如果太陽系要評(píng)“衛(wèi)星最多吉尼斯記錄”的話，那么木星勢(shì)必奪此殊榮。這位常年坐擁太陽系最多行星的大佬，近日又被“爆料”新發(fā)現(xiàn)了12顆衛(wèi)星，至此，木星衛(wèi)星數(shù)目一口氣飆升至79顆!

說是“飆升”，可一點(diǎn)都不夸張。要知道，400年前的地球人(伽利略)只觀測到4顆木星衛(wèi)星，直至十八年前(也就是2000年)，也才發(fā)現(xiàn)了18顆……

而最近十來年，木星衛(wèi)星一下子多出了61顆!而且，這里面有50多顆(包括這次的的12顆在內(nèi))，全部由同一個(gè)研究小組——卡內(nèi)基科學(xué)研究所的Scott Sheppard小組發(fā)現(xiàn)的。厲害吧!稍稍八一八木星衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)史，就會(huì)明白這個(gè)小組有多“開掛”了。

推翻地心說的木衛(wèi)“四兄弟”

時(shí)間倒轉(zhuǎn)回400多年前，衛(wèi)星之事還不為人知。

那時(shí)的人們大多信奉“地心說”，認(rèn)為所有天體都是繞著地球轉(zhuǎn)的，其他天體有衛(wèi)星這種事兒是根本不存在的!彼時(shí)雖然哥白尼的“日心說”已經(jīng)提出，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到廣泛的認(rèn)可。

1609年，可以說是人類天文學(xué)史上里程碑式的一年，有兩件大事推進(jìn)了日心說的發(fā)展：

一件是開普勒在《新天文學(xué)》一書中正式發(fā)表了關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的前兩條定律，證明行星都是在繞著太陽運(yùn)轉(zhuǎn)。不過，這些復(fù)雜的公式和軌道對(duì)于那時(shí)候普通人來說，簡直如同天書;而另一件大事就不一樣了——這一年，伽利略用他改造的望遠(yuǎn)鏡開始觀察月球和其他天體的細(xì)節(jié)，在1609-1610年期間，他發(fā)現(xiàn)了木星最大的四顆衛(wèi)星(直徑約3000-5000公里)。

如果所有的天體都是圍繞地球轉(zhuǎn)的，那這四顆圍繞木星運(yùn)轉(zhuǎn)的天體又算啥?

于是，這個(gè)石破天驚的觀測事實(shí)成為了打臉地心說的最佳證據(jù)。這四顆木星最大的衛(wèi)星也因此被稱為“伽利略衛(wèi)星”。

　　(左)伽利略在1610年出版的《星際信使》一書中繪制的四顆伽利略衛(wèi)星;(右)四顆伽利略衛(wèi)星的樣子(位置并不是它們實(shí)際的軌道位置)。來源：維基

當(dāng)然，至此之后的各種衛(wèi)星就不再讓人驚訝了，隨著望遠(yuǎn)鏡的不斷升級(jí)，天文學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了木星和土星的新衛(wèi)星并加以命名(因?yàn)槟拘堑挠⑽腏upiter是羅馬神話中眾神之王朱庇特，也就是希臘神話中的宙斯，因此木星衛(wèi)星的英文名就自然地以宙斯/朱庇特的戀人或者后代的名字來命名了，不過在翻譯成中文的時(shí)候，我們通常按照這些衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)順序來直接稱之為“木衛(wèi)n”)。

內(nèi)衛(wèi)星：空間探測器來幫忙

在四顆伽利略衛(wèi)星到木星的軌道之間，目前還知道有四顆個(gè)頭比較小的衛(wèi)星(直徑約在20-200公里)，叫做“內(nèi)衛(wèi)星”。這四顆內(nèi)衛(wèi)星里除了最大的那顆木衛(wèi)五是美國天文學(xué)家愛德華·巴納德于1982年通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的之外，其他三顆都是1979年旅行者1號(hào)和2號(hào)探測器相繼飛過木星系統(tǒng)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的。不同于望遠(yuǎn)鏡只能看到的一個(gè)小亮點(diǎn)，探測器甚至可以直接就拍到衛(wèi)星表面的細(xì)節(jié)。

　　探測外太陽系四顆行星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的旅行者1號(hào)和2號(hào)探測器，它們?cè)?979年相繼飛掠木星系統(tǒng)。來源：NASA

再后來，伽利略號(hào)探測器探訪木星系統(tǒng)的時(shí)候，又近距離給這幾顆內(nèi)衛(wèi)星拍了更清楚的“身份照”。

伽利略號(hào)拍攝的四顆木星內(nèi)衛(wèi)星。來源：NASA

不規(guī)則衛(wèi)星：拐來的孩子數(shù)不清

但不管是伽利略衛(wèi)星還是內(nèi)衛(wèi)星，它們都是木星的規(guī)則衛(wèi)星，什么是“規(guī)則衛(wèi)星”呢?我們可以把它們理解成是和木星“有親緣關(guān)系”的衛(wèi)星。

