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木星的伽利略卫星可能由小石子一点一点形成

这些大型卫星复杂的性质组合,如果它们从小石子缓慢生长,可以得到最佳解释。

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木卫一、木卫二、木卫三和木卫四这四颗伽利略卫星是木星最大的四颗卫星。图片来源:NASA/JPL/DLR

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即使通过家用望远镜,木星的四颗最大卫星也足够大,可以看到它们是微小的光点。虽然人类几个世纪以来一直知道这些“伽利略卫星”,但关于这些卫星是如何形成的,仍然有很多未解之谜。

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现在,一个研究团队提出了这些卫星的一种可能的形成历史,这种历史比其他模型更能解释它们的性质。该团队认为,这些卫星不是从早期木星周围较大的岩石中形成的,而是通过收集小石子缓慢增长的。

这个过程就像一个微缩版的我们整个太阳系形成的过程,行星从小石子长成行星。

研究人员在最近发表于《天体物理学杂志》的一项研究中报告称,在木星的案例中,这个过程可以解释这些卫星的质量、轨道、冰岩比例以及它们内部结构的差异。

成长的卫星

总的来说,研究人员同意,四颗伽利略卫星——木卫一、木卫二、木卫三和木卫四——很可能是在木星幼年时期围绕木星的气体盘中形成的。

但这些卫星从这个盘中如何生长,细节尚不清楚。基于他们观察到的卫星性质以及他们对这类盘如何运作的了解,科学家们试图描绘出这些天体的可能历史。

大多数关于伽利略卫星形成的先前模型都考虑了盘中一些最大的岩石天体,称为原行星,如何可能收集近一英里宽的岩石碎片来生长。但这个盘中可能不会形成很多这样大的岩石,因为固体颗粒 tend to drift inward(会向内漂移)。所以,大多数都会在有机会聚集并生长变大之前被木星吞噬。

由伯尔尼大学行星科学家 Yuhito Shibaike 领导的一个研究小组测试了另一种想法。他们计算了木星周围盘中的原行星如果通过收集只有几英寸大小的小石子来生长,会发生什么。他们发现,这种缓慢的、一点一点地生长卫星的方式可以导致我们今天在伽利略卫星上看到的性质,比如木卫二按重量计算只有百分之几的冰,而木卫三和木卫四则接近一半岩石一半冰。

即将进行的卫星研究

Shibaike 在一封电子邮件中写道:“卫星形成理论的重要性,包括我们的模型,正变得越来越大。”

Shibaike 说,探索卫星形成理论对于未来的研究很重要。欧洲航天局即将发射的 JUICE(木星冰卫星探测器)航天器将对伽利略卫星进行详细研究。天文学家们也开始寻找和理解“系外卫星”——即绕着太阳系外行星运行的卫星。

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Shibaike 说,理论模型将成为这些研究项目的基石。

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