發(fā)現(xiàn)者 威廉·拉塞爾
發(fā)現(xiàn)日 1846年10月10日
軌道特性
長(zhǎng)軸 354,800 km
偏心率 0.0000
軌道周期 -5.877日
(逆行)
傾角 130.267°(相對(duì)于黃道)
157.340°(相對(duì)于海王星赤道)
130.063°(相對(duì)于海王星軌道)
含有空氣:氮?dú)?9% 其他氣體1%
旅行者2號(hào)1989年08月24日攝于距離海衛(wèi)一53萬千米處海衛(wèi)一是環(huán)繞海王星運(yùn)行的一顆衛(wèi)星。它是海王星的衛(wèi)星中最大的一顆。它是太陽(yáng)系中最冷的天體之一,具有復(fù)雜的地質(zhì)歷史和一個(gè)相對(duì)來說比較年輕的表面。1846年10月10日威廉·拉塞爾(William Lassell)發(fā)現(xiàn)了海衛(wèi)一(這是海王星被發(fā)現(xiàn)后第17天)。拉塞爾以為他還發(fā)現(xiàn)了海王星的一個(gè)環(huán)。雖然后來發(fā)現(xiàn)海王星的確有一個(gè)環(huán),但是拉塞爾的發(fā)現(xiàn)還是值得懷疑,因?yàn)閷?shí)際上海王星的環(huán)太暗了,不可能被拉塞爾用他的儀器發(fā)現(xiàn)。
海衛(wèi)一在國(guó)際上的名字是Triton,它是以希臘海神崔頓命名的。這個(gè)名字是1880年卡爾米·弗拉馬利昂提出的發(fā)現(xiàn)者拉塞爾本人似乎想不出應(yīng)該怎樣給這顆衛(wèi)星命名但是他給他后來的發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)七和天衛(wèi)一、天衛(wèi)二命名了。
繼弗拉馬利昂后還有一些人建議使用這個(gè)名字,但出于各種原因這個(gè)名字一直沒有成為正式的名字直到1939年的書里還標(biāo)記有“不常用的名字”。當(dāng)時(shí)一般將海衛(wèi)一稱為“海王星的衛(wèi)星”,
直到海衛(wèi)二被發(fā)現(xiàn)后特里同才于1949年被定為正式名稱。
海衛(wèi)一的平均密度為2.05 g/cm3,在地質(zhì)上估計(jì)含有25%固態(tài)冰,以及其他巖石物質(zhì)。它擁有一層稀薄大氣,其主要成份是氮,以及含有少量甲烷,整體大氣壓約為0.01毫巴。它的表面溫度低于40K,但是至少為35.6K。這個(gè)最低溫度的原因在于在這個(gè)溫度下固體氮的相態(tài)發(fā)生變化,從六角形的晶體相態(tài)變?yōu)榱⒎襟w的晶體相態(tài)估計(jì)的最高溫度的來源在于通過測(cè)量氮在海衛(wèi)一大氣中的蒸汽壓,在這個(gè)蒸汽壓下固態(tài)與氣態(tài)平衡的溫度低于40K。這說明海衛(wèi)一的表面溫度甚至低于冥王星的表面溫度(44K)。雖然如此海衛(wèi)一地質(zhì)活躍,其表面非常年輕很少有撞擊坑。旅行者2號(hào)觀測(cè)到了多個(gè)冰火山或正在噴發(fā)的液氮、灰塵或甲烷混合物噴泉,這些噴泉可以達(dá)到8000多米的高度。不像木衛(wèi)一表面的火山,海衛(wèi)一表面的火山活動(dòng)可能不是潮汐作用造成的而是季節(jié)性的太陽(yáng)照射所造成的。海衛(wèi)一表面還有非常錯(cuò)綜復(fù)雜的山脊和峽谷地形,它們可能是通過不斷地融化和凍結(jié)所形成的。海衛(wèi)一的表面面積為2300萬平方公里,這相當(dāng)于與地球表面面積的4.5%或者地球大陸面積的15.5%,
