土星卫星从128颗新增到274颗，可能暗示着“最近”发生的天体大碰撞？

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主译：孙宇峰

校对：澄

审核：牧夫天文校对组

美编：苏奕月

后台：李子琦

https://sorae.info/astronomy/20250322-saturn-satellites.html

土星以拥有大量卫星而闻名，也是观测史上首个拥有100颗以上卫星的天体。其实际的总数犹未可知，一般来说，卫星越小数量则越多，另一方面，由于其观测难度较大，当观测技术突破瓶颈时往往会发现大量卫星。例如2023年5月，就曾一次性公布过63颗卫星的发现。

小行星中心(MPC) 负责管理包括卫星在内的太阳系小天体发现报告。该中心在2025年3月11日发布的电子通告中宣布，土星新增128颗卫星。这是迄今为止单次新增数量最多的记录，土星的卫星总数达到了274颗，几乎翻了一番（*1）。

总共274颗卫星的数量在天文学家看来简直是多得离谱了。发现卫星的观测团队认为，本次发现的大量卫星，或许是土星周围最近（可能在1亿年内）发生过多次巨大卫星之间的剧烈天体碰撞事件的证据。如果这一推测成立，土星今后可能不会再让出“卫星数量最多的行星(天体)”的宝座。

图1：随着此次公布的128颗新卫星的增加，土星的卫星数量增加到了274颗。从目前的观测和研究情况来看，土星今后可能不会再让出“卫星数量最多的行星”的宝座。(制图：彩惠莉莉/使用了irasutoya网站上的素材)

汉化：牧夫天文编辑部

通过“移位和叠加”寻找难以观测卫星

在太阳系中，土星是仅次于太阳和木星的巨大天体，凭借其强大的引力，拥有众多的（自然）卫星。这些卫星不仅可以通过探测器的抵近观测发现，也可以在遥远的地球上进行观测。 其实，“卫星”这一分类并没有明确的严格定义。目前，“通过观测跟踪证明长期围绕太阳以外的天体公转的天体”是卫星的实际定义。因此，暂时围绕行星公转的小行星和彗星（※2），以及构成土星环的小碎片等无法单独识别和追踪的物体（※3），目前还不被算作卫星。

同时，通过观测被证明是卫星的天体的报告，还需要由管辖太阳系内的小天体的“小行星中心(MPC)”受理，并在该中心发行的小行星电子通告(MPEC)上刊登，由此该发现才被视为正式认可。

最近新发现的大部分卫星，即便使用高性能望远镜，也是难以轻易发现的。因为卫星的亮度较暗，短时间曝光无法将其与噪声区分开来。若是延长曝光时间，卫星的位置变化又过于剧烈，加上行星本身过于明亮，会对卫星观测造成干扰，因此也不容易实现。

解决这个问题的方法是"移位与叠加"（shift and stack）。将短时间曝光拍摄的图像叠加在一起，可以使卫星图像更加清晰。由于可以预测卫星在拍摄图像中的位置，因此如果卫星真实存在，不仅图像会更清晰，还可以验证与过去拍摄的图像的一致性。反之，如果图像不清晰或与过去拍摄的图像不一致，则可以确认是误判。

土星新增128颗卫星！

中国台湾“中央研究院”天文及天文物理研究所的爱德华·J·阿什顿(Edward James Ashton)等人的观测团队通过“移位与叠加”技术发现了许多新卫星。阿什顿团队也是首位将"移位与叠加"技术应用于土星卫星发现的观测团队。

阿什顿团队将"移位与叠加"技术应用在了加拿大-法国-夏威夷望远镜2019年至2021年的观测数据。此外，他们还调查了过去拍摄的图像中是否有可以确认是同一颗卫星的图像，调查对象是卡内基研究所的斯科特·S·谢泼德(Scott Sander Sheppard)等观测团队用昴星团望远镜拍摄的2004年以后的图像。

通过这种观测方法和图像探索，研究团队首先在2021年11月公布了“S/2019 S1”的发现。之所以能够领先于其他团队，得益于提前收集了确定轨道的数据。随后在2023年5月，研究团队在两周内一次性公布了62颗卫星的发现，一周后又公布了“S/2006 S 20”的发现。“S/2006 S 20”的公布时间滞后，是因为小行星中心指出最初提交的天体数据存在一致性问题，因此研究团队重新提交了数据。

历时约一年半公布的这64颗新卫星，使土星的卫星数量达到146颗，不仅超过木星的95颗，成为拥有卫星最多的天体，也是首次拥有三位数卫星数量的天体。

然而，在与上述新卫星的发现相关的观测数据中，还沉睡着更多的候选卫星。阿什顿团队认为它们是卫星的可能性很高，但仅凭当时掌握的观测数据尚不足以支撑这一观点。

图2：使用SKY EXPLORER模拟的土星卫星公转轨道图。已知卫星以黄色表示，此次新增的128颗卫星以红色、蓝色和绿色表示，分别对应电子通告2025-E153、2025-E154和2025-E155。（图片来源：MERAK COSMOS）

因此，阿什顿团队于2023年8月至10月利用加法夏（加拿大-法国-夏威夷）望远镜进行了额外观测。结果，确定了候选卫星是真正的卫星，促成了此次128颗新卫星的公布。当然，这是有史以来公布的新卫星数量最多的一次。也许是因为数量过于庞大，通常按单个天体分类发行的电子通告，这次分3批以61个+34个+33个的形式发行了。

