研究人员对火星的理论研究猜测火星也有环,并对火卫一进行了模拟研究证实了该理论模型。新的研究已经将火星卫星Deimos加入到混合模型中--研究结果与以前的模型完全一致。这一结果表明我们有更多证据证明火星曾经有环。

璀璨,朦胧的荧惑星——火星,它的过去或许更加光彩夺目。新研究进一步证明火星这颗红色行星曾经有过火星环。新线索就在火卫二。火卫二的轨道并非完全平行于火星赤道,存在轻微倾角,很可能是火星环引力作用的结果。

实际上,卫星环系统没那么复杂。人们谈到卫星环,首先联想到土星,这一点毫无疑问,然而太阳系半数行星都有行星环,例如土星,天王星,海王星,木星,甚至矮行星妊神星,喀戎,小行星Chariklo等都有环。

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妊神星(图片来源:Illustration Credit: Instituto de Astrofsica de Andaluca)

2017年,两位研究员曾提出火星曾经有火星环。他们对火卫一进行动画模拟,发现火卫一很可能是由小行星撞击火星形成的,残骸飘向太空,形成了火星环,最终形成原型火卫一——其质量可比现在火卫一大得多。

现在,新研究把火卫二纳入理论模型,研究结果与先前的理论推理吻合。

凤凰计划(SETI)的库克(Matija Cuk)解释:“火卫二轨道与火星赤道并不完全平行,这一事实曾被人们忽视,更没有人愿意尝试解释它。

不过,我们一旦有了这个大胆的猜想,就会以全新的视角解读它:火卫二轨道倾斜背后隐藏着巨大秘密。”

火卫二轨道倾斜角度不大——仅为1.8度。此外,火卫二的轨迹相当正常,轨道周期约30小时,还有着极小的离心率——难怪没人愿意琢磨这其中门道。

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火卫一(图片来源:Credit: G. Neukum (FU Berlin) et al., Mars Express, DLR, ESA)

然而火卫一确实不太寻常。火卫一距离火星近得多,其轨道周期仅7小时39分,而且火卫一以每年1.8厘米的速度靠近火星。

科学家预测,在未来的一亿年里,火卫一将达到洛希极限,这是行星与其卫星间的最小可能距离。一旦小于这一距离,火星的潮汐作用会将其解体。

解体之后,一些残骸掉落火星,另一些将重组,再次形成新的卫星。这个质量更轻的新卫星会向外逃逸,与此相反,火星环受到到引力作用,向内迁移。

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2017年的研究结果显示,这种解体-重组现象发生过多次,这也是火卫二成因。

经过无数次模拟,库克和他的团队尝试构建模型,分析向外逃逸的原型火卫一如何影响火卫二轨道的倾斜。最终发现,原型火卫一的质量如达到现在月球的20倍,这时火卫二与火卫一达到1:3的轨道共振,同时火卫二距离火星是火星半径的3.3倍,导致火卫二轨道的轻微偏斜。几十亿年来,火卫二轨道变化甚小,成为我们现在看到的火卫二轨道。

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火卫二(图片来源:Credit: HiRISE, MRO, LPL (U. Arizona), NASA)

库克认为这一过程必然发生过,39亿年前的大撞击之后,原型火卫二很可能被分解,再重组,那时,火卫二的轨道与火星赤道平行,(或者几乎平行)但好景不长,因为在原型火卫一与火卫二的双星共振系统中,起初一定会存在轻微的轨道倾角情况。

他还告诉ScienceAlert的记者“35亿年左右是我们的最佳推测。之前赫塞尔·布鲁克(Hesselbrock) 和明顿(Minton)的研究显示35亿年前火星曾经有过一颗质量是现在火卫一20倍的卫星,而我们的推测与他们的计算刚好吻合。”

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有着轻微轨道倾角的火卫二不断进行分解和重组,这一过程也意味着那次大撞击导致火卫二轨道瓦解的可能性较小。而且由于火卫二离心率极低,因此路过的小行星影响火卫二的轨道倾角和离心率的可能性也不大。

至于原型火卫一,它有可能受火星引力作用,再一次分解。

库克还说:“火星环一旦环消失,火卫二也开始受火星潮汐作用影响,靠近火星(就像火卫一那样),一旦达到洛希极限,潮汐力会将其摧毁,残骸散落成为新的火星环,这个过程可能进行了两次,形成我们现在看到的火卫一。

这意味着如今的火卫一可能形成于约2亿年前,而2亿年刚好在科学家检测该模型理论的阈值内。

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这些样本将用于检测火卫一表面的年龄,如果样本年龄不超过几千万年,那么将证实研究团队的预测结果。该结果曾发布于第236次美国天文学会大会上,收录于《天文物理期刊》中。如今可以在arXiv上检索到。

作者: MICHELLE STARR

FY: 蕾姆蕾姆

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