[其他]太阳系主要卫星介绍及大小排行 [复制链接]

图片:太阳系主要卫星.jpg

　　海上生明月，天涯共此时。情人怨遥夜，竟夕起相思。
　　灭烛怜光满，披衣觉露滋。不堪盈手赠，还寝梦佳期。

　　自古以来，月亮就是人们争相歌颂的目标。我们把月亮称呼为太阴、玄兔、望舒、玉兔、夜光、素娥、冰轮、玉轮、玉蟾、桂魄、蟾蜍、顾兔、婵娟、玉弓、玉桂、玉盘、玉钩、玉镜、冰镜、广寒宫的嫦娥……
　　但归根结底，月亮其实是地球的一颗卫星。
　　今天，我们就来说一说太阳系的主要卫星。

定义

　　卫星（satellite / moon）：环绕一颗行星、矮行星或小行星，按闭合轨道做周期性运行的天体。
　　卫星分为天然卫星（natural satellite）和人造卫星（artificial satellites）。本文只讨论天然卫星。

　　人造卫星是由人类建造，以太空飞行载具如火箭、航天飞机等发射到太空中，像天然卫星一样环绕地球或其它行星的装置。第一颗被正式送入轨道的人造卫星是前苏联1957年发射的人卫1号。从那时起，已有数千颗环绕地球飞行。

图片:斯普特尼克1号.jpg

　　人类发射的第一颗卫星：斯普特尼克1号

卫星命名

　　自1973年以来，为卫星命名成为国际天文学联合会的行星系统命名委员会的责任。这个委员会现在称为行星系统命名工作组（WGPSN，Working Group for Planetary System Nomenclature）。
　　在命名法则成立之前，卫星的命名有各自不同的历史。通常是由卫星的发现者为它选择与决定名字；然而，在历史上有许多卫星在发现许多年后依然没有名字。
　　在国际天文学联合会承担天体命名的责任之前，只有25颗卫星被赋予目前仍在广泛使用的名字。此后，已经为129颗卫星命名：47颗木星的卫星、43颗土星的卫星、22颗天王星的卫星、11颗海王星的卫星、5颗冥王星的卫星、1颗阋神星的卫星、和2颗妊神星的卫星。随着被发现纪录在案的卫星数量增加、新卫星的发现，这个数值将会继续上升。
　　在2004年7月的国际天文学联合会的大会上，WGPSN明智的建议不为太小的小卫星命名，因为CCD的技术使得不到1公里直径的小卫星也能被发现。但直到2013年，不论大小，所有被发现的卫星仍然都有名字。在此之后，除了木卫五十三和木卫六十二，就再没有尚未编号的行星卫星得到名字。

图片:位于巴黎天体物理研究所的国际天文学联合会的年度研讨会.jpg

　　位于巴黎天体物理研究所的国际天文学联合会的年度研讨会

卫星分布

　　内太阳系只有地球和火星有少量卫星，而外太阳系各个巨行星各自拥有庞大的卫星家族，其卫星分布有着相似的规律：
　　内轨规则小卫星：这个区域分布着大量小卫星和行星环，某些组成行星环的大块个体（冰块或石块）有可能升格为卫星。
　　中间轨道的大中型卫星：所有球形卫星（即较大卫星）都在这一区域。
　　外轨不规则小卫星：这个区域非常宽阔，各个卫星的轨道不规则，多数逆行轨道，轨道离心率大、轨道倾角大。
　　多数行星的三个区域井然分开，例外的是土星系，规则小卫星、行星环和球形卫星分布区域相重叠。

　　本文将依次介绍太阳系的地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星、阋神星的主要卫星。

图片:地球与太阳系主要卫星的大小比较.jpg

第一章：地球卫星系统

　　地球只有1颗自然卫星，月球。

图片:1.0地球卫星系统.jpg

1.1、地卫一 / 月球 / 露娜（Earth I / Moon / Luna）

　　发现日期：极早
　　平均直径（千米）：3474.2
　　直径在太阳系卫星排名：5
　　估测质量（千克）：7.3477×10^22
　　围绕天体：地球
　　轨道平均半径（千米）：384399
　　轨道离心率：0.0549
　　轨道周期（天）：27.3217
　　反照率：0.136
　　视星等：−12.74（满月）

图片:1.1月球.jpg

　　月球是地球唯一的天然卫星，也是太阳系第五大卫星。它的平均直径与地球比值为1:3.67，为太阳系卫星与行星大小比值最大的（将冥王星开除的情况下）。
　　月球有一个特性——潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是27.3217天，所以，我们永远看不到月球的背面。当然，由于月球围绕地球公转也是一条椭圆轨道，有近地点和远地点之分，在公转轨道的不同部分，自转速度与公转角速度不匹配，所以我们能够看到的月面实际上并不是50%，而是大约59%。　
　　月球的密度是3.3464 g/cm3，为太阳系卫星密度第二，仅次于木卫一。月球是一个已经分异的天体，即它拥有地壳、地幔、和核心。月球的内核富含固态铁，此外还有一个液态铁的外核。

