海卫一

详细资料

基本数据

发现者 威廉·拉塞尔

发现日 1846年10月10日

轨道特性

长轴 354,800 km

偏心率 0.0000

轨道周期 -5.877日

(逆行)

倾角 130.267°（相对于黄道）

157.340°（相对于海王星赤道）

130.063°（相对于海王星轨道）

含有空气：氮气99% 其他气体1%

发现过程

旅行者2号1989年08月24日摄于距离海卫一53万千米处海卫一是环绕海王星运行的一颗卫星。它是海王星的卫星中最大的一颗。它是太阳系中最冷的天体之一，具有复杂的地质历史和一个相对来说比较年轻的表面。1846年10月10日威廉·拉塞尔（William Lassell）发现了海卫一（这是海王星被发现后第17天）。拉塞尔以为他还发现了海王星的一个环。虽然后来发现海王星的确有一个环，但是拉塞尔的发现还是值得怀疑，因为实际上海王星的环太暗了，不可能被拉塞尔用他的仪器发现。

命名过程

海卫一在国际上的名字是Triton，它是以希腊海神崔顿命名的。这个名字是1880年卡尔米·弗拉马利昂提出的发现者拉塞尔本人似乎想不出应该怎样给这颗卫星命名但是他给他后来的发现土卫七和天卫一、天卫二命名了。

继弗拉马利昂后还有一些人建议使用这个名字，但出于各种原因这个名字一直没有成为正式的名字直到1939年的书里还标记有“不常用的名字”。当时一般将海卫一称为“海王星的卫星”，

直到海卫二被发现后特里同才于1949年被定为正式名称。

物理特性

海卫一的平均密度为2.05 g/cm3，在地质上估计含有25%固态冰，以及其他岩石物质。它拥有一层稀薄大气，其主要成份是氮，以及含有少量甲烷，整体大气压约为0.01毫巴。它的表面温度低于40K，但是至少为35.6K。这个最低温度的原因在于在这个温度下固体氮的相态发生变化，从六角形的晶体相态变为立方体的晶体相态估计的最高温度的来源在于通过测量氮在海卫一大气中的蒸汽压，在这个蒸汽压下固态与气态平衡的温度低于40K。这说明海卫一的表面温度甚至低于冥王星的表面温度（44K）。虽然如此海卫一地质活跃，其表面非常年轻很少有撞击坑。旅行者2号观测到了多个冰火山或正在喷发的液氮、灰尘或甲烷混合物喷泉，这些喷泉可以达到8000多米的高度。不像木卫一表面的火山，海卫一表面的火山活动可能不是潮汐作用造成的而是季节性的太阳照射所造成的。海卫一表面还有非常错综复杂的山脊和峡谷地形，它们可能是通过不断地融化和冻结所形成的。海卫一的表面面积为2300万平方公里,这相当于与地球表面面积的4.5%或者地球大陆面积的15.5%，

其他资料

运行轨道

在所有太阳系的大卫星中海卫一的轨道特别，它有一个逆行轨道（轨道公转方向与行星的自转方向相反）。虽然木星和土星的一些外部小卫星以及天王星最外部的三颗卫星也有逆行轨道，但是这些卫星中最大的土卫九的直径只有海卫一的8%，其质量只有海卫一的0.03%。逆行的卫星不可能与其行星同时在太阳星云中产生，它们是被行星捕获的，海卫一可能是被海王星捕获的柯伊伯带天体。这个理论可以解释一系列海王星卫星系统不寻常的地方比如为什么海王星最外部的海卫二的偏心率特别高，以及为什么相比于其它类木行星来说海王星的卫星特别少（在海卫一被捕获的过程中有许多小卫星可能被甩出了海王星系统），以及为什么海卫一内部明显分层（其轨道本一开始的偏心率非常大，所造成的潮汐作用产生的热量使得其内部很长时间里液态）海卫一的大小和组成类似冥王星，冥王星的偏心率使它的轨道与海王星交叉提供了很强的线索说明海卫一本来可能是一颗类似冥王星的天体

由于海卫一的轨道本来就离海王星非常近了，加上它的逆行轨道，它继续受潮汐作用的影响。估计在14到36亿年内它会达到洛希极限。之后它可能与海王星大气层相撞，或者分裂造成一个环。

