先前的解释通常集中在两种可能性上。一种认为金星曾经拥有一颗卫星,但后来被一次巨大的撞击摧毁了。另一种认为金星根本没有经历过那种最初能产生卫星的碰撞。
发表在《天体物理学杂志》上的一项新研究提供了一种不同的解释。根据这项研究,金星失去一颗卫星可能并不需要一场戏剧性的外部事件。
“我的研究表明,金星不需要经历一场灾难就能变成我们今天看到的样子,”加州大学河滨分校(UCR)的天体物理学家兼主要作者斯蒂芬·凯恩说。“事实证明,行星自身的引力加上其自转速率,自然而然地导致了卫星坠落到其表面。”
为什么地球的月球正在远离
科学家们知道地球的月球正在逐渐远离我们,因为阿波罗11号任务在月球表面留下了反射镜,使研究人员能够极其精确地测量地月距离。
“我们知道月球正在缓慢地远离地球,速度大约是每年四厘米,”凯恩说。
这种运动与地球相对较快的自转密切相关。我们的行星大约在24小时内完成一次自转。与这种自转相关的一部分能量被传递给了月球,帮助推动它随着时间的推移缓慢向外移动。
金星的表现则截然不同。
金星自转一周大约需要243个地球日。因为该行星自转得如此之慢,金星周围的卫星不一定会像地球的月球那样向外迁移。相反,金星引力及其缓慢自转的结合,可能会导致卫星逐渐向内螺旋运动,直到它与行星相撞。
模拟将月球送入金星
为了调查这种可能性,凯恩开发了计算机模型,模拟行星和卫星如何通过引力相互作用。
他首先使用地球和月球测试了该模型,重现了该系统已知的演化过程,以确认模拟表现符合实际。
然后凯恩将该模型应用于金星。他改变了该行星的自转速率,并测试了质量从地球月球质量的一半到其十倍不等的假想卫星。
在大多数模拟中,结果惊人地一致。卫星最终撞向了金星。
更大的卫星甚至更快地迎来了这种命运。
“当我得出这个发现时,我感到震惊,”凯恩说。“我原以为我正在探索的广泛场景肯定会得出各种各样的结果。但结果几乎都朝着同一个方向发展。”
这些模拟并不能证明金星曾经真的有过卫星。凯恩认为这是有可能的,但是否曾经形成过卫星仍然未知。
这项研究确实表明,如果金星曾经拥有一颗卫星,那颗卫星可能无法无限期地存在下去。
证据可能隐藏在金星内部吗?
寻找古代卫星撞击的直接证据将很困难,因为金星经历了重大的地质变化。
该行星表面大约80%的年龄相似,科学家将此解释为大约10亿年前发生的一次大规模表面重塑事件的证据。那次事件可能抹去了金星大部分较古老的地质记录。
相反,线索可能隐藏在行星的深处。
科学家认为地球的月球是在地球历史早期的一次巨大撞击后形成的。地震研究在地球表面深处发现了异常结构,其中可能包含与那次古老撞击相关的残留物。
对金星进行类似的测量有朝一日可能会揭示该行星是否吞噬过自己的卫星。
卫星撞击可能已经改变了金星
这样的碰撞也可能为另一个重大问题提供线索:金星是否曾经能够维持生命。
如果一颗卫星撞入金星,它将向该行星传递巨大的能量和角动量。这可能影响了金星的自转、地质和气候。
如果该行星曾经拥有海洋或其他更有利于生命的环境,一次重大的卫星撞击可能会显著改变其随后的演化。
这种可能性尤其引人入胜,因为金星是地球最近的行星邻居,而且可能曾经比我们今天看到的这个极度炎热的世界更像地球。
金星能告诉我们关于其他类地世界的什么信息
这些发现可能还具有远远超出我们太阳系的意义。
当科学家在其他恒星周围寻找潜在宜居的行星时,他们通常关注类似于地球的世界。在考虑这些行星的长期环境时,它们是否拥有卫星是研究人员有时会考虑的一个因素。
地球的月球产生了潮汐,可能促进了持续的地质活动,并在地球的演化中发挥了重要作用。尽管如此,科学家们仍然不知道大型卫星对于生命的诞生或延续是否真的必不可少。
“我的感觉是拥有卫星是有益的,但它并不是宜居性所必需的,”凯恩说。“月球确实改变了地球随时间演化的方式,但我们并不完全清楚这个角色有多重要。”
凯恩的结果表明,形成卫星可能只是故事的一部分。一颗行星还必须能够留住它。
自转过慢的世界可能会导致它们的卫星向内螺旋运动,最终发生碰撞,从而能够显著重塑行星本身。
“当人们思考其他恒星周围的地球双胞胎时,他们问的一个问题是,‘它有卫星吗?’”凯恩说。“我的研究对许多这类情况展示了一种令人不安的情景。如果这些行星自转得不够快,卫星就会撞向表面,这将改变那些行星的历史进程。”