就像我们的月球每年离地球的距离稍微远一点一样,其他的卫星也在和它们的主行星做着同样的事情。当卫星绕轨道运行时,它的引力会牵扯住行星,造成行星暂时的隆起。

行星如何影响卫星的轨道?土卫六的远离或许可以给出答案-MAAMX

比水星还要大的巨大卫星土卫六环绕土星运行,土卫六下面是土星光环投下的阴影。2012年5月6日,美国宇航局的卡西尼号飞船拍摄了6张照片,这张自然色彩的照片是由它们组合而成的。

随着时间的推移,隆起和下陷所产生的能量从行星转移到卫星,将其推得越来越远。我们的月球每年漂离地球1.5英寸(3.8厘米)。

科学家们认为他们知道了巨大的卫星土卫六远离土星的速度,但是他们有了一个惊人的发现:利用美国宇航局的卡西尼号飞船的数据,他们发现土卫六漂移的速度比之前所知的要快100倍——大约每年4英寸(11厘米)。

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土卫六“泰坦”

这些发现可能有助于解决一个古老的问题。虽然科学家们知道土星形成于46亿年前的太阳系初期,但对于土星环和土星的80多个卫星系统是何时形成的仍有更多的不确定性。土卫六目前距离土星75.9万英里(120万公里),修正后的漂移速度表明,这颗卫星一开始离土星更近,这意味着整个系统扩张的速度比之前认为的要快。

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“这一结果为土星系统的年龄以及它的卫星是如何形成的这一备受争议的问题带来了一个重要的新谜团,”瓦列里⋅莱内说,他是这项研究的第一作者,发表在《自然天文学》上。在加入巴黎文理研究大学的巴黎天文台之前,他作为一名科学家在南加州的美国宇航局喷气推进实验室进行了这项研究。

土卫六漂移速率的发现也为一个新的理论提供了重要的证实,这个理论解释并预测了行星如何影响其卫星的轨道。

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在过去的50年里,科学家们用同样的公式来估计月球离开地球的速度,这个速度也可以用来确定月球的年龄。这些公式和它们所依据的经典理论适用于整个太阳系大大小小的卫星。该理论假设,在像土星这样拥有数十颗卫星的系统中,像土卫六这样的外卫星向外移动的速度比靠近的卫星要慢,因为它们离主行星的引力更远。

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土星及其部分卫星

四年前,现在任职于加州理工学院的理论天体物理学家吉姆·富勒发表了一项研究,推翻了那些理论。富勒的理论预测,外卫星能以与内卫星相似的速度向外迁移,因为它们被锁定在一种不同的轨道模式中,这种模式与行星特定的摆动有关,并使它们向外迁移。

“新的测量暗示这类行星和卫星的相互作用可以比之前预期的更加突出,可以适用于许多系统,如其他行星的卫星系统,系外行星,太阳系以外,甚至双星系统中。”富勒说,他就是这篇论文的合著者。

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为了得到他们的结果,作者们在卡西尼号图片的背景中绘制了恒星并追踪了土卫六的位置。为了证实他们的发现,他们将这些数据与卡西尼号收集的一个独立数据集进行了比较。在2006年至2016年的10次近距离飞越中,该航天器向地球发送了无线电波,科学家们研究了信号的频率是如何因与周围环境的相互作用而改变的,以估计土卫六的轨道是如何演变的。

“通过使用两个完全不同的数据集,我们得到了完全一致的结果,同时也与吉姆⋅富勒的理论一致,即泰坦的漂移速度要快得多,”意大利博洛尼亚大学的合著者保罗⋅托尔托拉说。托尔托拉是卡西尼号无线电科学小组的成员,并在意大利航天局的支持下从事这项研究。

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由喷气推进实验室管理的“卡西尼号”是一个轨道飞行器,在其耗尽燃料之前对土星进行了13年的观测。卡西尼于2017年9月将探测器送入土星大气层,部分原因是为了保护其卫星土卫二,卡西尼发现土卫二可能具备适合生命生存的条件。

卡西尼-惠更斯任务是美国宇航局、欧洲航天局和意大利航天局的合作项目。喷气推进实验室是位于帕萨迪纳市的加州理工学院的一个分部,由位于华盛顿的NASA科学任务理事会管理这项任务,喷气推进实验室设计、开发和组装了卡西尼号轨道飞行器。

作者: Tony Greicius

FY: Tycho

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