海衛一

海衛一

海衛一是環繞海王星運行的一顆衛星。它是海王星的衛星中最大的一顆,它是太陽系中最冷的天體之一,具有復雜的地質歷史和一個相對來說比較年輕的表面。1846年10月10日威廉·拉塞爾(William Lassell)發現了海衛一(這是海王星被發現後第17天)。

海衛一在國際上的名字是崔頓(Triton),它是以希臘海神崔頓命名的,這個名字是1880年卡米伊·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天衛一天衛二命名了。

拉塞爾以為他還發現了海王星的一個環。雖然後來發現海王星的確有一個環,但是拉塞爾的發現還是值得懷疑,因為實際上海王星的環太暗了不可能被拉塞爾用他的儀器發現。

  • 中文名稱
    海衛一
  • 外文名稱
    triton
  • 平均直徑
    2706.8±1.8 km
  • 表面面積
    23,018,000 km²
  • 體積
    10,384,000,000 km³
  • 質量
    2.147×1022 kg
  • 逃逸速度
    1.455 km/s

詳細資訊

基本資料

發現者 威廉·拉塞爾

發現日 1846年10月10日

軌道特徵

長軸 354,800 km

偏心率 0.0000

軌道周期 -5.877日

(逆行)

傾角 130.267°(相對于黃道)

157.340°(相對于海王星赤道)

130.063°(相對于海王星軌道)

含有空氣:氮氣:99% 其他氣體為0.01%

發現過程

旅行者2號1989年08月24日攝于距離海衛一53萬千米處海衛一是環繞海王星運行的一顆衛星。它是海王星的衛星中最大的一顆。它是太陽系中最冷的天體之一,具有復雜的地質歷史和一個相對來說比較年輕的表面。1846年10月10日威廉·拉塞爾(William Lassell)發現了海衛一(這是海王星被發現後第17天)。拉塞爾以為他還發現了海王星的一個環。雖然後來發現海王星的確有一個環,但是拉塞爾的發現還是值得懷疑,因為實際上海王星的環太暗了,不可能被拉塞爾用他的儀器發現。

命名過程

海衛一在國際上的名字是Triton,它是以希臘海神崔頓命名的。這個名字是1880年卡爾米·弗拉馬利昂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個名字,但出于各種原因這個名字一直沒有成為正式的名字直到1939年的書裏還標記有"不常用的名字"。當時一般將海衛一稱為"海王星的衛星",

直到海衛二被發現後特裏同才于1949年被定為正式名稱。物理特徵

海衛一的平均密度為2.05 g/cm^3;,在地質上估計含有25%固態冰,以及其他岩石物質。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。它的表面溫度低于40K,但是至少為35.6K。這個最低溫度的原因在于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于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于40K。這說明海衛一的表面溫度甚至低于冥王星的表面溫度(44K)。雖然如此海衛一地質活躍,其表面非常年輕很少有撞擊坑。旅行者2號觀測到了多個冰火山或正在噴發的液氮、灰塵或甲烷混合物噴泉,這些噴泉可以達到8千米的高度。不象木衛一表面的火山,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復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2300萬平方公裏,這相當于與地球表面面積的4.5%或者地球大陸面積的15.5%,

其他資料

運行軌道

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有逆行軌道,但是這些衛星中最大的土衛九的直徑隻有海衛一的8%,其質量隻有海衛一的0.03%。逆行的衛星不可能與其行星同時在太陽星雲中產生,它們是被行星捕獲的海衛一可能是被海王星捕獲的柯伊伯帶天體。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麽海王星最外部的海衛二的偏心率特別高,以及為什麽相比于其它類木行星來說海王星的衛星特別少(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),以及為什麽海衛一內部明顯分層(其軌道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裏液態)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

由于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,或者分裂造成一個環。

同樣由于海衛一離海王星非常近,加上它自己的體積比較大,其潮汐作用使得它的軌道幾乎完全是一個完美的圓其偏心率小于0.0000001,

季節變化

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周期每700年重復一次,下一次海衛一的盛夏將于2007年到達。

從海衛一被發現以來它的南極對向太陽。旅行者2號飛躍海王星時發現它的南半球被一層凍結的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語言這個氣壓的增高是由于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,

地質情況

海衛一是一個地質活躍的衛星,其表面年輕復雜海衛一的大小、密度和化學組成與冥王星差不多,由于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。因此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。

通過分析海衛一對旅行者2號軌道的影響可以確定海衛一有一層凍的地殼,下面有一個很大的核(可能含有金屬)這個核的質量佔整個衛星質量的2/3,這樣一來海衛一的核是繼木衛一木衛二太陽系裏第三大的。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,但它也含幹冰(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(相比而言月球隻反射11%的入射陽光)。

