最近幾個(gè)月，“卡西尼”號(hào)探測(cè)器圍繞土星旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星拍攝了許多精美的照片。從傳送回來的圖片來看，土星與它的衛(wèi)星就仿佛是熱氣球周圍飄浮著許多顆粒。跟土星相比，土衛(wèi)二、土衛(wèi)十七、土衛(wèi)一、土衛(wèi)十四、土衛(wèi)四甚至土衛(wèi)六(土星最大的衛(wèi)星)都小得像蚊子一樣。讓我們想象一下，把所有這些衛(wèi)星放到天平的一端，再把土星放到另一端，指針將顯示衛(wèi)星的總質(zhì)量只是土星的萬分之一!同樣，盡管木星這顆氣態(tài)巨行星擁有太陽(yáng)系已知最大的衛(wèi)星——木衛(wèi)三，但它所有的衛(wèi)星加起來仍然微不足道。木衛(wèi)三的直徑為5260千米(月球的直徑為3470千米)，質(zhì)量是1.5×10²⁰噸，如果我們?cè)偎闵夏拘l(wèi)四、木衛(wèi)一、木衛(wèi)二以及其他木星的衛(wèi)星(總數(shù)不少于56個(gè))，衛(wèi)星的總質(zhì)量?jī)H達(dá)到木星質(zhì)量的萬分之一。這樣的情形讓人心存疑惑：為什么木星、土星、天王星和海王星這四個(gè)太陽(yáng)系的氣態(tài)巨行星，不能像地球那樣擁有一顆大大的衛(wèi)星?不管怎么說，木星質(zhì)量是地球的300倍，按照它的個(gè)頭，起碼該擁有一個(gè)奢侈型的大衛(wèi)星!大家別忘了，地球質(zhì)量只是自己衛(wèi)星——月球的81倍。為什么巨行星沒有巨衛(wèi)星在身邊環(huán)繞呢?特別值得一問的是，為何一個(gè)氣態(tài)巨行星所擁有的衛(wèi)星的質(zhì)量總和基本上都是行星本身質(zhì)量的萬分之一?

為了回答這兩個(gè)問題，位于美國(guó)科羅拉多的玻爾得西南研究中心空間研究部主任羅賓·卡納普女士致力于弄清氣態(tài)行星的衛(wèi)星形成。經(jīng)過4年的數(shù)字模擬，這位美國(guó)天體物理學(xué)家與她的同事威廉·華德提出了前所未有的新解釋。他們認(rèn)為，在太陽(yáng)系形成最初期，即45億年前，氣態(tài)行星周圍曾存在過較大的衛(wèi)星；但當(dāng)其質(zhì)量一旦超過某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，衛(wèi)星就會(huì)遭遇滅頂之災(zāi)——被吸進(jìn)行星主人的巨大熔爐，從此消失得無影無蹤……總之，巨行星的衛(wèi)星跟人類有一個(gè)共同的特點(diǎn)：平均壽命跟身材大小有關(guān)，越輕盈就活得越長(zhǎng)。

科學(xué)家們認(rèn)為，在一個(gè)巨行星形成的最后幾百萬年中，它的周圍飄浮著一個(gè)由氣體與塵埃組成的環(huán)。這個(gè)環(huán)圍繞行星旋轉(zhuǎn)，它的物質(zhì)供給來自于一個(gè)比它大得多的環(huán)繞著恒星的環(huán)(即恒星環(huán))。恒星環(huán)內(nèi)包含了太陽(yáng)系的所有行星，巨行星的衛(wèi)星們從中孕育發(fā)展而來。隨著衛(wèi)星積累巖石逐漸長(zhǎng)大，它們的軌道半徑會(huì)逐漸縮小，最終因靠近行星而進(jìn)入危險(xiǎn)境地。這就是為什么大塊頭衛(wèi)星的平均壽命如此之短。

本該統(tǒng)統(tǒng)消失

實(shí)際上，衛(wèi)星朝向其所環(huán)繞行星的“遷移”機(jī)制早已不是秘密。恒星周圍的行星形成也是同樣的原理，它也可以解釋為什么許多系外行星非常接近它們的恒星。問題是，如果我們生搬硬套，那么就理應(yīng)看不到氣態(tài)巨行星周圍的衛(wèi)星，因?yàn)樗鼈儽驹摻y(tǒng)統(tǒng)消失!為了走出研究的死胡同，羅賓·卡納普和威廉·華德在模擬過程中采取了別出心裁的方法。他們假設(shè)來自恒星環(huán)的持續(xù)物質(zhì)補(bǔ)給彌補(bǔ)了衛(wèi)星的常規(guī)損耗，這一補(bǔ)給使小衛(wèi)星們不斷成長(zhǎng)。所以，在行星形成的最后幾百萬年中，一代代的衛(wèi)星誕生又消失。那么究竟有多少呢?

