為什麼“妊神星”也有光環?表面溫度達零下223攝氏度!

為什麼“妊神星”也有光環?表面溫度達零下223攝氏度!

於2004年發現的妊神星(Haumea)是一顆矮行星,位於太陽系柯伊伯帶冥王星軌道之外。2006年由於發現了妊神星和其他矮行星,冥王星被從行星的行列中降級為矮行星,妊神星在2008年被正式確認為矮行星。

橢圓形形狀類似於橄欖球或美式足球中使用的球,它有兩個衛星和一個光環。由於它的光環,妊神星是一組太陽系天體中的一員,這些天體包括土星、天王星、海王星和木星,以及在木星和海王星之間軌道運行的行星charklo(女凱龍星)和Chiron(喀戎星)。

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妊神星的光環從未被直接觀測到,2017年一個國際天文學家小組推斷出了它的存在,對一顆恆星掩星(經過)時的光波動進行了詳細測量。在太空中,當一個物體從觀察者的角度經過另一個物體時,就會發生掩星現象。

這顆恆星的光是在地球上被妊神星遮擋被時觀測到,位於巴西瓜拉廷圭塔的聖保羅州立大學工程學院(FE-UNESP)全職教授Othon Cabo Winter說:它的亮度隨著妊神星經過它的前方而降低,這使得天文學家能夠獲得關於妊神星形狀的信息。

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  • (圖示)圍繞在冥王星軌道之外的矮行星妊神星周圍的光環,不過與土星環相比,其壯觀程度還是遠遠不及,但至少人家還是有個環♪(^∇^*)。圖片:Kevin Gill / Wikimedia Commons

當光環從恆星前面經過時,恆星的光線也會減弱,這使得他們也能獲得關於光環的信息。2017年發現光環的研究人員表示,光環圍繞妊神星軌道非常接近1:3的共振區,這意味著光環粒子每三次繞妊神星旋轉一次。

溫特、泰斯·裡貝羅和加布裡埃爾·博德斯·莫塔是UNESP軌道動力學和行星學小組的成員,他們的一項新研究表明,這種共振作用於環形粒子需要一定程度的偏心。根據溫特的說法,這個環很窄,實際上是圓形的,這一事實阻止了共振的作用。

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然而,該小組確定了一種穩定、幾乎是圓形的週期軌道特定類型,它與妊神星環位於同一區域,週期軌道是隨著時間重複的軌道。研究不是觀察性的,沒有直接觀察到戒指(環),原因是這個環非常脆弱,而且距離太遠,地球上的天文觀測站無法觀測到。

妊神星和太陽之間的平均距離是地球和太陽之間距離的43倍。研究完全是計算性的,基於對妊神星和土星環的現有數據模擬,根據牛頓萬有引力定律(牛頓定律描述了行星的運動),科學家得出結論,土星環不在那個空間區域,這是由於1:3的共振,而是由於一系列穩定的週期軌道。

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  • (圖示)妊神星藝術概念及其主體與環比例正確的環系統。該環距離橢球體中心2287公里,比妊神星表面暗。圖片:IAA-CSIC/UHU

現在發表在英國《皇家天文學會月刊》上發表的2019年5月刊上研究中,研究人員研究了環所在區域內單個粒子的動力學。這篇論文背後的研究是由聖保羅研究基金會(fapesp)資助的主題項目“小天體在軌道動力學中的相關性”的一部分,並由巴西聯邦政府通過CAPES、高等教育研究委員會和國家科學技術發展委員會(CNPq)資助。研究的主要目的是根據穩定區域的位置和大小來確定妊神星環的結構。研究人員也想找到戒指環存在的原因,特別感興趣的是試圖理解與1:3共振相關的動態結構。

穩定區域

研究人員利用龐加萊面切面技術分析了環所在區域的動力學。通過模擬粒子在該區域的運動軌跡,生成了計算機圖形(剖面圖),其中穩定區域表示為島嶼(閉合曲線),不穩定區域表示為不規則分佈的點。由於1:3共振所發現的穩定區域具有高度偏心軌道,所以比能與環(窄而圓)相容的軌道還要多。

另一方面,在同一區域發現了穩定的區域,但軌道的偏心率較低,與環相匹配,這些區域被發現是由於一系列週期軌道。妊神星直徑為1456公里,不到火星直徑的一半,呈橢圓形,是火星寬度的兩倍,繞太陽一週需要284年,這顆矮行星如此遙遠。

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  • (圖示)妊神星形狀和環的大小示意圖。圖片:Ortiz et al., Nature, 2017 Figure 3

到達它的陽光如此微弱,以至於它的表面溫度是零下223攝氏度。夏威夷休眠火山莫納克亞上的一個天文臺的巨型透鏡探測到了妊神星衛星Namaka和Hi'iaka。這顆矮行星是以夏威夷的生育女神命名,它的衛星也是以生育女神的女兒命名,它們被認為是矮行星和其他天體碰撞的結果。

妊神星在不到4小時內完成一次自轉,比太陽系中任何已知的平衡體旋轉得都快。這可能與過去的暴力有關。天文學家們認為,當太陽系形成時,妊神星最初很像冥王星。數十億年前,一個大型天體可能與妊神星相撞,將其表面的大部分冰驅逐出去,使其旋轉速度遠遠超過其他矮行星。

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