太空探索

妊神星:轉得太快,圓球變成橢球

柯伊伯帶中最奇特的矮行星:自轉一週僅約 3.9 小時,被離心力甩成橄欖球狀的三軸橢球;擁有一圈細窄的光環、兩顆以夏威夷女神之女命名的衛星,表面幾乎被純結晶水冰覆蓋。

妊神星:轉得太快,圓球變成橢球

如果把普通行星想成慢慢轉動的球,妊神星(Haumea)就像被飛快搓動的一團面:不到 4 小時轉一圈,身體被拉成長長的橢球。它位於海王星之外的柯伊伯帶,繞太陽一圈要 約 284 年,還帶著一圈細窄光環和兩顆衛星。

自轉最快的矮行星

妊神星的亮度以極短的週期起伏,天文學家據此確認,它的自轉週期只有 約 3.9 小時——這是太陽系所有已知直徑超 100 公里天體中最快的紀錄,地球自轉一圈則要 24 小時。

如此快的旋轉產生巨大的離心效應,把星球沿赤道方向拉長:長軸約 2 300 公里,短軸方向僅約 1 100 公里,長軸幾乎是短軸的兩倍。在妊神星上,一天不到 4 個小時,晝夜更替只需約兩小時。

形狀與內部結構

2017 年的一次恆星掩星觀測,讓天文學家更準確地測出了妊神星的三軸橢球形狀:三條軸約為 2 322 × 1 704 × 1 138 公里。妊神星已被列為矮行星,不過它的精確尺寸、密度以及是否完全處於流體靜力平衡,仍會隨著新觀測繼續討論。

轉這麼快,為什麼沒有散架?

因為妊神星仍有足夠的自身引力,把岩石和冰緊緊拉在一起。快速自轉確實在把赤道物質向外“甩”,但還沒有強到讓整顆天體瓦解;結果不是散成碎片,而是被拉成長橢球。

在那裡,一天只有 約 3.9 小時。如果把白晝和黑夜簡單各分一半,吃完一頓飯,天空的明暗就可能已經換班。

妊神星的平均密度約為每立方釐米 1.9 克,遠高於純水冰。這說明它內部並非一顆"大冰球",而是擁有致密的岩石核心,外面只包裹著一層較薄的水冰外殼。

妊神星的橢球形狀示意圖:左為赤道視角的側視與俯視,右為極區視角,顯示其明顯的三軸橢球結構
妊神星的橢球形狀示意圖:左為赤道視角的側視與俯視,右為極區視角,顯示其明顯的三軸橢球結構

細窄的光環與兩顆衛星

2017 年,天文學家利用妊神星遮擋遙遠恆星的機會,意外發現了環繞它的光環。環的半徑約 2 287 公里,寬度只有約 70 公里,纖細而暗淡。這是人類首次在海王星外天體周圍確認的環系統。

妊神星還有兩顆衛星:外側較大的妊衛一(Hiʻiaka)直徑約 310 公里,內側較小的妊衛二(Namaka)直徑約 170 公里。它們的軌道與光環一起,構成了一個緊湊的微型行星系統。

妊神星系統軌道示意圖:中央為妊神星與其光環,內外兩圈橢圓分別是妊衛二(Namaka)和妊衛一(Hiʻiaka)的軌道;本機化配圖
妊神星系統軌道示意圖:中央為妊神星與其光環,內外兩圈橢圓分別是妊衛二(Namaka)和妊衛一(Hiʻiaka)的軌道;本機化配圖

夏威夷女神之名

妊神星於 2004 年由邁克爾·布朗領導的加州理工學院團隊發現(西班牙奧爾蒂斯團隊也報告了 2003 年的觀測記錄,發現權曾有爭議),2008 年 9 月正式命名為 Haumea,並列入矮行星。

這個名字來自夏威夷神話中的生育與繁衍女神 哈烏美亞(Haumea),她的眾多子女據說從她身體不同部位誕生。這個名字極為貼切:妊神星的衛星和周圍的碎片都被認為是從它身上"生"出來的,兩顆衛星正是以女神的兩位女兒命名。

表面純結晶水冰

妊神星的表面反照率高達約 0.8,幾乎和新雪一樣亮。光譜觀測顯示,它的表面幾乎被純淨的 結晶水冰 覆蓋,這在小天體中非常罕見。

這帶來一個至今未解的謎題:在太陽紫外線和宇宙射線的長期轟擊下,結晶冰本應逐漸變成無序的非晶冰,可妊神星的冰始終保持著晶態結構。某種機制似乎在不斷"翻新"它的表面,但具體過程尚無定論。此外,表面還有一塊偏暗紅的區域,成因同樣是謎。

遠古碰撞的碎片家族

妊神星的種種怪異——瘋狂的自轉、拉長的身形、衛星、光環和純冰表面——很可能都源於同一場遠古災難。天文學家認為,約 40 多億年前,妊神星與另一天體劇烈碰撞,把它"打"得飛速旋轉,並濺射出大量冰塊。

這些碎片中較大的成了今天的兩顆衛星,更小的散佈在相似軌道上,形成了太陽系中唯一已知的冰質碰撞家族——妊神星族。它們與妊神星有著幾乎相同的純結晶水冰光譜,正是那場遠古撞擊留下的"親緣證據"。

妊神星碰撞家族成員按實際比例排列圖:妊神星居首,其下是妊衛一、妊衛二及十餘顆同屬一族的柯伊伯帶小天體;本機化配圖
妊神星碰撞家族成員按實際比例排列圖:妊神星居首,其下是妊衛一、妊衛二及十餘顆同屬一族的柯伊伯帶小天體;本機化配圖

參考資料