木星如何創造出太陽系最大衛星群？研究：土星插一腳幫忙

我們知道木星攜帶了數顆超巨大衛星，其中太陽系最大衛星木衛三蓋尼米德（Ganymede）直徑甚至比水星還大。一般認為這些超巨大衛星形成於木星附近，但該理論尚有不足之地，而一項最新研究以電腦模擬表明，土星可能在衛星形成過程發揮關鍵作用。

木星已知擁有 67 顆衛星（很有可能持續增加），是太陽系中攜帶最多天然衛星的行星，儼然自成一個木星系。1610 年 1 月，義大利天文學家伽利略最早以望遠鏡發現木星最亮的 4 顆衛星，被後人稱為伽利略衛星，它們環繞在距離木星 40 萬至 190 萬公里的軌道帶，由內而外依次為木衛一埃歐、木衛二歐羅巴、木衛三蓋尼米德、木衛四卡利斯多。

這 4 顆衛星都比冥王星還要大，而蓋尼米德還是太陽系最大衛星，直徑大於水星，質量約水星一半。伽利略之後幾個世紀（至 1950 年代），人們又接連發現 12 顆較大的衛星，使木星衛星總數達 16 顆；1979 年 NASA 航海家一號（Voyager 1）及 1995 年伽利略號飛臨木星的時候，又發現了更多更小的、離木星更遠的天然衛星，使人類所知木星系衛星總數達 67 個。

其中，埃歐、歐羅巴和蓋尼米德的軌道形成精準「拉普拉斯共振」：當埃歐每繞行木星運轉 4 圈，歐羅巴會精準繞木星 2 圈、蓋尼米德則精準繞木星 1 圈。當木星引力拉扯它們接近時，這 3 顆衛星形狀規律地扭曲；而當它們遠離時，又會回復到接近球形，這種潮汐扭曲作用促使衛星內部摩擦生熱，最顯而易見的是最接近木星的埃歐（受到最強潮汐力）異於平常的火山活動（有 400 座活火山），程度較輕的歐羅巴表面則有較年輕的地質樣貌。

▲ 伽利略衛星家族，從上至下依序為：埃歐、歐羅巴、蓋尼米德、卡利斯多。（Source：NASA）

而先前研究表明，這幾顆伽利略衛星應是從木星形成最後階段的行星盤匯集而成，但理論帶來的一個新問題是，科學家不知道這個物質盤從何而來，照理木星形成時會吸走大部分物質，哪裡有額外形成超巨大衛星的份？

現在，由法國艾克斯─馬賽大學天體物理學家 Thomas Ronnet 領導的研究提出，伽利略衛星很可能是在土星的幫助下形成。當土星靠近木星時，其引力打破了木星吸收物質的平衡性，那些「漏網之魚」物質便成為今天 4 大伽利略衛星的材料。

不過這次模擬雖然合理表明了大衛星圍繞木星的發展情景，但依然不能解釋為何這 4 顆衛星是由不同種類的材料製成。但進一步模擬會發現土星對太陽系其他現象的影響，比如土星也可能幫忙將冰物質分散至內太陽系以使其充滿水；在太陽系外，那些擁有多行星系統的恆星也可能經歷類似過程，如此科學家可將目光瞄準觀察更大行星，看看它們是否有可能帶有隱藏生命的巨大衛星。

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（首圖為木衛二歐羅巴想像圖，來源：NASA）