图中粗体显示的是木星十二颗新发现卫星的轨道。其中一颗卫星位于外层区域，但轨道方向相反。（图片来源：Roberto Molar-Candanosa/卡内基科学研究所）自伽利略于 1610 年首次记录其四颗最大卫星以来，木星的家族成员数量已大大增加。周二，国际天文学联合会（IAU）宣布发现了 10 颗围绕木星运行的新卫星。加上通过同一研究项目发现但于 2017 年 6 月公布的两颗卫星，木星已知的天然卫星数量增至 79 颗。其中一颗新卫星却是个不羁者。在最新加入木星家族的 12 颗卫星中，有一颗特立独行，它奇特的轨道可能为天文学家提供了了解木星卫星如何形成的关键线索。
一石二鸟
这些卫星的发现源于一项截然不同的搜寻太阳系新天体的项目。卡内基科学研究所的天文学家 Scott Sheppard 正在搜寻第九行星，这是一颗许多天文学家认为应该存在于我们太阳系遥远区域（冥王星之外）的假想行星。他和他的团队一直在使用当今最好的望远镜技术拍摄天空，希望能一睹这颗神秘的第九行星的风采。2017 年春天，木星恰好位于该团队希望搜寻第九行星的区域。Sheppard 对太阳系形成有着广泛的兴趣，并且参与了 48 颗已知木星卫星的发现。他意识到这是一个绝佳的机会，可以通过相同的望远镜数据推进两项独立的研究目标。Sheppard 使用的是Blanco 4 米望远镜，这台望远镜在发现潜在的新卫星方面具有独特的优势，因为其安装的相机可以一次拍摄大片天空，并且它特别擅长屏蔽附近明亮天体（如木星）发出的可能掩盖较暗天体的杂散光。Sheppard 表示：“以前需要很多次拍摄才能覆盖木星周围的整个区域，而现在只需要几次就能完成，而且我们能够观测到比以前更暗弱的天体。”一旦 Blanco 望远镜发现了木星附近先前未识别的天体，研究团队就会使用其他望远镜对这些卫星候选体进行后续观测，并确认它们确实在绕木星运行。
在拉斯坎帕纳斯天文台的麦哲伦望远镜拍摄的这些图像中，木星的卫星 Valetudo（用橙色条指示）相对于背景恒星移动。木星不在画面中，位于左上方。（图片来源：卡内基科学研究所）
碰撞航线
其中一颗卫星尤其引起了研究人员的注意。Sheppard 说：“最有趣的发现是这个我们称之为 Valetudo 的天体。”“它就像在错误的轨道上前进。”在现已知的 79 颗卫星中，大多数卫星的轨道方向与其他离它们最近的卫星相同。靠近木星的卫星（包括四颗伽利略卫星）绕木星的轨道方向与行星自转方向相同——天文学家称之为顺行轨道。外围卫星则沿相反方向运动——逆行轨道。12 颗新卫星中有 11 颗遵循这些规律，但 Valetudo 是个例外。它位于外围逆行卫星的区域，但却以顺行轨道绕木星运行，仿佛在逆流而上。这一奇特的发现可能揭示木星当前许多卫星的形成过程。除了直径数千英里的庞大伽利略卫星外，木星的大多数卫星，包括这 12 颗新卫星，直径都在一英里到几十英里之间。外围卫星根据它们与木星的距离和轨道角度，至少分为三个群体，天文学家认为这些卫星是三个较大天体的碎片，这些天体被木星的引力捕获，后来因碰撞而破碎——尽管碰撞对象是 지나가는 彗星、失控的小行星还是其他卫星尚不清楚。由于 Valetudo 的轨道与一些外围逆行卫星的轨道相交，它过去可能发生过正面碰撞。研究团队认为，Valetudo 可能是曾经一颗更大的卫星与另一颗过去的木星卫星相撞而形成的残留物，撞击产生了如今众多的小天体。为了验证这一点，研究人员正在利用超级计算机模拟这些轨道，以计算在太阳系生命周期中，一个具有 Valetudo 轨道的物体可能与逆行卫星发生碰撞的次数。https://www.youtube.com/watch?v=8sOFuNbdeWM
月球残骸
发现这么多小卫星也告诉我们早期太阳系的情况。当木星和其他巨行星形成时，太阳系是一个围绕着婴儿太阳的气体和尘埃盘。“巨行星是由那个区域曾经存在的物质形成的。它们就像吸尘器，吸走了所有物质，形成了行星，”Sheppard 解释道。“我们认为这些卫星是形成巨行星的物质的最后残余。”这些较小卫星如今的存在，证明了造成它们形成的任何碰撞都发生在行星形成之后。如果这些小卫星在太阳系仍然充满气体和尘埃时就已经存在，那么阻力就会减慢它们的速度，导致它们落入木星，永远消失。只有在如今空旷得多的太阳系中，在巨行星完成形成并清除周围的气体和尘埃后，这些小卫星才得以幸存。研究团队完成并分析完模拟数据后，计划在 2019 年初发布结果。在此期间，他们正在等待 IAU 正式批准“Valetudo”作为这颗奇特卫星的名称。IAU 要求木星的卫星必须有与罗马神话中的木星相关的名字。Valetudo 是木星的曾孙女，也是罗马健康与卫生女神，因此符合要求。但为什么是卫生呢？Sheppard 说这源于他和他女友之间的一个内部笑话。“我总是开玩笑说她是一个非常爱干净的人；她喜欢一天洗好几次澡，”Sheppard 说。“所以当她告诉我 Valetudo，也就是卫生女神的名字时，我说‘就是它了，就叫它 Valetudo。’”
