天王星的卫星

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天王星最著名的6顆衛星與天王星的大小比較,從左到右為:天衛十五、天衛五、天衛一、天衛二、天衛三、天衛四。

天王星擁有27顆已知的天然衛星[1]均以威廉·莎士比亞亞歷山大·蒲柏作品中的人物命名。[2]威廉·赫歇爾於1787年發現了首兩顆:天衛三天衛四,餘下的近球體衛星由威廉·拉塞爾天衛一天衛二於1851年)和傑拉德·柯伊伯天衛五於1948年)發現。其他衛星則在1985年之後由旅行者二號或使用先進的地面太空望遠鏡發現。[1][3]

天王星的衛星被分作三群:13顆内圈衛星、5顆主群衛星和9顆不規則衛星。内圈衛星為暗黑色的小天體,並和天王星環有著相同的屬性和來源。5顆主群衛星的質量足夠大,能使自身坍縮成近球體;其中4顆顯示出内部的活動的痕跡,如形成峽谷和火山噴發。[3]天衛三是當中最大的,其直徑有1578公里,為太陽系第8大衛星,質量比地球的衛星月球小20倍。天王星不規則衛星的軌道離心率和軌道傾角都很高(大部分為逆行),並且距離天王星很遠。[1]

發現[编辑]

威廉·赫歇爾爵士發現天王星的6年之後,在1787年1月11日發現了天衛三天衛四,為首次發現天王星衛星。其後,赫歇爾聲稱發現了6顆衛星(見下)和一個環。將近50年,也只有赫歇爾自己的觀測工具能看到這些衛星。[4]1840年代,工具的進步和天王星在天空中較佳的位置使人們偶然觀測到天衛三和天衛四以外的衛星。天衛一天衛二威廉·拉索爾在1851年發現。[5]天王星衛星的羅馬數字編號有一段時間都不很穩定,人們爭論究竟使用赫歇爾(天衛三和天衛四為II和IV)還是威廉·拉索爾的編號方式(天衛三和天衛四為I和II)。[6]直到天衛一和天衛二被肯定,拉索爾將4顆已知衛星依離天王星的距離從裏到外編號,問題這才解決。[7]1852年,威廉·赫歇爾之子約翰·赫歇爾為這4顆衛星命名。[8]

將近一個世紀之後才有新的發現。1948年,傑拉德·柯伊伯發現了5顆近球體大衛星的最小一顆——天衛五[8]幾十年後,旅行者二號太空探索器於1986年1月掠過天王星,並且發現了10顆内圈衛星。[3]研究人員於2001年翻看旅行者號所拍攝的照片時,又發現了一顆新衛星——天衛二十五[9] 1997年之前,天王星仍是唯一一顆未發現不規則衛星類木行星。1997年之後,地面的天文望遠鏡發現了9顆不規則衛星。[1]2003年,哈勃太空望遠鏡又發現了兩顆内圈小衛星天衛二十六天衛二十七[10]截至2008年,天衛二十三是最後一顆發現的天王星衛星,發現於2003年10月公佈。[11]

虛假的衛星[编辑]

1787年1月11日赫歇爾發現天衛三天衛四之後,他又聲稱自己觀測到了其餘4顆衛星,分別於1787年1月18日、1790年2月9日、1790年2月28日及1794年3月26日。之後的幾十年,人們都相信天王星系擁有6顆衛星,儘管另外4顆衛星從未被其他天文學家確認。威廉·拉索爾於1851年發現的天衛一天衛二未能證實赫歇爾先前的理論,因爲這兩顆衛星並不符合4顆假設衛星中任一顆的軌道特性。結論是,赫歇爾的那4顆衛星均不存在,當年的發現很可能只是遠處的恆星。發現天衛一和天衛二的功勞也歸於拉索爾。[12]4顆虛假衛星的理論公轉周期分別為5.89日(天衛三以内)、10.96日(天衛三和天衛四之間)、38.08日及107.69日(天衛四以外)。[13]

命名[编辑]

