https://www.cnbeta.com.tw/articles/science/1438874.htm 太阳是太阳系中质量最大的天体,占到整个太阳系总质量的99.86%,太阳系受太阳巨大引力的控制,所有行星都在太阳轨道上运行。
一个天体如果想要绕行星运行而不是太阳的话,那么它必须离行星足够近,让行星的引力在抵消太阳引力之后处于主导地位,这样它才能让卫星绕自己旋转。
行星让卫星保持在其轨道上的最大距离就称为希尔球或者希尔半径(不要和洛希球搞混),这个数值由较大物体和较小物体的质量,以及瞬时距离决定。
在太阳系中,希尔半径最大的行星是海王星,达到1.16亿公里,相当于 0.775 个天文单位,因为它距离太阳非常远的同时自身质量还非常大。
而木星虽然是太阳系最大的行星,其质量是其它所有行星总和的2.5倍,但是它距离太阳较近,所以它的希尔半径只有5300万公里。
值得一提的是,一颗天体经过行星的希尔半径之内,也不意味着它会被捕获,这里的关键就是速度和角度。
它必须有合适的速度和角度才行,不然它会逃逸或者撞击而不是被捕获。
由于太阳系是相当空旷的,行星要碰到一颗速度、角度都合适的天然卫星可不容易。
其次,太阳系的行星最初是由一大团围绕太阳旋转的气体形成的,这些气体在引力下相互作用,彼此聚合,就像最初形成太阳一样形成更大的天体。
在太阳系内部的四颗行星(水星、金星、地球、火星),因为太靠近太阳了,更高的温度让它们无法凝集更多气体,只能保留铁、硅等熔点较高的元素,所以它们是岩石行星。
有一点需要提一下:靠近恒星的是岩石行星,而远离恒星的是气态巨行星,所有的恒星系统都是如此。
当气态巨行星凝聚的时候,它其实也和恒星形成之后形成绕它旋转的行星一样,物质会绕着行星旋转,随着时间推移有一些会变成它们的卫星。
太阳系是宇宙中比较罕见的单星系统——也就是整个系统中只有一颗恒星,这种系统中因为其它天体的质量相较于恒星差距实在太大了,所以跟随系统一起形成的天然卫星很少。
在太阳系中,目前只有木星和土星的内卫星被认为是在太阳系形成时“自带的”,判断依据则是那几颗卫星都非常古老。
太阳系中其余的天然卫星,包括木星和土星的外卫星,可能都是被其行星引力捕获的。
因为太阳系内部的岩石行星质量都非常有限,而且距离太阳非常近,所以它们的希尔半径很小,更难捕获到天然卫星,这就是为什么这些岩石行星基本没有天然卫星的缘故。
你可能会问,凭什么水星和金星一颗天然卫星都没有,地球有一颗,而火星比地球更小,却有两颗天然卫星?
图:这张图片可以很好的体现火星和木星间的小行星带
火星的两颗天然卫星确实被认为是它自己捕获的,而不是自带的,之所以它能够自己捕获到天然卫星,主要是因为它距离小行星带很近,有更丰富“自然资源”,但即便如此,它也就捕获到两颗。
地球的月亮有完全不同的故事,它太大、太近了,无论是捕获、还是自带,以地球的质量都很难得到这样一颗巨大的天然卫星。
月球起源,图源:NASA/JPL-Calte
月球的形成被认为是在过去有一颗火星大小的天体——被称为忒伊亚,它撞击了地球,最终形成了现在的月球。
地球并没有捕获到足够大的能称为卫星的天体,与地球大小差不多的金星,它距离太阳更近,自然捕获到天然卫星的可能性就更低了。
而水星就更难了,连人类发射的航天器都很难变成它的卫星,因为它距离太阳又近,自身的质量又小。