同样由于海卫一离海王星非常近，加上它自己的体积比较大，其潮汐作用使得它的轨道几乎完全是一个完美的圆其偏心率小于0.0000001，

季节变化

海卫一的轨道与海王星的自转轴之间的倾角达157°，与海王星的轨道之间的倾角达130°。因此它的极几乎可以直对太阳。随着海王星环绕太阳的公转，每82年海卫一的一个极正对太阳，这导致了海卫一表面极端的季节变化其季节变化的大周期每700年重复一次，下一次海卫一的盛夏将于2007年到达。

从海卫一被发现以来它的南极对向太阳。旅行者2号飞跃海王星时发现它的南半球被一层冻结的氮和甲烷覆盖这些甲烷可能正在慢慢蒸发，

这个蒸发和冻结的过程对海卫一的大气有影响。近年来通过掩星的观测证明从1989年到1998年海卫一的气压加倍大多数模型语言这个气压的增高是由于极部的易挥发气体蒸发导致的，但也有些模型认为这些蒸发了的气体会在赤道附近重新冻结起来，因此海卫一气压增高的原因还没有定论，

地质情况

海卫一是一个地质活跃的卫星，其表面年轻复杂海卫一的大小、密度和化学组成与冥王星差不多，由于冥王星的轨道与海王星相交，因此海卫一可能曾经是一颗类似冥王星的行星，被海王星捕获。因此海卫一与海王星可能不是在太阳系的同一地区形成的。它可能是在太阳系的外部形成的。

虽然如此海卫一与太阳系的其它冻结卫星也有区别。海卫一的地形类似天卫一、土卫二、木卫一、木卫二和木卫三，它还类似火星的极地。

通过分析海卫一对旅行者2号轨道的影响可以确定海卫一有一层冰的地壳，下面有一个很大的核（可能含有金属）这个核的质量占整个卫星质量的2/3，这样一来海卫一的核是继木卫一和木卫二后太阳系里第三大的。海卫一的平均密度为2.05g/cm3，它的25%是冰，

海卫一的表面主要由冻结的氮组成，但它也含干冰（二氧化碳）、水冰、固态的一氧化碳和甲烷。估计其表面还含有大量氨。海卫一的表面非常亮。60-95%的入射阳光被反射（相比而言月球只反射11%的入射阳光）。

表面形态

海卫一的表面面积相当于地球大陆面积的15.5%或者地球表面面积的4.5%。海卫一的表面密度可能不均匀，从2.07至2.3g/cm3不等它的表面有岩石露头，也有深谷。部分地区被冻结的甲烷覆盖，

海卫一的南极地区被冻结的氮和甲烷覆盖，偶尔有撞击坑和喷泉。这个地区的反光率非常高，它吸收的太阳能非常小。由于旅行者飞过时海卫一的北极地区已经在夜区里了，因此那里的情况不明，但估计那里也有一个极冠。

海卫一表面的撞击坑很少，说明其表面活动剧烈海卫一的赤道地区由长的、平行的、从内部延伸出来的山脊组成这些山脊与山谷交错。这个地形被称为沟。这些沟的东部是高原，

南半球的平原周围有黑色的斑点，这些斑点似乎是冰升华后的遗留物，但是其组成和来源不明。

海卫一表面大多数的坑是冰滑动或者倒塌导致的，而不象其它卫星上的撞击坑。旅行者发现的最大的撞击坑直径500千米，它一再被滑动的和倒塌的冰覆盖。

地形特点

“哈密瓜皮地形”是太阳系里最奇怪的一个地形之一。它的名称来自于它看上去象哈密瓜的瓜皮。其成因不明但有可能它是由于固氮的一再升华和凝结、倒塌、冰火山的一再掩盖造成的。虽然这里只有少数撞击坑，但一般认为这里是海卫一表面上最老的地形。北半球有可能大部分被这样的地形覆盖。

至今为止这个地形只有在海卫一上被发现。在这个地形上还有直径30至50千米的洼地。这些洼地可能不是撞击坑因为它们的形状非常规则，弧度平滑。它们可能是由于粘的冰的爆发造成的，

海卫一上的冰火山是以非洲神话里的精灵命名的。海卫一是太阳系内少数有火山活动的天体。

观察和探索

1820年威廉·拉塞尔开始自己磨制望远镜镜面，1846年9月23日他使用自己磨制的望远镜发现了海王星。约翰·弗里德里希·威廉·赫歇尔获悉后给拉塞尔写信，让他注意一下海王星是否有卫星。拉塞尔在他开始寻找卫星后的第八天（他发现海王星后的第17天）于10月10日发现了海卫一。他还称发现了海王星的环。虽然后来证明海王星的确有环，但是它的环太暗了，不可能被拉塞尔的望远镜发现拉塞尔观察到的可能是幻觉，