如果一個(gè)衛(wèi)星是和行星差不多時(shí)候形成的，那么這個(gè)衛(wèi)星的軌道應(yīng)該非常“周正”：

按照我們目前的認(rèn)知，軌道形狀近似圓形，軌道面基本在行星的赤道面上，而且衛(wèi)星運(yùn)行的方向和行星的自轉(zhuǎn)方向相同(這叫“順行軌道”，相反的話，當(dāng)然就是“逆行軌道”咯)。

規(guī)則衛(wèi)星的軌道特征。制圖：haibaraemily

然而，當(dāng)天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)越來越多的木星衛(wèi)星的時(shí)候，也同時(shí)發(fā)現(xiàn)，并不是所有的衛(wèi)星軌道都這么“周正”的。只有距離木星很近的8顆比較周正，而那些離得遠(yuǎn)的，都沒這么規(guī)律。

1904和1905年，美國天文學(xué)家珀賴因發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)六(Himalia)和木衛(wèi)七(Elara)，它們雖然還是順行的，但是軌道面遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了木星的赤道面，軌道形狀也比較橢圓。

1908年，英國天文學(xué)家梅洛特發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)八(Pasiphae);1938和1951年，美國天文學(xué)家尼克爾森發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十一(Carme)和木衛(wèi)十二 (Ananke)，這三顆衛(wèi)星的軌道就更奇怪了，他們不僅軌道形狀橢圓、遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了木星的赤道面，而且它們還是逆行的!

一些小天體飛過木星附近時(shí)又因?yàn)槟拘蔷薮蟮囊Χ?ldquo;拐（捕）來（獲）”的。

這樣的“不規(guī)則衛(wèi)星”，多半就不是木星的“血親”了，而是木星系統(tǒng)成型之后，

不規(guī)則衛(wèi)星的軌道特征。制圖：haibaraemily

再然后，天文學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)，這些不規(guī)則衛(wèi)星里，有些是會(huì)“抱團(tuán)”的。每一小簇衛(wèi)星有相似的軌道，然后不同簇之間軌道又很不一樣。這說明，這里原本有幾顆大得多的衛(wèi)星，后來被撞碎了，而這些小衛(wèi)星就是撞擊之后幸存下來的碎片。它們雖然“身體”分開了，但軌道還是彼此相似的。

于是，按照軌道的相似性，天文學(xué)家們又把木星的不規(guī)則衛(wèi)星分成了四個(gè)族，按照每種里面最大的那顆衛(wèi)星的名字命名為：希瑪利亞族(Himalia，順行)、帕西淮族(Pasiphae，逆行)、阿南刻族(Anake，逆行)、卡梅族(Carme，逆行)衛(wèi)星。

不過，偶爾還是有幾顆不抱團(tuán)，獨(dú)享一個(gè)軌道的衛(wèi)星。

為了區(qū)分這幾種類型的不規(guī)則衛(wèi)星，天文學(xué)家們?cè)谌∶臅r(shí)候也動(dòng)了一點(diǎn)小心思：順行的以a結(jié)尾，逆行的以e結(jié)尾，與眾不同的以o結(jié)尾。

木星衛(wèi)星的位置和分類示意圖。制圖：haibaraemily

作為“外來戶”，太大、太重的小天體都很難被捕獲，所以大部分不規(guī)則衛(wèi)星都個(gè)頭非常小。這就意味著，天文學(xué)家們很難用望遠(yuǎn)鏡或探測器發(fā)現(xiàn)這些不規(guī)則衛(wèi)星。截至2000年，直徑10公里以上的大衛(wèi)星基本已經(jīng)全部被掃蕩了。

慧眼識(shí)星：職業(yè)“捕星”人登場

那么人們還能不能找到更小的衛(wèi)星呢?

就在這時(shí)，火眼金睛的“星探”——Scott Sheppard出場了。這位大咖2004年從夏威夷大學(xué)天文學(xué)博士畢業(yè)之后，基本上只專注于一件事兒——搜尋外太陽系新天體(當(dāng)“星探”)。

在2000-2011年間，Sheppard帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)一共發(fā)現(xiàn)了40多顆超級(jí)小的木星衛(wèi)星，是同時(shí)期其他所有團(tuán)隊(duì)加起來的四倍多……這些小衛(wèi)星直徑基本都在1-4公里之間，絕對(duì)能稱得上“慧眼識(shí)星”了!

