所以溫度比地表高了大約60度 其實在十多年以前 NASA提出了好幾個重返海王星的探測計劃 而且在這些計劃裏 都把海衛一當成了探測的核心目標 因爲我們知道 至少在過去的幾千萬年裏 海衛一一直都是有頻繁的地質活動的 在它的冰殼下很有可能存在着液態海洋 所以這也是科學家幾十年來 一直計劃重返海衛一的原因 甚至這些方案裏提出 要爲海衛一設計一個專屬的登陸器 就類似曾經登陸過土味六的惠更4號着陸器一樣 而且這裏面還有一個特別有創意的着陸器 叫海衛一跳躍者號 它會從海衛一的表面採集彈柄作爲推進劑 然後像青蛙一樣一跳一跳的移動 是一種可以蹦着走的着陸器 能進行長距離的跳躍式探索 但是比較可惜的是 這些設想全都停在了直面階段 沒有真正立項執行 因爲NASA把錢優先投入到了木星和土星的探測上 比如木尾二歐羅巴和土味六泰坦 因爲海衛一雖然很有探測價值 但是它太遠了 要花的錢也更多 而且還不一定有生命的跡象 像卡西尼號去土味六用了七年 但是想去海王星最短飛行也要13到16年 還是一次性略過 這個性價比就太低了 但是就在2021年 NASA又提出了一個計劃 叫海王星奧多賽 這個計劃的目標不是一次性飛過海王星 而是要進入海王星的逆行軌道 探測海王星的同時 還要研究海衛一 甚至可能攜帶一個小型的着陸器 用來研究海衛一的地表 這個項目計劃是在2033年發射 2049年到達海王星 但如果是考慮利用木星引力助推的話 那發射時間就可以提前到2031年 也就是說如果順利的話 我們這代人也許真的能在整整60年後 再次看到人類重返海王星和海衛一 人類探索宇宙的腳步很慢 但是從未停止