在所有太陽(yáng)系的大衛(wèi)星中海衛(wèi)一的軌道特別,它有一個(gè)逆行軌道(軌道公轉(zhuǎn)方向與行星的自轉(zhuǎn)方向相反)。雖然木星和土星的一些外部小衛(wèi)星以及天王星最外部的三顆衛(wèi)星也有逆行軌道,但是這些衛(wèi)星中最大的土衛(wèi)九的直徑只有海衛(wèi)一的8%,其質(zhì)量只有海衛(wèi)一的0.03%。逆行的衛(wèi)星不可能與其行星同時(shí)在太陽(yáng)星云中產(chǎn)生,它們是被行星捕獲的,海衛(wèi)一可能是被海王星捕獲的柯伊伯帶天體。這個(gè)理論可以解釋一系列海王星衛(wèi)星系統(tǒng)不尋常的地方比如為什么海王星最外部的海衛(wèi)二的偏心率特別高,以及為什么相比于其它類木行星來說海王星的衛(wèi)星特別少(在海衛(wèi)一被捕獲的過程中有許多小衛(wèi)星可能被甩出了海王星系統(tǒng)),以及為什么海衛(wèi)一內(nèi)部明顯分層(其軌道本一開始的偏心率非常大,所造成的潮汐作用產(chǎn)生的熱量使得其內(nèi)部很長(zhǎng)時(shí)間里液態(tài))海衛(wèi)一的大小和組成類似冥王星,冥王星的偏心率使它的軌道與海王星交叉提供了很強(qiáng)的線索說明海衛(wèi)一本來可能是一顆類似冥王星的天體
由于海衛(wèi)一的軌道本來就離海王星非常近了,加上它的逆行軌道,它繼續(xù)受潮汐作用的影響。估計(jì)在14到36億年內(nèi)它會(huì)達(dá)到洛希極限。之后它可能與海王星大氣層相撞,或者分裂造成一個(gè)環(huán)。
同樣由于海衛(wèi)一離海王星非常近,加上它自己的體積比較大,其潮汐作用使得它的軌道幾乎完全是一個(gè)完美的圓其偏心率小于0.0000001,
海衛(wèi)一的軌道與海王星的自轉(zhuǎn)軸之間的傾角達(dá)157°,與海王星的軌道之間的傾角達(dá)130°。因此它的極幾乎可以直對(duì)太陽(yáng)。隨著海王星環(huán)繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn),每82年海衛(wèi)一的一個(gè)極正對(duì)太陽(yáng),這導(dǎo)致了海衛(wèi)一表面極端的季節(jié)變化其季節(jié)變化的大周期每700年重復(fù)一次,下一次海衛(wèi)一的盛夏將于2007年到達(dá)。
從海衛(wèi)一被發(fā)現(xiàn)以來它的南極對(duì)向太陽(yáng)。旅行者2號(hào)飛躍海王星時(shí)發(fā)現(xiàn)它的南半球被一層凍結(jié)的氮和甲烷覆蓋這些甲烷可能正在慢慢蒸發(fā),
這個(gè)蒸發(fā)和凍結(jié)的過程對(duì)海衛(wèi)一的大氣有影響。近年來通過掩星的觀測(cè)證明從1989年到1998年海衛(wèi)一的氣壓加倍大多數(shù)模型語(yǔ)言這個(gè)氣壓的增高是由于極部的易揮發(fā)氣體蒸發(fā)導(dǎo)致的,但也有些模型認(rèn)為這些蒸發(fā)了的氣體會(huì)在赤道附近重新凍結(jié)起來,因此海衛(wèi)一氣壓增高的原因還沒有定論,
海衛(wèi)一是一個(gè)地質(zhì)活躍的衛(wèi)星,其表面年輕復(fù)雜海衛(wèi)一的大小、密度和化學(xué)組成與冥王星差不多,由于冥王星的軌道與海王星相交,因此海衛(wèi)一可能曾經(jīng)是一顆類似冥王星的行星,被海王星捕獲。因此海衛(wèi)一與海王星可能不是在太陽(yáng)系的同一地區(qū)形成的。它可能是在太陽(yáng)系的外部形成的。
雖然如此海衛(wèi)一與太陽(yáng)系的其它凍結(jié)衛(wèi)星也有區(qū)別。海衛(wèi)一的地形類似天衛(wèi)一、土衛(wèi)二、木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三,它還類似火星的極地。