首4顆衛星要到1852年才獲得名稱。其命名工作由天王星發現者之子約翰·赫歇爾進行。他並沒有以羅馬神話人物命名,卻以英國文學中的神靈命名:威廉·莎士比亞的《仲夏夜之夢》中的仙王仙后奧布朗和提泰妮婭,和亞歷山大·蒲柏的《秀髮劫》中的女精靈艾瑞爾(同名人物:莎士比亞的《暴風雨》中的精靈)和安比利爾。這可能是由於他認爲,代表天王的天王星應由天上的神靈守護。[14]

隨後為衛星的命名並不使用之前圍繞神靈的主題(天衛十五天衛二十六除外),但仍取自莎士比亞的作品。1949年發現的天衛五由其發現者傑拉德·柯伊伯命名,人物取自莎士比亞的《暴風雨》中的米蘭達。今天國際天文聯會負責命名,取材於《秀髮劫》(只有天衛一、天衛二和天衛十四)和任何莎士比亞的戲劇。起初外圈的衛星全部取名自《暴風雨》,直到天衛二十三以《無事生非》中的瑪格利特命名,才結束了這個趨勢。[8]

天王星衛星的相對質量。除5大衛星以外的其它衛星質量總共只達0.1%,在此圖幾乎不可見。

部分小行星和天王星衛星有相同的名稱:小行星171(Ophelia)、小行星218(Bianca)、小行星593(Titania)、小行星666(Desdemona)、小行星763(Cupido)和小行星2758(Cordelia)。

特性與衛星群[编辑]

天王星系是類木行星之中質量最小的一個,其總質量也不足海衛一(太陽系第7大衛星)的一半。[note 1]其最大成員天衛三的半徑為788.9公里,[16]不如月球的一半,但稍長於土星第二大衛星土衛五。因此天衛三成爲太陽系第8大衛星。天王星質量約為其衛星總質量的10,000倍。[note 2]

内圈衛星[编辑]

天王星環衛系統圖表

截至2008年,天王星擁有13顆内圈衛星,[10]軌道均位於天衛五以内。它們與天王星環有著緊密的關係,可能因爲環系統是由一顆或多顆小内圈衛星分裂而成。[17]最靠近天王星的天衛六天衛七為ε環的牧羊人衛星,而天衛二十六則形成μ環。[10]天衛十五的軌道位於天衛二十五天衛二十六之間,是内圈衛星和大衛星之間的過渡衛星。所有内圈衛星顔色都呈暗黑色,反照率不超過百分之十。[18]其成分為水冰混合一種黑色物質,可能是經輻射處理的有機物。[19]

小型内圈衛星經常互相攝動,並明顯很不穩定。模擬顯示,這些衛星的攝動會導致穿越其他衛星軌道,以致相撞。[10]天衛十在未來的1億年可能與天衛九天衛十一相撞。[20]

主群衛星[编辑]

天王星有5顆主群衛星:天衛一天衛二天衛三天衛四天衛五。它們的直徑為472公里至1578公里不等。[16]所有大衛星都相對較黑:其反照率介乎百分之30至50,而其邦德反照率介乎百分之10至23。[18]其質量介乎6.7 × 1019公斤至3.5 × 1021公斤,比較下,月球的質量為7.5 × 1022公斤。[16]天王星主群衛星相信是形成於吸積盤中,而此吸積盤存在於天王星形成後不久,可能是由於早期天王星受到的強力撞擊而成。[21][22]

天王星5顆近球體衛星的大小和亮度比較。從左至右為:天衛五、天衛一、天衛二、天衛三和天衛四。

主群衛星都幾乎以相同分量的岩石和冰組成,除天衛五外,它主要由冰組成。[23]而這些冰物質可能混合二氧化碳[24]它們表面佈滿了隕石坑,並都以地表特徵(如峽谷)的形式表現出内部的活動(除天衛二)。以天衛五為例,它有著殘破有如補丁的地形。[3]天衛一有著最年輕的地表和最少的隕石坑,而天衛二則顯得最“老”。[3]天衛五與天衛二之間的3:1軌道共振和天衛一與天衛三之間的4:1軌道共振相信是天衛五和天衛一上強烈地質運動的成因。[25][26]其中一個對這種軌道共振的解釋是,天衛五距離天王星如此的近,但有著異常高的軌道傾角(4.34°)。[27][28]主群衛星内部結構可能並不相同,但都有岩石核心和冰幔。[23]天衛三和天衛四的的核與幔的交界處可能存在著液態水海洋。[23]主群衛星均不擁有大氣層,如天衛三表面氣體壓力不超過10至20納[29]


