卡戎 -太陽系中的一個天體

卡戎

太陽系中的一個天體
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卡戎(台灣地區譯作凱倫)與冥王星組成雙矮行星系統,曾被認為是冥王星的衛星,因此也叫冥衛一(2006年在布拉格召開的國際天文學聯合會會議上與冥王星同時被降級成為矮行星),距冥王星約19740km,卡戎於1978年被美國天文學家詹姆斯·克里斯蒂發現,卡戎的發現使人類進一步的了解了冥王星。

這顆星球的峽谷長度甚至有1000英里(1609千米),為美國科羅拉多大峽谷的4倍。

  • 中文名稱
    卡戎
  • 外文名稱
    Charon
  • 別稱
    冥衛一
  • 分類
    矮行星
  • 發現者
    詹姆斯·克里斯蒂
  • 發現時間
    1978年6月22日
  • 質量
    1.90×10²¹千克
  • 平均密度
    1.63克/立方厘米
  • 直徑
    1207±3 km
  • 表面溫度
    -220℃
  • 逃逸速度
    0.58 km/s
  • 反照率
    0.36 ~ 0.39
  • 自轉周期
    6.387230±0.0864 d
  • 公轉周期
    248個地球年
  • 表面重力
    0.278 m/s²
  • 表面積
    4,580,000平方千米

天體簡介

概述

卡戎過去被認為是冥王星的衛星,又名冥衛一,離冥王星約有19740 千米。它于1978年被美國天文學家詹姆斯·克裏斯蒂發現。

2006年,冥王星和卡戎被定義為矮行星。由于卡戎的體積與冥王星相差不大,冥王星-卡戎的質心落在這兩個天體之外,因此冥王星與卡戎是一個雙矮行星系統。

冥王星和卡戎的表面,從光度的變化被確認是在相互掩蔽的時期。冥王星和卡戎在潮汐鎖定的狀態下,以6.387天的周期互繞,所以永遠以相同的位置遙遙相對。兩者的平均距離是19,570 千米(12,163英裏)。卡戎的發現使天文學家可以精確的測量冥王星系統的總質量,而互掩可以計算各自的大小(直徑),但是個別的質量依然隻能用估計的,直到2005年發現冥王星外圍的衛星,才依據外面衛星的軌道細節揭露出卡戎的質量大約是冥王星的11.65%,同時也顯示密度為1.65±0.06公克/釐米³,並建議有55±5%是"岩石",45%是冰。冥王星的密度較高,約有70%的"岩石"。

或存在生命

冥王星是曾經距離太陽最遙遠的行星,屬于九大行星之列,但冥王星的行星資格由于其體積和質量的緣故被取消了,冥王星被列為矮行星。根據美國宇航局資助的一項研究顯示,冥王星巨大的衛星"卡戎"存在表面冰層,而且有巨大的裂縫,這個發現使得"卡戎"可能擁有一個巨大的地下海洋,如果溫度適合,那麽冰層就會以液態水的形式存在。

冥王星距離太陽非常遙遠,達到29個天文單位以上,其表面的溫度也非常低,估計可達到零下229攝氏度,其衛星"卡戎"也是一個寒冷的星球。冥王星體積很小,哈勃望遠鏡也很難對其進行觀測,因此美國宇航局派遣了"新地平線"號探測器前往冥王星調查,預計在2015年7月抵達,屆時該飛船將飛掠冥王星的衛星群。衛星"卡戎"的表面存在特別的裂縫,科學通過建模發現其內部可能出現不同的結構特征,因為其軌道距離冥王星太近了,冥王星的引力作用很容易作用到"卡戎"的表面並使其變形。

與"卡戎"類似的衛星在太陽系內有很多,比如木星的木衛二、土星土衛二等,這些衛星的偏心率都較大,可能產生較大的潮汐力,科學家根據模型已經推測出木衛二等天體也存在巨型地下海洋。衛星"卡戎"與冥王星的質量相差八倍左右,這是一個很奇特的衛星系統,也算是太陽系內獨一無二的,卡戎的形成很可能與冥王星有關。

冥王星與冥衛一"卡戎"的潮汐力作用不僅會導致後者受到強潮汐力作用,也會產生反作用,使得冥王星的自轉速率下降,導致"卡戎"加速遠離冥王星。根據空間望遠鏡等的觀測,因此"卡戎"的地下冰層也有可能仍處于凍結狀態。

到目前為止,液態水是已知生命誕生的必要成分之一,如果有液態水,那麽就很可能有生命,此外還需要其他諸如碳、氮、磷等元素。我們要想知道冥王星以及衛星是否具備支持生命的條件,仍然需要等明年"新地平線"探測器抵達後才能下結論。

發現

1978年,美國天文學家詹姆斯·克裏斯蒂在檢查拍攝到的冥王星的照片時,發現冥王星側面有一個明顯的腫塊,由此推斷冥王星有一顆衛星。這個新發現的天體最終被正式命名為卡戎。

命名

卡戎原來的臨時名稱是S/1978 P 1,是根據當時大會製定的新的命名規則給予的。稍後,克裏斯蒂稱之為"卡戎(Charon)",但直到1985年國際天文聯合會才認同這個名字是官方的名稱。在希臘神話中卡戎是死者的擺渡人,與冥王哈得斯(在羅馬神話是普魯托)在神話圖中是緊密聯系在一起的神隻。