海卫一被发现100多年后天文学家才开始发现其细节。他们发现海卫一的公转方向与海王星的自转方向相反，而且其倾角非常大，

在旅行者飞越海王星前曾有人怀疑海王星有液氮的海洋和氮/甲烷组成的大气，这个大气层可能达地球大气层密度的1/3但这些估计后来被证明是完全错误的。

第一个试图测量海卫一直径的是杰拉德·柯伊伯，他1954年的测量数据为3800千米。此后不同测量获得的数据从2500千米到6000千米不等。

但是一直到20世纪末旅行者飞越海王星时人类对海卫一才更加细致地有所了解。在最早的旅行者照片上海卫一呈粉红-黄色。1989年8月25日旅行者抵达海王星时它的数据允许科学家正确地估算海卫一的直径。虽然海卫一会影响旅行者的轨道但人们还是决定让旅行者飞越海卫一，

1990年代天文学家利用掩星继续观察海卫一，他们发现海卫一的大气比旅行者飞越时加厚了

美国国家航空航天局曾计划计在2016年到2018年之间发射一颗飞往海王星和海卫一的探测器，它将于2035年到达海王星它可能携带两个可以在海卫一上着陆的探测器来研究海卫一的大气层和研究其喷泉的地质化学。

生命可能性

像土卫六一样海卫一的大气由氮和甲烷组成。氮气也是地球大气层的主要成分。在地球上甲烷主要是通过生物活动产生的。但象土卫六一样海卫一非常冷，因此其表面的甲烷不太可能是生命的迹象。此外海卫一的大气非常稀薄因此不可能支持任何我们今天已知的生命，

从另一方面来看海卫一的地质活动和可能的内部热量有可能使得它内部有一个液态的水层。氨等抗冻剂的存在提高液态水的可能性。在这样的一个地下海洋中有可能可以有原始的生命存在，

据国外媒体报道，科学家发现海王星最大的卫星海卫一察东（Triton）最有可能是一颗来自柯伊伯带的天体表面冰冷的海卫一由于海王星潮汐力的作用可使得其拥有较为温暖的地下海洋，根据最新的研究表明，海卫一上仍然可能存在地下海洋。这颗海王星最大的卫星在1864年由英国天文学家威廉·拉塞尔（William Lassell）发现但是至今这颗大型卫星依然是个迷，

在1989年，旅行者2号行星际探测器飞掠海卫一时拍摄到这颗卫星的真实画面，发现其表面主要由水冰等物质构成当然也有氮气、甲烷以及二氧化碳等，但海卫一的密度特别大，使得科学家们怀疑其拥有一个较大的硅酸盐岩质核心结构，并由此推测在海卫一硅酸盐核结构的外围与寒冷的表层壳体之间存在一个液态海洋，海卫一的轨道距离海王星较近，较强的潮汐作用加热了部分表层下的物质，科学家通过调查认为如果这里是一片液态海洋的话那么还存在于海卫一的表层之下，

海卫一具有一个与太阳系中其他行星的卫星不同的特性，即它的轨道是逆行的，根据行星形成理论，年轻恒星周围环绕的尘埃和气体结构以相同的方向旋转，此后该恒星周围演化出的行星系统的轨道应该与这个方向相同这样的轨道被称为顺行轨道，反之则为逆行轨道，其产生于行星捕获的流浪天体，这就意味着海卫一最初并不是围绕海王星运行的，

早期的太阳系中有着比较混乱的空间环境，很多天体发生相互碰撞并改变了对方的轨道，科学家推测海卫一起源于柯伊伯带，这是一个位于海王星轨道之外的中空圆盘状宇宙空间，当巨大的天体进入海王星的引力范围之内时被其引力所捕获。在最初捕获海卫一时，其运行在一个高椭圆、偏心率的轨道上，较大的偏心率使得海卫一受到较强的行星潮汐力作用，该机制中会造成能量的损失。

