木星：一覺醒來，又多了12顆衛(wèi)星？

如果太陽系要評“衛(wèi)星最多吉尼斯記錄”的話，那么木星勢必奪此殊榮。這位常年坐擁太陽系最多行星的大佬，近日又被“爆料”新發(fā)現(xiàn)了12顆衛(wèi)星，至此，木星衛(wèi)星數(shù)目一口氣飆升至79顆!

說是“飆升”，可一點都不夸張。要知道，400年前的地球人(伽利略)只觀測到4顆木星衛(wèi)星，直至十八年前(也就是2000年)，也才發(fā)現(xiàn)了18顆……

而最近十來年，木星衛(wèi)星一下子多出了61顆!而且，這里面有50多顆(包括這次的的12顆在內(nèi))，全部由同一個研究小組——卡內(nèi)基科學研究所的Scott Sheppard小組發(fā)現(xiàn)的。厲害吧!稍稍八一八木星衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)史，就會明白這個小組有多“開掛”了。

推翻地心說的木衛(wèi)“四兄弟”

時間倒轉(zhuǎn)回400多年前，衛(wèi)星之事還不為人知。

那時的人們大多信奉“地心說”，認為所有天體都是繞著地球轉(zhuǎn)的，其他天體有衛(wèi)星這種事兒是根本不存在的!彼時雖然哥白尼的“日心說”已經(jīng)提出，但還遠遠沒有得到廣泛的認可。

1609年，可以說是人類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：

一件是開普勒在《新天文學》一書中正式發(fā)表了關(guān)于行星運動的前兩條定律，證明行星都是在繞著太陽運轉(zhuǎn)。不過，這些復(fù)雜的公式和軌道對于那時候普通人來說，簡直如同天書;而另一件大事就不一樣了——這一年，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)，在1609-1610年期間，他發(fā)現(xiàn)了木星最大的四顆衛(wèi)星(直徑約3000-5000公里)。

如果所有的天體都是圍繞地球轉(zhuǎn)的，那這四顆圍繞木星運轉(zhuǎn)的天體又算啥?

于是，這個石破天驚的觀測事實成為了打臉地心說的最佳證據(jù)。這四顆木星最大的衛(wèi)星也因此被稱為“伽利略衛(wèi)星”。

　　(左)伽利略在1610年出版的《星際信使》一書中繪制的四顆伽利略衛(wèi)星;(右)四顆伽利略衛(wèi)星的樣子(位置并不是它們實際的軌道位置)。來源：維基

當然，至此之后的各種衛(wèi)星就不再讓人驚訝了，隨著望遠鏡的不斷升級，天文學家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了木星和土星的新衛(wèi)星并加以命名(因為木星的英文Jupiter是羅馬神話中眾神之王朱庇特，也就是希臘神話中的宙斯，因此木星衛(wèi)星的英文名就自然地以宙斯/朱庇特的戀人或者后代的名字來命名了，不過在翻譯成中文的時候，我們通常按照這些衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)順序來直接稱之為“木衛(wèi)n”)。

內(nèi)衛(wèi)星：空間探測器來幫忙

在四顆伽利略衛(wèi)星到木星的軌道之間，目前還知道有四顆個頭比較小的衛(wèi)星(直徑約在20-200公里)，叫做“內(nèi)衛(wèi)星”。這四顆內(nèi)衛(wèi)星里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，其他三顆都是1979年旅行者1號和2號探測器相繼飛過木星系統(tǒng)的時候發(fā)現(xiàn)的。不同于望遠鏡只能看到的一個小亮點，探測器甚至可以直接就拍到衛(wèi)星表面的細節(jié)。

　　探測外太陽系四顆行星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的旅行者1號和2號探測器，它們在1979年相繼飛掠木星系統(tǒng)。來源：NASA

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)星拍了更清楚的“身份照”。

伽利略號拍攝的四顆木星內(nèi)衛(wèi)星。來源：NASA

不規(guī)則衛(wèi)星：拐來的孩子數(shù)不清

但不管是伽利略衛(wèi)星還是內(nèi)衛(wèi)星，它們都是木星的規(guī)則衛(wèi)星，什么是“規(guī)則衛(wèi)星”呢?我們可以把它們理解成是和木星“有親緣關(guān)系”的衛(wèi)星。

如果一個衛(wèi)星是和行星差不多時候形成的，那么這個衛(wèi)星的軌道應(yīng)該非常“周正”：

按照我們目前的認知，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(這叫“順行軌道”，相反的話，當然就是“逆行軌道”咯)。

規(guī)則衛(wèi)星的軌道特征。制圖：haibaraemily

然而，當天文學家們發(fā)現(xiàn)越來越多的木星衛(wèi)星的時候，也同時發(fā)現(xiàn)，并不是所有的衛(wèi)星軌道都這么“周正”的。只有距離木星很近的8顆比較周正，而那些離得遠的，都沒這么規(guī)律。

1904和1905年，美國天文學家珀賴因發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)六(Himalia)和木衛(wèi)七(Elara)，它們雖然還是順行的，但是軌道面遠遠偏離了木星的赤道面，軌道形狀也比較橢圓。

1908年，英國天文學家梅洛特發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)八(Pasiphae);1938和1951年，美國天文學家尼克爾森發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十一(Carme)和木衛(wèi)十二 (Ananke)，這三顆衛(wèi)星的軌道就更奇怪了，他們不僅軌道形狀橢圓、遠遠偏離了木星的赤道面，而且它們還是逆行的!