图片:1.1月球上看地球.jpg

　　月球上看地球

　　月球表面上用肉眼可以清楚看见有黑暗的，相对平坦的平原，我们称之为月海，重要集中在正面。月球上较亮的部分被称为高地，月球背面的平均高度比正面高1900米。月球上没有任何一个主要的山脉被认为由地质构造事件产生的，这和地球的情况刚好相反。
　　月球表面最明显的地形特征是位于背面的巨大撞击坑南极-艾托肯盆地，其直径有2240公里，是太阳系中已知最大的陨石坑。
　　月球表面有一个非常稀薄、接近真空的大气区域，总质量低于10吨——所以并不能称之为“大气层”，月球表面不存在液态水，但却有极少量的固态水。　
　　月球还有一个特性：月球的半径刚好是太阳的1/400，而地月距离刚好是地日距离的1/400，也就是说，当月球运行到地球和太阳之间，月球恰好可以完美的挡住太阳，形成日全食。这种比例在太阳系独一份。
　　月球的形成，有多种猜想。主流界普遍认可的是大碰撞说：假设月球形成于地球与火星般大小的远古行星忒伊亚（Theia，希腊神话月神塞勒涅之母）之间的一次巨大正面碰撞。因为质量差异，导致忒伊亚被撞碎，大量碎片围绕地球旋转，聚集形成了早期的月球。忒伊亚理论也解释了为何地核占地球比例这么大，因为根据假说，忒伊亚的内核和地球的内核后来融合为一体。地球的水也有可能来自于忒伊亚。

图片:1.1忒伊亚与地球碰撞.jpg

　　忒伊亚与地球碰撞假想图

第二章：火星卫星系统

　　火星只有2颗很小的卫星，火卫一和火卫二。这两颗卫星的名称都以希腊神话中战神阿瑞斯的儿子来命名。

图片:2.0火星卫星系统.jpg

2.1、火卫一 / 福波斯（Mars I / Phobos）

　　发现日期：1877/8/18
　　平均直径（千米）：22.5
　　直径在太阳系卫星排名： -
　　估测质量（千克）：1.0659×10^16
　　围绕天体：火星
　　轨道平均半径（千米）：9376
　　轨道离心率：0.0151
　　轨道周期（天）：0.3189
　　反照率：0.071
　　视星等：11.8

图片:2.1火卫一.jpg

　　火卫一是火星两颗卫星中较大的、轨道靠内的一颗。
　　火卫一也有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是0.3189天。它围绕火星运动，轨道距火星中心约9376km，也就是距离火星表面6000km。火卫一到其母星的距离，比太阳系前十大的行星的其他卫星都要近。火卫一的公转甚至快于火星的自转。因此，从火星表面看，火卫一从西边升起，在4小时15分钟或更短的时间内划过天空，在东边落山。
　　火卫一是一个形状不规则的小天体。它成分类似于碳质球粒物质。火卫一的密度非常低，不可能是实心的岩石。而具有相当多的空隙。火卫一上布满了撞击坑，尽管火卫一很小，位于赤道附近的一个撞击坑中心还有一个山峰。火卫一最突出的表面特征是斯蒂克尼撞击坑，直径9公里，在这颗卫星的表面占据了相当大的比例。科学家推测，形成斯蒂克尼的撞击当年几乎把火卫一撞得粉碎。

图片:2.1斯蒂克尼撞击坑.jpg

　　斯蒂克尼撞击坑，太阳系中占天体比例最大的撞击坑

　　科学家推测，火卫一和火卫二，有可能都是火星俘获的来自主小行星带的小行星。由于轨道周期短以及潮汐力的作用，火卫一的轨道半径会逐渐变小，最终它将撞到火星表面，或者破碎形成火星环。而火卫二恰好相反，正在远离火星。

第三章：木星卫星系统

　　目前已知，木星有79颗卫星，还有光环。传统上，这些卫星的名称都以希腊神话中宙斯的情人来命名。其中有四颗很大的卫星，是伽利略在1610年1月发现的，这是除月球外，人类最早发现的卫星，被命名为“伽利略卫星”。

图片:3.0木星卫星系统.jpg

3.1、木卫一 / 艾奥（Jupiter I / Io）

　　发现日期：1610/1/8
　　平均直径（千米）：3643.2
　　直径在太阳系卫星排名：4
　　估测质量（千克）：8.9319×10^22
　　围绕天体：木星
　　轨道平均半径（千米）：421700
　　轨道离心率：0.0041
　　轨道周期（天）：1.7691
　　反照率：0.63
　　视星等：5.02

图片:3.1木卫一.jpg

　　木卫一是木星的四颗伽利略卫星中最靠近木星的一颗，也是太阳系所有卫星中，体积与月球最接近的一个，仅大于月球，位居太阳系第四。
　　木卫一也有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是1.7691天。木卫一的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0041。
　　木卫一的密度为3.5275 g/cm3，位列太阳系所有卫星第一。

图片:3.1木星与木卫一在2001年元旦合影.jpg

　　木星与木卫一在2001年元旦合影

　　木卫一主要由硅酸盐岩石和铁组成，它在外太阳系的卫星中比其他的卫星都更接近类地行星的结构主体。不同于大多数外太阳系的卫星（它们都有厚实的冰层包覆着），木卫一有着铁或硫化铁的熔融核心和以硅酸盐为主的岩石层。艾奥表面大部分的平原都被硫磺和二氧化硫的霜覆盖着。木卫一表面也有100-150座山峰，是在硅酸盐的地基上广泛的压缩和抬升，产生许多斑点，其中有些山峰比地球上的珠穆朗玛峰还要高。木卫一的山峰平均高达6000米，最高山峰位于南极的博阿索利山脉，高达17500米。
　　木卫一有400座的活火山，是太阳系中地质活动最活跃的天体。极端的地质活动是因为艾奥内部受到木星的牵引，造成潮汐摩擦产生的潮汐热化所导致的结果。木卫一的火山口平均直径41公里，最大的洛基火山口直径达到202公里，是太阳系最大的火山口。而火山口内，还包含了一个直径达到180公里的熔岩湖，也是太阳系最大的熔岩湖。1997年，一座火山喷发，产生了超过3500公里长的新鲜熔岩流，也是目前人类可以观测到的最长熔岩流。而有些火山造成的硫磺和二氧化硫可以喷射到太空500公里的高度，形成了太阳系中最宏伟的火山爆发。

