【寰宇天文】冥王星衛星的混亂軌道

■利用哈伯望遠鏡的觀測結果,科學家發現在冥王星的四個外側衛星中,至少有兩個衛星的軌道是屬於不規律運動的。

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NASA/Johns Hopkins Univ. App. Physics Lab./Southwest Research Inst
撰文|陳勁豪

冥王星在太陽系中是個非常特別的存在。它在1930年首次被發現,因此讓太陽系有九大行星。冥王星主要由岩石與冰所組成,距離太陽約30到49個天文單位(一個天文單位是地球到太陽的距離)。像其他主要行星一樣,它的軌道也是橢圓形的,但是冥王星卻會週期性的繞進海王星的軌道內側,是唯一會與其他主要行星軌道交錯的行星。

而從大小來看,冥王星的大小遠小於太陽系的另外八個主要行星,甚至比月球的質量跟體積都小(約是月球質量的六分之一,月球體積的三分之一)。這些奇怪的特性讓某些天文學家懷疑冥王星是否可以被歸類於太陽系的行星。因此在2006年的第26屆國際天文聯合會中決議,把冥王星降級為矮行星,太陽系從此變成八大行星。

被降級成矮行星的冥王星對科學家依舊有相當大的吸引力。由於冥王星距離地球相當遙遠,科學家對冥王星的認識一直很有限。直到1978年,科學家才首次發現冥王星的第一顆衛星Charon。Charon的震撼了科學界,因為Charon的質量相當大(冥王星質量的11.6%),使得Charon跟冥王星兩者的質心落於冥王星外面,幾乎變成了一個雙星系統。之後又分別於2005年發現了Nix跟Hydra兩顆衛星,2011發現了Kerberos,2012發現了Styx。因此冥王星至今已經有五顆衛星。

美國的兩位天文學家Showalter與Hamilton利用哈伯太空望遠鏡仔細的對冥王星及其五個衛星進行觀測。他們發現Nix, Hydra, Kerberos, Stys這四個衛星對冥王星跟Charon所組成的雙星系統以接近圓形,而且接近同平面的軌道運行。但是Nix跟Hydra的運動方式卻是相當不穩定。

一般而言,太陽系中環繞行星的衛星都會因為潮汐鎖定效應的關係,使得衛星繞行星轉的時候,始終是同一面面向行星。就像月球始終是以同一面面向地球一樣。但是在冥王星中,Nix跟Hydra卻不是如此,也就是說如果有人住在冥王星上觀測這兩顆衛星,他們會發現這兩顆衛星每天都是以不同的角度面對冥王星。而Kerberos與Stys因為比較暗,所以比較難被觀測,但是科學家相信,如果有更多的觀測資料,這兩顆衛星應該也會有類似的混亂運動方式。

他們認為,讓這四顆衛星有著這種奇怪運動方式的原因可能是因為冥王星跟Charon這個雙星系統。由於這個雙星系統運動的速度太快,使得這個系統的重力一直在改變,因此改變了這些衛星的運動方式。

NASA的冥王星偵測器New Horizons即將於今年七月抵達冥王星,到時可以就近觀察這些遙遠的星體,進一步解開冥王星的謎團。

原始論文:
Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons
M. R. Showalter    & D. P. Hamilton
Nature 522, 45–49 (04 June 2015)

參考資料:
1. Hubble Space Telescope 2015/06/03: Hubble observes chaotic dance of Pluto’s moons.
2. Nature 2015/06/03: Pluto’s moons move in synchrony.

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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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