木卫一
太阳系中最大的行星木星拥有四颗巨大的伽利略卫星。木卫一是其中之一。但是,尽管另外三颗相对外层的伽利略卫星——至少表面上来看——都是平静的冰冻星球,但木卫一的表面是黄色、红色和棕色的可怕混合,充斥着各种奇怪且一直在变化的矿物结构。以各种形式涌到木卫一表面的硫磺造就了这些形态各异的矿物结构。另外,木卫一也是太阳系中火山活动最活跃的天体。上世纪七十年代初,先驱者号太空探测器飞掠木卫一期间首次观察到该卫星的奇怪表面,但是一直到1979年旅行者1号抵达的前几周,人们才开始推测木卫一上有活跃的火山活动。
受到外层卫星和木星本身之间的引力拖曳作用,木卫一的轨道很难稳定成一个完美的圆圈。木卫一与木星之间的距离的微小变化(小于0.5%的轨道变化)会产生巨大的潮汐力,从各个方向冲击木卫一的内部。相互磨擦的岩石因为摩擦升温,使得木卫一的核心被熔化,并在地表下形成巨大的岩浆库。
虽然木卫一的大部分岩石和地球上的岩石类似,都是硅酸盐,但木卫一的岩石熔点相对更高一些,因此这些熔化的岩石大多位于地表下数十公里深处的热熔岩海洋中。相比之下,木卫一的大部分表面活动都跟富含硫的岩石有关,这些含硫岩石的熔点就比较低,可以在稍低温度下仍保持熔融状态。
长期以来,在这两种形式的火山活动的共同作用下,木卫一早已失去其原本拥有的任何冰物质,如今只剩下一个干旱且无冰的世界,尽管木卫一的平均地表温度低至零下160摄氏度。
土卫七
土卫七(“许珀里翁”)大概是太阳系里样子最古怪的卫星。土卫七的表面类似于海绵或珊瑚,并带有深邃且黑暗的坑洞,坑洞的边缘是明亮的岩石和冰块构成的锋利山脊。但这还不是土卫七奇怪的唯一之处。土卫七也是发现的首个非球形卫星,还有着明显的偏心轨道。
通常一个天体的自转和轨道相匹配,但土卫七独辟蹊径。它的自转毫无规则,自转轴不可预测地摆动着。虽然土卫七也和外太阳系的所有卫星一样,主要成分为水冰,但它的表面却又异常黑暗。当卡西尼号飞掠土卫七时,卡西尼号测量出土卫七的密度只有水密度的55%,也就是说,土卫七几乎是空心的。
一个解释这些奇怪特征的流行理论是,土卫七是更大卫星的残骸,这颗曾经的卫星在土卫六(“泰坦”)和土卫八之间运行,后来与一颗大彗星相撞,几近毁灭。在稳定轨道上幸存下来的残留物质逐渐重聚,最终形成了我们今天看到的土卫七。
土卫六
土星的最大卫星——土卫六,在太阳系中着实独一无二,只因土卫六是唯一一颗拥有丰富大气层的卫星。当旅行者号探测器发回的照片显示土卫六不过是一个朦胧的橙色星球时,NASA的科学家为此还好一阵失落。随后,配备红外线和雷达仪器的卡西尼号轨道探测器得以透过模糊的大气层,向我们展示了一个拥有河流和湖泊的温和景观,和太阳系里其他的星球都不一样,唯独像极了我们的地球。尽管土卫六比水星还要大,但是土卫六能维持如此浓厚的大气不是靠引力,而是靠该卫星上的极低温度。土卫六距离太阳约14亿公里,表面平均温度为零下179摄氏度。
土卫六上的大气以惰性气体氮气为主(氮气也是地球空气的主要成分),但缺失空气中占比相对较小的甲烷造就了其大气的独特颜色、不透明雾霭和云团。神奇的是,土卫六上的环境恰好适合甲烷在气态、液态和固态之间转换,创造出和塑造地球气候的水循环非常相似的“甲烷循环”。在寒冷环境下,甲烷冻结成冰霜覆盖在土卫六的地表;在温度适宜的环境下,甲烷凝结成液滴降雨落下,同时侵蚀和软化地表景观,最后积聚成湖泊;而在更加温暖的地区,甲烷通过蒸发返回大气层。
