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해왕성의 달을 만드는 방법: 다른 달을 정말 세게 때리세요.

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해왕성은 태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 주요 행성이며 연구하기 어렵습니다. 지름이 약 50,000km로 크지만 너무 멀리 떨어져 있어 디테일이 부족할 수 있습니다. 젠장, 우리가 1989년에 보이저 2호에서 했던 것처럼 거기에 가더라도 모든 미스터리가 풀리지 않았습니다.



그러나 나중에 밝혀진 큰 미스터리에 대한 단서를 제공했습니다. 해왕성의 칙칙한 위성인 히포캠프(Hippocamp)와의 거래는 무엇입니까?

그것은이다 폭이 35km에 불과한 작은 달이 우연히 발견되었습니다! 외부 태양계의 다른 세 개의 큰 행성과 마찬가지로, 해왕성에는 고리가 있습니다. , 또는 더 정확하게는 링 조각과 같은 링 호입니다. 2013년 천문학자 마크 쇼월터는 2000년대 중반에 촬영한 허블 이미지에서 이러한 호를 찾고 있었고 빠르게 움직이는 호가 정지해 있는 것처럼 보이도록 이미지를 다시 매핑하는 영리한 소프트웨어를 사용하여 다른 이미지에서 쉽게 비교할 수 있었습니다.







그는 동일한 소프트웨어를 객체에 적용하기로 결정했기 때문에 밖의 고리가 더 느리게 공전하고 히포캠프가 이미지에서 튀어나왔습니다. 그것은 내가 그 당시에 썼던 멋진 이야기입니다.

해왕성의 허블 이미지(2009) 출처: NASA, ESA 및 M. Showalter(SETI 연구소)확대

해왕성의 허블 이미지(2009) 신용 거래: NASA, ESA 및 M. Showalter(SETI 연구소)

히포캠프는 너무 작고 희미해서 보이저가 30년 전 거대한 행성을 지나 날아갔을 때조차 보지 못했고(보이저는 그렇게 멀리 떨어진 위성을 주의 깊게 찾고 있지 않았습니다) 허블 사진에는 거의 나타나지 않습니다. 그러나 아주 이상한 사실이 밝혀지기까지는 그리 오랜 시간이 걸리지 않았습니다. 천문학자들이 그 궤도의 특성을 계산했을 때, 그들은 그 궤도가 12,000km에 불과하다는 것을 발견했습니다. 내부에 지름 400km 정도의 둥근 감자 모양의 훨씬 더 큰 달인 프로테우스의 궤도.

해왕성의 위성 시스템은 엉망이고 한때는 훨씬 더 지저분했기 때문에 문제입니다. 지금 히포캠프가 있는 곳에서 생성되는 달은 그곳에 존재할 수 없어야 합니다.





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여기가 정말 멋진 곳입니다. : 혜성이 프로테우스를 쳤을 때 히포캠프가 태어났을 수도 있습니다. 딱딱한 , 그리고 그런 다음 파편이 다시 모여 히포캠프를 형성했습니다. !

시계를 몇 십억 년 전으로 돌려보자. 해왕성은 아마도 위성 시스템으로 형성되었을 것입니다. 대부분의 행성이 그렇습니다. 그러나 재앙이 닥쳤습니다. 외부 태양계 해왕성에 너무 가까이 걸어갔다. 어떻게 든 - 다양한 아이디어가 풍부하다 — 이 큰 몸체는 해왕성 주위의 궤도에 포착되었습니다. 우리는 이제 이 천체를 트리톤이라고 부르며 지름이 2,700km인 해왕성의 가장 큰 위성입니다.