一些小天體飛過木星附近時又因為木星巨大的引力而被“拐（捕）來（獲）”的。

這樣的“不規(guī)則衛(wèi)星”，多半就不是木星的“血親”了，而是木星系統(tǒng)成型之后，

不規(guī)則衛(wèi)星的軌道特征。制圖：haibaraemily

再然后，天文學家們又發(fā)現(xiàn)，這些不規(guī)則衛(wèi)星里，有些是會“抱團”的。每一小簇衛(wèi)星有相似的軌道，然后不同簇之間軌道又很不一樣。這說明，這里原本有幾顆大得多的衛(wèi)星，后來被撞碎了，而這些小衛(wèi)星就是撞擊之后幸存下來的碎片。它們雖然“身體”分開了，但軌道還是彼此相似的。

于是，按照軌道的相似性，天文學家們又把木星的不規(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?Himalia，順行)、帕西淮族(Pasiphae，逆行)、阿南刻族(Anake，逆行)、卡梅族(Carme，逆行)衛(wèi)星。

不過，偶爾還是有幾顆不抱團，獨享一個軌道的衛(wèi)星。

為了區(qū)分這幾種類型的不規(guī)則衛(wèi)星，天文學家們在取名的時候也動了一點小心思：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。

木星衛(wèi)星的位置和分類示意圖。制圖：haibaraemily

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)星都個頭非常小。這就意味著，天文學家們很難用望遠鏡或探測器發(fā)現(xiàn)這些不規(guī)則衛(wèi)星。截至2000年，直徑10公里以上的大衛(wèi)星基本已經(jīng)全部被掃蕩了。

慧眼識星：職業(yè)“捕星”人登場

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”——Scott Sheppard出場了。這位大咖2004年從夏威夷大學天文學博士畢業(yè)之后，基本上只專注于一件事兒——搜尋外太陽系新天體(當“星探”)。

在2000-2011年間，Sheppard帶領(lǐng)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四倍多……這些小衛(wèi)星直徑基本都在1-4公里之間，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)過一眾土星、天王星、海王星的衛(wèi)星和其他外太陽系天體(多到數(shù)不過來)全。簡而言之，這哥們就是個“追星專業(yè)戶”。

說起來，這次發(fā)現(xiàn)的一打新衛(wèi)星，其實也純屬偶然——因為Sheppard團隊原本想找的是傳說中的太陽系第九大行星Planet X。

在2016-2017年期間，當他們在Planet X可能出現(xiàn)的區(qū)域里搜尋的時候，意外發(fā)現(xiàn)木星剛好也在他們的搜尋范圍附近，于是他們順便搜尋了一下木星的新衛(wèi)星，然后，一下子發(fā)現(xiàn)了12個……

不過，發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星到底是不是新的、又是不是真的在繞著木星轉(zhuǎn)，這些都需要反復(fù)核查軌道之后才能確認——這項工作花了一年多時間。

而且，其實這12個新衛(wèi)星中，其中2顆在2017年已經(jīng)完全得到了確認[3]，所以嚴格來說，這次新發(fā)現(xiàn)的只有10顆。

位于智利的托洛洛山美洲際天文臺和4米口徑的布蘭柯望遠鏡，這次發(fā)現(xiàn)的新衛(wèi)星大多數(shù)都是由這臺望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。來源：維基

特立獨行的衛(wèi)星Valetudo

這次新發(fā)現(xiàn)的12顆木星新衛(wèi)星也都非常袖珍，幾乎全部只有1-2公里大小。

其中2顆位于距離木星比較近的軌道上，差不多將近一年可以環(huán)繞木星轉(zhuǎn)一圈，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(yīng)當也是來自同一顆天體的碎片。

另外9顆位于距離木星比較遠的軌道上，差不多每兩年可以環(huán)繞木星轉(zhuǎn)一圈，它們的軌道完全符合逆行軌道的三撥衛(wèi)星帕西淮族、阿南刻族和卡梅族衛(wèi)星的特征，因此應(yīng)該也分別來自原本的三顆大天體的碎片。

本次新發(fā)現(xiàn)的11顆“平平無奇”的木星衛(wèi)星。制圖：haibaraemily

然而，除了這11顆“平平無奇”的衛(wèi)星之外，還有1顆新衛(wèi)星非常與眾不同。

這顆衛(wèi)星非常小，直徑不到1公里，可能是目前的木星衛(wèi)星中最小的一顆。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!這個危險程度相當于每過一段時間就要開上疾馳的高速公路然后還反方向發(fā)足狂奔……可以想見，這樣一顆衛(wèi)星應(yīng)該是已“活不多時”，早晚有一天，它會被某一顆迎面而來的衛(wèi)星完全撞碎，化為齏粉。

　　本次新發(fā)現(xiàn)的12顆木星不規(guī)則衛(wèi)星分布，注意新發(fā)現(xiàn)的Valetudo是以字母o結(jié)尾的，用于表明它是木星的不規(guī)則衛(wèi)星中軌道特立獨行的一類。來源：DTM[1]

2018年5月，智利6.5米口徑的麥哲倫望遠鏡再次確認觀測到衛(wèi)星Valetudo，兩張圖對比可以看出，在完全一樣的背景中，亮點Valetudo向左移動了一點點。來源：DTM[1]

這些新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星都還沒有得到正式的命名， 不過，Sheppard團隊已經(jīng)早早地為這顆寶貝珍珠取了個暫時的名字：Valetudo，她是羅馬神話中的健康與衛(wèi)生女神，朱庇特的重孫女。

這顆衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)意義重大。它代表著，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而消失了，只剩了這唯一的一顆滄海遺珠，在無聲地訴說著它們曾經(jīng)存在過。

遙遠的外太陽系里，還有許多天體尚未被發(fā)現(xiàn)，大到神秘的傳說中10個地球質(zhì)量的第九大行星，小到直徑不足一公里的衛(wèi)星和彗星，它們還會給人類帶來怎樣的驚喜和震撼呢?

關(guān)鍵詞： 木星 衛(wèi)星