徐蒙

伽利略衛(wèi)星：推翻地心說的有力證據(jù)

木星有多少顆衛(wèi)星？這個問題，不同時代的人有不同的答案。但對400多年前的人們來說，答案一定是0。

什么叫衛(wèi)星呢？衛(wèi)星是繞著某個行星運轉(zhuǎn)的天體，所以，17世紀以前，對于大多數(shù)信奉“地心說”的人來說，一個很自然的推理就是：除了地球，其他天體都沒有衛(wèi)星，因為所有天體都是繞著地球轉(zhuǎn)的！彼時，雖然哥白尼的日心說已經(jīng)提出，但還沒有得到廣泛認可。

1609年，可以說是天文學史上里程碑式的一年，有兩件大事推進了“日心說”的發(fā)展：一是開普勒證明了行星是圍繞太陽運轉(zhuǎn)的;另一件大事就是，伽利略用他改造的望遠鏡開始觀察月球和其他天體的細節(jié)，他發(fā)現(xiàn)了木星最大的4顆衛(wèi)星。如果所有的天體都是圍繞地球運轉(zhuǎn)的，那這4顆圍繞木星運轉(zhuǎn)的天體又是怎么回事呢？于是，這個出人意料的觀測事實成了推翻地心說的最直接證據(jù)，而木星這4顆衛(wèi)星也因此被稱為“伽利略衛(wèi)星”。

當然，此后行星各自擁有自己的衛(wèi)星這件事就不再讓人驚訝了。隨著望遠鏡越來越先進，天文學家也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了木星和土星的新衛(wèi)星，并為它們命名。因為木星的英文Jupiter是羅馬神話中的眾神之王，因此木星的衛(wèi)星就以眾神之王的戀人或者后代的名字來命名，不過在翻譯成中文時，我們通常按照這些衛(wèi)星被發(fā)現(xiàn)的順序直接稱其為木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三……

內(nèi)衛(wèi)星：大顯身手的空間探測器

在4顆伽利略衛(wèi)星與木星的軌道之間，目前還知道有4顆個頭兒比較小的衛(wèi)星，名為“內(nèi)衛(wèi)星”。這4顆內(nèi)衛(wèi)星中，除了最大的那顆木衛(wèi)五是美國天文學家愛德華·巴納德于1982年通過望遠鏡發(fā)現(xiàn)的之外，其他3顆都是1979年由旅行者1號、2號探測器發(fā)現(xiàn)的。不同于望遠鏡只能看到一個小亮點，探測器甚至可以直接拍到衛(wèi)星表面的細節(jié)。再后來，伽利略號探測器探訪木星系統(tǒng)的時候，又近距離給這幾顆內(nèi)衛(wèi)星拍了更清晰的“身份照”。

不規(guī)則衛(wèi)星：“拐”來的孩子數(shù)不清

不管是內(nèi)衛(wèi)星還是伽利略衛(wèi)星，它們都是木星的規(guī)則衛(wèi)星。這是什么意思呢？就是說這些衛(wèi)星基本可以認為是木星“親生”的。按照我們目前的認知，如果一個衛(wèi)星和行星差不多是同時期形成的，那么這個衛(wèi)星的軌道應該非常“周正”，即軌道形狀近似圓形，軌道面基本在行星的赤道面上，而且衛(wèi)星運行的方向和行星的自轉(zhuǎn)方向相同。

