海衛一
 經渲染的海衛一南極地區圖像，由航海家2號拍攝 | |
| 發現 | |
|---|---|
| 發現者 | 威廉·拉塞爾 |
| 發現日期 | 1846年10月10日 |
| 編號 | |
| 命名依據 | Τρίτων Trītōn |
| 形容詞 | 氚 (/traɪˈtoʊniən/)[1] |
| 軌道參數 | |
| 半長軸 | 354,759 km |
| 離心率 | 0.000016[2] |
| 軌道週期 | 5.876854 d (視逆行運動)[2][3] |
| 平均軌道速度 | 4.39 km/s[a] |
| 軌道傾角 | 129.812° (相對於黃道) 156.885° (相對於海王星的赤道)[4][5] 129.608° （相對於海王星的軌道） |
| 隸屬天體 | 海王星 |
| 物理特徵 | |
| 平均半徑 | 1,353.4±0.9 km[6] (0.2122 R🜨) |
| 表面積 | 23,018,000 km2[b] |
| 體積 | 10,384,000,000 km3[c] |
| 質量 | (2.1390±0.0028)×1022 kg (0.00359 Earths)[d] |
| 平均密度 | 2.061 g/cm3[6] |
| 表面重力 | 0.779 m/s2 (0.0794 g) (0.48個衛星)[e] |
| 1.455 km/s[f] | |
| 自轉週期 | 潮汐鎖定 |
| 恆星週期 | 5 d, 21 h, 2 min, 53 s[7] |
| 轉軸傾角 | 0 [g] |
| 反照率 | 0.76[6] |
| 溫度 | 38 K（−235.2 °C）[7] |
| 視星等 | 13.47[8] |
| 絕對星等(H) | −1.2[9] |
| 大氣特徵 | |
| 表面氣壓 | 1.4至1.9 Pa（1.38×10−5至1.88×10−5 atm）[7][11] |
| 成分 | 氮、甲烷痕跡[10] |
海衛一（Triton）是海王星最大的天然衛星，也是人類最早觀測到的海王星衛星，由英國天文學家威廉·拉塞爾（William Lassell）發現於1846年10月10日。海衛一是太陽系中唯一具有逆行軌道的大型衛星，軌道與行星自轉方向相反。[3][12]由於其軌道逆行，成份、結構又皆與冥王星相似，一般認為海衛一是一顆從柯伊伯帶捕獲的矮行星。
海衛一是太陽系中最冷的天體之一，也是太陽系中為數不多的已知地質活躍的衛星之一（其他衛星包括木衛一和木衛二，以及土星的土衛二和土衛六），表面幾乎沒有明顯的撞擊坑，因此具有複雜的地質歷史和一個相對來說比較年輕的表面。錯綜複雜的冰火山和構造地形表明了複雜的地質歷史，海衛一直徑為2,710公裡（1,680英裡）[6]，是太陽系中的第七大衛星，在月球之後，則比冥王星大，也是海王星中唯一一顆質量足以達到流體靜力平衡的衛星。
海衛一的表面主要是冰凍的氮，由水冰殼、冰冷的地函以及大量的岩石和金屬核心所構成。核心佔其總質量的三分之二。平均密度為2.061 g/cm 3，有著大約15-35%的水冰成分。
航海者2號在1989年的飛掠過程中，發現海衛一的表面溫度約為38K（-235 °C），且具有活躍的間歇泉，能夠噴發昇華的氮氣，由此產生了壓力僅為地球大氣七萬分之一的稀薄大氣層。迄今為止，航海者2號仍然是唯一造訪過海衛一的探測器，且僅研究了約40%的表面。近年來已提出對於重新審視海王星系統，重點是海衛一的探測任務。
命名
[編輯]海衛一的國際通用名是特里頓（Triton），得名於希臘海神，是1880年由卡米伊·弗拉馬利翁提出的。發現者拉塞爾本人似乎想不出應該怎樣給這顆衛星命名，但是他給他後來的發現土衛七和天衛一、天衛二命名了。
繼弗拉馬利昂後，還有一些人建議使用這一名稱，但出於種種原因，海衛一一直通稱「海王星唯一的衛星」，1939年的書中還將「特里頓」標註為「不常用名」。直到海衛二被發現後，「特里頓」才於1949年被定為正式名稱。
軌道
[編輯]