图片:3.1木卫一的陀湿多火山喷发高达330公里.gif

　　木卫一的陀湿多火山喷发高达330公里

　　木卫一的火山活动建构了其许多表面的特征。其火山和熔岩流使广大的表面产生各种变化并且造成各种不同的颜色彩绘，有红、黄、白、黑、和绿色，主要肇因于硫化物。为数众多的广阔熔岩流，有些长度达到500公里，也是表面的特征。这些火山活动的过程提升了视觉对比，让艾奥的表面好像是一个披萨。这些火山作用为艾奥稀薄的大气提供了补凑的材料，也为木星巨大的磁层供应了材料。
　　木卫一的大气层极端稀薄，只有地球大气压强的十亿分之一，主要的成分是二氧化硫，氯化钠、一氧化硫及氧也有少许。它是太阳系拥有大气层的七颗卫星之一（伽利略卫星、土卫二、土卫六、海卫一）。

3.2、木卫二 / 欧罗巴（Jupiter II / Europa）

　　发现日期：1610/1/8
　　平均直径（千米）：3121.6
　　直径在太阳系卫星排名：6
　　估测质量（千克）：4.7998×10^22
　　围绕天体：木星
　　轨道平均半径（千米）：670900
　　轨道离心率：0.0094
　　轨道周期（天）：3.5512
　　反照率：0.67
　　视星等：5.29

图片:3.2木卫二.jpg

　　木卫二是木星的四颗伽利略卫星中最小的一颗，位居太阳系第六，比他大的卫星的除开伽利略卫星，就只有土卫六和月球。
　　木卫二也有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是3.5512天。木卫二的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0094。
　　木卫二的主体构成与类地行星相似，即主要由硅酸盐岩石构成，有一个铁-镍核心。它的表面由水覆盖，据推测厚可达上百千米（上层为冻结的冰壳，冰壳下是液态的海洋）。它的表面有大量裂缝和条纹，而陨石坑比较罕见，有在太阳系任何已知的固体物体的最光滑表面。这也暗示了它的表面是相当“年轻”。木卫二表面最突出的特征就是那些张牙舞爪地布满整个星球的暗色条纹。这些形态很可能是由表层冰壳开裂较温暖的下层物质暴露而引起的冰火山喷发或间歇泉所造成。木卫二另一个显著的特征就是遍布四野的或大或小或圆或椭的暗斑，有的突起如穹有的凹陷如坑有的平坦如镜，也有的纹理纷糅粗糙。

图片:3.2木卫二拥有最光滑的表面.jpg

　　木卫二拥有最光滑的表面

　　木卫二的冰下海洋可能深达100公里。那里可能有生命存在，其生存环境可能与地球上的深海热泉或南极的沃斯托克湖相似，其生命的形态可能与地球上的某些嗜极生物相似。　　

图片:3.2木卫二海洋想象图.jpg

　　木卫二海洋想象图

　　木卫二的表面包裹着一层主要由氧构成的极其稀薄的大气，是太阳系拥有大气层的七颗卫星之一。与地球不同，木卫二大气中的氧是非生物来源的。很可能是带电粒子的撞击和阳光中的紫外线线的照射使木卫二表面冰层中部分水分子分解成氧和氢，氢因原子量低而逃逸，原子量相对较高的氧则被保留下来。

3.3、木卫三 / 盖尼米德（Jupiter III / Ganymede）

　　发现日期：1610/1/7
　　平均直径（千米）：5268.2
　　直径在太阳系卫星排名：1
　　估测质量（千克）：1.4819×10^23
　　围绕天体：木星
　　轨道平均半径（千米）：1070400
　　轨道离心率：0.0013
　　轨道周期（天）：7.1546
　　反照率：0.43
　　视星等：4.61

图片:3.3木卫三.jpg

　　木卫三是木星的四颗伽利略卫星中最大的一颗，也是太阳系所有卫星的老大。它的体积甚至超过了水星，但是质量只有水星的一半。
　　木卫三也有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是7.1546天。木卫三的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0013。木卫三和木卫二、木卫一保持着轨道共振关系：即木卫三每公转一周，木卫二即公转两周、木卫一公转四周。木卫一-木卫二和木卫二-木卫三的上合位置会以相同速率移动，遂三者之间没有可能出现三星合现象。这种复杂的轨道共振被称为拉普拉斯共振，目前人们无法推断这种现象是如何形成的。

图片:3.3木卫一、二、三之间的拉普拉斯共振状态.gif

　　木卫一、二、三之间的拉普拉斯共振状态

　　木卫三主要由硅酸盐岩石和冰体构成。冰体的质量占卫星总质量的46-50%，含水量仅次于木卫四，位居太阳系卫星第二。木卫三岩石的确切构成还不为人知，但是很可能接近于L型或LL型普通球粒陨石，所含的全铁和金属铁较少，而铁氧化物较多。
　　木卫三是太阳系中转动惯量最小的固态天体。它分层明显，它含有一个由硫化亚铁和铁构成的内核、由硅酸盐构成的内层地幔和由冰体构成的外层地幔。

图片:3.3木卫三的内部结构.png

　　木卫三的内部结构

　　木卫三表面存在两种主要地形。其中较暗的地区约占星体总面积的三分之一，其间密布着撞击坑，地质年龄估计有40亿年之久——太阳系中现存最大的撞击坑，就在木卫三表面；其余地区较为明亮，纵横交错着大量的槽沟和山脊，其地质年龄较前者稍小。明亮地区的破碎地质构造的产生原因至今仍是一个谜，有可能是潮汐热所导致的构造活动造成的。
　　人们推测在木卫三表面之下200公里处存在一个被夹在两层冰体之间的咸水海洋。这个海洋无论面积还是体积，远超地球的海洋。再加上木卫三强大的磁场保护，那里可能有生命存在。
　　木卫三是太阳系中已知的唯一一颗拥有磁圈的卫星，其磁圈可能是由富铁的流动内核的对流运动所产生的。其中的少量磁圈与木星的更为庞大的磁场相交迭，从而产生了向外扩散的场线。