天王星及其主群衛星夏至時太陽在天空的運行路徑和其他太陽系行星上的不同。它們和天王星幾乎有著相同的自轉軸傾角,換句話說它們的自轉軸互相平行。[30]太陽看上去會圍著天球的極點繞圈。最接近時,太陽距離天極約7度。[31]如站在中等緯度地區,太陽會以約15度直徑大的圓圈繞圈運行,而且不會下山。

天王星的不規則衛星。橫軸數字單位為億米(百萬公里),表示希爾球半徑。軌道離心率由黃色線段表示,左端為近心點,右端為遠心點,軌道傾角為縱軸。

不規則衛星[编辑]

截至2005年,天王星擁有9顆不規則衛星,其軌道半徑均大大長於天衛四。相信所有不規則衛星都是天王星形成之後不久捕獲的天體。[1]右圖顯示已知不規則衛星的軌道數據。橫軸之上的為順行衛星,之下的為逆行衛星。天王星的希爾球半徑約為7300萬公里。[1]

天王星不規則衛星的直徑介乎18公里(天衛二十一)至150公里(天衛十七)。[1]木星木星的衛星#不規則衛星不同,天王星不規則衛星的自轉軸和軌道傾角並沒有關係。逆行衛星可根據自轉軸或軌道離心率分爲兩群。較接近天王星的一群(a < 0.15 rH)離心率中等(約0.2),包括:天衛二十二天衛十六天衛二十天衛二十一[1]較遠的一群(a > 0.15 rH)離心率較高(約0.5),包括:天衛十七天衛二十三天衛十八天衛十九天衛二十四[1]

軌道傾角60°至140°之間沒有任何衛星,這是古在機制造成的。[1]在這個不穩定區域裏,衛星到達遠心點時會受太陽攝動而形成離心率很大的軌道,以致與其它衛星相撞或者被抛出天王星系。這個區域内如果存在衛星,它會存在1千萬至10億年。[1]

天衛二十三是唯一一顆順行的不規則衛星,並且擁有離心率最高的軌道(然而海衛二的平均離心率更高)。2008年其離心率為0.7979。[32]

列表[编辑]