通過分析海衛(wèi)一對(duì)旅行者2號(hào)軌道的影響可以確定海衛(wèi)一有一層冰的地殼,下面有一個(gè)很大的核(可能含有金屬)這個(gè)核的質(zhì)量占整個(gè)衛(wèi)星質(zhì)量的2/3,這樣一來海衛(wèi)一的核是繼木衛(wèi)一和木衛(wèi)二后太陽(yáng)系里第三大的。海衛(wèi)一的平均密度為2.05g/cm3,它的25%是冰,
海衛(wèi)一的表面主要由凍結(jié)的氮組成,但它也含干冰(二氧化碳)、水冰、固態(tài)的一氧化碳和甲烷。估計(jì)其表面還含有大量氨。海衛(wèi)一的表面非常亮。60-95%的入射陽(yáng)光被反射(相比而言月球只反射11%的入射陽(yáng)光)。
海衛(wèi)一的表面面積相當(dāng)于地球大陸面積的15.5%或者地球表面面積的4.5%。海衛(wèi)一的表面密度可能不均勻,從2.07至2.3g/cm3不等它的表面有巖石露頭,也有深谷。部分地區(qū)被凍結(jié)的甲烷覆蓋,
海衛(wèi)一的南極地區(qū)被凍結(jié)的氮和甲烷覆蓋,偶爾有撞擊坑和噴泉。這個(gè)地區(qū)的反光率非常高,它吸收的太陽(yáng)能非常小。由于旅行者飛過時(shí)海衛(wèi)一的北極地區(qū)已經(jīng)在夜區(qū)里了,因此那里的情況不明,但估計(jì)那里也有一個(gè)極冠。
海衛(wèi)一表面的撞擊坑很少,說明其表面活動(dòng)劇烈海衛(wèi)一的赤道地區(qū)由長(zhǎng)的、平行的、從內(nèi)部延伸出來的山脊組成這些山脊與山谷交錯(cuò)。這個(gè)地形被稱為溝。這些溝的東部是高原,
南半球的平原周圍有黑色的斑點(diǎn),這些斑點(diǎn)似乎是冰升華后的遺留物,但是其組成和來源不明。
海衛(wèi)一表面大多數(shù)的坑是冰滑動(dòng)或者倒塌導(dǎo)致的,而不象其它衛(wèi)星上的撞擊坑。旅行者發(fā)現(xiàn)的最大的撞擊坑直徑500千米,它一再被滑動(dòng)的和倒塌的冰覆蓋。
“哈密瓜皮地形”是太陽(yáng)系里最奇怪的一個(gè)地形之一。它的名稱來自于它看上去象哈密瓜的瓜皮。其成因不明但有可能它是由于固氮的一再升華和凝結(jié)、倒塌、冰火山的一再掩蓋造成的。雖然這里只有少數(shù)撞擊坑,但一般認(rèn)為這里是海衛(wèi)一表面上最老的地形。北半球有可能大部分被這樣的地形覆蓋。
至今為止這個(gè)地形只有在海衛(wèi)一上被發(fā)現(xiàn)。在這個(gè)地形上還有直徑30至50千米的洼地。這些洼地可能不是撞擊坑因?yàn)樗鼈兊男螤罘浅R?guī)則,弧度平滑。它們可能是由于粘的冰的爆發(fā)造成的,
海衛(wèi)一上的冰火山是以非洲神話里的精靈命名的。海衛(wèi)一是太陽(yáng)系內(nèi)少數(shù)有火山活動(dòng)的天體。
1820年威廉·拉塞爾開始自己磨制望遠(yuǎn)鏡鏡面,1846年9月23日他使用自己磨制的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了海王星。約翰·弗里德里希·威廉·赫歇爾獲悉后給拉塞爾寫信,讓他注意一下海王星是否有衛(wèi)星。拉塞爾在他開始尋找衛(wèi)星后的第八天(他發(fā)現(xiàn)海王星后的第17天)于10月10日發(fā)現(xiàn)了海衛(wèi)一。他還稱發(fā)現(xiàn)了海王星的環(huán)。雖然后來證明海王星的確有環(huán),但是它的環(huán)太暗了,不可能被拉塞爾的望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)拉塞爾觀察到的可能是幻覺,