然而，當天文學家發(fā)現(xiàn)越來越多的木星衛(wèi)星時，他們也同時發(fā)現(xiàn)并不是所有的衛(wèi)星軌道都這么“周正”，只有距離木星很近的8顆衛(wèi)星是這樣的，而那些距離較遠的衛(wèi)星，都是在“亂飛”。1904年到1905年，美國天文學家佩林發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)六和木衛(wèi)七，它們雖然還是順行的，但是軌道面偏離了木星的赤道面，而且軌道形狀趨近橢圓形。1908年，英國天文學家梅洛特發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)八;1938年和1951年，美國天文學家尼克爾森發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十一和木衛(wèi)十二;這3顆衛(wèi)星的軌道就更奇怪了：它們不僅軌道形狀為橢圓形、軌道面遠遠偏離了木星的赤道面，而且它們還是逆行的！科學家們推斷，這樣的“不規(guī)則衛(wèi)星”，應該不是和木星同時期形成的，而是木星系統(tǒng)成形后，一些小天體飛過木星附近時，受木星巨大的引力吸引而被捕獲的。

后來，天文學家又發(fā)現(xiàn)，在這些不規(guī)則衛(wèi)星里，有些衛(wèi)星是會“抱團”的。每一個“小團體”中的衛(wèi)星都有相似的軌道，而不同團體的衛(wèi)星軌道就有很大區(qū)別。這說明，原本有幾顆巨大的衛(wèi)星在軌道上運轉(zhuǎn)著，后來它們被撞碎了，撞擊之后幸存下來的碎片就成了小衛(wèi)星。由于這些小衛(wèi)星來自同一個“母體”，所以它們的軌道是相似的。于是，按照軌道的相似性，天文學家又把木星的不規(guī)則衛(wèi)星分成了四個族，按照每種里面最大的那顆衛(wèi)星的名字命名為：?，斃麃喿澹℉imalia，順行）、帕西淮族（Pasiphae，逆行）、阿南刻族（Anake，逆行）、卡梅族（Carme，逆行）。不過，還是偶爾有幾顆不抱團的衛(wèi)星，獨享一條軌道。為了區(qū)分這幾種類型的不規(guī)則衛(wèi)星，天文學家在命名時也花了一點兒小心思：順行的以a結(jié)尾，逆行的以e結(jié)尾，與眾不同的以o結(jié)尾。

作為“外來戶”，太大、太重的小天體都很難被捕獲，所以大部分不規(guī)則衛(wèi)星的個頭兒都比較小。這就意味著，天文學家很難用望遠鏡或探測器發(fā)現(xiàn)這些不規(guī)則衛(wèi)星。到了2000年，人類一共發(fā)現(xiàn)了18顆木星衛(wèi)星，都是直徑比較大的衛(wèi)星。

那么，人們還能不能找到更小的衛(wèi)星呢？就在這時，火眼金睛的“星探”——斯科特·謝潑德出場了。這位天文學家2004年拿到夏威夷大學天文學博士學位后，基本上只專注于一件事——搜尋外太陽系新天體。在2000年至2011年間，謝潑德帶領的團隊一共發(fā)現(xiàn)了40多顆超級小的木星衛(wèi)星，是同時期其他所有團隊加起來的4倍多！這些小衛(wèi)星直徑基本都在1000米至4000米之間，謝潑德團隊絕對能稱得上“慧眼識星”了！

除了木星衛(wèi)星，他們還發(fā)現(xiàn)過一些土星、天王星、海王星的衛(wèi)星和其他多得數(shù)不過來的外太陽系天體?？偠灾@位天文學家就是個“追星專業(yè)戶”。說起來，這次能夠發(fā)現(xiàn)12顆新衛(wèi)星，其實純屬偶然——因為謝潑德團隊原本想找的只是傳說中的太陽系第九大行星。

新發(fā)現(xiàn)的不規(guī)則衛(wèi)星：失之東隅，收之桑榆

時光回到2014年前后，那時外太陽系大搜尋中最火的是什么？可能當數(shù)搜尋外海王星天體（簡稱海外天體）了。2003年，加州理工大學的麥克·布朗團隊發(fā)現(xiàn)了直徑約1000千米的矮行星塞德娜，它的軌道即使是近日點到太陽的距離也遠遠大于冥王星到太陽的距離，當時人們就以為塞德娜是一個另類。

