太空探索

鬩神星:讓課本改寫的小世界

鬩神星是已知質量最大的矮行星,比冥王星更重。它的發現直接促使國際天文學聯合會在 2006 年重新定義行星,冥王星因此被降級。它運行在遠達 97.6 天文單位的偏心軌道上,表面覆蓋甲烷冰,並擁有一顆衛星鬩衛一。

鬩神星:讓課本改寫的小世界

把地球上的一天帶到鬩神星(Eris),太陽只會像遠處一顆特別亮的星。它直徑約 2326 公里,比冥王星略小,卻重約 27%,是已知質量最大的矮行星。它在 2005 年公開亮相後,還把“什麼才算行星”這個問題推到了全世介面前。

比冥王星更重的"小個子"

鬩神星的直徑約2326 公里,比冥王星(2377 公里)略小一點,在矮行星中居第二。但精確測量顯示,它的質量比冥王星大約 27%,在所有直接繞太陽運行的天體中質量排名第九。它的整體密度約為每立方釐米 2.43 克,明顯高於冥王星,說明其內部岩石佔比更高——這是一顆"岩石多、冰少"的冰凍世界。

左:新視野號拍攝的冥王星實照;右:按真實比例繪製的鬩神星藝術想像。兩者直徑相近,但鬩神星質量更大、密度更高
左:新視野號拍攝的冥王星實照;右:按真實比例繪製的鬩神星藝術想像。兩者直徑相近,但鬩神星質量更大、密度更高

一場改寫教科書的風波

2005 年 1 月 5 日,邁克爾·布朗、查德·特魯希略和大衛·拉比諾維茨在帕洛瑪天文臺回溯 2003 年 10 月拍攝的巡天照片時,注意到一個移動極慢、因而距離極遠的光點。它的臨時編號為2003 UB313,團隊暱稱它"西娜"。2005 年 7 月公佈時,媒體稱之為"第十大行星"。問題來了:如果它比冥王星還大,冥王星還算行星嗎?這場爭論迫使國際天文學聯合會在2006 年 8 月投票通過行星的正式定義,冥王星與鬩神星一同被歸入新設的"矮行星"類別。同年 9 月,它以希臘神話中司掌紛爭與不和的女神厄里斯命名——對一顆攪亂了天文學界的天體來說,這個名字實至名歸。

遙遠而極端的橢圓軌道

鬩神星位於柯伊伯帶之外的離散盤,軌道偏心率約 0.44、傾角約 44°。它的近日點約 38 天文單位,而遠日點遠達97.6 天文單位——約 146 億公里,繞太陽一圈需要約557 年。它在 1970 年代末經過遠日點,如今距太陽仍約 96 天文單位,是已知最遙遠的矮行星。

鬩神星的軌道(藍綠色)與外側行星軌道對比:偏心率大、軌道面傾斜明顯,遠日點達 97.5 天文單位;本機化配圖
鬩神星的軌道(藍綠色)與外側行星軌道對比:偏心率大、軌道面傾斜明顯,遠日點達 97.5 天文單位;本機化配圖

岩石核心與冰的外套

鬩神星從未被探測器造訪,內部結構只能靠質量、半徑和密度推算。約 2.43 克/立方釐米的高密度表明,它很可能已經分化:中心是一個岩石核心,外面包裹著水冰幔層,最外層則是富含甲烷的冰殼。近年來的紅外觀測還在表面甲烷冰中發現了同位素線索,暗示其內部可能至今仍保留著微弱的熱活動——對一顆遠在太陽系邊緣的天體來說,這相當出人意料。

鬩神星內部結構示意圖:岩石核心、水冰幔層與甲烷冰外殼(分層結構為理論模型推測)
鬩神星內部結構示意圖:岩石核心、水冰幔層與甲烷冰外殼(分層結構為理論模型推測)

唯一的衛星:鬩衛一

2005 年 9 月,布朗團隊用凱克望遠鏡的自適應光學系統在鬩神星身旁發現了一顆闇弱衛星,後來命名為鬩衛一(Dysnomia,希臘神話中"無法無天"的女神)。鬩衛一在約 3.7 萬公里外每15.8 天繞主星一週,軌道近乎圓形。規整的軌道暗示它可能誕生於遠古的一次大撞擊,就像地月系統那樣。正是藉助這顆衛星的運動,天文學家才用開普勒定律精確"稱"出鬩神星的質量,確認它是矮行星中的"重量級冠軍"。

藝術想像:從鬩衛一附近眺望遠處的鬩神星,後者是一顆明亮的冰質小球(ESO/L. Calçada)
藝術想像:從鬩衛一附近眺望遠處的鬩神星,後者是一顆明亮的冰質小球(ESO/L. Calçada)

甲烷冰鋪就的"銀白鏡面"

鬩神星的表面幾乎被甲烷冰完全覆蓋,還帶有氮冰的蹤跡,因此反照率高達0.96,是太陽系中最明亮的天體之一——假如它離地球近一些,會像一面銀白色的鏡子一樣耀眼。這裡也是極寒之地:表面溫度在零下 243 到零下 217 攝氏度之間。新鮮的冰層說明表面在不斷更新;而當鬩神星運行到近日點附近稍稍"回暖"時,部分甲烷和氮還可能昇華,形成一層極稀薄、轉瞬即逝的大氣。下一次這樣的機會,要等到兩百多年後的 23 世紀了。

站在那裡,白天會有多亮?

鬩神星遠離太陽,陽光強度只有地球附近的大約萬分之一。白天不會像地球夜晚那樣全黑,但遠不足以帶來溫暖;太陽看起來仍是一個亮點,而不是佔據天空的大圓盤。人若到訪,既要面對接近絕對零度的嚴寒,也要帶上全部空氣和能源,無法只靠厚外套解決。

參考資料