海衛(wèi)一被發(fā)現(xiàn)100多年后天文學(xué)家才開始發(fā)現(xiàn)其細(xì)節(jié)。他們發(fā)現(xiàn)海衛(wèi)一的公轉(zhuǎn)方向與海王星的自轉(zhuǎn)方向相反,而且其傾角非常大,
在旅行者飛越海王星前曾有人懷疑海王星有液氮的海洋和氮/甲烷組成的大氣,這個(gè)大氣層可能達(dá)地球大氣層密度的1/3但這些估計(jì)后來被證明是完全錯(cuò)誤的。
第一個(gè)試圖測(cè)量海衛(wèi)一直徑的是杰拉德·柯伊伯,他1954年的測(cè)量數(shù)據(jù)為3800千米。此后不同測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)從2500千米到6000千米不等。
但是一直到20世紀(jì)末旅行者飛越海王星時(shí)人類對(duì)海衛(wèi)一才更加細(xì)致地有所了解。在最早的旅行者照片上海衛(wèi)一呈粉紅-黃色。1989年8月25日旅行者抵達(dá)海王星時(shí)它的數(shù)據(jù)允許科學(xué)家正確地估算海衛(wèi)一的直徑。雖然海衛(wèi)一會(huì)影響旅行者的軌道但人們還是決定讓旅行者飛越海衛(wèi)一,
1990年代天文學(xué)家利用掩星繼續(xù)觀察海衛(wèi)一,他們發(fā)現(xiàn)海衛(wèi)一的大氣比旅行者飛越時(shí)加厚了
美國(guó)國(guó)家航空航天局曾計(jì)劃計(jì)在2016年到2018年之間發(fā)射一顆飛往海王星和海衛(wèi)一的探測(cè)器,它將于2035年到達(dá)海王星它可能攜帶兩個(gè)可以在海衛(wèi)一上著陸的探測(cè)器來研究海衛(wèi)一的大氣層和研究其噴泉的地質(zhì)化學(xué)。
像土衛(wèi)六一樣海衛(wèi)一的大氣由氮和甲烷組成。氮?dú)庖彩堑厍虼髿鈱拥闹饕煞?。在地球上甲烷主要是通過生物活動(dòng)產(chǎn)生的。但象土衛(wèi)六一樣海衛(wèi)一非常冷,因此其表面的甲烷不太可能是生命的跡象。此外海衛(wèi)一的大氣非常稀薄因此不可能支持任何我們今天已知的生命,
從另一方面來看海衛(wèi)一的地質(zhì)活動(dòng)和可能的內(nèi)部熱量有可能使得它內(nèi)部有一個(gè)液態(tài)的水層。氨等抗凍劑的存在提高液態(tài)水的可能性。在這樣的一個(gè)地下海洋中有可能可以有原始的生命存在,
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海王星最大的衛(wèi)星海衛(wèi)一察東(Triton)最有可能是一顆來自柯伊伯帶的天體表面冰冷的海衛(wèi)一由于海王星潮汐力的作用可使得其擁有較為溫暖的地下海洋,根據(jù)最新的研究表明,海衛(wèi)一上仍然可能存在地下海洋。這顆海王星最大的衛(wèi)星在1864年由英國(guó)天文學(xué)家威廉·拉塞爾(William Lassell)發(fā)現(xiàn)但是至今這顆大型衛(wèi)星依然是個(gè)迷,
在1989年,旅行者2號(hào)行星際探測(cè)器飛掠海衛(wèi)一時(shí)拍攝到這顆衛(wèi)星的真實(shí)畫面,發(fā)現(xiàn)其表面主要由水冰等物質(zhì)構(gòu)成當(dāng)然也有氮?dú)?、甲烷以及二氧化碳等,但海衛(wèi)一的密度特別大,使得科學(xué)家們懷疑其擁有一個(gè)較大的硅酸鹽巖質(zhì)核心結(jié)構(gòu),并由此推測(cè)在海衛(wèi)一硅酸鹽核結(jié)構(gòu)的外圍與寒冷的表層殼體之間存在一個(gè)液態(tài)海洋,海衛(wèi)一的軌道距離海王星較近,較強(qiáng)的潮汐作用加熱了部分表層下的物質(zhì),科學(xué)家通過調(diào)查認(rèn)為如果這里是一片液態(tài)海洋的話那么還存在于海衛(wèi)一的表層之下,