1989년에 보이저 2호가 비행하는 동안 촬영한 해왕성의 위성 트리톤의 모자이크입니다. 바닥 근처에 검은색 줄무늬가 있습니다. 간헐천과 같은 분출과 바람의 증거. 크레딧: NASA/JPL/USGS확대

1989년에 보이저 2호가 비행하는 동안 촬영한 해왕성의 위성 트리톤의 모자이크입니다. 바닥 근처에 검은색 줄무늬가 있습니다. 간헐천과 같은 분출과 바람의 증거. 신용 거래: NASA/JPL/USGS

트리톤이 형성되지 않고 포획된 달이라는 큰 단서 ~와 함께 해왕성은 1) 해왕성의 궤도가 해왕성의 적도에 대해 기울어져 있고(가까운 큰 위성은 행성의 적도와 정렬되어야 함), b) 다른 위성(및 해왕성의 회전)과 비교할 때 궤도가 역행한다는 것입니다. 그들의 행성과 함께 형성되는 위성은 행성의 자전과 같은 방향으로 움직이는 점진적 궤도를 가져야 합니다(일반적으로 그 자전은 북쪽에서 볼 때 반시계 방향입니다). 트리톤은 너무 커서 해왕성과 함께 형성되었다면 진화했을 것입니다. 그렇지 않으므로 형성되지 않았으므로 캡처해야합니다.

이 사건은 해왕성 시스템에 혼란을 야기했습니다. 트리톤의 궤도는 처음에는 매우 타원형이었고 시간이 지남에 따라 해왕성과 중력적으로 상호작용하면서 더 원형이 되었습니다. 물리학은 조금 복잡하다 , 그러나 트리톤의 중력은 해왕성의 조수를 증가시키고, 이로 인해 트리톤의 궤도는 줄어들고 시간이 지남에 따라 더 원형이 됩니다(보통 조석으로 인해 달이 바깥쪽으로 이동하지만 이는 우리 자신의 달과 같은 프로그레이드 위성에만 해당됩니다. 트리톤은 역행하므로 물리학 다른 방식으로 작동하고 안쪽으로 이동합니다).

고리 호를 포함한 해왕성 위성의 궤도와 크기. Proteus와 Hippocamp의 궤도는 매우 가깝습니다. 출처: NASA, ESA 및 A. Feild(STScI)확대

고리 호를 포함한 해왕성 위성의 궤도와 크기. Proteus와 Hippocamp의 궤도는 매우 가깝습니다. 신용 거래: NASA, ESA 및 A. Feild(STScI)

트리톤이 자리를 잡았을 때 해왕성의 내부 위성을 혼란에 빠뜨렸을 것입니다. 이 위성들은 궤도에서 너무 교란되어 서로 충돌하여 해왕성 주위에 거대한 파편 고리를 만들었습니다. 시간이 지남에 따라 고리 내부에서 해왕성을 공전하는 더 작은 위성으로 합쳐졌습니다.

그러나 이 파괴의 이야기는 아직 끝나지 않았습니다. 있다 제비 우리가 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)라고 부르는 지역에 있는 해왕성 너머에 있는 얼음 물체의 수가 더 작은 위성에 영향을 미칠 수 있습니다. 그들은 수십억 년 전에 처음 형성된 이래로 계속해서 두들겨 맞았고 다시 합쳐졌을 것입니다.

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이 소용돌이에서 살아남은 유일한 달은 프로테우스였습니다. 내달 중 가장 바깥쪽에 있고 가장 크다. 트리톤을 해왕성 쪽으로 안쪽으로 이동시키는 동일한 중력 춤으로 인해 프로테우스(프로그레이드 중인)는 해왕성에서 멀어지고 있습니다.

하지만 — 그리고 이것은 중요하지만 — Proteus는 밖의 지금 히포캠프의 궤도. Proteus의 외부 이동은 Hippocamp의 궤도를 통해 바로 이동했을 것이고, Hippocamp는 Proteus와 충돌하여 파괴되거나 Neptune에 떨어져 파괴되거나 시스템에서 완전히 쫓겨났어야 했습니다. 아무리 얇게 썰어도 히포캠프는 제자리에 있으면 안 됩니다! 거기서 뭐하는거야?

