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天文新知

不用牧羊犬衛星幫忙,矮行星和小行星自己就可以搞定光環

太陽系中除了木星、土星、天王星和海王星等大型天體之外,有著奇怪形狀的10199號小行星「女凱龍星(10199 Chariklo)」和矮行星之一的妊神星(Haumea)這兩個太陽系小天體也擁有光環。根據最新研究指出:這兩顆天體由於其不規則形狀之故,所以不需要動用牧羊犬衛星(shepherd moon),僅需藉由自身重力和快速自轉就可以製造並維持光環不致崩散。康乃爾大學天文物理與行星科學中心(Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science)Maryame El Moutamid等人的相關論文發表在自然天文(Nature Astronomy)期刊中。(編註:Chariklo是神話故事中半人馬族的凱龍的妻子,或可按音譯為凱芮珂龍。)

藝術家想像帶著光環的女凱龍星。圖片版權:ESO/L. Calçada/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)藝術家想像的帶著光環的妊神星。圖片版權:Kevin Gill from Los Angeles, CA, United States
藝術家想像的女凱龍星(上)和妊神星(下)。圖片取自維基百科。

女凱龍星是小型的岩質小行星,軌道位置介在土星和天王星之間,直徑約250~300公里,繞太陽一圈長達63年。根據NASA的紀錄,它是所謂的半人馬族小行星(Centaurs)中最大的。而妊神星發現於2004年12月,是矮行星之一,位在海王星軌道以外的古柏帶(Kuiper Belt)中,所以也被歸類為所謂海王星外天體(trans-Neptunian object,TNO),繞太陽一圈約需285年,整體外型呈現扁球狀,平均直徑約公里1400 ~1600公里左右。女凱龍星和妊神星的光環都是近兩年才發現的,天文學家們自這些發現之後,認為太陽系天體擁有光環很可能比先前認知的還要普遍。

現行理論認為:基本上是繞行星公轉的牧羊犬衛星的重力扭矩(gravitational torque)維持了行星環的形狀,令光環不會因擴散而消失。然而,El Moutamid等人的最新研究卻顯示:妊神星和女凱龍星表面不規則的地形,例如山脈等,可能扮演類似「月亮」這樣的重力作用角色,所以才能把光環攏在一起。除重力外,這些天體也可以藉由快速自轉製造特定的共振來維持光環不致擴散消失。

El Moutamid表示:對女凱龍星而言,維持光環的主要的作用力來自地形起伏不平,妊神星則是扁平外型出了大力。這些不規則地形導致的不規則重力場,讓光環可以恰好處在這些天體的洛希極限(Roche limit)邊緣,所以才不會散開。所謂的洛希極限是小天體能最靠近某個大天體,卻不被大天體潮汐力扯碎的軌道位置。
 
資料來源:Cornell University

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