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最近几个月，“卡西尼”号探测器围绕土星旋转的卫星拍摄了许多精美的照片。从传送回来的图片来看，土星与它的卫星就仿佛是热气球周围飘浮着许多颗粒。跟土星相比，土卫二、土卫十七、土卫一、土卫十四、土卫四甚至土卫六(土星最大的卫星)都小得像蚊子一样。让我们想象一下，把所有这些卫星放到天平的一端，再把土星放到另一端，指针将显示卫星的总质量只是土星的万分之一!同样，尽管木星这颗气态巨行星拥有太阳系已知最大的卫星——木卫三，但它所有的卫星加起来仍然微不足道。木卫三的直径为5260千米(月球的直径为3470千米)，质量是1.5×1020吨，如果我们再算上木卫四、木卫一、木卫二以及其他木星的卫星(总数不少于56个)，卫星的总质量仅达到木星质量的万分之一。这样的情形让人心存疑惑：为什么木星、土星、天王星和海王星这四个太阳系的气态巨行星，不能像地球那样拥有一颗大大的卫星?不管怎么说，木星质量是地球的300倍，按照它的个头，起码该拥有一个奢侈型的大卫星!大家别忘了，地球质量只是自己卫星——月球的81倍。为什么巨行星没有巨卫星在身边环绕呢?特别值得一问的是，为何一个气态巨行星所拥有的卫星的质量总和基本上都是行星本身质量的万分之一?
为了回答这两个问题，位于美国科罗拉多的玻尔得西南研究中心空间研究部主任罗宾·卡纳普女士致力于弄清气态行星的卫星形成。经过4年的数字模拟，这位美国天体物理学家与她的同事威廉·华德提出了前所未有的新解释。他们认为，在太阳系形成最初期，即45亿年前，气态行星周围曾存在过较大的卫星；但当其质量一旦超过某个临界点时，卫星就会遭遇灭顶之灾——被吸进行星主人的巨大熔炉，从此消失得无影无踪……总之，巨行星的卫星跟人类有一个共同的特点：平均寿命跟身材大小有关，越轻盈就活得越长。
科学家们认为，在一个巨行星形成的最后几百万年中，它的周围飘浮着一个由气体与尘埃组成的环。这个环围绕行星旋转，它的物质供给来自于一个比它大得多的环绕着恒星的环(即恒星环)。恒星环内包含了太阳系的所有行星，巨行星的卫星们从中孕育发展而来。随着卫星积累岩石逐渐长大，它们的轨道半径会逐渐缩小，最终因靠近行星而进入危险境地。这就是为什么大块头卫星的平均寿命如此之短。
本该统统消失
实际上，卫星朝向其所环绕行星的“迁移”机制早已不是秘密。恒星周围的行星形成也是同样的原理，它也可以解释为什么许多系外行星非常接近它们的恒星。问题是，如果我们生搬硬套，那么就理应看不到气态巨行星周围的卫星，因为它们本该统统消失!为了走出研究的死胡同，罗宾·卡纳普和威廉·华德在模拟过程中采取了别出心裁的方法。他们假设来自恒星环的持续物质补给弥补了卫星的常规损耗，这一补给使小卫星们不断成长。所以，在行星形成的最后几百万年中，一代代的卫星诞生又消失。那么究竟有多少呢?
