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    天卫三

    天王星最大的卫星——关于这颗冰冻星球我们都了解什么?

    天卫三

    图源:theTimeNow

    天王星的卫星:天卫三大小大约是月球的一半,其直径大约为1000英里(1600公里)。天卫三每209小时围绕天王星公转一周。它正如许多其它远日行星的卫星一样,是被潮汐锁定(同步自转)的。每公转一周,自转也是一周,使天卫三的“一天”也长209小时。

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    图解 : 1986年1月24号旅行者2号拍摄的天卫三南半球.

    天卫三公转的轨道倾角相对于天王星的赤道几乎为零,这非常奇特,因为天王星的自转实际上是侧倒着滚动的。

    天卫三的历史

    天卫三于1787年被发现。其英文名泰坦尼亚(Titania)来自莎士比亚一部戏剧中精灵族女王的名字。在这部剧中,泰坦妮亚的丈夫是欧贝隆(Oberon),天卫三的发现者威廉·赫舍尔(William Herschel)用这个名字命名了另一颗天王星的卫星(天卫四)。天卫三是两颗天王星大卫星中较大、距离天王星较近的那颗。天王星还有三颗大卫星和超过20颗小卫星。因为这位天卫三发现者喜欢用莎翁戏剧角色的名字命名天王星卫星,后来的天文学家在为天卫三的地形特征以及天王星其它卫星命名时也保留了这个传统。大多数新发现的卫星和撞击坑被以莎翁喜剧中的角色命名,而主要的地形特征如地堑和平地则拿戏剧中的地点命名。天卫三被认为是天王星形成时,其周围的岩石物质结合而形成的。这会令这颗卫星的年龄大约在45亿年左右。然而,其表面没有多少撞击坑。

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    威廉·赫舍尔

    图源:National Portrait Gallery, London

    人们怀疑天卫三曾经承受过一次内部的变化。该行星(此处估计是原文笔误,应为卫星)曾经历加热、熔化,重新形成地表的过程。这一过程也留下了巨型峡谷。这一重塑过程有可能与天王星被撞击而倒向一侧是同时发生的。人们认为天卫三的内部在其形成之后的某个时点膨胀了,导致其地表形成了被称为陡坎(scarps)的巨大裂缝。天卫三内部的膨胀撑裂了其冰冻的外壳。如果它曾拥有液态水-氨的海洋,在之后冰冻起来的话,可能就会发生这样的情况。这些陡坎之间没有多少撞击坑,暗示从地质学角度,尚无很多时间形成大量撞击坑的伤痕,也支持了前述理论。

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    天王星的卫星

    图源:NASA

    天卫三的地形地貌

    天卫三有数个主要的撞击坑。葛簇特撞击坑(Gertrude)直径大约300公里,深约2公里。葛簇特撞击坑的名字来自莎士比亚戏剧中的一个角色。欧苏拉(Ursula)是直径大约140公里的撞击坑。

    天卫三上布满地堑,巨大、高耸的平行断层。类似的地形在地球上如美国的峡谷地国家公园和东非大裂谷等地也能找到。地堑之间的峡谷被称为陡坎。天卫三上最大的陡坎名叫墨西拿峡谷(Messina Chasma)。

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    图解:这张旅行者2号的泰坦妮亚影像,显示有大量的断层。

    这一长1500公里的断层从西北延伸至东南。贝尔蒙泰峡谷(Belmont Chasma)在天卫三上向东延伸,大约260公里长。它穿过了欧苏拉撞击坑。胡西庸(Rousillon)断崖或“陡坎”这个名字被赋予了另一个较大的陡坎。大多数陡坎的名字都来自于莎翁戏剧中的地名。

    很多其它撞击坑也都被赋予了来自莎翁的名字。包括凡勒利亚(Valeria),摩普莎(Mopsa),露西塔(Lucetta),玛利娜(Marina),芙赖尼亚(Phrynia),伊拉斯(Iras),波娜(Bona), 阿德里安娜(Adriana),伊摩琴(Imogen)和卡尔普尼亚(Calphurnia)。其它撞击坑拥有传统的英国名字如凯瑟琳(Katherine)、埃莉诺(Elinor)和洁西卡(Jessieca)。即使天卫三拥有大气层,也会非常稀薄。只要存在大气层,它就应当是由二氧化碳构成的,由冰冻的二氧化碳暴露在阳光下而慢慢对大气予以补充。如果那里有大气层,它的大气压力会是地球大气压的十亿分之一。天卫三地表气温徘徊在60到90开尔文之间;这一温度没有比氢气分子冷凝而形成固体的温度高多少。有可能天卫三的大气层是季节性的,只在天王星围绕太阳运转的漫长的84年中,该卫星长42年的夏季中才会出现,这将意味着只有夏季时该卫星的一侧才有大气层,而该卫星背面的大气是被冻住的。天卫三或许在过去曾拥有更厚的大气层,因为天王星的磁气圈会将任何气态粒子从该卫星的地表夺走。

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    图解:天卫三地表被称为“陡坎”的巨大裂缝

    图源:NASA

    天卫三的内部结构

    天王星极度寒冷。它虽然拥有磁场,但这一磁场似乎是由围绕其固体地核的水-氨冰洋产生的,而不是由熔融态的地核产生的。天王星并没有对天卫三产生显著的潮汐引力,也没有产生热量温暖这颗卫星。天卫三由于主要由岩石和冰组成,因此它并不会反射多少阳光。虽然它有可能含有水冰,但它寒冷的程度足以使它含有冰冻的氨和二氧化碳。

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    图解:地球、月球和二氧化钛的大小比较。

    很可能天卫三具有分层的内部结构。例如,地球具有熔融态的地核,一层半液态的地幔和固态的地表。天卫三在其过去曾经承受过显著的潮汐力,可能曾经经历过天王星磁气圈所驱动的潮汐加热或者地热加热。这会使天卫三原本的岩石和冰混合物变暖、结合以及重塑。这会生成一个固态的岩石地核,由冰、氨与岩石混合而成的地幔,以及由冰构成的地壳。这一行星的重塑过程能够解释该卫星相对较年轻的地表,以及它的地堑是如何形成的。 如今,在其冰的地壳和岩石地核之间,可能有液态的地层,也可能没有。如果天卫三拥有地下海洋的话,它必须有大量的液态氨,才能避免在该卫星当下的低温中冻结成冰。

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    另一种可能性是天卫三的岩石成分中含有放射性元素,结合而形成了这颗卫星。在该卫星形成过程中,放射性加热会帮助地核固化,同时较轻的元素移到了地表。如果地核曾被放射性衰变加热,这一过程应在该卫星形成的几亿年之后结束。

    随着放射性物质落入地核,加热作用会导致天卫三膨胀。这会在冰冻的地表造成裂缝和断层,同时帮助抹平所有曾经存在的撞击坑。

    对天卫三的探索

    人们曾经从地球上运用红外反射光度法(infrared reflectance photometry)研究天王星的卫星。1981年,M·J·列伯弗斯基(M. J. Lebofsky)和G·里克(G. Rieke) 首先做了这方面的工作。旅行者1号探测器无法到访天王星。旅行者2号在1986年抵达天王星。

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    旅行者2号概念图

    图源:NASA

    那趟旅途只提供了该卫星地表40%区域的细节图片。还有数个以天王星及其卫星为目的的探测任务被提出,但目前任何太空署都还没有计划安排针对天王星的任务。

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3. thetimenow-叶萤

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