天文学家利用NASA哈勃太空望远镜观测天王星四大卫星时,发现令人震惊的结果:卫星表面的暗面分布完全违背了传统理论预期。这项2023年6月在美国天文学会年会发布的研究,可能彻底改变我们对太阳系第七大行星及其卫星系统的理解。
天王星拥有28颗已确认的卫星,其中五颗是主要的大卫星,这五颗卫星从最近天王星的依次为米兰达(Miranda)、艾莉尔(Ariel)、翁布利尔(Umbriel)、泰坦妮亚(Titania)和奥柏伦(Oberon),这些以莎士比亚戏剧角色命名的卫星与天王星潮汐锁定,永远以同一面朝向行星。理论上,卫星的“尾随面”(背向运行方向的半球)应该因为行星磁气层中的带电粒子撞击而较暗,而“领先面”(面向运行方向的半球)则应较亮。
然而哈勃太空望远镜的紫外观测却显示完全相反的情况:泰坦妮亚和奥柏伦的领先面比尾随面更暗更红,而内侧卫星艾莉尔与翁布利尔两面亮度则几乎没有差异。研究团队提出“尘埃屏蔽”理论解释这一现象──来自天王星不规则卫星的微小尘埃粒子,主要撞击外侧卫星的领先面,就像汽车挡风玻璃拦截行驶时迎面而来的飞虫一样。
“天王星自身就很奇特,因此它的磁场影响一直是个谜,”约翰霍普金斯大学的理乍得·卡特怀特(Richard Cartwright)解释。这颗行星的自转轴相对于公转轨道倾斜98度,几乎是侧身滚动绕日,加上磁气层相对于卫星轨道平面还有59度倾斜,形成了独特的环境。

天王星的五颗最大卫星呈现出锯齿状、大致呈对角线分布。从右上到左下分别为泰坦妮亚(Titania)、奥柏伦(Oberon)、翁布利尔(Umbriel)、米兰达(Miranda)和艾莉尔(Ariel)。画面中还可以看到艾莉尔的影子投射在天王星表面上。(Source:太空望远镜科学研究所))
太空望远镜科学研究所的布莱恩·霍勒(Bryan Holler)表示:“这是我们首次在天王星卫星间看到类似物质交换证据”,这种现象之前在木星和土星系统也有观察到。更有趣的是,近期研究暗示这四颗卫星可能拥有或曾拥有地下海洋。
这项发现离不开哈勃太空望远镜独特的紫外观测能力,地面观测因大气干扰无法实现。随着詹姆斯·韦伯太空望远镜加入研究,天王星系统的更多秘密有望被揭开。
(首图来源:NASA)