Haumea難以捉摸的環細節，掩星如何揭示其物理特性？

作者：文/虞子期

在遙遠神秘的柯伊伯帶，存在一個叫做Haumea的矮行星，它的太陽運行遠超過海王星，並擁有兩個衛星。與此同時，足球形的矮行星Haumea，被幾乎完美的圓形「顆粒環」包圍，由此成為了太陽系中最遙遠的環狀物體。冥王星是這個區域中最大的「居民」，冥王星穿過海王星的軌道，而Haumea穿過冥王星的軌道。Haumea和這些較大的「鄰居」具有一些共同特徵，它們都繞著太陽穿過其他行星體軌道的高度拉長的路徑，並且，兩顆矮行星都與八個行星的路徑保持一定的角度，然後沿著一個公共平面繞太陽旋轉。

Haumea難以捉摸的環細節

科學家們使用基於Haumea和環上可用數據的模擬，並根據牛頓引力定律，描述了行星的運動，然後得出結論，由於1：3共振情況下，由於一系列穩定的周期軌道，該環並不在那個空間區域內；如果用更通俗易懂的語言來表達，那就是環形粒子不會以1：3的共振軌跡繞著矮行星運行，即使是在環形粒子似乎與Haumea處於軌道共振的情況下，它們的周期軌道也不會與Haumea的軌道形成良好的整數比。但是會在一個稍微不同的路徑上，周期性地繞著Haumea軌道運行，然後使它們接近1：3的共振規律。雖然Haumea的環很圓，但它卻並不像早期研究所表明的那樣完美。

在地球上，我們無法直接看到Haumea微弱的環，所以，科學家們通過計算機模擬了Haumea系統，對矮行星周圍不同配置的環粒子進行了模擬，並以此計算出在哪個場景下，能使環的狀態處於相對最穩定的時期，並且，通過這樣的方式，不需要直接觀察它，就能推出環的質量。然後，科學家們對環的形狀、大小和其他特徵進行了詳細的說明。由於特徵太窄而且距離很遠，所以科學家們無法通過地面望遠鏡觀察，並且，Haumea沒有飛過太空船近距離拍攝矮行星的照片。雖然，天文學家有很多證據表明Haumea有一個環，但並沒有人直接觀察過這個環。

揭示Haumea物理特性的恆星掩星

矮行星Haumea在一個方向上的長度，達到了另一個方向上的至少兩倍以上，這使得它看起來更像河流岩石，而不是一個讓人敬畏的星球。科學家認為可能是因為其旋轉過快，所以才會轉成這種形狀。Haumea上的一天，持續時間約為4個小時，因此，它也成為了太陽系中、已知存在速度最快的大型物體。但是，有一點需要了解的是，目前關於Haumea環的系統的一切，我們所知道的信息，都來自一個更遙遠的物體，名叫URAT1 533-182543。

在2017年的時候，矮行星Haumea就在這位被稱為「恆星掩星」的星球面前，短暫地過去了。天文學家為了更多地了解Haumea的物理特性，比如：它的大小、形狀以及密度信息，然後，研究人員觀察了星光在「掩星期間」是如何閃爍的。當恆星被Haumea遮擋時，研究人員從地球上觀察到了恆星發出的光；當Haumea從它前面經過時，出現了亮度下降的情況，於是，天文學家知道了Haumea的形狀。當環從它前面經過時，這顆恆星的光同樣也消失了，於是環的信息也收集到了。在「掩星」之後，科學家們又研究了光線曲線，然後確定了Haumea及其環的軌道共振，表明了在環形粒子完成Haumea周圍的一個軌道時，矮行星本身大約會完成三個完整旋轉。

矮行星Haumea的衛星和暴力形成

Haumea有兩個衛星，兩者都被科學家們認為是由幾乎純凈的水冰而組成，並且，它們最初可能就來自於Haumea本身。兩者中最大的Hi"iaka，雖然僅比Haumea大約1％，但它在Haumea周圍的近圓形軌道上運行時間為49天；而小而暗的內部衛星Namaka，僅重約十分之一，並且需要18天的時間，才能在橢圓軌道上繞其母體行進。雖然大約十分之一的已知柯伊伯帶天體都有一顆衛星，但很少有它們有倍數，因此，這使得Haumea有點不同尋常。

天文科學家們普遍認為，Haumea的衛星可能曾經就是其表面的一部分，形成的非常像地球的月亮在碰撞後所發生的那樣：在數十億年前，一個大型物體可能與Haumea的身體發生了碰撞，因為將大部分表面冰塊撞倒，所以讓Haumea的旋轉速度變得很快。正是因為這樣的速度，旋轉將Haumea拉成了與眾不同的形狀。簡而言之，在早期的太陽系中，Haumea應該和冥王星很相似，一半的岩石和一半的水組成。而後，在類似於Haumea的軌道上所發現的小冰凍碎片，似乎進一步證實了古代碰撞的想法。

太陽系已知旋轉最快的Haumea

Haumea最顯著特徵之一，就是它在軸上旋轉的速度。每四個小時旋轉一次軸，大約需要285個地球年來繞太陽運行，這也是太陽系任何已知大型物體中旋轉速度最快的一個。Haumea最長的軸為2300公里（1430英里），但最短996公里（619英里）的寬度不到一半。在Haumea 的表面，似乎也有一個暗紅色斑點，可能含有比其周圍更多的礦物質和有機化合物。通過觀察Haumea顯示出的明亮閃光表面表明，儘管它的大部分內部都是岩石，但它仍然被薄薄的冰殼覆蓋。

早在2017年1月21日，就在URAT1 533-182543前通過時被發現。散發出的星光也幫助天文學家，更準確地測量了Haumea的最長軸，得出它的長度比之前預估的大約高出17％。柯伊伯帶的Haumea引起本身的特性，使其處於科學的前沿。自21世紀初以來，像Haumea這樣的小物體只進行了廣泛的研究，後來因為搜索技術得到了改進，才得以尋找矮行星和柯伊伯帶天體。與此同時，天文學家也將繼續研究其他矮行星和KBO，希望獲得它們形成歷史的更多信息。

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