海衛(wèi)一具有一個(gè)與太陽(yáng)系中其他行星的衛(wèi)星不同的特性,即它的軌道是逆行的,根據(jù)行星形成理論,年輕恒星周圍環(huán)繞的塵埃和氣體結(jié)構(gòu)以相同的方向旋轉(zhuǎn),此后該恒星周圍演化出的行星系統(tǒng)的軌道應(yīng)該與這個(gè)方向相同這樣的軌道被稱為順行軌道,反之則為逆行軌道,其產(chǎn)生于行星捕獲的流浪天體,這就意味著海衛(wèi)一最初并不是圍繞海王星運(yùn)行的,
早期的太陽(yáng)系中有著比較混亂的空間環(huán)境,很多天體發(fā)生相互碰撞并改變了對(duì)方的軌道,科學(xué)家推測(cè)海衛(wèi)一起源于柯伊伯帶,這是一個(gè)位于海王星軌道之外的中空?qǐng)A盤狀宇宙空間,當(dāng)巨大的天體進(jìn)入海王星的引力范圍之內(nèi)時(shí)被其引力所捕獲。在最初捕獲海衛(wèi)一時(shí),其運(yùn)行在一個(gè)高橢圓、偏心率的軌道上,較大的偏心率使得海衛(wèi)一受到較強(qiáng)的行星潮汐力作用,該機(jī)制中會(huì)造成能量的損失。
而這些損失的能量就轉(zhuǎn)化為熱量并作用于海衛(wèi)一,可以融化海衛(wèi)一內(nèi)部一定深度的冰冷物質(zhì),形成位于表面冰封世界下的海洋。能量損失同時(shí)也會(huì)改變海衛(wèi)一的軌道,使其偏心率降低,接近一個(gè)較為完美的圓軌道。除了行星潮汐作用對(duì)海衛(wèi)一某個(gè)深度的冰物質(zhì)進(jìn)行加熱外,科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在另一個(gè)加熱源,即天體內(nèi)部放射性同位素衰變過程所釋放出的能量,這個(gè)熱源甚至可維持?jǐn)?shù)十億年之久??茖W(xué)家通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)放射性同位素衰變產(chǎn)生的能量是潮汐作用加熱機(jī)制的數(shù)倍,但該熱量還不足以維持海衛(wèi)一固態(tài)表面下的海洋保持45億年的液態(tài)環(huán)境
行星潮汐力的效應(yīng)位置處于海衛(wèi)一冰層殼體的底部,由于早期海衛(wèi)一的軌道具有較大的偏心率,因此潮汐作用更強(qiáng),由此得出的過去的某個(gè)時(shí)期,海衛(wèi)一內(nèi)環(huán)境的受熱效應(yīng)是較為強(qiáng)大的??茖W(xué)家對(duì)海衛(wèi)一建立了一
個(gè)內(nèi)環(huán)境模型,該衛(wèi)星由70%至80%的巖質(zhì)構(gòu)成,其余物質(zhì)為水冰等,在最外層就是甲烷和氮冰物質(zhì),這個(gè)情況與冥王星較為類似。當(dāng)海衛(wèi)一被海王星引力捕獲之后,科學(xué)家調(diào)查了該天體的軌道是如何轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀鯃A形的軌道,通過對(duì)軌道演化的時(shí)間計(jì)算,發(fā)現(xiàn)如果海衛(wèi)一冰殼之下是液態(tài)海洋的話,那么至今這片海洋依然存在。
最新的研究計(jì)算了海衛(wèi)一表層冰殼厚度是如何影響潮汐耗散以及地下海洋的結(jié)晶化過程,結(jié)果顯示假如海衛(wèi)一的冰殼厚度較薄,那么潮汐力作用就很明顯加熱效應(yīng)也會(huì)越強(qiáng),反之冰殼較厚的話,海衛(wèi)一就會(huì)更加堅(jiān)固,潮汐力產(chǎn)生的熱效應(yīng)較弱但即便是液體海洋也將會(huì)是富含氮的海洋此外海衛(wèi)一的巖質(zhì)核心的具體大小還是個(gè)未知數(shù),這將決定內(nèi)核放射性同位素衰變釋放的熱量
