詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测表明，海王星的第三大卫星海卫二可能是太阳系历史早期被摧毁的古代卫星群中唯一幸存的卫星。这一发现挑战了之前的假设，并为 40 亿多年前气态巨行星的卫星系统如何形成和演化提供了新的见解。
加州理工学院行星科学研究生马修·别利亚科夫(Matthew Belyakov)领导的这项研究于周三发表在《科学进展》杂志上。根据研究，海王星是海王星最大的卫星海卫一从太阳系遥远区域被捕获的灾难性过程中唯一完好无损的幸存者。这次捕获将引发连锁碰撞，几乎摧毁了海王星的所有原始月球系统。
海王星在气态巨行星中的独特性
海王星在太阳系外行星中脱颖而出，因为它拥有一组不寻常且混乱的卫星。天王星、土星和木星都有有序的卫星系统，其中有几颗较大的卫星与主行星的自转方向相同。相比之下，海王星的集合要小得多，而且更加无序。
海王星最大的卫星海卫一统治着这个奇特的系统。海卫一的大小与月球相当，其轨道与其行星自转方向相反，是太阳系中唯一这样做的大型卫星。这种异常特征几十年来一直引起天文学家的兴趣，并导致了一个行之有效的假设的发展：海卫一并非起源于海王星形成的残余物，而是从外部捕获的。
科学家认为，海卫一起源于柯伊伯带，柯伊伯带是太阳系边缘的一个冰体环形区域，在40亿多年前近距离接近海王星环境后进入海王星环境。海王星的引力会捕获卫星，将其弹射到内陆，并对地球的原始卫星系统造成毁灭性的影响。
海卫一撞击和宇宙混乱
如果海王星确实拥有一组与其行星邻居类似的独特卫星，那么海卫一的到来将是灾难性的。海卫一的直径略小于月球，它会与其他卫星相撞，并在此过程中摧毁其中的许多卫星。海王星系统当前的特征证实了这种情况，其中七个内卫星似乎是这次古老碰撞的残留物。
别利亚科夫解释说：“海王星是这一过程中唯一完整的幸存者。其他幸存者是海王星最里面的卫星，但它们并不完整，因为我们有航海者二号的图像，它们似乎是被扰乱的瓦砾堆。它们是早期星系中幸存的物质，但它们并不是完整的卫星。”
这一结论与之前的研究形成鲜明对比，之前的研究假设海卫二是从柯伊伯带、海卫一和其他一些海王星卫星捕获的天体。詹姆斯·韦伯的新数据显示，海卫二的成分与科学家对柯伊伯带天体的了解不符，从而使之前的假设无效。
Nereid：难以解释的难以捉摸的月亮
天文学家对海卫星知之甚少，因为它很微弱，而且距离地球和太阳很远。科学家掌握的唯一图像来自 1989 年美国宇航局航行者 2 号宇宙飞船短暂飞越海王星时拍摄的一张模糊照片。海卫二是海王星最外层的已知卫星，拥有整个太阳系中最偏心（非圆形）的轨道之一，需要 360 个地球日才能绕行星旋转一圈。
Nereid 以希腊神话中的 Nereids 命名，据信直径约为 210 英里（338 公里）。这个尺寸使其比位于土星周围的第二大不规则卫星菲比大两倍。在轨道倾斜、逆行或远离主行星（表明外部捕获）的不规则卫星天体中，海卫二是一个值得注意的异常值。
别利亚科夫指出：“与许多其他不规则卫星相比，它距离宿主行星并没有那么远。”海卫二的一些特征长期以来一直让天文学家怀疑它起源于柯伊伯带，但直到詹姆斯·韦伯介入之前，一直缺乏具体数据。
詹姆斯·韦伯的启示
利用詹姆斯·韦伯望远镜的红外功能，专门为这项研究进行了十分四十秒的观察，揭示了海卫二的表面成分，并提供了令人信服的证据。研究人员在其表面发现了一个富含水分的天体，它比许多柯伊伯带天体更亮，并且可检测到二氧化碳的存在。
别利亚科夫说：“总体特征更类似于天王星周围的常规卫星，而不是柯伊伯带天体。”将结果与詹姆斯·韦伯 (James Webb) 涉及柯伊伯带 54 具尸体的数据进行了比较，证实了这一结论。
计算机模拟支持该假设
别利亚科夫和他的同事进行了计算机模拟，以测试海神星假设作为原始月球系统的一部分是否能够经受住科学审查。结果令人鼓舞：在海卫一幸存下来而不是被摧毁或驱逐到海王星的情况下，大约 25% 的情况下，一颗或多颗卫星能够在遥远的轨道上与海卫一相遇时幸存下来。
这个概率与海仙座被捕获物体的概率相比是有利的。在提议的情景中，在太阳系历史的最初 100 到 2 亿年中，海卫一将与海王星系统相撞，摧毁了几颗原始卫星。然而，海神星却能幸免并被送往偏心轨道。该事件还会减慢海卫一自身的偏心轨道，使其回到当前的轨道，更接近海王星。
未来展望及探索需求
别利亚科夫强调了继续研究的重要性：“我相信人们已经希望这是真的。现在我们可以开始真正的科学反馈循环。还有更多关于海卫二成分的数据有待收集，可以帮助我们更好地了解海王星系统的形成。”
詹姆斯·韦伯的进一步观察可以加强结论，但关于海瑞德实际外观的最终结论需要对这颗行星执行任务。目前还没有计划。航行者 2 号于 1977 年发射，至今仍是唯一详细研究海王星系统的航天器。
曾参与美国宇航局航行者号和卡西尼号任务的美国行星天文学家卡罗琳·波科将这项新研究描述为“对海王星卫星系统如何形成当前外观的一次优雅而简单的检验”。据她说，“作者证明，海卫二很幸运地留在了围绕海王星的轨道上，但距离比海卫一远得多。这可以解释为什么詹姆斯·韦伯观察到的它的成分与柯伊伯带天体的成分不相符。”
对理解月球系统的意义
英国莱斯特大学物理与天文学学院教授利·弗莱彻（Leigh Fletcher）强调了詹姆斯·韦伯（James Webb）的作用：“我们早就知道海王星的卫星集合有一些特殊之处，多年来海卫一和其他被海王星引力捕获的卫星的到来严重干扰了这些卫星。考虑到破坏过程，我们没想到会在海王星原始卫星系统中看到除了瓦砾和碎片之外的任何东西。”
然而，詹姆斯·韦伯的数据表明事实并非如此。未来对该望远镜的研究可能会揭示更精细的特征，并进一步强化海卫二作为原始卫星的证据。这个假设是令人信服的，并且肯定可以通过未来詹姆斯·韦伯的观测以及理想情况下雄心勃勃的海王星系统未来任务来进行检验。