冥王星可能通过“亲吻”捕获了它的卫星卡戎

新的研究表明，数十亿年前，冥王星可能通过一次非常短暂的冰冷“亲吻”捕获了其最大的卫星卡戎。该理论可以解释这颗矮行星（是的，我们也希望冥王星仍然是一颗行星）如何能够捕获一颗大约是其自身一半大小的卫星。

这项研究背后的团队认为，位于柯伊伯带中的两个寒冷世界，柯伊伯带是位于太阳系边缘远离太阳的冰冷天体环带，在数十亿年前碰撞在一起。这两个天体没有相互完全摧毁，而是结合成了一个旋转的“宇宙雪人”。这些天体相对快速地分离，但仍然保持轨道连接，形成了我们今天看到的冥王星/卡戎系统。

这种“亲吻与捕获”过程代表了一种新的卫星捕获和宇宙碰撞理论。它还可以帮助科学家更好地研究柯伊伯带中寒冷冰冷世界的结构强度。

支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事能够持续下去。

“我们发现，如果我们假设冥王星和卡戎是具有材料强度的天体，那么冥王星确实可以从巨型撞击中捕获卡戎，”团队负责人、亚利桑那大学月球和行星研究员阿迪恩·丹顿告诉 Space.com。“这种碰撞捕获的过程被称为‘亲吻与捕获’，因为冥王星和卡戎短暂合并，这是‘亲吻’元素，然后在分离形成两个独立的天体。”

大多数行星碰撞场景被归类为“撞后就跑”或“掠射合并”，这意味着这种“亲吻与捕获”场景是全新的。

“我们绝对对亲吻与捕获中的‘亲吻’部分感到惊讶，”丹顿继续说道。“以前真的没有过这种碰撞，两个天体只是暂时合并然后重新分离！”

该团队的研究于周一（1 月 6 日）发表在 《自然·地球科学》杂志上。

冥王星用 10 小时的亲吻征服了卡戎

冥王星与卡戎的关系一直让科学家感到困惑的原因是，这两个冰冷天体的大小和质量差异相对较小。

“相对于冥王星而言，卡戎非常巨大，以至于它们实际上是一个双星系统，”丹顿解释说。“它的大小是冥王星的一半，质量是冥王星的 12%，这使得它比太阳系中的任何其他卫星都更像地球的卫星。”

相比之下，我们的月球只有地球的四分之一大小，而太阳系中最大的卫星木卫三大约是其母星木星的 1/28 大小。

这位亚利桑那大学的研究员，同时也是 NASA 的博士后研究员补充说，以“正常”方式获得如此巨大的卫星是很困难的。（“正常”是指像火星的卫星火卫一和火卫二以及巨行星木星和土星的卫星那样，通过引力捕获卫星。）

这意味着冥王星和卡戎系统形成的普遍理论是基于碰撞捕获的想法，类似于人们认为一个巨大的天体撞击地球，喷射出物质，我们的星球捕获了这些物质，从而诞生了我们的月球。

“有大的物体撞击冥王星，你就得到了卡戎，但就像地月系统一样，我们并不完全了解它是如何运作的，以及在什么条件下发生的，”丹顿说。“这是一个相当大的问题，因为许多其他大型柯伊伯带天体也有大型卫星，所以这似乎是在柯伊伯带中频繁发生的事情，但我们不知道是如何或为什么发生的。”

在标准的“碰撞捕获”过程中，会发生大规模碰撞，两个天体以类似流体的方式拉伸和变形。这个过程很好地解释了地球/月球系统的形成，因为碰撞中产生的强烈热量以及所涉及天体更大的质量导致它们表现得像流体一样。

在考虑冥王星和卡戎的碰撞捕获过程时，还有一个额外的因素需要考虑：较冷的冰冷和岩石天体的结构强度。过去，当研究人员考虑卡戎的碰撞形成时，这一点被忽略了。

为了将这一点纳入模拟，该团队求助于亚利桑那大学的高性能计算集群。当丹顿和同事们在他们的模拟中考虑了这些材料的强度时，一些完全出乎意料的事情出现了。

“由于两个天体都具有材料强度，卡戎并没有足够深入地穿透冥王星以与之合并；当物体是流体时，情况就不是这样了，”丹顿解释说。“对于相同的撞击条件，如果我们假设冥王星和卡戎没有强度，它们确实会合并成一个更大的天体，卡戎会被吸收。然而，有了强度，冥王星和卡戎在短暂的合并过程中保持结构完整。”

由于在这种情况下卡戎无法沉入冥王星，它仍然在两个天体的所谓“共旋半径”之外。因此，它无法像冥王星那样快速旋转，这意味着这两个天体无法保持合并状态。当它们分离，冰冷的亲吻结束时，研究小组认为冥王星会将卡戎扭转到一个更近、更高的圆形轨道上，卫星将从那里向外迁移。

“从地质学角度来看，这种亲吻与捕获中的‘亲吻’，合并非常短暂，持续 10 到 15 个小时，然后两个天体再次分离，”丹顿说。“卡戎随后开始缓慢地向外迁移，到达它目前的位置。”

该团队认为，最初的碰撞发生在太阳系历史的早期，可能在太阳系形成后的数千万年，也就是数十亿年前。

“典型的大型碰撞是直接合并，天体合并，或者两个天体都保持独立，”丹顿说。“所以这对我们来说是非常新的。它也引发了很多有趣的地质问题，我们想测试一下，因为亲吻与捕获是否有效取决于冥王星的热状态，然后我们可以将其与冥王星的当代地质联系起来进行测试。”

“我真的很想确定最初的冥王星-卡戎撞击如何影响冥王星和卡戎是否以及如何形成海洋。”

丹顿解释说，该团队可以沿着两条途径继续进行这项研究。

“首先是研究这如何应用于其他具有大型卫星的大型柯伊伯带天体，如阋神星和迪丝诺美亚，鸟神星和万斯，以及其他天体，”丹顿解释说。“我们的初步分析表明，亲吻与捕获也可能是这些其他系统的来源，但由于它们的成分和质量都不同，因此了解亲吻与捕获如何在柯伊伯带中运作至关重要。”

该团队计划遵循的第二条途径是研究卡戎的长期潮汐演化，以证实他们的形成理论。

“为了真正确定这是形成冥王星和卡戎的过程，我们需要确保卡戎迁移到其当前位置，大约是冥王星宽度的 8 倍远，”丹顿说。“然而，这是一个比最初碰撞发生的时间尺度长得多的过程，因此我们的模型不太适合跟踪它。

“我们计划在未来更密切地关注这一点，以确定哪些条件不仅能重现冥王星和卡戎这两个天体，还能将卡戎放在正确的位置，也就是它今天所在的位置。”

版权所有 2025 年 Space.com，Future 公司。保留所有权利。未经授权，不得发布、广播、改写或重新分发此材料。