冥王星是如何用十個小時俘獲它的最大衛星卡隆

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插圖顯示了冥王星和它最大的衛星卡隆（圖片來源：NASA/RobertLea（由Canva創建））

新的研究表明，數十億年前冥王星或許用一個非常簡單的冰吻就俘獲到它最大的衛星，卡隆。這個理論也許可以解釋矮行星是如何能夠（是的，我們也希望冥王星仍然是一顆行星）誘捕一個大約有它一半大的衛星。

研究團隊認為兩個寒冷的世界坐落于柯伊伯帶，一圈冰體位于太陽系邊緣遠離太陽的位置，相撞與數十億年前。兩個星體互相連結像是一個旋轉的“宇宙雪人”。這些星體相對快速但是保持聯結到創造出我們如今所看到的冥王星/卡隆星系。

這個“吻與俘獲”過程代表了一個關于衛星俘獲和宇宙碰撞的新理論。這能夠幫助科學家們更好地調查柯伊伯帶寒冷冰凍世界的結構強度。

“我們發現如果假設冥王星和卡隆衛星是具有材料強度的物體，冥王星確實能夠從一次劇烈的碰撞中俘獲卡隆衛星。”團隊領導者和亞利桑那大學月球和行星研究員阿迪恩·丹頓在空間網上告知。“這場碰撞俘獲過程被稱為 '輕吻俘獲'是因為冥王星和卡隆衛星短暫地融合，吻的要素是在兩個獨立的星球分離之前。”

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大多數行星碰撞情景都被歸類為“打了就跑”或者“相擦并融合”，意味著這個“吻與俘獲”設想是全新的。

“我們真的被“吻”的輕吻與俘獲部分所驚訝到。”登頓繼續道。“這還沒有確切地在再次分離前兩個星球僅僅短暫的融合前產生一種實際影響！”

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冥王星與卡隆衛星的關系對科學家來說一直是個難題的原因是兩個冰體之間在體型大小之間相對較小的差異。

“相對于冥王星，卡隆是龐大的，以至于它們實際上是雙星系統。”登頓解釋道。“他只有冥王星體積的一半，質量也只有它的12%，這讓它比太陽系中任意衛星都更像地球的衛星。”

舉個比較，我們的衛星只有地球的四分之一大，然而在太陽系中最大的衛星，木衛三，它的大小大約是它母星木星的二十八分之一。

亞利桑那大學的研究人員同時也是美國國家航空航天局博士后研究員補充道以一種正常方式去獲得這么大的衛星是很難的。（像火星的衛星火衛一和火衛二與巨型星木星和土星的衛星是“正常”由引力捕獲的）

這意味著形成冥王星和卡隆衛星系統的優勢理論是基于碰撞俘獲猜想，類似于一個巨大的天體撞擊地球，釋放出地球捕獲的物質，從而誕生了月球。

“一些巨大的物質撞擊了冥王星，隨后就得到了卡隆衛星，但是像地月系統，我們并不完全知道它是如何運行以及這種情況發生的條件，”登頓說道。“這是一個非常大的疑問因為一群其他大柯伊伯帶天體同樣也有大型衛星，所以這看起來像是一些事情頻繁地在柯伊伯帶發生，但是我們不知道是如何發生也不知道為什么發生。”

一張截圖顯示了冥王星/卡戎系統在其“雪人”階段的鏈接。(圖片來源： Robert Melikyan和Adeene Denton）

在一次標準的“碰撞捕獲”過程中，一場劇烈的碰撞發生了，兩個星體以一種液體狀的方式伸展扭曲。這個過程很好地解釋了地月系統的誕生因為在撞擊中產生的高溫和星體較大的體積促使它們以一種流動的方式行動。

當提及冥王星和卡隆衛星的一次碰撞捕捉過程，這有一個額外的因素去考慮到：那就是溫度更低的冰和巖體它們的結構強度。這是當研究者們在過去思考卡隆的碰撞誕生時所被忽視的。

為將這個因素投入模擬實驗，團隊向亞利桑那大學的高性能計算集群尋求幫助。當登頓和同事們對他們模擬中這些物質的強度進行解釋時，一個完全出乎意料的結果出現了。

“因為兩個星體都有物質強度，卡隆衛星并沒有深入穿透冥王星與冥王星融合在一起；當星體是液體狀時，情況就不是這樣了，”登頓解釋道。“同樣的沖擊情況，我們假設冥王星和卡隆衛星力量較小，融合進一個更大的星體，卡隆就是被融合的。然而，由于它們力量因素，在冥王星和卡隆衛星簡單的融合中仍然保持結構完好。”

新視野號望遠鏡看到的冥王星衛星卡戎（圖片來源：NASA/JPL-Caltech)

因為在卡隆衛星不能融合進冥王星這個設想下，這仍然超出所謂兩個星體的“共轉半徑”。所以，它不能像冥王星那樣高速旋轉，這意味著兩個星體無法保持合并狀態。當它們分離，這場冰吻也結束了，研究團隊認為冥王星會把卡隆衛星扭成一團，衛星會從高圓軌道向外遷移。

“這個吻的親吻與俘獲，融合非常簡潔，從地質學角度來說，在兩個星體再次分離之前持續了10到15小時。”登頓說到。“然后，卡隆衛星開始緩慢向外遷移，到達目前的位置。”

研究團隊認為初始碰撞在太陽系歷史中發生的非常早，可能在太陽系形成后的數千萬年，數十億年前。

“典型的大型碰撞都是直接合并，星體結合的地方，或者兩個星體保持獨立，”登頓說道。“所以這對我們來說很新奇，也提出了很多有趣的地質學問題我們樂意去嘗試，因為親吻與俘獲是否有效取決于冥王星的熱狀態，然后我們可以將其與冥王星的現代地質學聯系起來進行測試。”

“我真的想弄清楚怎樣影響最初的冥王星—卡隆碰撞并且冥王星和卡隆衛星如何形成大洋的。”

登頓解釋道團隊在這個基礎上有兩條途徑來發展。

“第一條是觀察這是如何適應于另一個大柯伊伯帶天體和大衛星，像厄里斯和迪斯諾米亞，奧庫斯和凡斯，以及其他的天體和衛星，”登頓解釋道。“我們的初步分析表明吻和俘獲同樣可以是這些其他星系的來源，但是因為它們在成分和質量上各有差異，了解“親吻捕獲”是如何在柯伊伯帶運行的至關重要。”團隊打算采取第二條途徑包括觀察卡隆衛星長期的潮汐演化去證實他們的形成理論。

“這無疑是一個形成冥王星和卡隆衛星的一個過程，我們需要確認的是卡隆衛星遷移到它現在的位置是在距離冥王星大約8倍寬的地方，”登頓說道。“然而，這是一個發生的時間尺度比最初的碰撞要長得多的過程，所以我們的模型不適合追蹤它。”

“我們計劃有一個更近的觀察在未來去查明哪種情況不僅將冥王星和卡隆衛星作為天體復制而且將卡隆衛星放到了它如今正確的點位。”

BY:Robert Lea

FY：咪咪貓

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