冥王星是如何用十个小时俘获它的最大卫星卡隆

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插图显示了冥王星和它最大的卫星卡隆（图片来源：NASA/RobertLea（由Canva创建））

新的研究表明，数十亿年前冥王星或许用一个非常简单的冰吻就俘获到它最大的卫星，卡隆。这个理论也许可以解释矮行星是如何能够（是的，我们也希望冥王星仍然是一颗行星）诱捕一个大约有它一半大的卫星。

研究团队认为两个寒冷的世界坐落于柯伊伯带，一圈冰体位于太阳系边缘远离太阳的位置，相撞与数十亿年前。两个星体互相连结像是一个旋转的“宇宙雪人”。这些星体相对快速但是保持联结到创造出我们如今所看到的冥王星/卡隆星系。

这个“吻与俘获”过程代表了一个关于卫星俘获和宇宙碰撞的新理论。这能够帮助科学家们更好地调查柯伊伯带寒冷冰冻世界的结构强度。

“我们发现如果假设冥王星和卡隆卫星是具有材料强度的物体，冥王星确实能够从一次剧烈的碰撞中俘获卡隆卫星。”团队领导者和亚利桑那大学月球和行星研究员阿迪恩·丹顿在空间网上告知。“这场碰撞俘获过程被称为 '轻吻俘获'是因为冥王星和卡隆卫星短暂地融合，吻的要素是在两个独立的星球分离之前。”

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大多数行星碰撞情景都被归类为“打了就跑”或者“相擦并融合”，意味着这个“吻与俘获”设想是全新的。

“我们真的被“吻”的轻吻与俘获部分所惊讶到。”登顿继续道。“这还没有确切地在再次分离前两个星球仅仅短暂的融合前产生一种实际影响！”

冥王星用10个小时的吻赢得卡隆卫星

冥王星与卡隆卫星的关系对科学家来说一直是个难题的原因是两个冰体之间在体型大小之间相对较小的差异。

“相对于冥王星，卡隆是庞大的，以至于它们实际上是双星系统。”登顿解释道。“他只有冥王星体积的一半，质量也只有它的12%，这让它比太阳系中任意卫星都更像地球的卫星。”

举个比较，我们的卫星只有地球的四分之一大，然而在太阳系中最大的卫星，木卫三，它的大小大约是它母星木星的二十八分之一。

亚利桑那大学的研究人员同时也是美国国家航空航天局博士后研究员补充道以一种正常方式去获得这么大的卫星是很难的。（像火星的卫星火卫一和火卫二与巨型星木星和土星的卫星是“正常”由引力捕获的）

这意味着形成冥王星和卡隆卫星系统的优势理论是基于碰撞俘获猜想，类似于一个巨大的天体撞击地球，释放出地球捕获的物质，从而诞生了月球。

“一些巨大的物质撞击了冥王星，随后就得到了卡隆卫星，但是像地月系统，我们并不完全知道它是如何运行以及这种情况发生的条件，”登顿说道。“这是一个非常大的疑问因为一群其他大柯伊伯带天体同样也有大型卫星，所以这看起来像是一些事情频繁地在柯伊伯带发生，但是我们不知道是如何发生也不知道为什么发生。”

一张截图显示了冥王星/卡戎系统在其“雪人”阶段的链接。(图片来源： Robert Melikyan和Adeene Denton）

在一次标准的“碰撞捕获”过程中，一场剧烈的碰撞发生了，两个星体以一种液体状的方式伸展扭曲。这个过程很好地解释了地月系统的诞生因为在撞击中产生的高温和星体较大的体积促使它们以一种流动的方式行动。

当提及冥王星和卡隆卫星的一次碰撞捕捉过程，这有一个额外的因素去考虑到：那就是温度更低的冰和岩体它们的结构强度。这是当研究者们在过去思考卡隆的碰撞诞生时所被忽视的。

为将这个因素投入模拟实验，团队向亚利桑那大学的高性能计算集群寻求帮助。当登顿和同事们对他们模拟中这些物质的强度进行解释时，一个完全出乎意料的结果出现了。

“因为两个星体都有物质强度，卡隆卫星并没有深入穿透冥王星与冥王星融合在一起；当星体是液体状时，情况就不是这样了，”登顿解释道。“同样的冲击情况，我们假设冥王星和卡隆卫星力量较小，融合进一个更大的星体，卡隆就是被融合的。然而，由于它们力量因素，在冥王星和卡隆卫星简单的融合中仍然保持结构完好。”

新视野号望远镜看到的冥王星卫星卡戎（图片来源：NASA/JPL-Caltech)

因为在卡隆卫星不能融合进冥王星这个设想下，这仍然超出所谓两个星体的“共转半径”。所以，它不能像冥王星那样高速旋转，这意味着两个星体无法保持合并状态。当它们分离，这场冰吻也结束了，研究团队认为冥王星会把卡隆卫星扭成一团，卫星会从高圆轨道向外迁移。

“这个吻的亲吻与俘获，融合非常简洁，从地质学角度来说，在两个星体再次分离之前持续了10到15小时。”登顿说到。“然后，卡隆卫星开始缓慢向外迁移，到达目前的位置。”

研究团队认为初始碰撞在太阳系历史中发生的非常早，可能在太阳系形成后的数千万年，数十亿年前。

“典型的大型碰撞都是直接合并，星体结合的地方，或者两个星体保持独立，”登顿说道。“所以这对我们来说很新奇，也提出了很多有趣的地质学问题我们乐意去尝试，因为亲吻与俘获是否有效取决于冥王星的热状态，然后我们可以将其与冥王星的现代地质学联系起来进行测试。”

“我真的想弄清楚怎样影响最初的冥王星—卡隆碰撞并且冥王星和卡隆卫星如何形成大洋的。”

登顿解释道团队在这个基础上有两条途径来发展。

“第一条是观察这是如何适应于另一个大柯伊伯带天体和大卫星，像厄里斯和迪斯诺米亚，奥库斯和凡斯，以及其他的天体和卫星，”登顿解释道。“我们的初步分析表明吻和俘获同样可以是这些其他星系的来源，但是因为它们在成分和质量上各有差异，了解“亲吻捕获”是如何在柯伊伯带运行的至关重要。”团队打算采取第二条途径包括观察卡隆卫星长期的潮汐演化去证实他们的形成理论。

“这无疑是一个形成冥王星和卡隆卫星的一个过程，我们需要确认的是卡隆卫星迁移到它现在的位置是在距离冥王星大约8倍宽的地方，”登顿说道。“然而，这是一个发生的时间尺度比最初的碰撞要长得多的过程，所以我们的模型不适合追踪它。”

“我们计划有一个更近的观察在未来去查明哪种情况不仅将冥王星和卡隆卫星作为天体复制而且将卡隆卫星放到了它如今正确的点位。”

BY:Robert Lea

FY：咪咪猫

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