罗宾·卡纳普估算道：“根据我们的模型，当行星累积到目前质量的90％时，卫星能够形成3种～5种不同体系。但我们现在尚无法肯定，还需继续完善这些模型。”一代又一代的卫星前赴后继，直到来自恒星环的物质消耗殆尽，一切才停止。这位女天体物理学家证实道：“我们今天能看到的卫星是最后一代幸存儿。”
天王星仍在抵抗
从数量及星体分布来看，他们的结论与我们在木星、土星及天王星周围观测到的真实情况非常接近。特别值得一提的是，模型计算出了十分精准的质量极限。罗宾·卡纳普详细描述说：“模型的第一个预测是存在一个最大质量，卫星质量不能超过这一数值，否则必然会被行星吞噬。这个最大质量由行星的质量所决定，约为行星质量的万分之一到二分之一。就拿木星来说吧，这一质量差不多相当于木卫三与木卫四的质量之和。模型的第二个预测是每个卫星个体不能超过一定的质量，而且它们的质量几乎保持稳定。”这也就解释了为什么天体天平的指针总是指向相同的数值。如今，木星与土星的问题仿佛已被顺利解决，但罗宾·卡纳普和威廉·华德还要继续解释天王星的情况。天王星卫星的质量符合科学家的设想，但其倾斜的旋转方式带来了一些新问题。一般情况下，行星的自转轴与黄道面基本垂直，而天王星的自转轴与黄道面却几乎平行。假如天王星是在形成过程中逐渐翻转了自转轴，那么罗宾·卡纳普与威廉·华德两人的模型就能与实际吻合；相反，如果按照最传统的猜测，天王星“躺”着转的姿态是由于其他星体的剧烈撞击而形成的，那么新模型就未必能给出合理解释。如果是这样，我们还必须了解清楚碰撞是否发生在天王星卫星正在形成之时。两位科学家目前正在努力解开这个谜团。
例外情况下模型
那海王星的情况又怎么样呢?它拥有一颗比其他卫星大得多的海卫一，而且海卫一还拥有唯一的逆行轨道(轨道公转方向与行星的自转方向相反)，而且轨道倾斜。长期以来，科学家们猜测它的形成与其他卫星不同，并非孕育于行星的周边，而可能来自柯伊伯带。这个小行星带越过了海王星的轨道，海卫一因过于接近海王星而被这个气态巨行星捕获。但这一说法至今仍未完全获得科学界的认可。现在，有两名年轻的科学家找到了一种能够完美解释海卫一不幸遭遇的机制，其中之一是罗宾·卡纳普的学生克雷格·阿格诺。这一发现能否在科学界获得一席之地?罗宾·卡纳普肯定地说：“可以确信的一点是，海卫一与海王星质量之间的关系符合模型的推论。在海卫一被捕获之前，海王星的卫星系统应该与天王星相似。”海卫一到来后，便成为海王星周围最大的卫星。“我想假如海卫一是个较小的星体，那么它可能被一颗原生的海王星卫星扫地出门。今天已经消失的许多小型星体极可能遭遇了这样的命运。我们现在还能够看到海卫一的唯一原因便是它足够大，在海王星自身的卫星体系摧毁它之前，它已破坏了这一体系。”换句话说，海卫一的质量非常理想，既可以使它跻身卫星行列，但又不过于庞大，不至于自投罗网地冲进海王星的大熔炉。
如此看来，太阳系气态巨行星的卫星体系并不存在任何偶然，同样的规律也能应用到太阳系以外的行星上。一些痴迷于此的人曾经认为，近些年来在距离遥远的恒星周围发现的一些类似木星的行星四周说不定也有大如地球的卫星。但根据罗宾·卡纳普和威廉·华德的模型，如今可以肯定这样的推测不成立。罗宾·卡纳普解释说：“那些行星可能拥有月亮甚至火星般大小的卫星，但不可能比火星更大。”如果人们想寻觅其他的“地球”，一定不能在太阳系外的巨行星周围寻找。
为了回答这两个问题，位于美国科罗拉多的玻尔得西南研究中心空间研究部主任罗宾·卡纳普女士致力于弄清气态行星的卫星形成。经过4年的数字模拟，这位美国天体物理学家与她的同事威廉·华德提出了前所未有的新解释。他们认为，在太阳系形成最初期，即45亿年前，气态行星周围曾存在过较大的卫星；但当其质量一旦超过某个临界点时，卫星就会遭遇灭顶之灾——被吸进行星主人的巨大熔炉，从此消失得无影无踪……总之，巨行星的卫星跟人类有一个共同的特点：平均寿命跟身材大小有关，越轻盈就活得越长。
科学家们认为，在一个巨行星形成的最后几百万年中，它的周围飘浮着一个由气体与尘埃组成的环。这个环围绕行星旋转，它的物质供给来自于一个比它大得多的环绕着恒星的环(即恒星环)。恒星环内包含了太阳系的所有行星，巨行星的卫星们从中孕育发展而来。随着卫星积累岩石逐渐长大，它们的轨道半径会逐渐缩小，最终因靠近行星而进入危险境地。这就是为什么大块头卫星的平均寿命如此之短。
本该统统消失
实际上，卫星朝向其所环绕行星的“迁移”机制早已不是秘密。恒星周围的行星形成也是同样的原理，它也可以解释为什么许多系外行星非常接近它们的恒星。问题是，如果我们生搬硬套，那么就理应看不到气态巨行星周围的卫星，因为它们本该统统消失!为了走出研究的死胡同，罗宾·卡纳普和威廉·华德在模拟过程中采取了别出心裁的方法。他们假设来自恒星环的持续物质补给弥补了卫星的常规损耗，这一补给使小卫星们不断成长。所以，在行星形成的最后几百万年中，一代代的卫星诞生又消失。那么究竟有多少呢?
