海王星最小的衛星有多小？在上面跑馬拉松還得掉個頭

馬拉松比賽全程約 42 公里，而海王星最小的衛星「海馬」尺寸僅 34 公里，還不到一場馬拉松跑過的距離。一項新研究對「海馬」的尺寸進行了新的評估，並揭示了它那混亂的過去，這對研究衛星的形成帶來了新的啟示。

氣態巨行星海王星的最小衛星海馬在其軌道上的藝術構想圖。圖片來源：NASA, ESA, and J. Olmsted (STScI)

來源 space.com

撰文 Mike Wall

編譯 宋坤

審校 阿金

編輯 戚譯引

這顆模糊而寒冷的小行星再也不叫「海衛十四」了。天文學家給它取了一個名字——「海馬」（Hippocamp）。它是最晚被發現的海王星衛星，之前也被稱為 S/2004 N1。他們還在一項新的研究報告中指出了這顆衛星的大小，並揭露了它的一些有意思的過去。

2013 年，由馬克·肖華特（Mark Showalter）帶領的團隊宣布了 S/2004 N1 的存在。該團隊來自搜索地外文明計劃研究所（Search for Extraterrestrial Intelligence，SETI）。團隊的科學家通過分析美國宇航局（NASA）哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）在 2004 年到 2009 年期間拍攝的照片，發現了這顆衛星。

這是海王星衛星——海馬最早的照片，由 NASA 的哈勃空間望遠鏡在 2004 年拍攝。紅色小方框內顯示的是衛星海馬，右上方是它的放大版本。圖片來源：Mark R. Showalter, SETI Institute

當時，該團隊發現 S/2004 N1 的位置距離其母行星大約105250 千米（km），在軌道上繞行一周的時間大約為23 小時。相比海王星的這個衛星，地球自己的衛星十分巨大，直徑為 3475km，運行軌道距離地面平均 384600km。

S/2004 N1 也被研究人員認為是海王星已知的 14 顆衛星中最小的一個，人們原本估計它的直徑不超過 19km。

這是發現微小海王星衛星海馬的圖片。可以在紅色框內看到海馬；右上方是它的放大版本。圖片來源：Mark R. Showalter, SETI Institute

最近，肖華特團隊結合了 2016 年哈勃的新觀測結果，更新了對衛星的評估。相關研究於今年 2 月 20 日發表在《自然》（Nature）期刊上。肖華特和團隊採用了他們在幾年前設計的一個巧妙技術，這項技術使他們能夠最先發現衛星。該團隊的科學家「轉換」了哈勃望遠鏡對海王星系統拍攝下的 8 張連續 5 分鐘曝光圖片，重新排列像素，這樣即使衛星作軌道運動，他們也能夠將海馬的圖片相互「堆疊」在一起。本質上，研究人員是把衛星的 8 次單獨曝光轉化成為一次長達 40 分鐘的曝光。

「我們差點就跟它擦肩而過，」肖華特談及「海馬」時說。「哈勃的一次單獨曝光觀察到的海馬太微弱了。」

海王星的七個內衛星按照實際相對大小顯示，右側藍色為海王星的身影。圖片來源：Mark R. Showalter, SETI Institute

這項技術非常強大，它的廣泛應用「有助於探測到其他巨行星周圍的小衛星，甚至是繞著遙遠恆星運行的行星」，弗吉尼亞大學的天文學家安妮·沃比瑟（Anne Verbiscer）在同一期的《自然》期刊「新聞與觀點（News and Views）」欄目中寫道。她不是肖華特團隊的研究人員。

這項新的分析描述了一個比之前想像的稍微大一點的「海馬」，直徑約 34km，研究人員指出，它和一顆名叫「天涯海角」（Ultima Thule）的小行星尺寸大致相同。「海角天涯」是 NASA 的「新視野」號（New Horizons）航天器在元旦那天飛越的一個奇特而遙遠的天體。

1989 年，「旅行者 2 號」（Voyager 2）航天器在對海王星的探測飛掠期間發現了海王星的 6 顆衛星，而「海馬」的軌道區域與這 6 顆衛星大致相同。六顆衛星中最大、最靠外的衛星是直徑 420km 的「普羅透斯」（Proteus），而海馬恰好位於距離其內側 12000km 處。

像地球自己的衛星一樣，長久以來，普羅透斯和海馬都在沿著螺旋軌跡緩慢遠離它的母行星——儘管它們的速度要慢得多。大約在四十億年前，普羅透斯可能就在海馬旁邊，因此它那時有可能就吞掉了這顆較小衛星，肖華特說。

圖中顯示了海王星內衛星的位置和直徑（範圍從20 到 260 英里）。圖片來源：NASA, ESA, and J. Olmsted (STScI)

因此，肖華特和同事懷疑海馬形成的時間比普羅透斯晚。事實上，他們相信較小的衛星可能之前是它相鄰的較大衛星的一部分：海馬可能是普羅透斯在很久之前被彗星撞擊後爆炸飛入太空的碎片合併而成，研究人員在最新的論文中寫道。

事實上，海馬的形成可能追溯到使普羅透斯形成巨大的法羅斯隕石坑（Pharos Crater）的那次撞擊。海馬的總體積大約是法羅斯碰撞期間噴出碎片的 2%。不難想像，少量的碎片會合併形成一顆衛星，肖華特說。

在 80 年代和 90 年代期間，天文學家開始假定巨行星的衛星經歷過很多次的彗星碰撞，從而使得許多衛星解體。對海馬起源的推斷證實了這一早期太陽系的觀點，肖華特補充道：「這是第一個由碰撞產生衛星的極佳例子。」

多年來，肖華特在許多天然衛星的發現中起到了關鍵的作用，其中包括 20 世紀 90 年代初發現的土星的 「餛飩衛星」——潘（Pan）。

餛飩形狀的潘，由「卡西尼」號（Cassini）探測器拍攝。圖片來源：NASA/JPL/Space Science Institute

肖華特和他的團隊還使用轉換—堆疊技術（transformation-stacking technique）尋找海王星的另一衛星「娜伊婀德」（Naiad），該衛星自從「旅行者 2 號」在 1989 年發現後就再沒被看到過。科研人員還對發現海王星其他衛星的可能性設置了一些界限：沃比瑟指出，他們的分析顯示普魯透斯軌道內側沒有直徑超過 24km 的衛星，其外側也沒有直徑超過 20km 的衛星。

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