图片:3.3木卫三磁圈示意图.png

　　木卫三磁圈示意图

　　木卫三拥有一层稀薄的含氧大气层，其中含有原子氧，氧气和臭氧，同时原子氢也是大气的构成成分之一。它是太阳系拥有大气层的七颗卫星之一。而木卫三上是否拥有电离层还尚未确定。

3.4、木卫四 / 卡里斯托（Jupiter IV / Callisto）

　　发现日期：1610/1/7
　　平均直径（千米）：4820.6
　　直径在太阳系卫星排名：3
　　估测质量（千克）：1.0759×10^23
　　围绕天体：木星
　　轨道平均半径（千米）：1882700
　　轨道离心率：0.0074
　　轨道周期（天）：16.689
　　反照率：0.22
　　视星等：5.65

图片:3.4木卫四.jpg

　　木卫四是木星的四颗伽利略卫星中最靠外的一颗，也是太阳系所有天体中，体积与水星最接近的一个，直径为水星直径的99%，但是质量只有它的三分之一，位居太阳系第三大卫星。
　　木卫四也有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是16.689天。木卫四的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0074。木卫四距离木星较远，并不像内层的三颗伽利略卫星那般处于轨道共振状态，所以并不存在明显的潮汐热效应。

图片:3.4木星与木卫二、木卫四在2000年底合影.jpg

　　木星与木卫二、木卫四在2000年底合影

　　木卫四主要由硅酸盐岩石和冰体构成。冰体的质量占卫星总质量的49-55%，含水量位居太阳系卫星之最。木卫四岩石的确切构成还不为人知，很可能与木卫三差不多，接近于L型或LL型普通球粒陨石，所含的全铁和金属铁较少，而铁氧化物较多。
　　木卫四的内部结构只有部分分层，与木卫三完全不同。木卫四内部由压缩的岩石和冰所构成，由于物质的部分沉积，岩石比重随着深度而增加，可能存在着一颗小型硅酸盐内核。
　　木卫四表面物质包括冰、二氧化碳、硅酸盐和各种有机物。它表面的大型地质构造相对简单，没有大型的山脉、火山或其他内源性构造特征。它表面存在着由纯冰构成的、反照率高达80%的斑块地形，其四周分布着较黑暗的物质。这些较明亮的斑块主要位于抬升地形上，可能是一层薄霜体的沉积构造。
　　木卫四表面的地质年龄十分古老，它同时也是太阳系中遭受过最猛烈轰击的天体之一，其撞击坑密度已经接近于饱和，任何新的撞击坑均可能覆盖于旧的撞击坑之上。木卫四上最大的撞击地形是多环盆地，其中有两个规模巨大，瓦尔哈拉撞击坑则是其中最大的一个，其明亮的中央地带直径达到了600千米，而环状结构则继续向外延展了1800千米。

图片:3.4瓦尔哈拉撞击坑多环结构.jpg

　　瓦尔哈拉撞击坑多环结构
　　
　　就如同木卫二和木卫三一样，木卫四表面下100千米处可能存在咸水海洋，也可能存在生命。但是较之木卫二和木卫三来说，木卫四上的环境显得相对恶劣，主要是因为：缺乏可接触的岩石物质、来自星体内核的热通量较低。所以科学家推测，存在生物的可能性，木卫二＞木卫三＞木卫四。
　　木卫四上存在一层非常稀薄的大气，主要由二氧化碳构成，成分可能还包括氧气。它是太阳系拥有大气层的七颗卫星之一。木卫四还有一个活动剧烈的电离层。

第四章：土星卫星系统

　　目前已知，土星有82颗卫星，还有光环。传统上，这些卫星的名称都以希腊神话中的巨人来命名。土星是太阳系内拥有卫星最多的行星，但是它的卫星都很小，只有一颗特大卫星土卫六。土卫六占据环绕土星的所有天体（包括环）质量的90%以上。

图片:4.0土星卫星系统.jpg

4.1、土卫二 / 恩赛勒达斯（Saturn II / Enceladus）

　　发现日期：1789/8/28
　　平均直径（千米）：504.2
　　直径在太阳系卫星排名：18
　　估测质量（千克）：1.0802×10^20
　　围绕天体：土星
　　轨道平均半径（千米）：237948
　　轨道离心率：0.0047
　　轨道周期（天）：1.3702
　　反照率：1.375
　　视星等：11.7

图片:4.1土卫二.jpg

　　土卫二是土星E环的核心天体，是土星第六大卫星，直径只有土星第一大卫星土卫六的十分之一，位居太阳系第十八大卫星。
　　土卫二虽然不大，但是它有一些特性是太阳系中独一无二的，下面一一介绍。
　　土卫二有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是1.3702天。土卫二的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0047。
　　土卫二主要由冰、硅酸盐岩石和铁组成，内部还可能拥有放射性物质衰变所产生的较为丰富的热能。该星体处于流体静力学的平衡状态，所以星体内部可能不分层。
　　土卫二表面被冰覆盖，所以表面几乎能反射百分之百的阳光，是太阳系中反照率最大的天体之一。它的表面泾渭分明，有古老的构造：许多区域都被分布密度不同、破损程度不同的撞击坑群所覆盖；也有年轻的构造：一系列呈曲线状的槽沟和山脊位于平坦地区，往往是撞击坑群较少的区域。土卫二的南极地区分布着四个裂缝带，以及众多的山脊——这些山脊被非正式地命名为“虎皮条纹”，它们的四周分布着呈薄荷绿色、带有粗糙纹理的冰体。

