木星的卫星为什么那么多？

深蓝色的畅想

地球只有一颗天然卫星，但有几十颗天然卫星围绕着木星旋转。作为太阳系中最大的行星，木星一向以卫星数量众多著称，并且不断有新成员被发现。2018年7月16日，天文学家宣布，他们又发现了12颗此前不为人知的木星卫星。　　美国卡内基科学研究所的斯科特（Scott S。 Sheppard）领导了这项研究。他和同事们原本在进行另一项研究，试图在遥远的柯伊伯带寻找新天体，即传说中的太阳系第九大行星“Planet X”。柯伊伯带是海王星轨道外侧一个天体密集的圆盘状区域。在搜索新天体可能存在的区域时，谢泼德和同事们意外发现木星刚好在搜索范围附近，于是他们决定暂时搁置原先的研究目标，转而暂时观察一下木星。对木星卫星的观察可以追溯到伽利略的时代。1610年，伟大的天文学家伽利略注意到有4个天体似乎在围绕着木星旋转。后来它们分别被命名为艾奥（Io，木卫一）、欧罗巴（Europa，木卫二）、盖尼米德（Ganymede，木卫三）和卡里斯托（Castillo，木卫四）。这4颗卫星是最早被发现的木星卫星，在分类上属于木星的主卫星群，又被称为伽利略卫星。它们的半径比任何矮行星都大，是太阳系中除太阳和八大行星以外最大的天体。木卫三是木星卫星中最大的一颗，其直径甚至大于水星。随着观星技术变得越来越先进，人们又发现了这4颗卫星的更多同伴。谢泼德的研究小组确认了12颗新的卫星，使木星的卫星总数已经达到79颗。值得一提的是，这12颗新卫星都十分袖珍，大小几乎都在1至2公里。
　　在太阳系中，还没有其他行星能达到这个数字。土星紧随其后，已知有62颗卫星；天王星有27颗卫星，海王星有14颗卫星。地球的邻居火星，拥有两颗卫星：福波斯（Phobos，火卫一）和得摩斯（Deimos，火卫二）。相比之下，地球只有一个月亮，而水星和金星完全没有卫星，这或许能让地球人稍感安慰。
　　木星拥有如此多的卫星，而其他行星的卫星却如此之少，这其中的原因都要归结于引力。
引力的影响
　　天文学家将太阳系内的行星分为两类。水星、金星、地球和火星是所谓的“类地”或“内行星”，而木星、土星、天王星和海王星则被归类为“气态巨行星”，也被称为“外行星”（越来越多的科学家认识到，天王星和海王星是一类独特的巨行星，称为“冰巨行星”）。
　　这两个类别之间有着相当大的规模差距。虽然天王星是最小的外行星，但它的质量仍然是地球的15倍，而地球是最大的内行星。然而，就体积而言，没有其他行星能与木星匹敌。在质量上，木星的质量是太阳系其他行星质量总和的2.5倍，也是地球质量的300多倍。这绝对是个怪物。
　　正如牛顿所观察到的，物体的质量与其引力场的强度之间存在正相关关系。由于气态巨行星具有惊人的质量，它们便能够吸引更多的卫星。不过，这并不是像木星这样的行星拥有如此多卫星的唯一原因。太阳系的气态巨行星距离太阳相对较远。与之相比，一些恒星拥有巨大的类木行星，称为“热木星”。基本上，这些系外气体巨行星的轨道往往离恒星很近，你可以想象一下土星和水星互换位置的场景。
　　法国天文学家法特希·纳穆尼（Fathi Namouni）在2010年发表的一篇论文中指出，热木星几乎没有卫星。有天文学家认为，热木星可能起源于恒星系的冻结线（由母恒星中心向外起算，能让水、氨、甲烷等挥发物质凝聚为固体冰粒的最小距离）以外，然后向内迁移。在迁移过程中，它们的卫星会陷入一场天体拔河游戏。气态巨行星的质量虽然很大，但恒星要大得多。因此，当热木星太接近其母恒星时，拥有更强引力场的恒星最终会偷走它的卫星。
　　距离会抵消引力的作用。当行星离太阳越远，其对行星的引力就越弱。因此，如果纳穆尼的观点是正确的，那么木星拥有的卫星数量将不止79颗，应该还会不断增加，因为这是一颗巨大的气态行星，距离太阳足够远，可以避免卫星被剥夺。
　　木星的卫星并不是千篇一律的。其中有一些卫星具有天文爱好者们津津乐道的特征，比如木卫一上布满了活火山；木卫二上存在一个隐藏的海洋，那里可能有外星生命；木卫三有火星的三分之二那么大，是整个太阳系最大的卫星。
　　这三颗卫星，连同木卫四，很可能是与木星一起形成的。这颗巨大的行星最初可能是由气体和尘埃组成的圆盘，逐渐演变成我们今天所知道的气态巨星。当木星成形时，围绕它旋转的一些物质合并成了伽利略在1610年发现的4颗卫星。土星可能推动了它们的形成。也有人猜测，早期的木星曾有更多的卫星，后来逐渐被这颗巨大的行星吸引和吸收。
　　还有一些卫星不一定是与木星同时形成的。科学家认为，木星的许多卫星一开始都是大块的太空岩石，是被木星的引力吸引而漂移过来的。
　　木星卫星的行为也很有趣。许多卫星与木星旋转的方向相同，但也有与之相反的情况，包括谢泼德和同事所发现的12颗新卫星中的9颗。这么多卫星朝不同方向旋转，碰撞是不可避免的。卫星可能会在碰撞过程中被摧毁，因此，就在木星获得新卫星的同时，也在失去一些原有的卫星。