以下為天王星衛星列表,默認以軌道順序排列。質量足夠大而能坍縮成近球體的衛星以粗體列出。底色紫色的為主群衛星;而不規則衛星中,淺灰色為順行,深灰色為逆行。

順序
[note 3]
編號
[note 4]
名稱
直徑(公里)[note 5] 質量
(×1018公斤[note 6]
半長軸
(公里)[33]
公轉周期
[33][note 7]
軌道傾角
°[33]
軌道離心率
[34]
發現年份
[2]
發現者
[2]
1 天衛六 Cordelia 40.2 ± 6 0.044 49,751 0.335034 0.08479° 0.00026 1986 理查德·特瑞爾
旅行者二號
2 天衛七 Ophelia 42.8 ± 8 0.053 53,764 0.376400 0.1036° 0.00992 1986 理查德·特瑞爾
旅行者二號
3 天衛八 Bianca 51.4 ± 4 0.092 59,165 0.434579 0.193° 0.00092 1986 布拉德福德·史密斯
旅行者二號
4 天衛九 Cressida 79.6 ± 4 0.34 61,766 0.463570 0.006° 0.00036 1986 斯蒂芬·辛諾特
旅行者二號
5 天衛十 Desdemona 64.0 ± 8 0.18 62,658 0.473650 0.11125° 0.00013 1986 斯蒂芬·辛諾特
旅行者二號
6 天衛十一 Juliet 93.6 ± 8 0.56 64,360 0.493065 0.065° 0.00066 1986 斯蒂芬·辛諾特
旅行者二號
7 天衛十二 Portia 135.2 ± 8 1.70 66,097 0.513196 0.059° 0.00005 1986 斯蒂芬·辛諾特
旅行者二號
8 天衛十三 Rosalind 72 ± 12 0.25 69,927 0.558460 0.279° 0.00011 1986 斯蒂芬·辛諾特
旅行者二號
9 天衛二十七 Cupid ~18 0.0038 74,800 0.618 0.1° 0.0013 2003 馬克爾·修瓦特傑克·利斯奧爾
10 天衛十四 Belinda 90 ± 16 0.49 75,255 0.623527 0.031° 0.00007 1986 斯蒂芬·辛諾特
旅行者二號
11 天衛二十五 Perdita 30 ± 6 0.018 76,420 0.638 0.0° 0.0012 1986 埃里克·卡爾克斯卡
旅行者二號
12 天衛十五 Puck 162 ± 4 2.90 86,004 0.761833 0.3192° 0.00012 1985 斯蒂芬·辛諾特
旅行者二號
13 天衛二十六 Mab ~25 0.01 97,734 0.923 0.1335° 0.0025 2003 馬克爾·修瓦特傑克·利斯奧爾
14 天衛五 Miranda 471.6 ± 1.4 66 ± 7 129,390 1.413479 4.232° 0.0013 1948 傑拉德·柯伊伯
15 天衛一 Ariel 1,157.8 ± 1.2 1,350 ± 120 191,020 2.520379 0.260° 0.0012 1851 威廉·拉索爾
16 天衛二 Umbriel 1,169.4 ± 5.6 1,170 ± 130 266,300 4.144177 0.205° 0.? 1851 威廉·拉索爾
17 天衛三 Titania 1,577.8 ± 3.6 3,530 ± 90 435,910 8.705872 0.340° 0.0011 1787 威廉·赫歇爾
18 天衛四 Oberon 1,522.8 ± 5.2 3010 ± 70 583,520 13.463239 0.058° 0.0014 1787 威廉·赫歇爾
19 天衛二十二 Francisco ~22 0.0072 4,276,000 −266.56 147.459° 0.1459 2003[note 8] 馬修·霍爾曼等人
20 天衛十六 Caliban ~72 0.25 7,231,000 −579.73 139.885° 0.1587 1997 布萊特·格萊德曼等人
21 天衛二十 Stephano ~32 0.022 8,004,000 −677.37 141.873° 0.2292 1999 布萊特·格萊德曼等人
22 天衛二十一 Trinculo ~18 0.0039 8,504,000 −749.24 166.252° 0.2200 2001 馬修·霍爾曼等人
23 天衛十七 Sycorax ~150 2.30 12,179,000 −1288.28 152.456° 0.5224 1997 菲力浦·尼可森等人
24 天衛二十三 Margaret ~20 0.0054 14,345,000 1687.01 51.455° 0.6608 2003 斯高特·謝柏德大衛·朱維特
25 天衛十八 Prospero ~50 0.085 16,256,000 −1978.29 146.017° 0.4448 1999 馬修·霍爾曼等人
26 天衛十九 Setebos ~48 0.075 17,418,000 −2225.21 145.883° 0.5914 1999 約翰·卡維拉斯等人
27 天衛二十四 Ferdinand ~20 0.0054 20,901,000 −2805.51 167.346° 0.3682 2003[note 8] 馬修·霍爾曼等人

資料來源:NASA/NSSDC、[33] Sheppard, et al. 2005.[1] For the recently discovered outer irregular moons (Francisco through Ferdinand) the most accurate orbital data can be generated with the Natural Satellites Ephemeris Service.[32] The irregulars are significantly perturbed by the Sun.[1]

參見[编辑]

備註[编辑]

  1. ^ 海衛一質量約2.14 × 1022公斤,[15]而天王星系總質量約1 × 1022公斤。
  2. ^ 天王星質量8.681 × 1025公斤/4顆最大衛星總質量8.82 × 1021公斤=9,842公斤,而其餘衛星的質量在此並不重要。
  3. ^ 順序:衛星距離天王星平均距離的順序。
  4. ^ 編號:依發現順序排列的編號
  5. ^ 直徑非單一數字的衛星,如“60×40×34”,表示該衛星並非正球體。
  6. ^ 其他小衛星的質量以假設密度1.3 g/cm3算出。除非另有註明,所列出之質量均不設誤差範圍。
  7. ^ 周期為負數的衛星是逆行衛星。
  8. ^ 8.0 8.1 Detected in 2001, published in 2003.

參考資料[编辑]

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外部鏈接[编辑]