土卫六正在以比先前预测快100倍的速度迁离土星

按照地球的标准，土星的卫星土卫六是一个奇怪的地方。土卫六比水星还大，它包裹在厚厚的大气层中(它是太阳系中唯一有厚厚大气层的卫星)，覆盖着甲烷和乙烷等液态碳氢化合物的河流和海洋。下面是厚厚的水冰外壳，下面可能是液态水海洋，可能蕴藏着生命。现在，数十年的测量和计算显示，泰坦围绕土星的轨道正在膨胀--也就是说，月球离土星越来越远--速度大约是预期的100倍。研究表明，土卫六诞生于距离土星更近的地方，并在45亿年的时间里迁移到目前120万公里(约74.6万英里)的距离。

这一发现发表在6月8日出版的“自然·天文学”杂志上的一篇论文中。

加州理工学院理论天体物理学助理教授、这篇新论文的合著者、加州理工学院的吉姆·富勒(Jim Fuller)表示，大多数先前的工作都预测，像土卫六或木星的卫星卡利斯托(Callisto)这样的卫星是在与我们现在看到的轨道距离相似的轨道距离形成的。这意味着土星卫星系统，可能还有它的光环，已经形成和演化得比以前认为的更有活力。

要了解轨道迁移的基础知识，我们可以看看我们自己的卫星。地球的卫星在绕地球运行时对它施加了一个小的引力。这就是引起潮汐的原因：月球有节奏的拖曳导致地球的海洋从一边向另一边隆起。地球内部的摩擦过程将其中的一些能量转化为热量，扭曲了地球的引力场，使月球在其轨道上向前移动。这导致月球获得能量，并以每年约3.8厘米的速度逐渐远离地球。然而，这个过程确实是渐进的；大约60亿年后，地球不会失去月球，直到地球和太阳都被吞没。

土卫六对土星施加了类似的拉力，但由于土星的气体组成，通常认为土星内部的摩擦过程比地球内部的摩擦过程弱。标准理论预测，由于距离土星的距离，土卫六每年最多会以0.1厘米的缓慢速度迁离。但新的结果与这一预测相矛盾。

在“自然·天文学”的论文中详细介绍了这项工作，两组研究人员分别使用不同的技术在10年的时间里测量了土卫六的轨道。一种名为天体测量学的技术精确测量了卡西尼号航天器拍摄的图像中泰坦相对于背景恒星的位置。另一种技术，辐射测量法，测量了卡西尼号的速度，因为它受到泰坦引力的影响。

这项研究的第一作者、曾供职于喷气推进实验室(加州理工学院为NASA管理)的瓦莱里·莱尼(Valéry Lainey)说，通过使用两个完全独立的数据集--天体测量学和辐射学--以及两种不同的分析方法，我们获得了完全一致的结果。莱尼现在供职于巴黎天文台(PSL University)。兰尼在天体测量队工作。

这一结果也与富勒在2016年提出的理论一致，富勒预测泰坦的迁徙速度将比标准潮汐理论估计的要快得多。他的理论指出，土卫六预计会以特定的频率对土星进行引力挤压，使地球强烈振荡，类似于在正确的时机摆动双腿可以把你推得越来越高。这种潮汐强迫的过程被称为共振锁定。富勒提出，土星振荡的高振幅将耗散大量能量，这反过来会导致土卫六以比之前想象的更快的速度向外迁移。事实上，这两项观测都发现，土卫六正以每年11厘米的速度迁离土星，比之前理论预测的速度快100多倍。

共振锁定理论可以应用于许多天体物理系统。富勒说，我现在正在做一些理论工作，看看双星系统或系外行星系统是否会发生同样的物理现象。

这篇论文的标题是“泰坦轨道的快速膨胀表明巨型行星的共振锁定”。更多信息：Valéry Lainey等人。巨型行星的共振锁定：泰坦轨道的快速膨胀，“自然天文学”(2020)。电话：10.1038/s415500201120-5