表面形態

海衛一的表面面積相當于地球大陸面積的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,

海衛一表面千瘡百孔海衛一表面千瘡百孔

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。由于旅行者飛過時海衛一的北極地區已經在夜區裏了,因此那裏的情況不明,但估計那裏也有一個極冠。

海衛一表面的撞擊坑很少,說明其表面活動劇烈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,而不象其它衛星上的撞擊坑。旅行者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。

地形特點

"哈密瓜皮地形"是太陽系裏最奇怪的一個地形之一。它的名稱來自于它看上去象哈密瓜的瓜皮。其成因不明但有可能它是由于固氮的一再升華和凝結、倒塌、冰火山的一再掩蓋造成的。雖然這裏隻有少數撞擊坑,但一般認為這裏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。

至今為止這個地形隻有在海衛一上被發現。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。它們可能是由于粘的凍的爆發造成的,

海衛一上的冰火山是以非洲神話裏的精靈命名的。海衛一是太陽系內少數有火山活動的天體

觀察和探索

1820年威廉·拉塞爾開始自己磨製望遠鏡鏡面,1846年9月23日他使用自己磨製的望遠鏡發現了海王星。約翰·弗裏德裏希·威廉·赫歇爾獲悉後給拉塞爾寫信,讓他註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(他發現海王星後的第17天)于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拉塞爾觀察到的可能是幻覺,

旅行者2號飛船拍攝的海衛一照片旅行者2號飛船拍攝的海衛一照片

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,

在旅行者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。

第一個嘗試測量海衛一直徑的是傑拉德·柯伊伯,他1954年的測量資料為3800千米。此後不同測量獲得的資料從2500千米到6000千米不等。

但是一直到20世紀末旅行者飛越海王星時人類對海衛一才更加細致地有所了解。在最早的旅行者照片上海衛一呈粉紅-黃色。 1989年8月25日旅行者抵達海王星時它的資料允許科學家正確地估算海衛一的直徑。雖然海衛一會影響旅行者的軌道但人們還是決定讓旅行者飛越海衛一,

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旅行者飛越時加厚了

美國國家航空航天局計畫在2016年到2018年之間發射一顆飛往海王星和海衛一的探測器,它將于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,

生命可能性

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。但象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可能可以有原始的生命存在,

據國外媒體報道,科學家發現海王星最大的衛星海衛一察東(Triton)最有可能是一顆來自柯伊伯帶的天體表面冰冷的海衛一由于海王星潮汐力的作用可使得其擁有較為溫暖的地下海洋,根據最新的研究表明,海衛一上仍然可能存在地下海洋。這顆海王星最大的衛星在1864年由英國天文學家威廉·拉塞爾(William Lassell)發現但是至今這顆大型衛星依然是個迷,

在1989年,旅行者2號行星際探測器飛掠海衛一時拍攝到這顆衛星的真實畫面,發現其表面主要由水冰等物質構成當然也有氮氣、甲烷以及二氧化碳等,但海衛一的密度特別大,使得科學家們懷疑其擁有一個較大的矽酸鹽岩質核心結構,並由此推測在海衛一矽酸鹽核結構的外圍與寒冷的表層殼體之間存在一個液態海洋,海衛一的軌道距離海王星較近,較強的潮汐作用加熱了部分表層下的物質,科學家通過調查認為如果這裏是一片液態海洋的話那麽現在還存在于海衛一的表層之下,

海衛一具有一個與太陽系中其他行星的衛星不同的特徵,即它的軌道是逆行的,根據行星形成理論,年輕恆星周圍環繞的塵埃和氣體結構以相同的方向旋轉,此後該恆星周圍演化出的行星系統的軌道應該與這個方向相同這樣的軌道被稱為順行軌道,反之則為逆行軌道,其產生于行星捕獲的流浪天體,這就意味著海衛一最初並不是圍繞海王星運行的,

早期的太陽系中有著比較混亂的空間環境,很多天體發生相互碰撞並改變了對方的軌道,科學家推測海衛一起源于柯伊伯帶,這是一個位于海王星軌道之外的中空圓盤狀宇宙空間,當巨大的天體進入海王星的引力範圍之內時被其引力所捕獲。在最初捕獲海衛一時,其運行在一個高橢圓、偏心率的軌道上,較大的偏心率使得海衛一受到較強的行星潮汐力作用,該機製中會造成能量的損失。

