土星以145顆衛星重新成為太陽系行星中擁有衛星之冠的寶座

由台灣中央研究院天文及天文物理研究所博士後研究員艾旭敦（Edward Ashton）領導的國際研究團隊，發現土星多了62顆新衛星，使它重新奪回太陽系行星「衛星競賽」的第一名王座。

在過去二十年裡，科學家一直在土星周圍用越來越高的靈敏度來尋找衛星。在這項最新研究中，團隊使用一種稱為「移動和疊加」的技術來尋找更暗淡（因此更小）的土星衛星。這種方法已用於海王星和天王星周圍的衛星搜索，但從未用於土星。以衛星在天空中可能的移動速度來移動一組連續影像，可以在疊加所有資料後增強衛星的訊號，從而使在單一影像中太暗而無法看到的衛星在「疊加」後得到可以辨識的影像。該團隊使用 2019至2021年間在夏威夷毛納基峰利用加法夏望遠鏡（Canada-France-Hawaii Telescope）拍攝的資料，透過「移動和疊加」在三小時內拍攝的許多連續影像，得以探測到最小直徑約2.5公里的土星衛星。

最初的發現搜索是在2019年完成，當時艾旭敦和馬修·博杜安（Matthew Beaudoin） 還是加拿大卑詩大學的學生，他們對當年觀測取得的深層加法夏望遠鏡＇影像進行細緻搜索的過程中發現了衛星。但是僅僅在天空中找到一個靠近土星的物體並不足以肯定它就是衛星；它有可能是一顆恰好從土星附近經過的小行星（儘管機率較低）。可以肯定的是，必須對該天體進行數年的追踪，然後才能確定它確實在繞著土星運行。經過兩年多辛苦配對找出在不同夜晚偵測到的天體，該團隊成功追踪到63個天體，從而確認它們是新的衛星。其中一顆名為S/2019 S 1的新衛星於2021年公佈，其餘衛星則在過去幾週內公佈。有些衛星的軌道是結合了多年的觀測推導出，這些觀測曾短暫瞥見其中一些衛星（但沒有足夠長的追蹤時間來確定它們圍繞土星的軌道）。

艾旭敦表示：「追蹤這些衛星讓我想起孩子們玩的點對點遊戲，因為我們必須將資料中出現的這些衛星與可能的軌道聯繫起來，但在同一個遊戲中有大約100個不同的點，你不知道哪些點屬於同一個衛星。」

所有新發現的衛星都屬於不規則衛星，它們被認為在很久以前就被它們的宿主行星捕獲了。與規則衛星相比，不規則衛星的特點是軌道大、呈橢圓形且傾斜。這讓我們已知的土星不規則衛星數量增加了一倍多，達到 121 顆，其中 58 顆在我們計畫開始前已知。包括24顆規則衛星在內，現在共有145顆（國際天文聯會）認可的繞土星運行的衛星。我們的新發現為這顆具有行星環的行星帶來了多個第一：土星不僅重新奪回了擁有最多已知衛星的桂冠（木星目前公認的衛星數為95顆），它還是第一顆發現的衛星總數超過100顆的行星。

不規則的衛星往往會根據軌道的傾斜度聚集在一起形成軌道群。在土星系統中，有3個這樣的群，其名稱來自不同的神話：因紐特群（Inuit group）、高盧群（Gallic group）和數目更多的諾爾斯群（Norse group）。例如，三個新衛星屬於因紐特群：S/2019 S 1、S/2020 S 1 和 S/2005 S 4 的軌道傾斜度非常小，與之前已知的較大的不規則天體 Kiviuq 和 Ijiraq 的傾斜度相似。所有的新衛星都屬於已知的三個衛星群之一，諾爾斯衛星群再次成為數目最多的衛星群。這些衛星群被認為是碰撞的產物，目前屬於同一群的衛星是由於更早捕捉到的衛星上一次或多次碰撞的殘骸。因此，更深入了解軌道分佈可以深入了解土星不規則衛星系統的碰撞歷史。

根據過去對這些衛星的研究，該團隊認為逆行軌道上的大量小衛星是相對較新的（從天文學角度來說，在過去一億年內）中等大小的不規則衛星，破裂後分解成許多碎片，現在分類為北歐群。加拿大卑詩大學布雷特·格拉德曼（Brett Gladman）教授認為：「隨著人們將現代望遠鏡推向極限，我們發現越來越多的證據顯示，大約一億年前，一顆中等大小的衛星圍繞土星逆行時被炸裂了。」

【圖、文：加拿大卑詩大學2023年5月10日新聞公佈，由台灣中央研究院天文及天文物理研究所刊登的中文新聞稿】