此前提出的一种假说是,金星的卫星在与某个巨大天体相撞后被摧毁。但加利福尼亚大学里弗赛德分校的研究人员最近进行的一项研究提出了不同的事件过程。该研究认为,金星的卫星并非被某种灾难性的外力摧毁,而是被金星的引力和缓慢的自转逐渐拉近,直到碎裂并被完全吞噬。
“金星不需要一场灾难就能达到我们今天看到的状态,”该论文的第一作者、天体物理学家史蒂文·凯恩在新闻稿中解释道。“事实证明,行星自身的引力加上其自转速度,自然地导致了卫星向其坠落。”行星的自转可以推动或拉扯其卫星,具体取决于自转速度。自转会导致引力强度发生变化。这就是为什么我们的月球没有任何被吞噬的危险。事实上——因为从行星尺度来看,我们24小时的一天算是相当快的——我们的月球目前正以每年约1.5英寸的速度远离地球。
当天文学家说金星自转缓慢时,他们是认真的。金星完成一次自转需要243个地球日。这比金星的一年还要长,使这颗明亮的行星成为太阳系中自转最慢的行星。这种漫长的自转,加上行星的引力,意味着即使金星曾经拥有卫星,它也不会被向外推,而是会被向内拖拽。
为了验证这一机制,凯恩和他的研究团队建立了一个模拟天体之间引力相互作用的计算机模型。在通过忠实再现地球月球的演化过程验证了模型的准确性后,他们运行了模拟,改变了多个因素,包括金星完成一次自转所需的时间,以及一颗假想卫星的质量——其质量范围从地球天然卫星的0.01倍到10倍不等。
研究结果表明,月球(此处指金星卫星)的命运取决于金星的旋转速度、卫星质量及其轨道形状。在许多条件下,卫星会向内螺旋运动,最终碎裂并被行星引力吞噬。“当我发现这一点时,我感到震惊,”凯恩回忆道。“我以为我探索的广泛情景范围会带来各种各样的结果。但一切都朝着大致相同的方向发展。”在少数情况下——例如当研究人员人为地将行星的旋转速度加快到每10至12小时一圈,且卫星质量与地球的月球相当——模拟表明卫星可以存活长达45亿年。但这不过是对模型的一次有趣测试。鉴于我们这位行星邻居目前迟缓的旋转速度,这几乎是不可能实现的现实。
然而,这项研究并不能证明金星曾经拥有卫星,而且找到其存在的物理证据也并非易事。金星表面在地质上很年轻,陨石坑数量表明最上层的岩石仅有几亿年的历史。金星本身与太阳系其他部分同时形成,大约在46亿年前,但极大量的火山和构造活动基本上重塑了其表面。
如果存在任何卫星的证据,它已被覆盖,可能深埋地下。深入地球内部的地震学勘测为我们月球的形成提供了证据——异常结构指向一次大规模撞击。如果能在金星上进行类似的测量,或许有可能找到曾经被吸收的卫星的痕迹。
月球命运或许还能为解开另一个长期存在的谜团提供线索:金星是否曾经拥有过能够支持生命的环境。吞噬一颗卫星会给行星带来巨大的能量和角动量,这可能显著改变其自转、地质结构和气候——从而改变行星的演化进程。
这不仅限于金星。科学家在寻找系外行星中的宜居世界时,常常将卫星的存在视为影响宜居性的一个因素。然而,大卫星对生命的存在是否必不可少,目前仍不清楚。
“我的感觉是,拥有卫星有好处,但这并非宜居性的必要条件,”凯恩说。“卫星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一作用有多重要。”这一发现——自转速度较慢的行星更不可能保留卫星——为寻找类地系外行星提供了新视角。即使找到了非常类似地球的行星,如果其自转速度不够快,它们也可能最终吞噬自己的卫星。本文最初发表于《连线》日本版,由日文翻译而来。