而這些損失的能量就轉化為熱量並作用于海衛一,可以融化海衛一內部一定深度的冰冷物質,形成位于表面冰封世界下的海洋。能量損失同時也會改變海衛一的軌道,使其偏心率降低,接近一個較為完美的圓軌道。除了行星潮汐作用對海衛一某個深度的冰物質進行加熱外,科學家還發現其內部存在另一個加熱源,即天體內部放射性同位素衰變過程所釋放出的能量,這個熱源甚至可維持數十億年之久。科學家通過計算發現放射性同位素衰變產生的能量是潮汐作用加熱機製的數倍,但該熱量還不足以維持海衛一固態表面下的海洋保持45億年的液態環境

行星潮汐力的效應位置處于海衛一冰層殼體的底部,由于早期海衛一的軌道具有較大的偏心率,因此潮汐作用比現在更強,由此得出的過去的某個時期,海衛一內環境的受熱效應是較為強大的。科學家對海衛一建立了一個內環境模型,該衛星由70%至80%的岩質構成,其餘物質為水冰等,在最外層就是甲烷和氮冰物質,這個情況與冥王星較為類似。當海衛一被海王星引力捕獲之後,科學家調查了該天體的軌道是如何轉變為幾乎圓形的軌道,通過對軌道演化的時間計算,發現如果海衛一冰殼之下是液態海洋的話,那麽至今這片海洋依然存在。

最新的研究計算了海衛一表層冰殼厚度是如何影響潮汐耗散以及地下海洋的結晶化過程,結果顯示假如海衛一的冰殼厚度較薄,那麽潮汐力作用就很明顯加熱效應也會越強,反之冰殼較厚的話,海衛一就會更加堅固,潮汐力產生的熱效應較弱但即便是液體海洋也將會是富含氮的海洋此外海衛一的岩質核心的具體大小還是個未知數,這將決定核心放射性同位素衰變釋放的熱量

科學家認為海衛一的地下海洋可以作為外星生命的棲息地,雖然目前仍然有許多爭論,比如木衛二就是外星生命棲息地的候選者之一,即便海衛一生命出現的概率遠小于木衛二歐羅巴,但也不能將其排除。研究人員推測海衛一地下海洋或存在矽基生命,它們並不是以碳元素作為基礎,目前還沒有足夠的研究揭示矽烷在特殊行星環境下的行為,

其他相關

海王星俘獲

海衛一大小與冥王星相仿,圍繞海王星旋轉的方向和海王星自轉的方向相反,所處的位置恰好在海王星的內層衛星和外層衛星軌道之間。太陽系中的其他行星也有逆行衛星,但大小都比不上海衛一,軌道也沒這麽獨特。因此,海衛一的來源成為一個謎。

美國天文學家10日報告說,海衛一很可能原先是圍繞太陽旋轉的一個雙星系統的一部分,遇到海王星後被其俘獲。這一觀點發表在新一期《自然》雜志上。加州大學聖克魯斯分校的艾格諾和馬裏蘭大學的漢密爾頓認為,海衛一原先所屬的雙星系統,類似于冥王星與其衛星冥衛一的關系,即雙方質量相差不太大,無所謂誰圍繞誰旋轉,實際上是雙星圍繞它們的公共質心旋轉,而這個公共質心又圍繞太陽旋轉。

但是,當這個雙星系統與海王星近距離相遇時,海王星的引力便破壞了雙星體系,其中的一個星體被海王星俘獲。由于雙星系統的殘餘影響和海王星的引力共同作用,海衛一的軌道旋轉方向就變成和海王星自轉方向相反。研究人員指出,近年來天文學家在太陽系中發現了多個雙星系統,特別是在太陽系外圍盛產小行星的柯伊伯帶有11%的小行星構成雙星系統,地球附近的小行星也有16%屬于雙星系統,小行星雙星系統遇到海王星這樣的大質量行星的概率相當大。

此前曾有天文學家猜測,海衛一的奇特運行軌道可能是它和海王星的其他衛星碰撞所致。但艾格諾等人指出這種碰撞既要大到足以改變海衛一的軌道,又不能太大以致海衛一被撞毀,其發生概率很小,

海王星

行星海王星

物理特徵

平均直徑 2706.8±1.8 km [1]

表面面積 23,018,000 km²

體積 10,384,000,000 km³

質量 2.147×10^22 kg

平均密度 2.05 g/cm³

表面引力加速度 0.78 m/s²

逃逸速度 1.5 km/s

自轉周期 5日21小時2分鍾28秒

同步公轉

軸傾斜度 0

反照率 0.76

表面溫度

- 最高

- 平均

- 最低

34.5 K

大氣特徵

氣壓 0.001 kPa

氮 99.9%

甲烷 0.1%

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