图片:4.1土卫二的两极，南极有绿色的虎皮条纹.jpg

　　土卫二的两极，南极有绿色的虎皮条纹

　　土卫二的南极地区有着太阳系最壮观的自然景色之一——冰喷泉。这是由数个独立的喷射活动的喷射口共同构成的冰晶喷射活动，喷射时刻都在进行，喷射量约为每秒200公斤，喷射物还包含了碳氢化合物，如丙烷、乙烷和乙炔等物质。冰喷泉的喷射高度十分惊人，远超木卫一的火山喷发高度。喷出的水有一部分以“雪”的形态落回土卫二表面，一部分融入土星环中，另一部分甚至可到达土星！
　　科学家推测，土星E环就是由土卫二冰喷泉的喷射物形成的——E环是土星的最外层光环，也是最宽的光环（宽达100万公里），它极其稀薄，构成物质仅为极细小的冰晶和粉尘。

图片:4.1土卫二喷射出的羽状物为E环提供了大量物质。.jpg

　　土卫二喷射出的羽状物为E环提供了大量物质

　　土卫二的表面冰层下面拥有全球性海洋，因为潮汐效应，土卫二内部被加热，存在海底热泉。所以土卫二也是寻找地外生物的最佳地点之一。
　　土卫二的大气层极端稀薄，气压变化很大，91%为水汽，剩下的由氮、二氧化碳和甲烷组成。它是太阳系拥有大气层的七颗卫星之一。

4.2、土卫三 / 特堤斯（Saturn III / Tethys）

　　发现日期：1684/3/21
　　平均直径（千米）：1062.2
　　直径在太阳系卫星排名：16
　　估测质量（千克）：6.1745×10^20
　　围绕天体：土星
　　轨道平均半径（千米）：294619
　　轨道离心率：0.0001
　　轨道周期（天）：1.8878
　　反照率：1.229
　　视星等：10.2

图片:4.2土卫三.jpg

　　土卫三是土星第五大卫星，位居太阳系第十六大卫星。
　　土卫三有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是1.8878天。土卫三的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0001。土卫三与土卫十三及土卫十四使用同一个轨道，并分别位在土卫三前后60度的拉格朗日点L4和L5上。
　　土卫三的密度为0.97 g/cm3，表示土卫三几乎都是由水冰所组成的。土卫三的表片受到天体严重的撞击，并拥有许多冰裂缝。它是太阳系反射率最高的天体之一，仅次于土卫二。它表面的物质也包括土卫二所喷发出的水冰。
　　在土卫三拥有两种不同的地形，一种是由许多坑洞所构成的，而另一种地形则是黑暗的火山带所组成的。这样的火山口意味着土卫三曾经拥有内部的地质活动，导致古老的地形重新出现在地表。

图片:4.2奥德修斯撞击坑.jpg

　　奥德修斯撞击坑

　　土卫三的表面有两个主要特征：一是西半球巨大的奥德修斯撞击坑，它的直径为445公里，接近2/5个土卫三的大小。这个坑洞非常平坦，就像木卫四的坑洞，没有月球与水星常见高耸的环状山与中央隆起。奥德修斯撞击坑的原始深度应相当深，并且有极高的环形山和中央山峰。经过长时间以后其坑底已经松弛到与土卫三的表面相当接近，且其环形山和中央峰已经崩塌。
　　土卫三的表面第二个特征是：通过了土卫三两极，几乎环绕整个星球的3/4的伊萨卡峡谷，它长2000公里，宽100公里，深3至5公里。伊萨卡峡谷的形成被认为是因为在土卫三内部液体凝固时，导致体积膨胀，土卫三的表面因此裂开。伊萨卡峡谷和奥德修斯撞击坑大致成同心圆状。

图片:4.2艺术家描绘的伊萨卡峡谷.jpg

　　艺术家描绘的伊萨卡峡谷

4.3、土卫四 / 狄俄涅（Saturn IV / Dione）

　　发现日期：1684/3/21
　　平均直径（千米）：1122.8
　　直径在太阳系卫星排名：15
　　估测质量（千克）：1.0955×10^21
　　围绕天体：土星
　　轨道平均半径（千米）：377396
　　轨道离心率：0.0022
　　轨道周期（天）：2.7369
　　反照率：0.998
　　视星等：10.4

图片:4.3土卫四.jpg

　　土卫四是土星第四大卫星，位居太阳系第十五大卫星。土卫四的视星等为10.4等，从地球上看出去是土星最亮的卫星。
　　土卫四有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是2.7369天。土卫四的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0022。土卫十二与土卫四位于同一轨道上，土卫十二位于土卫四的拉格朗日点L4上，在土卫四前方60°的位置。

图片:4.3土卫四（前）和土卫二于2015年9月8日合影.jpg

　　2015年9月8日，土卫四（前）和土卫二合影

　　土卫四的密度为1.478 g/cm3，表示土卫四主要由冰所组成，内部还含有相当多的硅酸盐岩石。
　　土卫四表面有多种地形，其中包括含有很多撞击坑的地形、含有中等撞击坑数目的平原、含有少数撞击坑的平原和地壳破裂的区域。
　　土卫四的正面有比较多的撞击坑，而且比较亮。由于土卫四比较小，在受到比较大的撞击（撞击坑大于35千米）时它会被转动。我们发现，土卫四表面有许多大于35千米，甚至大到100千米的撞击坑，因此它在早期撞击率比较高时可能不断被转动。
　　土卫四的的反面则完全不同，这一面比较暗，明亮的、细小的条纹遮盖了上面的撞击坑，这些条纹是由地震造成的冰崖，有些冰崖高达数百米。土卫四的背面上显示着巨大的破裂。