在所有太陽系的大衛星中海衛一的軌道特別，它有一個逆行軌道（軌道公轉方向與行星的自轉方向相反）。雖然木星和土星的一些外部小衛星以及天王星最外部的三顆衛星也是逆行軌道，但是這些衛星中最大的土衛九的直徑只有海衛一的8%，其質量只有海衛一的0.03%。逆行的衛星不可能與其行星同時在太陽星雲中產生，因此它們是後來被行星捕獲的。海衛一可能是被海王星捕獲的古柏帶天體[13] 。這個理論可以解釋一系列海王星衛星系統不尋常的地方。比如為什麼海王星最外部的海衛二的偏心率特別高，以及為什麼相比於其它類木行星來說海王星的衛星特別少（木星95顆、土星83顆、天王星27顆、海王星14顆）（在海衛一被捕獲的過程中有許多小衛星可能被甩出了海王星系統），以及為什麼海衛一內部明顯分層（其軌道原本一開始的偏心率非常大，所造成的潮汐作用產生的熱量使得其內部很長時間裡都是液態）。海衛一的大小和組成類似冥王星，冥王星的偏心率使它的軌道與海王星交叉提供了很強的線索說明海衛一本來可能是一顆類似冥王星的天體，後來被海王星俘獲，按照這一理論，海衛一是海王星外天體中留存下來最大的一個。
由於海衛一的軌道本來就離海王星非常近了，加上它的逆行軌道，它繼續受潮汐作用的影響。估計在14億年到36億年內它會達到洛希極限。之後它可能與海王星大氣層相撞，或者分裂成一個環。海衛一離海王星非常近，加上它的體積比較大，潮汐作用使得它的軌道幾乎完全是一個完美的圓，偏心率小於0.00002。
物理特性
[編輯]
海衛一的平均密度為2.061 g/cm³[6]，在地質上估計含有15-35%固態冰[7]及其他岩石物質。它擁有一層稀薄大氣，其主要成份是氮，以及含有少量甲烷，整體大氣壓約為0.01毫巴。它的表面溫度低於40K，但是至少為35.6K。這個最低溫度的原因在於在這個溫度下固體氮的相態發生變化，從六角形的晶體相態變為立方體的晶體相態。估計的最高溫度的來源在於通過測量氮在海衛一大氣中的蒸汽壓，在這個蒸汽壓下固態與氣態平衡的溫度低於40K。這說明海衛一的表面溫度甚至低於冥王星的表面溫度（44K）。海衛一地質活動活躍，其表面非常年輕，很少有撞擊坑。航海家2號觀測到了多個冰火山或正在噴發著液氮、灰塵或甲烷混合物的噴泉，這些噴泉可以達到8千米的高度。不像木衛一表面的火山，海衛一表面的火山活動可能不是潮汐作用造成的，而是季節性的太陽照射所造成的。海衛一表面還有非常錯綜複雜的山脊和峽谷地形，它們可能是通過不斷地融化和凍結所形成的。海衛一的表面面積為2300萬平方公裡，這相當於與地球表面面積的4.5%或者地球大陸面積的15.5%。
季節
[編輯]海衛一的軌道與海王星的自轉軸之間的傾角達157°，與海王星的軌道之間的傾角達130°。因此它的極幾乎可以直對太陽。隨著海王星環繞太陽的公轉，每82年海衛一的一個極正對太陽，這導致了海衛一表面極端的季節變化。其季節變化的大週期每700年重複一次，上一次海衛一的盛夏在2007年。
從海衛一被發現以來它的南極對向太陽。航海家2號飛越海王星時發現它的南半球被一層凍結的氮和甲烷覆蓋。這些甲烷可能正在慢慢蒸發。
這個蒸發和凍結的過程對海衛一的大氣有影響。近年來通過掩星的觀測證明從1989年到1998年海衛一的氣壓加倍。大多數模型預言這個氣壓的增高是由於極部的易揮發氣體蒸發導致的，但也有些模型認為這些蒸發了的氣體會在赤道附近重新凍結起來，因此海衛一氣壓增高的原因還沒有定論。
地質
[編輯]
海衛一的大小、密度和化學組成與冥王星差不多，由於冥王星的軌道與海王星相交，因此海衛一可能曾經是一顆類似冥王星的行星，被海王星捕獲。所以海衛一與海王星可能不是在太陽系的同一地區形成的，它可能是在太陽系的外部形成的。
雖然如此，海衛一與太陽系的其它凍結衛星也有區別。海衛一的地形類似天衛一、土衛二、木衛一、木衛二和木衛三，它還類似火星的極地。
通過分析海衛一對航海家2號軌道的影響可以確定海衛一有一層冰的地殼，下面有一個很大的核（可能含有金屬）。這個核的質量占整個衛星質量的2/3，這樣一來海衛一的核是繼木衛一和木衛二之後太陽系裡第三大的。海衛一的平均密度為2.05g/cm³，它的25%是冰。
