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天文新知

天文學家用新理論重新描述了伽利略衛星的形成

木星四大衛星照
近年來,天文學家從系外行星獲得了許多知識,讓人們見識到許多不同的行星形成模式。而加州理工學院的Konstantin Batygin領導的研究小組便利用相關理論建立衛星形成的電腦模擬,以目前的結果看來,這套模式相當精確地解釋了木星的伽利略衛星形成。

為了揭示衛星形成的奧秘,Konstantin Batygin與蔚藍海岸天文台的Alessandro Morbidelli一同合作。他們的新理論認為年輕的木星周圍環繞著一個氣體盤,這個氣體盤發揮了「塵埃捕集器」的作用,尤其是那些微小的冰粒(約10毫米大小)。隨著時間的流逝,氣體盤中的冰塵數量不斷增加,粒子越來越多的碰撞和合併,最後形成了無數的「微衛星」(約100公里大小)。然後這些微衛星繼續聚集在一起,直到最終長成成熟的衛星。

當第一顆成長中的衛星環繞氣體盤時,來自盤中剩餘氣體的阻力增加,使得衛星穩定地朝向木星遷移。最終,新生的衛星到達了氣體盤的內緣,並停止遷徙與成長。木星的四個伽利略衛星便是如此重複相同的過程,從內到外依序誕生。根據Batygin的說法,木衛一、二僅在大約6,000年內形成,木衛三則花了大約30,000年。然而當木衛四開始合併時,太陽已經蒸發了在木星氣體盤中的大量氣體,儘管木衛四在短短50,000年間就達到了現在質量的一半,但還是花了將近900萬年才成長至今日的大小。

雖然以前就有科學家提出了該理論的部分要素,但Batygin強調他們的理論包括對「塵埃捕集器」工作原理的新理解,並聲稱解決了目前所有對於伽利略衛星形成的難題。該理論還解釋了木衛一、二、三如何發展出驚人的軌道共振,也就是木衛三每公轉一圈,木衛二則轉了兩圈,木衛一則轉了四圈,且每172小時就會回到初始位置。

科學家對於這項理論都相當感興趣,希望未來能測試能否套用在土星之類的巨行星上頭。或許未來針對這些衛星的太空任務,可以給我們更多印證理論的資訊。(編譯/王彥翔)
 
資料來源:Astronomy

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