冥王星可能透過“親吻”捕獲了它的衛星卡戎

新的研究表明，數十億年前，冥王星可能透過一次非常短暫的冰冷“親吻”捕獲了其最大的衛星卡戎。該理論可以解釋這顆矮行星（是的，我們也希望冥王星仍然是一顆行星）如何能夠捕獲一顆大約是其自身一半大小的衛星。

這項研究背後的團隊認為，位於柯伊伯帶中的兩個寒冷世界，柯伊伯帶是位於太陽系邊緣遠離太陽的冰冷天體環帶，在數十億年前碰撞在一起。這兩個天體沒有相互完全摧毀，而是結合成了一個旋轉的“宇宙雪人”。這些天體相對快速地分離，但仍然保持軌道連線，形成了我們今天看到的冥王星/卡戎系統。

這種“親吻與捕獲”過程代表了一種新的衛星捕獲和宇宙碰撞理論。它還可以幫助科學家更好地研究柯伊伯帶中寒冷冰冷世界的結構強度。

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“我們發現，如果我們假設冥王星和卡戎是具有材料強度的天體，那麼冥王星確實可以從巨型撞擊中捕獲卡戎，”團隊負責人、亞利桑那大學月球和行星研究員阿迪恩·丹頓告訴 Space.com。“這種碰撞捕獲的過程被稱為‘親吻與捕獲’，因為冥王星和卡戎短暫合併，這是‘親吻’元素，然後在分離形成兩個獨立的天體。”

大多數行星碰撞場景被歸類為“撞後就跑”或“掠射合併”，這意味著這種“親吻與捕獲”場景是全新的。

“我們絕對對親吻與捕獲中的‘親吻’部分感到驚訝，”丹頓繼續說道。“以前真的沒有過這種碰撞，兩個天體只是暫時合併然後重新分離！”

該團隊的研究於週一（1 月 6 日）發表在 《自然·地球科學》雜誌上。

冥王星用 10 小時的親吻征服了卡戎

冥王星與卡戎的關係一直讓科學家感到困惑的原因是，這兩個冰冷天體的大小和質量差異相對較小。

“相對於冥王星而言，卡戎非常巨大，以至於它們實際上是一個雙星系統，”丹頓解釋說。“它的大小是冥王星的一半，質量是冥王星的 12%，這使得它比太陽系中的任何其他衛星都更像地球的衛星。”

相比之下，我們的月球只有地球的四分之一大小，而太陽系中最大的衛星木衛三大約是其母星木星的 1/28 大小。

這位亞利桑那大學的研究員，同時也是 NASA 的博士後研究員補充說，以“正常”方式獲得如此巨大的衛星是很困難的。（“正常”是指像火星的衛星火衛一和火衛二以及巨行星木星和土星的衛星那樣，透過引力捕獲衛星。）

這意味著冥王星和卡戎系統形成的普遍理論是基於碰撞捕獲的想法，類似於人們認為一個巨大的天體撞擊地球，噴射出物質，我們的星球捕獲了這些物質，從而誕生了我們的月球。

“有大的物體撞擊冥王星，你就得到了卡戎，但就像地月系統一樣，我們並不完全瞭解它是如何運作的，以及在什麼條件下發生的，”丹頓說。“這是一個相當大的問題，因為許多其他大型柯伊伯帶天體也有大型衛星，所以這似乎是在柯伊伯帶中頻繁發生的事情，但我們不知道是如何或為什麼發生的。”

在標準的“碰撞捕獲”過程中，會發生大規模碰撞，兩個天體以類似流體的方式拉伸和變形。這個過程很好地解釋了地球/月球系統的形成，因為碰撞中產生的強烈熱量以及所涉及天體更大的質量導致它們表現得像流體一樣。

在考慮冥王星和卡戎的碰撞捕獲過程時，還有一個額外的因素需要考慮：較冷的冰冷和岩石天體的結構強度。過去，當研究人員考慮卡戎的碰撞形成時，這一點被忽略了。

為了將這一點納入模擬，該團隊求助於亞利桑那大學的高效能計算叢集。當丹頓和同事們在他們的模擬中考慮了這些材料的強度時，一些完全出乎意料的事情出現了。

“由於兩個天體都具有材料強度，卡戎並沒有足夠深入地穿透冥王星以與之合併；當物體是流體時，情況就不是這樣了，”丹頓解釋說。“對於相同的撞擊條件，如果我們假設冥王星和卡戎沒有強度，它們確實會合併成一個更大的天體，卡戎會被吸收。然而，有了強度，冥王星和卡戎在短暫的合併過程中保持結構完整。”

由於在這種情況下卡戎無法沉入冥王星，它仍然在兩個天體的所謂“共旋半徑”之外。因此，它無法像冥王星那樣快速旋轉，這意味著這兩個天體無法保持合併狀態。當它們分離，冰冷的親吻結束時，研究小組認為冥王星會將卡戎扭轉到一個更近、更高的圓形軌道上，衛星將從那裡向外遷移。

“從地質學角度來看，這種親吻與捕獲中的‘親吻’，合併非常短暫，持續 10 到 15 個小時，然後兩個天體再次分離，”丹頓說。“卡戎隨後開始緩慢地向外遷移，到達它目前的位置。”

該團隊認為，最初的碰撞發生在太陽系歷史的早期，可能在太陽系形成後的數千萬年，也就是數十億年前。

“典型的大型碰撞是直接合並，天體合併，或者兩個天體都保持獨立，”丹頓說。“所以這對我們來說是非常新的。它也引發了很多有趣的地質問題，我們想測試一下，因為親吻與捕獲是否有效取決於冥王星的熱狀態，然後我們可以將其與冥王星的當代地質聯絡起來進行測試。”

“我真的很想確定最初的冥王星-卡戎撞擊如何影響冥王星和卡戎是否以及如何形成海洋。”

丹頓解釋說，該團隊可以沿著兩條途徑繼續進行這項研究。

“首先是研究這如何應用於其他具有大型衛星的大型柯伊伯帶天體，如鬩神星和迪絲諾美亞，鳥神星和萬斯，以及其他天體，”丹頓解釋說。“我們的初步分析表明，親吻與捕獲也可能是這些其他系統的來源，但由於它們的成分和質量都不同，因此瞭解親吻與捕獲如何在柯伊伯帶中運作至關重要。”

該團隊計劃遵循的第二條途徑是研究卡戎的長期潮汐演化，以證實他們的形成理論。

“為了真正確定這是形成冥王星和卡戎的過程，我們需要確保卡戎遷移到其當前位置，大約是冥王星寬度的 8 倍遠，”丹頓說。“然而，這是一個比最初碰撞發生的時間尺度長得多的過程，因此我們的模型不太適合跟蹤它。

“我們計劃在未來更密切地關注這一點，以確定哪些條件不僅能重現冥王星和卡戎這兩個天體，還能將卡戎放在正確的位置，也就是它今天所在的位置。”

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