土卫六上也有着与地球相似的季节变化,只不过土卫六上的一年相当于我们在地球上的29.5年。冬季极地的温度似乎有利于降雨,因此在土卫六的每一年中,湖泊从一极迁移到另一极。基于所有这些活动,土卫六无疑是我们寻找外星生命的一个有趣目标,尽管大多数生物学家认为在如此恶劣和化学有限的条件下,有机生命很难生存。大多数人也更加同意,土卫六的内层邻居——土卫二,孕育生命的可能性更大。
天卫五
天卫五有着太阳系内最特别的世界。旅行者号拍摄的图像展示了一个仿佛随机东拼西凑起来的地貌。有些部分撞击严重,有些部分几乎没有撞击坑——说明这部分地区相对年轻,没有遭受太多冲击。一个明显的特征是类似赛道的同心椭圆图案,而在其他地方平行的V型形状构成一个雪佛兰车标状的疤痕。
一个解释天卫五混乱地貌的早期理论认为,这是一个弗兰肯斯坦星球,天卫五的前身被撞碎后,碎片在天王星的轨道上重新合并成新的卫星。天文学家们也好奇,天卫五的前身是否有可能被任何星际撞击击碎,以及这一灾难性事件有没有可能和天王星自身的极端倾斜有关。然而,进一步的研究表明,这个理论在解释天卫五的残破如补丁般的地表特征时,说服力不足,且造成这种结果的撞击也不太可能发生。相反,潮汐力更有可能是罪魁祸首。
如今,天卫五绕着一个近乎圆形的轨道运行,但是在过去,天卫五的曾与更大的卫星天卫二(“乌姆柏里厄尔”)有轨道共振关系。轨道共振使两颗卫星时不时地对齐,将天卫五的轨道拉成一个细长的椭圆,受到极端的潮汐力影响。在两颗卫星再次移动以及天卫五活动平息之前,在内部的拉扯和加热作用下,天卫五的表面变得四分五裂后再次重新组合。
土卫一
上世纪八十年代,NASA的旅行者号太空探测器发回土卫一的第一张详细照片时,科学家和公众都对这颗卫星与《星球大战》中的死星的相似之处感到十分惊讶。威廉·赫歇尔在1789年发现土卫一。为纪念这位发现者,人们将占据几乎整个半球的巨大陨石坑命名为赫歇尔撞击坑。赫歇尔撞击坑的大小和形状和乔治·卢卡斯在《星球大战》中设想的摧毁行星的激光炮几乎一模一样。但是,土卫一带给我们的可不止流行文化的相似性。
土卫一是土星的实质性卫星中最内侧的一个,轨道比土卫二更近,但比土卫十八和土卫十五更远一些。土卫一的直径仅396公里,是太阳系中已知最小的达到流体静力平衡的天体。太阳系中一些更大的天体也还没有达到流体静力平衡,并且大多数天文学家相信,土卫一能够做到这一点是因为它的密度比较低——只比水的密度高出15%。
土卫十八和土卫十五
土星的两颗内卫星——土卫十八和土卫十五,是太阳系中最小的卫星。但是,尽管它们尺寸不大,但从我们地球上却可以清楚地看到它们所带来的影响:在土星环系统中制造出明显的“间隙”。
这两颗小小星球或许也是牧羊犬卫星的最著名例子。牧羊犬卫星指的是在巨型行星环状系统内或周围运行的小型卫星。顾名思义,当遇到遥远的外层卫星的影响时,牧羊犬卫星可以把微粒吸入行星环系统内,同时“清理”其他微粒。土星明亮的A环内有一个显著的缝隙,叫做恩克环缝,造成这个缝隙的始作俑者就是土卫十八。而土卫十五在A环的外侧运行。
这两颗卫星的最有趣之处在于它们光滑的外形,像极了核桃或者飞碟。NASA的喷气推进实验室的邦尼·布拉蒂认为,这两颗卫星在忙于清理土星环的同时,自己却被这些微粒覆盖。由于大多数微粒都在一个1公里厚的平面上运行,它们趋向于堆积在两颗卫星的赤道周围,逐渐积累形成独特的赤道脊。(匀琳)