雖然在傳統的英語發音中神話圖中的是堅硬的k聲音,但是克裏斯蒂在這顆衛星的發音上將k的發聲改為ch的發音,之後他的妻子Charlene的綽號就是"Char"(碳灰),而sh的發音也在天文界流行了,大家也都隨俗的使用這樣的發音。在除了英語以外的歐洲語系,依然是使用神話中的發音,念ch的聲音。

天體特點

卡戎的質量約為月球的1/45。但以衛星與其行星的大小之比而論,它卻是太陽系裏最大的衛星。冥王星的質量大約隻是卡戎的10倍左右,而地球的質量卻是月球的81倍,木星比它最大的衛星大上千倍。

卡戎繞冥王星公轉的周期,恰好等于卡戎自身的自轉周期和冥王星的自轉周期,也就是說它們始終保持同一面朝向對方。卡戎繞太陽公轉的周期與冥王星同樣是248個地球年。它與太陽的距離也與冥王星基本相同,平均約59億公裏。

此外,卡戎自身的引力大到足以使它呈球形,而冥王星和卡戎的共同重心位于外空間裏,並不位于冥王星內部。這些特征使一些天文學家認為,冥王星與卡戎更像是一個雙星系統,彼此是平等的伴星關系,而不是行星與衛星的關系。

卡戎的密度很低,大約是每立方釐米2克,表示它可能很像土星的冰質衛星,如土衛五,它的表面可能覆蓋著冰水。

卡戎的直徑約為750英裏,正好約為冥王星的一半,表面積約為|4,580,000平方千米,表面布滿了冰凍的氮和甲烷。與冥王星不同的是,卡戎的表面看起來可能是被凍結的不易揮發的水。卡戎表面溫度約為-230℃,密度為1.63克/立方釐米cm³,顯示組成成分中,岩石佔了一半多,冰則比一半少一點。其表面大氣僅約為0.1毫巴左右,是地球表面大氣濃度的萬分之一,稀薄到幾近于無,現時科學家正努力研究冥衛一的表面,以確定該衛星有沒有大氣層

衛星還是矮行星

冥王星-卡戎的質心落在這兩個天體之外,因此其中一個並不是真正繞著另一個在公轉,而且兩這的質量是可以相互比較的,因此卡戎不適合被當作冥王星的衛星。取而代之的是,他們應該是雙矮行星,應隨著冥王星一起重分類。

在國際天文學聯合會的年會中有一項草案是2006年行星重定義,建議行星必須繞著太陽運轉,並且有足夠大的重力使本身成為球體。在這樣的草案下,卡戎有資格成為行星,因為草案明確定義衛星的條件是系統的重心必須在主要的天體內部。但最後的重分類將冥王星歸類為矮行星,但卻沒有正式的定義行星的衛星,使卡戎的身分變得很不明確。(迄今,卡戎仍未被國際天文學聯合會列入矮行星的認可名單中)

國際天文學聯合會的行星標準規定:在一個繞恆星公轉的多天體系統中,如果主天體是行星,次天體也是球狀,又滿足一定的條件也可稱為行星,也就是主天體和次天體之間的引力中心不在主天體的內部。這樣卡戎星就符合這個條件。

冥衛二(尼克斯)和冥衛三也環繞著相同的重心,但是它們不夠大而不是球體,所以很簡單的可以認定是冥王星的衛星。(或者,以另類的看法,是冥王星-卡戎系統的衛星)

形成過程

美國西南觀象台科學家魯賓·卡努普在美國一期《科學》雜志上著文,披露他採用電腦模擬計算得到的卡戎是一個星體與冥王星碰撞的結果。

魯賓·卡努普的工作就是建立一個數學模型,通過電腦模擬,再現這一過程。魯賓·卡努普模擬計算的結論顯示,當年有一顆直徑在1600公裏到2000公裏的星體與冥王星發生了碰撞,碰撞後在冥王星附近產生了彼此相距不遠的很多碎片,這些碎片逐漸結合在一起,最後形成了卡戎。

魯賓·卡努普模擬計算的結論不僅解釋了卡戎的形成過程,而且還證實,在太陽系形成的初期,星體碰撞對太陽系的最後形成起到重大作用。

羅賓·坎二做了一次模擬的結果在2005年出版,建議卡戎是在約45億年前的大碰撞中形成的,非常像地球和月球的狀況。在這個模型中,一個巨大的古柏帶天體以高速撞擊冥王星,摧毀了自己,也轟掉了冥王星大部分的地幔,卡戎則從這些碎片中聚合而成。但是,這樣的撞擊應該會使冥王星有比我們發現的更多岩石成分,而卡戎會有更多凍的成分。因此認為冥王星和卡戎在軌道上碰撞之前就是兩個不同的天體,而這次碰撞雖然猛烈,但僅能將冰像甲烷一樣的蒸發掉,卻不足以造成瓦解的情形。

構成物質

卡戎的密度大約是水的1.7倍,這意味著這顆衛星差不多是由60%的岩石和40%的冰構成的。科羅拉多州玻爾得市西南研究所的行星學者羅賓表示,由于冥王星的岩石構成隻略微多了一點(70%),因此卡戎和冥王星可能是很早以前碰撞在一起的兩顆原始行星,並且以這樣一種方式彼此盤繞在一起。

探測

"新地平線"探測器在2006年1月發射升空,預計最早將于2015年年中到達冥王星。它要觀測冥王星,然後還將探測冥王星的衛星--卡戎,然後繼續前往冥王星外的柯伊伯帶,並置身于茫茫太空之中。

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