羅賓·卡納普估算道：“根據(jù)我們的模型，當(dāng)行星累積到目前質(zhì)量的90％時(shí)，衛(wèi)星能夠形成3種～5種不同體系。但我們現(xiàn)在尚無法肯定，還需繼續(xù)完善這些模型?！币淮忠淮男l(wèi)星前赴后繼，直到來自恒星環(huán)的物質(zhì)消耗殆盡，一切才停止。這位女天體物理學(xué)家證實(shí)道：“我們今天能看到的衛(wèi)星是最后一代幸存兒?！?/p>

天王星仍在抵抗

從數(shù)量及星體分布來看，他們的結(jié)論與我們?cè)谀拘?、土星及天王星周圍觀測(cè)到的真實(shí)情況非常接近。特別值得一提的是，模型計(jì)算出了十分精準(zhǔn)的質(zhì)量極限。羅賓·卡納普詳細(xì)描述說：“模型的第一個(gè)預(yù)測(cè)是存在一個(gè)最大質(zhì)量，衛(wèi)星質(zhì)量不能超過這一數(shù)值，否則必然會(huì)被行星吞噬。這個(gè)最大質(zhì)量由行星的質(zhì)量所決定，約為行星質(zhì)量的萬分之一到二分之一。就拿木星來說吧，這一質(zhì)量差不多相當(dāng)于木衛(wèi)三與木衛(wèi)四的質(zhì)量之和。模型的第二個(gè)預(yù)測(cè)是每個(gè)衛(wèi)星個(gè)體不能超過一定的質(zhì)量，而且它們的質(zhì)量幾乎保持穩(wěn)定?！边@也就解釋了為什么天體天平的指針總是指向相同的數(shù)值。如今，木星與土星的問題仿佛已被順利解決，但羅賓·卡納普和威廉·華德還要繼續(xù)解釋天王星的情況。天王星衛(wèi)星的質(zhì)量符合科學(xué)家的設(shè)想，但其傾斜的旋轉(zhuǎn)方式帶來了一些新問題。一般情況下，行星的自轉(zhuǎn)軸與黃道面基本垂直，而天王星的自轉(zhuǎn)軸與黃道面卻幾乎平行。假如天王星是在形成過程中逐漸翻轉(zhuǎn)了自轉(zhuǎn)軸，那么羅賓·卡納普與威廉·華德兩人的模型就能與實(shí)際吻合；相反，如果按照最傳統(tǒng)的猜測(cè)，天王星“躺”著轉(zhuǎn)的姿態(tài)是由于其他星體的劇烈撞擊而形成的，那么新模型就未必能給出合理解釋。如果是這樣，我們還必須了解清楚碰撞是否發(fā)生在天王星衛(wèi)星正在形成之時(shí)。兩位科學(xué)家目前正在努力解開這個(gè)謎團(tuán)。

例外情況下模型

那海王星的情況又怎么樣呢?它擁有一顆比其他衛(wèi)星大得多的海衛(wèi)一，而且海衛(wèi)一還擁有唯一的逆行軌道(軌道公轉(zhuǎn)方向與行星的自轉(zhuǎn)方向相反)，而且軌道傾斜。長(zhǎng)期以來，科學(xué)家們猜測(cè)它的形成與其他衛(wèi)星不同，并非孕育于行星的周邊，而可能來自柯伊伯帶。這個(gè)小行星帶越過了海王星的軌道，海衛(wèi)一因過于接近海王星而被這個(gè)氣態(tài)巨行星捕獲。但這一說法至今仍未完全獲得科學(xué)界的認(rèn)可?，F(xiàn)在，有兩名年輕的科學(xué)家找到了一種能夠完美解釋海衛(wèi)一不幸遭遇的機(jī)制，其中之一是羅賓·卡納普的學(xué)生克雷格·阿格諾。這一發(fā)現(xiàn)能否在科學(xué)界獲得一席之地?羅賓·卡納普肯定地說：“可以確信的一點(diǎn)是，海衛(wèi)一與海王星質(zhì)量之間的關(guān)系符合模型的推論。在海衛(wèi)一被捕獲之前，海王星的衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)該與天王星相似。”海衛(wèi)一到來后，便成為海王星周圍最大的衛(wèi)星?！拔蚁爰偃绾Ｐl(wèi)一是個(gè)較小的星體，那么它可能被一顆原生的海王星衛(wèi)星掃地出門。今天已經(jīng)消失的許多小型星體極可能遭遇了這樣的命運(yùn)。我們現(xiàn)在還能夠看到海衛(wèi)一的唯一原因便是它足夠大，在海王星自身的衛(wèi)星體系摧毀它之前，它已破壞了這一體系?！睋Q句話說，海衛(wèi)一的質(zhì)量非常理想，既可以使它躋身衛(wèi)星行列，但又不過于龐大，不至于自投羅網(wǎng)地沖進(jìn)海王星的大熔爐。

如此看來，太陽(yáng)系氣態(tài)巨行星的衛(wèi)星體系并不存在任何偶然，同樣的規(guī)律也能應(yīng)用到太陽(yáng)系以外的行星上。一些癡迷于此的人曾經(jīng)認(rèn)為，近些年來在距離遙遠(yuǎn)的恒星周圍發(fā)現(xiàn)的一些類似木星的行星四周說不定也有大如地球的衛(wèi)星。但根據(jù)羅賓·卡納普和威廉·華德的模型，如今可以肯定這樣的推測(cè)不成立。羅賓·卡納普解釋說：“那些行星可能擁有月亮甚至火星般大小的衛(wèi)星，但不可能比火星更大?！比绻藗兿雽ひ捚渌摹暗厍颉?，一定不能在太陽(yáng)系外的巨行星周圍尋找。