宇宙奧秘 天衛四上究竟發生了什麼


11月
15
2019

 

問:如何才能每天都能收到這樣的有趣資訊?

圖解:天衛四的NASA圖像

天衛四是天王星27顆衛星中最外層的一顆。威廉·赫歇爾於1787年發現了它。它是天王星的第二大衛星,也是體積第二大的衛星。威廉·赫歇爾在同一天還發現了泰坦尼婭。在整個太陽系中,它是第九大質量的衛星。就像天王星的其他衛星一樣,天衛四在1852年也以莎士比亞戲劇《仲夏夜之夢》中的一個角色命名。

圖解:威廉•赫歇爾。©國家肖像畫廊,倫敦

它最初依據其被發現的順序被命名為天王星II,但後來根據它與天王星之間的距離被重新命名為天王星IV。

天衛四的物理結構

天衛四被認為是在天王星形成後由天王星周圍的擴散物質形成的。它的結構是一個由冰構成的地幔所覆蓋的岩石內核。然而,該衛星由等量的岩石和冰組成。人們設想在地核和地幔之間可能存在一層液態水。

圖解:旅行者2號所拍攝的天衛四照片

天衛四的表面顏色略暗,呈紅色,上面有許多隕石坑,這些隕石坑可能是小行星和彗星撞擊形成的。其中一些隕石坑直徑近210公里。天衛四的表面也有許多被稱為裂谷的狹長的深窪地。

圖解:天衛四和天王星。©NASA

這些被認為是在衛星內部在其演化的早期仍在膨脹時形成的。據信,它從形成之日起就保持穩定。天衛四的半徑約為763公里,表面積為720萬平方公里。密度約為1.63 g/cm3,表面重力約為0.348 m/s2。該衛星的溫度在70到80開爾文之間。

天衛四的軌道

天衛四的軌道距離天王星584,000公里。該衛星的軌道周期是13.5天。這與它的旋轉周期一致。因此,天衛四的一面被天王星潮汐鎖定,也就是說,它總是面對著天王星。天衛四的大部分軌道都在天王星磁層之外。這就是為什麼它的表面會直接受到太陽風的影響。對於那些在磁層內運行的衛星來說,它們的的後隨半球不斷受到磁層等離子體的撞擊,導致這些半球變暗,而與天衛四不同。

圖解:天衛四的假色照片。位於圖像中央偏右位置、坑底為暗色的大型撞擊坑為哈姆雷特撞擊坑。

天王星幾乎繞著太陽的一側運行。天王星的衛星在它的赤道平面上繞其運行。這導致衛星經歷極端的季節周期。天衛四的南北兩極有42年的持續黑暗和接下來42年的持續日光。在每一個至日,太陽都會接近其中一個極點的頂點。在夏至期間,它的北半球完全變暗。

天衛四的內部結構

天衛四的密度表明,它包含了相等比例的水冰以及稠密的非冰成分。非冰物質被認為是由碳質物質、有機化合物和岩石組成。光譜結果證實了其表面存在水冰。

圖解:天衛四內部結構。©NASA圖像

然而當其他天王星衛星在其前導半球顯示出更多的水冰存在時,天衛四在其後隨半球則顯示出更強的信號。這種差異被認為是受到影響而形成土壤的結果,而這種影響在其前導半球更為突出。隕石的撞擊通常會使天衛四表面的冰脫落,留下了非冰物質與暗色物質。這種材料的變暗被認為是由自然中有機化合物的輻射引起的。天衛四的核心半徑約為480公里。地核中心的壓強大約是5千巴。冰幔的確切成分尚不清楚。如果地幔含有足夠多的防凍劑,那麼在冰冷的地幔和岩石內核之間很有可能存在海洋。海洋的深度可達40公里,溫度約為180開爾文。

天衛四的地質和表面特徵

天衛四是天王星的暗衛星。它的表面是紅色的,在有新的撞擊和沉積的地方顯示出藍色的色調。

圖解:天衛四的地質和表面特徵。©NASA

天衛四的前導半球比後隨半球更紅,而撞擊月球表面的小隕石和帶電粒子被認為是其表面變紅的原因。另一種理論認為,這種變紅可能是由於外部 (包括被認為對主導半球影響更大的不規則衛星)的紅色物質的累積造成的。天衛四的表面主要是隕石坑和裂谷。

圖解:地球、月球和天衛四的大小比較。

與天王星的其他衛星相比,天衛四擁有最多的隕石坑。這些高數值表明,與其他衛星相比,天衛四的表面是最古老的。最大的隕石坑是哈姆雷特隕石坑,直徑約206公里。環形山被新鮮的冰的射線所環繞。所有已知的隕石坑(奧賽羅、麥克白和哈姆雷特)都有因物質沉積而變暗的地面。一些由撞擊形成的盆地在其中心有較大的峰。旅行者號成像儀顯示了這樣一個大約11千米高的山峰。

天衛四的表面也有許多與景觀貫穿的峽谷和裂谷,最新形成的更亮一些。莫穆爾峽谷是天衛四上最著名的峽谷。該衛星形成後一段時期的地殼構造上的活動一直是冰的形成所導致的,這些峽谷是地殼上冰的裂縫。地殼的破裂被認為發生在兩個階段,並形成了古老的峽谷和相對較新的峽谷。

關於在隕石坑底部看到的黑色斑塊的性質,一些科學家認為它們是火山形成的,而另一方則認為高強度的撞擊可能從冰下帶出了黑色物質。

天衛四的演化

由塵埃和岩屑的堆積形成的天衛四密度相對較高,表明其含水量低,而含有較多的岩石物質。據推測,這種吸積效應已經發生了數千年。撞擊導致天衛四的外層溫度升高。該衛星形成後,地表以下的一層冷卻了,但由於放射性衰變,地核仍然是熱的。外層收縮,而內核擴張了大約2億年。這些應力被認為是形成峽谷的原因。由上述事件引起的任何此類活動據信已在數十億年前停止。

圖解:旅行者2號。©NASA

旅行者2號探測器在1986年1月經過天王星時收集了天衛四的照片。這些照片是在47.06萬公里外拍攝的。但目前還沒有旅行者號在飛行過程中拍攝到天衛四北半球變暗的照片。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. 雲晨- thetimenow


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