而这些损失的能量就转化为热量并作用于海卫一，可以融化海卫一内部一定深度的冰冷物质，形成位于表面冰封世界下的海洋。能量损失同时也会改变海卫一的轨道，使其偏心率降低，接近一个较为完美的圆轨道。除了行星潮汐作用对海卫一某个深度的冰物质进行加热外，科学家还发现其内部存在另一个加热源，即天体内部放射性同位素衰变过程所释放出的能量，这个热源甚至可维持数十亿年之久。科学家通过计算发现放射性同位素衰变产生的能量是潮汐作用加热机制的数倍，但该热量还不足以维持海卫一固态表面下的海洋保持45亿年的液态环境

行星潮汐力的效应位置处于海卫一冰层壳体的底部，由于早期海卫一的轨道具有较大的偏心率，因此潮汐作用更强，由此得出的过去的某个时期，海卫一内环境的受热效应是较为强大的。科学家对海卫一建立了一

个内环境模型，该卫星由70%至80%的岩质构成，其余物质为水冰等，在最外层就是甲烷和氮冰物质，这个情况与冥王星较为类似。当海卫一被海王星引力捕获之后，科学家调查了该天体的轨道是如何转变为几乎圆形的轨道，通过对轨道演化的时间计算，发现如果海卫一冰壳之下是液态海洋的话，那么至今这片海洋依然存在。

最新的研究计算了海卫一表层冰壳厚度是如何影响潮汐耗散以及地下海洋的结晶化过程，结果显示假如海卫一的冰壳厚度较薄，那么潮汐力作用就很明显加热效应也会越强，反之冰壳较厚的话，海卫一就会更加坚固，潮汐力产生的热效应较弱但即便是液体海洋也将会是富含氮的海洋此外海卫一的岩质核心的具体大小还是个未知数，这将决定内核放射性同位素衰变释放的热量

科学家认为海卫一的地下海洋可以作为外星生命的栖息地，虽然仍然有许多争论，比如木卫二就是外星生命栖息地的候选者之一，即便海卫一生命出现的概率远小于木卫二欧罗巴，但也不能将其排除。研究人员推测海卫一地下海洋或存在硅基生命，它们并不是以碳元素作为基础，还没有足够的研究揭示硅烷在特殊行星环境下的行为。

其他相关

海王星俘获

海卫一大小与冥王星相仿，围绕海王星旋转的方向和海王星自转的方向相反，所处的位置恰好在海王星的内层卫星和外层卫星轨道之间。太阳系中的其他行星也有逆行卫星，但大小都比不上海卫一，轨道也没这么独特。因此，海卫一的来源成为一个谜。

美国天文学家10日报告说，海卫一很可能原先是围绕太阳旋转的一个双星系统的一部分，遇到海王星后被其俘获。这一观点发表在新一期《自然》杂志上。加州大学圣克鲁斯分校的艾格诺和马里兰大学的汉密尔顿认为，海卫一原先所属的双星系统，类似于冥王星与其卫星冥卫一的关系，即双方质量相差不太大，无所谓谁围绕谁旋转，实际上是双星围绕它们的公共质心旋转，而这个公共质心又围绕太阳旋转。

但是，当这个双星系统与海王星近距离相遇时，海王星的引力便破坏了双星体系，其中的一个星体被海王星俘获。由于双星系统的残余影响和海王星的引力共同作用，海卫一的轨道旋转方向就变成和海王星自转方向相反。研究人员指出，近年来天文学家在太阳系中发现了多个双星系统，特别是在太阳系外围盛产小行星的柯伊伯带有11%的小行星构成双星系统，地球附近的小行星也有16%属于双星系统，小行星双星系统遇到海王星这样的大质量行星的概率相当大。

此前曾有天文学家猜测，海卫一的奇特运行轨道可能是它和海王星的其他卫星碰撞所致。但艾格诺等人指出这种碰撞既要大到足以改变海卫一的轨道，又不能太大以致海卫一被撞毁，其发生概率很小，

海王星

行星海王星

物理特性

平均直径 2706.8±1.8 km

表面面积 23,018,000 km2

体积 10,384,000,000 km3

质量 2.147×1022 kg

平均密度 2.05 g/cm3

表面引力加速度 0.78 m/s2

逃逸速度 1.5 km/s

自转周期 5日21小时2分钟28秒

同步公转

轴倾斜度 0

反照率 0.76

表面温度

- 最高

- 平均

- 最低

34.5 K

大气特性

气压 0.001 kPa

氮 99.9%

甲烷 0.1%