海衛一的表面主要由凍結的氮組成，但它也含乾冰（二氧化碳）、水冰、一氧化碳冰和甲烷。估計其表面還含有大量氨。海衛一的表面非常亮。60-95%的入射陽光被反射（相比而言月球只反射11%的入射陽光）。
表面形態
[編輯]海衛一的表面面積相當於地球大陸面積的15.5%或者地球表面面積的4.5%。海衛一的表面密度可能不均勻，從2.07至2.3g/cm³不等。它的表面有岩石露頭，也有深谷。部分地區被凍結的甲烷覆蓋。
海衛一的南極地區被凍結的氮和甲烷覆蓋，偶爾有撞擊坑和噴泉。這個地區的反光率非常高，它吸收的太陽能非常小。由於航海家飛過時海衛一的北極地區已經在夜區裡了，因此那裡的情況不明，但估計那裡也有一個極冠。
海衛一的赤道地區由長的、平行的、從內部延伸出來的山脊組成，這些山脊與山谷交錯。這個地形被稱為溝。這些溝的東部是高原。南半球的平原周圍有黑色的斑點，這些斑點似乎是冰升華後的遺留物，但是其組成和來源不明。海衛一表面大多數的坑是冰滑動或者倒塌導致的，而不像其它衛星上是撞擊坑。航海家發現的最大的撞擊坑直徑500千米，它一再被滑動的和倒塌的冰覆蓋。
「哈密瓜皮地形」
[編輯]
海衛一的「哈密瓜皮地形」是太陽系裡最不同尋常的地貌之一，尚未在其他星球上發現。其成因不明，可能起源於氮的反覆升華和凝結、倒塌、冰火山的一再掩蓋造成的。雖然這裡只有少數撞擊坑，但一般認為這裡是海衛一表面上最老的地形。北半球有可能大部分被這樣的地形覆蓋。
在這個地形上還有直徑30至50千米的窪地。這些窪地可能不是撞擊坑，因為它們的形狀非常規則，弧度平滑。它們可能是由於粘的冰的爆發造成的。
海衛一上的冰火山是以非洲神話裡的精靈命名的。海衛一是太陽系內少數有火山活動的天體。已知的太陽系內有火山活動的天體除了地球以外還包括：金星，木衛一和土衛二，另外，還有證據表明火星以前也有過火山活動。
觀察和探索歷史
[編輯]
1820年威廉·拉塞爾開始自己磨製望遠鏡鏡面。約翰·弗裡德裡希·威廉·赫歇爾獲悉加雷發現海王星之後就寫信給拉塞爾，請他注意一下海王星是否有衛星。拉塞爾在他開始尋找衛星後的第八天（發現海王星後的第17天），於10月10日發現了海衛一。他還稱發現了海王星的環。雖然後來證明海王星的確有環，但是它的環太暗了，不可能被拉塞爾的望遠鏡發現。
海衛一被發現100多年後天文學家才開始發現其細節。他們發現海衛一的公轉方向與海王星的自轉方向相反，而且其傾角非常大。在航海家飛越海王星前曾有人懷疑海王星有液氮的海洋和氮/甲烷組成的大氣，這個大氣層可能達地球大氣層密度的1/3。但這些估計後來被證明是完全錯誤的。第一個試圖測量海衛一直徑的是傑拉德·柯伊伯，他1954年的測量數據為3800千米。此後不同測量獲得的數據從2500千米到6000千米不等。但是一直到20世紀末航海家飛越海王星時人類對海衛一才更加細緻地有所了解。在最早的航海家照片上海衛一呈粉紅-黃色。1989年8月25日航海家抵達海王星時它的數據允許科學家正確地估算海衛一的直徑。雖然海衛一會影響航海家的軌道但人們還是決定讓航海家飛越海衛一。1990年代天文學家利用掩星繼續觀察海衛一，他們發現海衛一的大氣比航海家飛越時加厚了。
美國國家航空暨太空總署計劃在2016年到2018年之間發射一顆飛往海王星和海衛一的探測器，它將於2035年到達海王星。它可能攜帶兩個可以在海衛一上著陸的探測器來研究海衛一的大氣層和研究其噴泉的地質化學。
生命的可能性
[編輯]像土衛六一樣，海衛一的大氣由氮和甲烷組成。氮氣也是地球大氣層的主要成分。在地球上甲烷主要是通過生物活動產生的。但像土衛六一樣，海衛一非常冷，因此其表面的甲烷不太可能是生命的跡象。此外海衛一的大氣非常稀薄，因此不可能支持任何我們今天已知的生命。
從另一方面來看，海衛一的地質活動和可能的內部熱量有可能使得它內部有一個液態的水層。氨等抗凍劑的存在提高液態水的可能性。在這樣的一個地下海洋中有原始的生命存在的可能性。
註釋
[編輯]- ^ 根據其他參數計算。
- ^ Surface area derived from the radius r: .
