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標題: 古柏帶雙小天體的新形成模式 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2025-1-22 07:37 AM 標題: 古柏帶雙小天體的新形成模式

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　　冥王星與冥衛一(凱倫﹐Charon)是古柏帶(Kuiper Belt)中最大的雙小天體系統﹐其形成機制一直是太陽系相關研究的焦點。最新研究提出「親吻-俘獲」(kiss-and-capture)模型﹐認為兩者在撞擊後曾短暫結合﹐最終分離並進入穩定軌道。
　　冥王星與冥衛一是太陽系外圍古柏帶(Kuiper Belt)中最大的一對雙小天體系統。冥衛一的大小約為冥王星的一半﹐質量則約為12%﹐遠比太陽系內其他行星或矮行星的衛星相對來說更為巨大。自1990年代以來行星科學家一直推測冥衛一的形成方式可能與地球的月球類似﹐即某個天體撞擊冥王星﹐拋出熔融物質﹐最終在軌道上聚合成一顆衛星。然而﹐這一理論的細節一直模糊不清。過去的模擬雖然顯示這類碰撞可能形成類似的雙小天體系統﹐但早期模型多將天體視為某種程度的流體。這種假設在描述氣態巨行星時較為合理﹐因為它們在碰撞時確實會呈現流體特性。然而﹐冥王星與冥衛一皆為冰巖混合的天體﹐結構強度不容忽視。
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　　而在最新的模擬中﹐天文學家納入了天體的結構特性﹐冥王星擁有岩石核心並覆蓋厚厚的冰殼﹐而冥衛一則由約50%的岩石與50%的冰組成。透過更細緻的模擬﹐天文學家提出了一種全新的「親吻-俘獲」(kiss-and-capture)碰撞模式解釋冥王星與冥衛一系統的形成過程。在此模型中﹐冥王星與冥衛一碰撞後並未發生劇烈拋射﹐而是短暫結合成一組一大一小相連的形態﹐類似雪人﹐但仍維持各自的完整性﹐且不斷的互相環繞。在約30小時的接觸後冥衛一漸脫離冥王星並開始向外遷移﹐最終進入今日的軌道位置。這與先前「撞擊-合併」(graze and merge)或「撞擊-逃逸」(hit and run)模型的結果截然不同﹐在「親吻-俘獲」過程中﹐兩個天體並未完全合併﹐而是透過引力相互束縛爾後又逐漸分離逐漸分離。
　　冥王星與冥衛一的這種形成方式與地球的月球有相似之處﹐但又有顯著的不同。目前的主流學說是月球是由火星大小的天體撞擊地球後拋出的熔融碎片逐漸聚合而成。然而﹐這種劇烈的碰撞模式無法完全解釋冥王星與冥衛一系統﹐因為它們位於寒冷的太陽系邊緣﹐由岩石與冰構成﹐具有更高的結構完整性﹐不會像熔岩那樣輕易變形。
　　最新提出的碰撞過程不僅改變了我們對冥王星與冥衛一系統的理解﹐也為冥王星可能有地下海洋的存在提供了新的支持。撞擊過程會釋放熱能﹐提升冥王星冰殼的溫度﹐可能導致部分冰層融化﹐形成地下海洋。此外﹐在冥衛一逐漸遠離冥王星的過程中﹐潮汐力可能加熱冥王星﹐進一步影響其內部的熱演化。這點至關重要﹐因為我們不確定冥王星在撞擊前的熱狀態﹐如果冥王星最初是一顆寒冷的天體﹐且不具備海洋﹐那麼這次撞擊可能就是關鍵的轉折點﹐使冥王星邁向擁有地下海洋。
　　這項新研究不僅適用於冥王星與冥衛一﹐還可能解釋古柏帶內其他類似系統的形成﹐例如矮行星鬩神星(Eris)及其衛星﹐以及矮行星亡神星(Orcus)及其衛星。研究團隊計畫進一步擴展這項研究﹐測試不同質量與成分的天體是否也能透過「親吻-俘獲」機制形成雙小天體系統。也許在在太陽系的歷史中﹐古柏帶內曾經發生過無數次「親吻-俘獲」事件。此研究結果發表於《Nature》(Denton et al. 2025)。

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