图片:4.3阿马斯特鲁斯撞击坑附近地貌.jpg

　　阿马斯特鲁斯撞击坑附近地貌

　　土卫四的冰盖下，也可能存在一层地下海洋。
　　2012年，“卡西尼”探测器发现：土卫四表面存在稀薄的氧气。这一发现支持了有关一些有冰覆盖的星球可在宇宙射线作用下形成氧气的理论。

4.4、土卫五 / 瑞亚（Saturn V / Rhea）

　　发现日期：1672/12/23
　　平均直径（千米）：1527.6
　　直径在太阳系卫星排名：9
　　估测质量（千克）：2.3065×10^21
　　围绕天体：土星
　　轨道平均半径（千米）：527108
　　轨道离心率：0.001258
　　轨道周期（天）：4.5182
　　反照率：0.95
　　视星等：9.6

图片:4.4土卫五.jpg

　　土卫五是土星第二大卫星，位居太阳系第九大卫星，密度却比较小，只能排在太阳系第十重卫星。
　　土卫五有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是4.5182天。土卫五的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.001258。
　　土卫五的密度为1.233  g/cm3，表示土卫五主要由75%的冰和25%的硅酸盐岩石组成。土卫五并没有岩石核心，内部几乎都是一样的物质，属于流体静力平衡天体。
　　土卫五的表面和土卫四类似，正面有比较多的撞击坑，而且比较亮。反面则完全不同，这一面比较暗，可以见到明亮的网络出现在黑色的地表上，这些网络条纹是由地震造成的冰崖。

图片:4.4卡西尼号拍摄的土卫五的表面.jpg

　　卡西尼号拍摄的土卫五的表面

　　土卫五的表面有一层不能称之为大气层的稀薄的散逸层，主要成分是氧气和二氧化碳，比例约为5：2。这是首次在地球以外的星球上发现存在以氧气为主的大气，尽管与地球相比非常之稀薄。
　　土卫五具有太阳系卫星中独一无二的特性：土卫五可能拥有一个稀薄的光环，或者是一些更小的卫星。甚至推测，土卫五可能拥有3条密度较高的细环带。我们都知道，环绕恒星的叫行星，环绕行星的叫卫星，那么环绕卫星的叫？

图片:4.4艺术家笔下的土卫五光环.jpg

　　艺术家笔下的土卫五光环

4.5、土卫六 / 泰坦（Saturn VI / Titan）

　　发现日期：1655/3/25
　　平均直径（千米）：5149.5
　　直径在太阳系卫星排名：2
　　估测质量（千克）：1.3452×10^23
　　围绕天体：土星
　　轨道平均半径（千米）：1221870
　　轨道离心率：0.0288
　　轨道周期（天）：15.945
　　反照率：0.22
　　视星等：8.2

图片:4.5土卫六.jpg

　　土卫六是土星第一大卫星，也是太阳系第二大卫星，比太阳系最大的卫星木卫三只小了一点点，而比水星大。这是一颗在太阳系中极其神奇的卫星。
　　荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯在1655年3月25日发现它，也是在太阳系内继月球和木星伽利略卫星后发现的第一颗卫星。为了纪念惠更斯，2005年1月14日成功登陆土卫六的探测器，就命名为“惠更斯号”——这也是人类文明制造物在宇宙中登陆的最远星球。
　　土卫六有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是15.945天。
　　土卫六的密度为1.880  g/cm3，它一半是冰一半是硅酸盐岩石。在多个不同结晶状冰层下方有一个很大的固体核心，其内部应该因重力之故仍保持着炽热状态。
　　土卫六的地表复杂、崎岖与平坦并存，有明显的风蚀条纹地貌。土卫六的表面有一个高亮度的区域，面积约有澳大利亚大小，取名“上都”（Xanadu），意为“世外桃源”，但没有人知道那里是什么样。土卫六还有一些已经被填平的冲击环形山。这儿的火山可能喷发出水和氨水。
　　

图片:4.5土卫六的全球地形图.jpg

　　土卫六的全球地形图

　　在太阳系所有卫星中，唯独土卫六拥有浓厚的大气层。表面的大气压力是地球的1.45倍，在太阳系所有的带有大气层的岩石星体中，仅次于金星，位列第二。土卫六的大气层和金星一样，旋转速度远远超过表面的自转速度。大气组成98.4%的氮，其余的成分大多是甲烷（1.4%）和氢（0.1-0.2%）组成。土卫六的南极存在永久的飓风。土卫六有95%的时间都在土星的磁层内，有助于土卫六防范太阳风的侵袭。
　　因为浓密的大气遮挡阳光，这颗卫星接收到的阳光仅有地球的1%，地表温度只有−179°C，却发现了大量的液态湖泊。最大的湖泊，面积甚至超过了地球上最大的湖泊里海。显然，这些湖泊里面不可能是水，而是液态甲烷。惠更斯号探测器发现土卫六的大气层会定期下雨，将液态的甲烷和其它有机化合物滴落在卫星的表面上。这表明：甲烷在土卫六的全球循环，犹如水在地球上的循环，地表液态甲烷蒸发后在空中形成甲烷云，再通过甲烷降雨回到地表。探测器在地表还发现了很多鹅卵石，推测土卫六也应该有河流存在。

图片:4.5土卫六表面的液态湖.jpg

　　土卫六表面的液态湖

　　科学家推测，土卫六上存在生命的可能性极大。第一个推测：由于土卫六的构造及大气成分与早期地球有相似之处，土卫六上可能的生命与地球早期的生命形态比较相似；另一个推测：土卫六上存在的生命形式与地球不同。地球生命以水为基础组成，而那里的生命以液态甲烷为基础，呼吸氢气，消耗乙炔。倪匡著名的科幻小说卫斯理系列《蓝血人》新版，其主角就来自土卫六。