- ^ Volume v derived from the radius r: .
- ^ Mass m derived from the density d and the volume v: .
- ^ Surface gravity derived from the mass m, the gravitational constant G and the radius r: .
- ^ Escape velocity derived from the mass m, the gravitational constant g and the radius r: sqrt((2*g*m)/r).
- ^ With respect to Triton's orbit about Neptune.
參考資料
[編輯]- ^ Robert Graves (1945) Hercules, My Shipmate
- ^ 2.0 2.1 David R. Williams. Neptunian Satellite Fact Sheet. NASA. 23 November 2006 [2008-01-18]. （原始內容存檔於2011-10-05）.
- ^ 3.0 3.1 Overbye, Dennis. Bound for Pluto, Carrying Memories of Triton. New York Times. November 5, 2014 [November 5, 2014]. （原始內容存檔於2019-04-12）.
- ^ Jacobson, R. A. — AJ. Planetary Satellite Mean Orbital Parameters. JPL satellite ephemeris. JPL (Solar System Dynamics). 2009-04-03 [2011-10-26]. （原始內容存檔於2011-10-05）.
- ^ R. A. Jacobson. The Orbits of the Neptunian Satellites and the Orientation of the Pole of Neptune. The Astronomical Journal. 2009, 137 (5): 4322 [2018-04-02]. ISSN 1538-3881. doi:10.1088/0004-6256/137/5/4322 （英語）.
- ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 Planetary Satellite Physical Parameters. JPL (Solar System Dynamics). [2011-10-26]. （原始內容存檔於2010-01-18）.
- ^ 7.0 7.1 7.2 7.3
McKinnon, William B.; Kirk, Randolph L. Lucy Ann Adams McFadden, Lucy-Ann Adams, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson , 編. Encyclopedia of the Solar System 2nd. Amsterdam; Boston: Academic Press: 483–502. 2007. ISBN 978-0-12-088589-3.
|chapter=被忽略 (幫助) - ^ Classic Satellites of the Solar System. Observatorio ARVAL. [September 28, 2007]. （原始內容存檔於July 9, 2011）.
- ^ Fischer, Daniel. Kuiperoids & Scattered Objects. Argelander-Institut für Astronomie. February 12, 2006 [July 1, 2008]. （原始內容存檔於September 26, 2011）.
- ^ A L Broadfoot; S K Bertaux; J E Dessler; et al. Ultraviolet Spectrometer Observations of Neptune and Triton. Science. December 15, 1989, 246 (4936): 1459–1466. Bibcode:1989Sci...246.1459B. PMID 17756000. doi:10.1126/science.246.4936.1459.
- ^ Neptune: Moons: Triton. NASA. [September 21, 2007]. （原始內容存檔於October 15, 2011）.
- ^ Chang, Kenneth. Dark Spots in Our Knowledge of Neptune. New York Times. 18 October 2014 [21 October 2014]. （原始內容存檔於2020-05-31）.
- ^ Craig B Agnor, Douglas P Hamilton. Neptune's capture of its moon Triton in a binary–planet gravitational encounter. Nature. May 2006, 441 (7090): 192–194. Bibcode:2006Natur.441..192A. PMID 16688170. doi:10.1038/nature04792.
參見
[編輯]外部連結
[編輯]
- Triton profile at NASA's Solar System Exploration site
- YouTube上的Voyager 2 Encounters Neptune and Triton (1989)
- Triton page （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at The Nine Planets
- Triton page （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (including labelled Triton map （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）) at Views of the Solar System
- Triton map （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from Paul Schenk, Lunar and Planetary Institute
- Triton images （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from the NASA/JPL Photojournal
- Triton nomenclature （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from the USGS Planetary Nomenclature website