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이를 연구하는 천문학자들은 해결책을 내놓았습니다. Triton이 해왕성의 위성이 된 후 얼마 후 Kuiper Belt 천체가 들어와 Proteus를 강타했습니다. 이것은 엄청난 양의 파편을 날려 버렸고, 이 물질이 합쳐져 프로테우스의 궤도 내에서 해왕성을 도는 해마를 형성했습니다. 너무 작아서 해마는 바깥쪽으로 이동할 수 없습니다(해왕성에서 충분히 큰 조수를 만들지 못함). 그래서 결국 Proteus의 궤도 안에 머물게 되었고, 그것이 오늘날의 상황이 그대로 유지되는 방식입니다.

나는 그것이 너무 많은 파편이 30km가 넘는 달을 만들 수 있을 정도로 Proteus에 미친 영향이었음에 틀림없다고 말해야 합니다. 그것은 상당한 분화구를 남길 것입니다 ...

보이저 2호가 1989년에 촬영한 해왕성의 위성 프로테우스의 이미지. 오른쪽 상단에 거대한 분화구 파로스가 보인다. 출처: NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill

보이저 2호가 1989년에 촬영한 해왕성의 위성 프로테우스의 이미지. 오른쪽 상단에 거대한 분화구 파로스가 보인다. 신용 거래: NASA/JPL-Caltech/Kevin M. Gill

… 우리가 본다고 생각합니다! 보이저 2호가 1989년에 지나갈 때, 그것은 Pharos라는 이름의 괴물 분화구를 보여주는 Proteus의 이미지를 찍었고 그것은 무려 230km 폭입니다! 그 충격이 훨씬 더 강했다면 달이 부서졌을 것입니다. 그대로 날려 버린 파편은 매우 인상적이었을 것입니다. 실제로는 완전히 다른 달을 형성할 만큼 충분히 큽니다. 히포캠프.

정말 멋져! 이렇게 이야기가 얽혀있을 때 나는 그것을 좋아한다. 어울리지 않는 이상한 사실로 시작하더라도 모든 것이 논리적으로 작동합니다.

그리고 나는 이것을 언급하지 않고 떠날 수 없습니다. 국제 천문 연맹에서 제정한 관행에 따라 , 해왕성의 위성은 물 또는 포세이돈과 관련된 그리스 신화의 존재를 기반으로 해야 합니다. 예를 들어 트리톤은 바다의 사자(포세이돈의 아들)였습니다. 프로테우스는 또한 많은 신화에 나오는 포세이돈의 아들이지만, 자신의 모양을 마음대로 바꿀 수 있는 사람이기도 합니다(바다 상태가 매우 빠르게 변할 수 있다는 생각과 관련이 있을 수 있음).

그것은 확실히 우리가 알고 있는 것과 일치합니다! 그 위성들은 Proteus를 포함하여 여러 번 모양이 바뀌었고 후자는 Pharos가 형성되었을 때 확실히 변경되었습니다. 그것은 재미있는 작은 우연의 일치입니다.

참고로 히포캠프는 상반신은 말, 하반신은 물고기인 바다괴물이다. 그것은 달 자체에 대한 현대 지식과 맞추기가 더 어렵습니다(허블에서도 모양을 식별하기에는 너무 작습니다). 하지만 여전히 깔끔합니다.

이 모든 것이 놀랍습니다. 우리는 지금 태양계가 항상 그랬던 것처럼 거의 보인다고 생각했지만 최근 몇 년 동안 우리는 그것이 실제로는 그렇지 않다는 것을 알아냈습니다. 달은 이리저리 움직이고, 행성은 태양에서 안팎으로 이동하며, 거대한 충돌은 이러한 몸체를 재형성할 뿐만 아니라 새로운 몸체를 생성합니다. 우리의 짧은 수명 동안에만 사물이 안정적으로 보입니다. 장기적으로 태양계는 바다처럼 역동적이고 거센 바람을 일으키고 있습니다.