遼寧
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主譯：梁晨
校對：余路漢
審核：牧夫天文校對組
美編：張一帆
后臺：王啟儒
https://www.nao.ac.jp/news/science/2026/20260408-cfca.html
■氣態巨行星周圍圓盤中衛星形成的情景示意圖。木星（左前方）周圍氣體沿磁場流入。土星（右后方）周圍氣體沿赤道面流入。這個時期的土星周圍尚未形成光環，此圖為了容易與木星區分而畫出了光環。左后方是剛誕生時期的太陽。（來源：藤井悠里（L-INSIGHT/京都大學）、木下真一郎）
木星和土星都是由氣體組成的行星，它們的衛星系形態卻不同。可能是由于行星形成時磁場的差異，導致這兩顆行星的衛星系走向不同命運。計算機模擬描繪出了這一新情景。
太陽系中存在木星和土星這兩顆氣態巨行星。木星擁有超過100顆衛星，其中伊奧，歐羅巴，蓋尼米德，卡利斯托這四顆天體，質量特別大，并且在非常靠近木星的位置公轉。另一邊，土星周圍已發現280多顆衛星，而巨大衛星泰坦占據衛星系總質量的95%，并在遠離土星的位置公轉。這樣的衛星系的特征差異是如何產生的呢？
解開謎題的關鍵，在于衛星系的誕生方式。圍繞氣態巨行星周圍的巨大衛星，被認為是在行星形成初時，在行星周圍形成的氣體盤中生成的。衛星的特征會隨氣體盤的結構與組成而變化，而盤的構造又由行星的密度、溫度、質量等特征所決定。雖然行星磁場也是決定氣體盤構造的重要要素之一，但目前的研究沒有充分考慮這一點。
京都大學藤井悠里助教等研究小組注意到，行星誕生之初的磁場。通過計算機模擬內部構造，研究了兩顆行星當初有怎樣的磁場。結果發現，在行星內部僅相差數倍的磁場強度，在行星表面，木星卻比土星強了約100倍。
這種磁場的差異，會對行星周圍氣體盤的結構和衛星的形成產生怎樣的影響呢？研究小組使用國立天文臺運行的“計算服務器”進行模擬，詳細解析了氣體盤的結構并研究了衛星的演變過程。結果發現，在磁場較強的木星周圍，發生了氣體沿行星磁場方向流入行星的“磁層吸積”現象，導致行星附近形成了無氣體的空洞。在氣體盤中形成的衛星會逐漸靠近木星，但在到達空隙之前被止住，從而在氣體盤內緣附近形成穩定的軌道。另一邊，在磁場較弱的土星周圍，不會發生磁層吸積，在土星附近形成的衛星會逐漸墜入土星，只有遠離土星成長的衛星才能留存下來。由此可見，木星與土星磁場的差異，造就了它們巨大衛星系的不同。
本研究首次實現了將氣態巨行星的內部構造和氣體盤運作的基本物理機制，整合性地納入了模擬研究。并成功闡釋了木星與土星在巨大衛星方面的差異。這一成果加深了對衛星系多樣性的理解，也為未來有望發現的太陽系外行星的衛星探測提供了重要啟示。
責任編輯：甘林
牧夫新媒體編輯部
NGC 4438 與 NGC 4435
圖源：ESO
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