除了木星衛(wèi)星，他們還發(fā)現(xiàn)過一眾土星、天王星、海王星的衛(wèi)星和其他外太陽系天體(多到數(shù)不過來)全。簡而言之，這哥們就是個(gè)“追星專業(yè)戶”。

說起來，這次發(fā)現(xiàn)的一打新衛(wèi)星，其實(shí)也純屬偶然——因?yàn)镾heppard團(tuán)隊(duì)原本想找的是傳說中的太陽系第九大行星Planet X。

在2016-2017年期間，當(dāng)他們?cè)赑lanet X可能出現(xiàn)的區(qū)域里搜尋的時(shí)候，意外發(fā)現(xiàn)木星剛好也在他們的搜尋范圍附近，于是他們順便搜尋了一下木星的新衛(wèi)星，然后，一下子發(fā)現(xiàn)了12個(gè)……

不過，發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星到底是不是新的、又是不是真的在繞著木星轉(zhuǎn)，這些都需要反復(fù)核查軌道之后才能確認(rèn)——這項(xiàng)工作花了一年多時(shí)間。

而且，其實(shí)這12個(gè)新衛(wèi)星中，其中2顆在2017年已經(jīng)完全得到了確認(rèn)[3]，所以嚴(yán)格來說，這次新發(fā)現(xiàn)的只有10顆。

位于智利的托洛洛山美洲際天文臺(tái)和4米口徑的布蘭柯望遠(yuǎn)鏡，這次發(fā)現(xiàn)的新衛(wèi)星大多數(shù)都是由這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的。來源：維基

特立獨(dú)行的衛(wèi)星Valetudo

這次新發(fā)現(xiàn)的12顆木星新衛(wèi)星也都非常袖珍，幾乎全部只有1-2公里大小。

其中2顆位于距離木星比較近的軌道上，差不多將近一年可以環(huán)繞木星轉(zhuǎn)一圈，它們的軌道完全符合順行軌道的希瑪利亞族衛(wèi)星的特征，因此應(yīng)當(dāng)也是來自同一顆天體的碎片。

另外9顆位于距離木星比較遠(yuǎn)的軌道上，差不多每兩年可以環(huán)繞木星轉(zhuǎn)一圈，它們的軌道完全符合逆行軌道的三撥衛(wèi)星帕西淮族、阿南刻族和卡梅族衛(wèi)星的特征，因此應(yīng)該也分別來自原本的三顆大天體的碎片。

本次新發(fā)現(xiàn)的11顆“平平無奇”的木星衛(wèi)星。制圖：haibaraemily

然而，除了這11顆“平平無奇”的衛(wèi)星之外，還有1顆新衛(wèi)星非常與眾不同。

這顆衛(wèi)星非常小，直徑不到1公里，可能是目前的木星衛(wèi)星中最小的一顆。更奇怪的是，它的軌道時(shí)不時(shí)會(huì)和一大批逆行衛(wèi)星的軌道相交，然而它自己卻是順行的!這個(gè)危險(xiǎn)程度相當(dāng)于每過一段時(shí)間就要開上疾馳的高速公路然后還反方向發(fā)足狂奔……可以想見，這樣一顆衛(wèi)星應(yīng)該是已“活不多時(shí)”，早晚有一天，它會(huì)被某一顆迎面而來的衛(wèi)星完全撞碎，化為齏粉。

　　本次新發(fā)現(xiàn)的12顆木星不規(guī)則衛(wèi)星分布，注意新發(fā)現(xiàn)的Valetudo是以字母o結(jié)尾的，用于表明它是木星的不規(guī)則衛(wèi)星中軌道特立獨(dú)行的一類。來源：DTM[1]

2018年5月，智利6.5米口徑的麥哲倫望遠(yuǎn)鏡再次確認(rèn)觀測到衛(wèi)星Valetudo，兩張圖對(duì)比可以看出，在完全一樣的背景中，亮點(diǎn)Valetudo向左移動(dòng)了一點(diǎn)點(diǎn)。來源：DTM[1]

這些新發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星都還沒有得到正式的命名， 不過，Sheppard團(tuán)隊(duì)已經(jīng)早早地為這顆寶貝珍珠取了個(gè)暫時(shí)的名字：Valetudo，她是羅馬神話中的健康與衛(wèi)生女神，朱庇特的重孫女。

這顆衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)意義重大。它代表著，木星的外圍很可能曾經(jīng)有過更多更大的順行衛(wèi)星群，只不過后來它們都被撞碎而消失了，只剩了這唯一的一顆滄海遺珠，在無聲地訴說著它們?cè)?jīng)存在過。

遙遠(yuǎn)的外太陽系里，還有許多天體尚未被發(fā)現(xiàn)，大到神秘的傳說中10個(gè)地球質(zhì)量的第九大行星，小到直徑不足一公里的衛(wèi)星和彗星，它們還會(huì)給人類帶來怎樣的驚喜和震撼呢?

關(guān)鍵詞： 木星 衛(wèi)星