4.6、土卫八 / 伊阿珀托斯（Saturn VIII / Iapetus）

　　发现日期：1671/10/25
　　平均直径（千米）：1469
　　直径在太阳系卫星排名：11
　　估测质量（千克）：1.8056×10^21
　　围绕天体：土星
　　轨道平均半径（千米）：3560820
　　轨道离心率：0.02768
　　轨道周期（天）：79.3215
　　反照率：0.5
　　视星等：10.2

图片:4.6土卫八.jpg

　　土卫八是土星第三大卫星，位居太阳系第十一大卫星。
　　土卫八有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是79.3215天。在规则形状卫星中，土卫八的轨道倾角最大，与黄道交角17.28°。
　　土卫八的密度为1.088  g/cm3，表示土卫八主要由80%的冰和20%的硅酸盐岩石组成。
　　土卫八的整体外形并非球形或椭球形，它有一个显著的特征：赤道部分凸出，而两极地区凹陷；赤道地区独特的山脊长度约1300公里，宽度为20公里，高度达13公里，在太空观测都能发现这种地形改变了这颗卫星的形状。这些特征使得土卫八看起来更像核桃形的。赤道脊由多种复杂地形构成，包括独立的山峰、长度超过200公里的悬崖和由三段距离很近的平行山脊构成的地形单元。至今仍不清楚这种地形是如何形成的。

图片:4.6土卫八赤道脊的特写镜头.jpg

　　土卫八赤道脊的特写镜头

　　土卫八以其两半球面巨大的颜色差异而著称，更像一个黑白分明的太极球。同轨道方向的一面较暗（反照率为0.03-0.05），略带红棕色，视星等11.9。另一面的大部分则较为明亮（反照率为0.5-0.6）。视星等达到10.2等。科学家认为，暗面的暗色物质可能是流星轰击在逆行轨道上运行的外层小卫星所扬起的、并被土卫八的同轨道方向一面吸附的碎屑。观测表明土卫八上含有较丰富的碳元素，其间可能存在如氰化氢聚合物之类的氰基化合物。
　　土卫八曾经遭受过猛烈的陨石轰击，卡暗面发现了数个大规模的陨石坑，其中至少有5个直径超过了350公里。土卫八最大的陨石坑是特吉斯撞击坑，直径达580公里，为星体直径的40%。它的坑缘十分陡峭，其中的部分山崖高达15公里，并在某些部分发生了崩塌现象。

图片:4.6特吉斯陨石坑缘的崩塌地形.jpg

　　特吉斯陨石坑缘的崩塌地形

第五章：天王星卫星系统

　　目前已知，天王星有27颗卫星，还有光环。这些卫星的名称都出自莎士比亚和蒲柏的歌剧中。天王星卫星系统的质量是四颗巨行星中最少的，五颗主要卫星的总质量还不到海卫一的一半。这些卫星由冰和岩石组成，大约是50%的冰和50%的岩石。

图片:5.0天王星卫星系统.jpg

5.1、天卫一 / 艾瑞尔（Uranus I / Ariel）

　　发现日期：1851/10/24
　　平均直径（千米）：1157.8
　　直径在太阳系卫星排名：14
　　估测质量（千克）：1.3530×10^21
　　围绕天体：天王星
　　轨道平均半径（千米）：191020
　　轨道离心率：0.0012
　　轨道周期（天）：2.5204
　　反照率：0.53
　　视星等：14.4

图片:5.1天卫一.jpg

　　天卫一是天王星第四大卫星，位居太阳系第十四大卫星。天卫一非常类似土卫四，它们的大小、密度与质量都相当类似，虽然天卫一在这些数据上都稍微超过土卫四。
　　天卫一有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是2.5204天。天卫一的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0012，位于天王星的磁场内。
　　天卫一的密度为1.67  g/cm3，表示天卫一主要由70%的冰（水冰与二氧化碳冰，可能也有甲烷冰）与30%则是硅酸盐岩石组成。

图片:5.1天卫一在2006年7月26日掠过天王星盘面.jpg

　　2006年7月26日，天卫一掠过天王星盘面，留下影子

　　1986年，旅行者二号飞掠过天王星，拍下了天卫一唯一的近距离照片。因为当时天卫一的南极朝向太阳，所以只有拍摄到北半球的特征。
　　天卫一上最大及最古老的地质特征是靠近南极的火山平原，地质年龄比较年轻。天卫一最大的撞击坑直径只有78公里，并显露出被破坏过的迹象。天卫一的南半球的中纬地区存在断层、峡谷网络与冰流动的迹象，并破坏火山平原的地区的表面，最长的峡谷长达622公里。这些峡谷可能代表由伸张大地构造所造成的地堑。在峡谷中也可以见到一些平滑的物质与沟槽，这可能表示一些地层中蕴含着温暖的冰（从天卫一内部所挤压出来的）。

图片:5.1旅行者二号拍摄的天卫一近照局部.jpg

　　旅行者二号拍摄的天卫一近照局部

　　天卫一过去的地质活动被认为是受到潮汐加热的影响，当时它的轨道离心率比现在更大。天卫一曾经似乎与天卫四产生4：1的轨道共振，后来它从轨道共振中逃脱。

5.2、天卫二 / 乌姆柏里厄尔（Uranus II / Umbriel）

　　发现日期：1851/10/24
　　平均直径（千米）：1169.4
　　直径在太阳系卫星排名：13
　　估测质量（千克）：1.2750×10^21
　　围绕天体：天王星
　　轨道平均半径（千米）：266000
　　轨道离心率：0.0039
　　轨道周期（天）：4.144
　　反照率：0.26
　　视星等：14.5