科學(xué)家認(rèn)為海衛(wèi)一的地下海洋可以作為外星生命的棲息地,雖然仍然有許多爭(zhēng)論,比如木衛(wèi)二就是外星生命棲息地的候選者之一,即便海衛(wèi)一生命出現(xiàn)的概率遠(yuǎn)小于木衛(wèi)二歐羅巴,但也不能將其排除。研究人員推測(cè)海衛(wèi)一地下海洋或存在硅基生命,它們并不是以碳元素作為基礎(chǔ),還沒有足夠的研究揭示硅烷在特殊行星環(huán)境下的行為。
海衛(wèi)一大小與冥王星相仿,圍繞海王星旋轉(zhuǎn)的方向和海王星自轉(zhuǎn)的方向相反,所處的位置恰好在海王星的內(nèi)層衛(wèi)星和外層衛(wèi)星軌道之間。太陽(yáng)系中的其他行星也有逆行衛(wèi)星,但大小都比不上海衛(wèi)一,軌道也沒這么獨(dú)特。因此,海衛(wèi)一的來源成為一個(gè)謎。
美國(guó)天文學(xué)家10日?qǐng)?bào)告說,海衛(wèi)一很可能原先是圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的一個(gè)雙星系統(tǒng)的一部分,遇到海王星后被其俘獲。這一觀點(diǎn)發(fā)表在新一期《自然》雜志上。加州大學(xué)圣克魯斯分校的艾格諾和馬里蘭大學(xué)的漢密爾頓認(rèn)為,海衛(wèi)一原先所屬的雙星系統(tǒng),類似于冥王星與其衛(wèi)星冥衛(wèi)一的關(guān)系,即雙方質(zhì)量相差不太大,無所謂誰(shuí)圍繞誰(shuí)旋轉(zhuǎn),實(shí)際上是雙星圍繞它們的公共質(zhì)心旋轉(zhuǎn),而這個(gè)公共質(zhì)心又圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。
但是,當(dāng)這個(gè)雙星系統(tǒng)與海王星近距離相遇時(shí),海王星的引力便破壞了雙星體系,其中的一個(gè)星體被海王星俘獲。由于雙星系統(tǒng)的殘余影響和海王星的引力共同作用,海衛(wèi)一的軌道旋轉(zhuǎn)方向就變成和海王星自轉(zhuǎn)方向相反。研究人員指出,近年來天文學(xué)家在太陽(yáng)系中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)雙星系統(tǒng),特別是在太陽(yáng)系外圍盛產(chǎn)小行星的柯伊伯帶有11%的小行星構(gòu)成雙星系統(tǒng),地球附近的小行星也有16%屬于雙星系統(tǒng),小行星雙星系統(tǒng)遇到海王星這樣的大質(zhì)量行星的概率相當(dāng)大。
此前曾有天文學(xué)家猜測(cè),海衛(wèi)一的奇特運(yùn)行軌道可能是它和海王星的其他衛(wèi)星碰撞所致。但艾格諾等人指出這種碰撞既要大到足以改變海衛(wèi)一的軌道,又不能太大以致海衛(wèi)一被撞毀,其發(fā)生概率很小,
行星海王星
物理特性
平均直徑 2706.8±1.8 km
表面面積 23,018,000 km2
體積 10,384,000,000 km3
質(zhì)量 2.147×1022 kg
平均密度 2.05 g/cm3
表面引力加速度 0.78 m/s2
逃逸速度 1.5 km/s
自轉(zhuǎn)周期 5日21小時(shí)2分鐘28秒
同步公轉(zhuǎn)
軸傾斜度 0
反照率 0.76
表面溫度
- 最高
- 平均
- 最低
34.5 K
大氣特性
氣壓 0.001 kPa
氮 99.9%
甲烷 0.1%