然而到了2012年，天文學家發(fā)現(xiàn)了直徑在500千米左右，軌道也一樣奇特的2012 VP113。他們還進一步發(fā)現(xiàn)，塞德娜和2012 VP113的軌道在近日點附近有聚攏趨勢。這一發(fā)現(xiàn)意味著這兩個天體可能受到了某種“拉力”的影響。到了2016年，巴蒂金和布朗團隊一口氣分析了6個海外天體的軌道——塞德娜、2004 VN112、2007 TG422、2010 GB174、2012 VP113、2013 RFS98。他們發(fā)現(xiàn)這6個海外天體也并非全然“亂飛”，還是在近日點附近有聚攏趨勢。于是他們放膽推測，這可能是一個未知的遙遠的巨行星的引力在影響著這些天體的軌道——這個未知行星就被稱作Planet X或者Planet Nine。巴蒂金和布朗團隊通過估算認為Planet X質(zhì)量約是地球質(zhì)量的10倍，平均距離約為海王星到太陽的20倍，軌道周期在1萬年至2萬年之間。

超級鏈接

麥克·布朗不僅發(fā)現(xiàn)了塞德娜，他們的團隊還于2005年發(fā)現(xiàn)了鬩神星，這兩個發(fā)現(xiàn)使2006年的國際天文聯(lián)合會（IAU）重新定義了“行星”，導致冥王星被開除出九大行星之列。2010年，“冥王星殺手”麥克·布朗根據(jù)這段經(jīng)歷出版了一本暢銷書——《我是如何殺死冥王星的》。

特立獨行的衛(wèi)星Valetudo：滄海遺珠

這次新發(fā)現(xiàn)的木星衛(wèi)星都非常袖珍，直徑幾乎都是一兩千米大小，其中2顆在距離木星比較近的軌道上，環(huán)繞木星一圈需要將近一年時間，它們的軌道完全符合順行軌道的?，斃麃喿逍l(wèi)星的特征，因此應當是與?，斃麃喿逍l(wèi)星來自同一顆天體的碎片。有9顆衛(wèi)星在距離木星比較遠的軌道上，差不多每兩年可以環(huán)繞木星一圈，它們的軌道完全符合逆行軌道的帕西淮族、阿南刻族和卡梅族衛(wèi)星的特征，因此應該也分別來自這三個族類原本的3顆大天體的碎片。

然而，除了這11顆“平淡無奇”的衛(wèi)星之外，還有1顆新衛(wèi)星非常與眾不同。這顆衛(wèi)星很小，直徑不到1000米。更奇怪的是，它的軌道時不時會和一大批逆行衛(wèi)星的軌道相交，然而它自己卻是順行的！這個危險程度就相當于一輛汽車每過一段時間就要開上高速公路反方向疾馳一段……可以想見，這樣一顆衛(wèi)星應該會“命不久矣”，早晚有一天，它會被某一顆迎面而來的衛(wèi)星撞得粉身碎骨。

然而，發(fā)現(xiàn)這樣一顆隨時可能在軌道上喪命的衛(wèi)星意義重大。它意味著，木星的外圍很可能曾經(jīng)有過更多更大的順行衛(wèi)星群，只不過后來它們都被撞碎，從而消失，只剩了這一顆在無聲地訴說著它們的過往。

這些新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星都還沒有得到正式的命名，還需由發(fā)現(xiàn)者提名，然后由國際天文聯(lián)合會IAU最終確認和批準。不過，謝潑德團隊已經(jīng)早早地為這顆“遺珠”取了名字：Valetudo。這個名字源于羅馬神話 中的健康與衛(wèi)生女神，朱庇特的重孫女。

在遙遠的外太陽系中，還有許多天體尚未被發(fā)現(xiàn)，大到神秘的第九大行星，小到直徑不足1000米的衛(wèi)星和彗星，它們還會帶給人類怎樣的驚喜和震撼呢？敬請期待吧！