木星和土星是太陽(yáng)系中最大的兩顆行星，它們都擁有龐大而多樣的衛(wèi)星系統(tǒng)。

目前統(tǒng)計(jì)，木星擁有超過101顆衛(wèi)星，大型衛(wèi)星：4 顆，木衛(wèi)一（伊奧）、木衛(wèi)二（歐羅巴）、木衛(wèi)三（蓋尼米德）和木衛(wèi)四（卡利斯托），其中木衛(wèi)三是太陽(yáng)系中最大的衛(wèi)星。

而土星的衛(wèi)星數(shù)量是木星的兩倍多，已知衛(wèi)星超過280多顆。大型衛(wèi)星：1 顆（土衛(wèi)六 “泰坦”），它是太陽(yáng)系中第二大衛(wèi)星。

那么為什么木星擁有的大型衛(wèi)星比土星多？

由于這兩顆行星都是氣態(tài)巨行星，且被認(rèn)為具有相似的形成歷史，因此造成這種差異的原因長(zhǎng)期以來一直是天文學(xué)家的謎團(tuán)。

內(nèi) 容

木星的四顆最大衛(wèi)星被稱為伽利略衛(wèi)星。這張合成圖像從左至右依次為：木衛(wèi)一（伊奧）、木衛(wèi)二（歐羅巴）、木衛(wèi)三（蓋尼米德）和木衛(wèi)四（卡利斯托）

這促使中日兩國(guó)的研究人員開展合作，旨在建立一個(gè)物理上自洽的模型來解釋多個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)。通過考慮磁吸積，他們證明，年輕氣態(tài)巨行星吸積盤中磁層空腔的形成可以解釋這兩個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)之間的差異。

該團(tuán)隊(duì)由京都大學(xué)人類環(huán)境研究科和名古屋大學(xué)理學(xué)研究科的研究員藤井由里（Yuri I. Fujii）領(lǐng)導(dǎo)。團(tuán)隊(duì)成員包括上海交通大學(xué)和東京工業(yè)大學(xué)暗物質(zhì)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的副教授荻原正弘（Masahiro Ogihara），以及岡山大學(xué)和日本三鷹天體生物學(xué)中心的副教授堀康典（Yasunori Hori）。

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參 考 圖

近年來，科學(xué)家們一直在重新思考衛(wèi)星形成模型，這在很大程度上要?dú)w功于對(duì)恒星磁場(chǎng)作用的研究。

在這個(gè)過程中，行星的磁場(chǎng)控制著周圍物質(zhì)如何落到行星上并形成結(jié)構(gòu)?！皺z驗(yàn)行星形成理論有些困難，因?yàn)槲覀冎挥刑?yáng)系可以作為參考，但我們附近有很多衛(wèi)星系統(tǒng)，我們可以觀測(cè)它們的詳細(xì)特征，”藤井說道。

為了確定木星和土星的熱特性和磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化情況，藤井和他的同事們對(duì)年輕氣態(tài)巨行星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬。他們還利用日本國(guó)立天文臺(tái)（NAOJ）計(jì)算天體物理中心的PC集群，對(duì)這兩顆行星周圍的環(huán)行星盤、衛(wèi)星的形成和軌道遷移進(jìn)行了模擬。

他們的研究結(jié)果表明，這兩個(gè)系統(tǒng)之間的差異可以用行星磁場(chǎng)的強(qiáng)度來解釋。以木星為例，其強(qiáng)大的磁場(chǎng)（太陽(yáng)系中最強(qiáng)，磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)417微特斯拉）在其環(huán)行星盤中形成了一個(gè)磁層空腔，很可能正是這個(gè)空腔捕獲了木衛(wèi)一、木衛(wèi)二和木衛(wèi)三。

相比之下，土星的磁場(chǎng)（21微特斯拉）太弱，無法形成空腔，因此在其環(huán)行星盤中遷移的衛(wèi)星無法生存。

這些發(fā)現(xiàn)或許也能解釋為何木衛(wèi)四（卡利斯托）不具備木衛(wèi)一（伊奧）、木衛(wèi)二（歐羅巴）和木衛(wèi)三（蓋尼米德）那樣的特征性軌道共振（1:2:4）。

它們也為未來的系外行星研究奠定了基礎(chǔ)，包括對(duì)系外衛(wèi)星和年輕氣態(tài)巨行星周圍星周盤的觀測(cè)。

次要因素：質(zhì)量、位置與演化。木星質(zhì)量是土星的3.3 倍，引力場(chǎng)更強(qiáng)、范圍更廣（希爾球更大）。

質(zhì)量與木星相近（或更大）的氣態(tài)巨行星更有可能演化成緊湊的多衛(wèi)星系統(tǒng)，而類似土星的氣態(tài)巨行星則更有可能形成一到兩顆大型衛(wèi)星和幾顆小型衛(wèi)星。研究團(tuán)隊(duì)期待將這一理論擴(kuò)展到其他衛(wèi)星系統(tǒng)（如天王星和海王星）以及潛在的系外衛(wèi)星系統(tǒng)。

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