图片:5.2天卫二.jpg

　　天卫二是天王星第三大卫星，位居太阳系第十三大卫星。它和天卫一是同时被发现的，它的体积只比天卫一大一点，质量却稍轻于天卫一。
　　天卫二有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是4.144天。天卫二的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0039，位于天王星的磁场内。当天卫二被环绕天王星的磁层等离子体击中时，天卫二背对着天王星的后半球呈现一片黑暗（除了天卫四以外，所有的天王星卫星都有这种特性）。旅行者二号在1977年经过天卫二时，发现天卫二可能会吸收天王星磁层里的等离子体。
　　天卫二的密度为1.39  g/cm3，表示天卫二主要由60%的冰与40%则是硅酸盐岩石组成。天卫二是分层的星体，其中冰占天卫二表面的多数。后半球的冰里还包含了大量的二氧化碳。而它的地幔和核心可能分别由冰和岩石组成。天卫二的内核半径314公里，约为月球的54％。
　　天卫二是天王星所有卫星中最暗的，反射率只有0.26。天卫二的前半球和后半球的颜色不同（前者比后者红）。目前，科学家只承认天卫二上的一种地质特征——陨石坑。这些陨石坑最小只有几公里，但最大的陨石坑沃科洛陨石坑直径却有210公里。这些陨石坑都有中央峰，但都没有射纹系统。天卫二的表面穿插著很多峡谷，但它们因影像的画质太差而并没有被正式承认。
　　天卫二的地质活动被认为是受到潮汐加热的影响。天卫二早期似乎与天卫五产生1：3的轨道共振，并增加天卫五的离心率，并促进天卫五的内热与地质活动，后来天卫五从轨道共振中逃脱。

5.3、天卫三 / 泰坦妮亚（Uranus III / Titania）

　　发现日期：1787/1/11
　　平均直径（千米）：1576.8
　　直径在太阳系卫星排名：8
　　估测质量（千克）：3.5270×10^21
　　围绕天体：天王星
　　轨道平均半径（千米）：435910
　　轨道离心率：0.0011
　　轨道周期（天）：8.7062
　　反照率：0.35
　　视星等：13.9

图片:5.3天卫三.jpg

　　天卫三是天王星最大的卫星，位居太阳系第八大卫星。
　　天卫三有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是8.7062天。天卫三的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0011，位于天王星的磁场内。
　　天卫三的密度为1.72  g/cm3。表示天卫三主要由50%的碎冰、30%的硅酸盐岩石和20%和甲烷相关的有机化合物组成。天卫三的内核半径520公里，约为月球的66％。目前尚不清楚天卫三地幔的状态，如果冰层中存在类似氨（以氨水合物形式存在）的抗冻剂，那么最初的潮汐热效应和持续进行中的放射性元素衰变产生的热能就可能足以融化冰层，进一步的融化过程可能导致冰和岩石的分离，分别形成一个岩石内核和一层冰质地幔。内核和地幔之间则可能存在着一层50公里厚度的地下海洋，这层氨水混合物的低共熔点为176K。
　　天卫三表面覆满了火山灰。这表明曾发生过火山活动。它的表面也被一种黑色物质重新覆盖过，可能是甲烷或水冰。
　　天卫三表面最主要的特征，拥有许多巨大的峡谷和断崖，最长峡谷墨西拿峡谷长达1492公里，可能是由于内部的水冻结、膨胀，撑裂了薄弱的外壳而形成的。它的表面还有许多撞击坑，最大的撞击坑葛楚德撞击坑直径326公里。无论是峡谷还是撞击坑，地质年代都相当年轻，表明天卫三的表面地形较晚才形成。

5.4、天卫四 / 奥伯龙（Uranus IV / Oberon）

　　发现日期：1787/1/11
　　平均直径（千米）：1522.8
　　直径在太阳系卫星排名：10
　　估测质量（千克）：3.0140×10^21
　　围绕天体：天王星
　　轨道平均半径（千米）：583520
　　轨道离心率：0.0014
　　轨道周期（天）：13.4632
　　反照率：0.31
　　视星等：14.1

图片:5.4天卫四.jpg

　　天卫四是天王星第二大的卫星，位居太阳系第十大卫星，它和天卫三同时被发现，无论从体积还是从质量，它只比天卫三小一点点。
　　天卫四有潮汐锁定：它的公转周期和自转周期绝对一致，都是13.4632天。天卫四的轨道十分接近正圆，偏心率仅0.0014，位于天王星的磁场边界处，是天王星五颗大卫星中距离天王星最遥远的一颗。
　　天卫四的密度为1.63 g/cm3。表示天卫四由近乎等量的冰体水和岩石构成，其内部可能分化出岩石内核及冰质地幔。此外，在内核和地幔之间可能还存在着一层地下海洋，和天卫三类似。
　　天卫四是表面第二黑暗的天王星大卫星。天卫四表面呈现出微微的红色，但在某些刚形成的撞击坑地形区，则呈现出淡蓝色。天卫四的同轨道方向一面和逆轨道方向一面表面特征并不一致，后者较之前者显得更红，可能是由于前者含有较少的暗色物质。这种表面红化可能是带电粒子及不规则卫星在几十亿年来对星体表面轰击所引起的太空风化所造成的。
　　在天王星所有的卫星中，天卫四的表面遭受过最猛烈的陨石轰击，其撞击坑密度已接近饱和，所以任何新撞击坑的形成都可能破坏旧撞击坑的结构，最大的一个撞击坑哈姆雷特撞击坑直径206千米。较大型的撞击坑周围都分布有明亮的、成辐射状的撞击喷出物，其构成物质为形成时间相对较晚的冰体。
　　天卫四表现存在峡谷地形，也就是冰质地壳中的大裂缝，最长峡谷莫姆尔峡谷长达537公里。峡谷地形抹去了部分的古老地形，这种裂缝是在天卫四的星体膨胀过程中形成的，该星体膨胀率达到了0.5%。