罗宾·卡纳普估算道：“根据我们的模型，当行星累积到目前质量的90％时，卫星能够形成3种～5种不同体系。但我们现在尚无法肯定，还需继续完善这些模型。”一代又一代的卫星前赴后继，直到来自恒星环的物质消耗殆尽，一切才停止。这位女天体物理学家证实道：“我们今天能看到的卫星是最后一代幸存儿。”
天王星仍在抵抗
从数量及星体分布来看，他们的结论与我们在木星、土星及天王星周围观测到的真实情况非常接近。特别值得一提的是，模型计算出了十分精准的质量极限。罗宾·卡纳普详细描述说：“模型的第一个预测是存在一个最大质量，卫星质量不能超过这一数值，否则必然会被行星吞噬。这个最大质量由行星的质量所决定，约为行星质量的万分之一到二分之一。就拿木星来说吧，这一质量差不多相当于木卫三与木卫四的质量之和。模型的第二个预测是每个卫星个体不能超过一定的质量，而且它们的质量几乎保持稳定。”这也就解释了为什么天体天平的指针总是指向相同的数值。如今，木星与土星的问题仿佛已被顺利解决，但罗宾·卡纳普和威廉·华德还要继续解释天王星的情况。天王星卫星的质量符合科学家的设想，但其倾斜的旋转方式带来了一些新问题。一般情况下，行星的自转轴与黄道面基本垂直，而天王星的自转轴与黄道面却几乎平行。假如天王星是在形成过程中逐渐翻转了自转轴，那么罗宾·卡纳普与威廉·华德两人的模型就能与实际吻合；相反，如果按照最传统的猜测，天王星“躺”着转的姿态是由于其他星体的剧烈撞击而形成的，那么新模型就未必能给出合理解释。如果是这样，我们还必须了解清楚碰撞是否发生在天王星卫星正在形成之时。两位科学家目前正在努力解开这个谜团。
例外情况下模型
那海王星的情况又怎么样呢?它拥有一颗比其他卫星大得多的海卫一，而且海卫一还拥有唯一的逆行轨道(轨道公转方向与行星的自转方向相反)，而且轨道倾斜。长期以来，科学家们猜测它的形成与其他卫星不同，并非孕育于行星的周边，而可能来自柯伊伯带。这个小行星带越过了海王星的轨道，海卫一因过于接近海王星而被这个气态巨行星捕获。但这一说法至今仍未完全获得科学界的认可。现在，有两名年轻的科学家找到了一种能够完美解释海卫一不幸遭遇的机制，其中之一是罗宾·卡纳普的学生克雷格·阿格诺。这一发现能否在科学界获得一席之地?罗宾·卡纳普肯定地说：“可以确信的一点是，海卫一与海王星质量之间的关系符合模型的推论。在海卫一被捕获之前，海王星的卫星系统应该与天王星相似。”海卫一到来后，便成为海王星周围最大的卫星。“我想假如海卫一是个较小的星体，那么它可能被一颗原生的海王星卫星扫地出门。今天已经消失的许多小型星体极可能遭遇了这样的命运。我们现在还能够看到海卫一的唯一原因便是它足够大，在海王星自身的卫星体系摧毁它之前，它已破坏了这一体系。”换句话说，海卫一的质量非常理想，既可以使它跻身卫星行列，但又不过于庞大，不至于自投罗网地冲进海王星的大熔炉。
如此看来，太阳系气态巨行星的卫星体系并不存在任何偶然，同样的规律也能应用到太阳系以外的行星上。一些痴迷于此的人曾经认为，近些年来在距离遥远的恒星周围发现的一些类似木星的行星四周说不定也有大如地球的卫星。但根据罗宾·卡纳普和威廉·华德的模型，如今可以肯定这样的推测不成立。罗宾·卡纳普解释说：“那些行星可能拥有月亮甚至火星般大小的卫星，但不可能比火星更大。”如果人们想寻觅其他的“地球”，一定不能在太阳系外的巨行星周围寻找。