增加了128颗卫星后，土星的卫星总数达到了274颗。土星卫星的历史始于1655年克里斯蒂安·惠更斯发现土卫六“泰坦”，此次公布的数据约占370年历史上发现的卫星的47%。如果加上2021年以后公布的部分，实际上这4年公布的比例要占到70%。

所有被发现的卫星直径都只有几公里，最小的卫星直径为2~3公里。其轨道从在平均距离约1109万公里的公转轨道上运行约436天（1.19年）的“S/2023 S 6”到在平均距离约2804万公里的公转轨道上运行约1753天（4.80年）的“S/2020 S 44”不等。特别是S/2020 S 44的平均距离是土星卫星中最远的，算上其他天体的卫星在内也能排到第四(※4)。另外，31颗被分类为与土星自转方向相同公转的顺行卫星，97颗被分类为与土星自转方向相反公转的逆行卫星。

此外，截至笔者采访阿什顿时，这次并无新卫星被指出存在数据问题。因此，不存在两年前那般的后续补充，此次新增的卫星确定为128颗。

即使在天文学家看来，卫星数量也太多了

在总共274颗土星卫星中，有250颗卫星（包括此次公布的全部128颗在内）在离土星相当远的地方以扭曲的椭圆形轨道公转。这类卫星被归类为“不规则卫星”。虽说在太阳系的4个巨行星都有发现不规则卫星，但土星的不规则卫星总数达到250个，可以说是一骑绝尘。

从大众的角度来看，这个卫星数量可以说是很多了，而从天文学家的角度来看，这个卫星数量不能说很多吧，只能说多得有点离谱。2019年的一项研究估计，土星直径在2.5公里以上的不规则卫星总数为120至180颗。而事实上，我们已经发现了250颗同样大小的不规则卫星。理论上最多也有180个，而实际上发现了250个，理论和实际情况的背离很大。

表1：拟议的土星不规则卫星群和亚群列表。请注意，顺行卫星的轨道倾角在90度以下，逆行卫星的轨道倾角则在90度以上。（制图：彩惠莉莉）汉化：牧夫天文编辑部

与这一庞大数量相关的研究尽管仍处于预印本阶段，也进行了公开。(※5)。参与上次和本次卫星发现的阿什顿团队，在此次新卫星公布的前一天，在arXiv上发布了一份关于截至2023年5月发现的122颗不规则卫星公转轨道详细分析结果的预印本。

土星的不规则卫星以前根据公转轨道分为“高卢群”、“因纽特群”和“北欧群”三个群。阿什顿团队在此基础上进一步定义了“土卫二十六亚群”、“土卫二十四亚群”、“土卫二十九亚群”、“土卫四十五亚群”、“土卫二十五亚群”、“土卫九亚群”共6个亚群（Subgroup）（上述表1）（※6），推测了所属不规则卫星的倾向、性质以及起源。这类亚群以前就有人提出过，阿什顿团队以新增的卫星为补充整理了现有的亚群，并明确了定义。

图3：按群表示土星不规则卫星的大小和数量的图表。可以看出，土卫二十五亚群与其他亚群相比，曲线的斜率更陡，且斜率与卫星大小关系不大。（制图：爱德华阿什顿团队（Edward Ashton，et al.）/日语译制为笔者（彩惠莉莉）

这份预印本的内容是基于2023年5月之前公布的卫星，因此并未提及此次新增的卫星。但是正如图3的图表所示，我们可以看到，与其他亚群相比，被分类为土卫二十五亚群的卫星的直径和数量曲线更陡。曲线斜率比2019年论文的推定更陡，因此预测的卫星数量也会更多。似乎与这份预印本的预测一致，我们发现了比2019年论文所推定的更多的卫星。

为了对作为不规则卫星的新卫星的亚群进行分类，需要取剧烈变化的轨道倾角（*7）的平均值。但目前还只是一个测量值，因此无法对其进行正式分类。因此，目前只是暂定的分类，在今后的研究中可能会发生变化。而目前可能的分类如下表2所示。

表2：土星250颗不规则卫星的分类。颜色部分是此次新增的128颗不规则卫星，如本文所述，对新卫星的分类是暂定的。（制图：彩惠莉莉）

不过，虽然是暂定的，但阿什顿认为，由于土卫二十九亚群具有相当孤立的公转轨道，因此关于这个亚群的分类基本可以确定。另外，如前所述，目前显示的新卫星的轨道倾斜角不是平均值。阿什顿预测，一旦确定了轨道倾角的平均值，轨道倾角为40至45度的卫星将不复存在。

最近的大碰撞产生了大量的卫星？

远高于2019年研究预测的数量，加上不规则卫星可以分为多个亚群，土星不规则卫星的起源来自破碎的更大的卫星，这一推测浮出水面。

如果曾经有一颗巨大的卫星因某种原因破碎，就会发现多颗具有相似公转轨道的不规则卫星，这与已知的现实是一致的。由于不规则卫星可以分为多个群和亚群，由此研究人员认为作为形成起源的巨大卫星可能不止一个，而是有多个。

亦或是破碎产生的碎片之间进一步碰撞而改变了轨道，也有可能是两种原因兼而有之。击碎巨型卫星的天体也可能是另一颗巨型卫星，也可能是被土星引力捕获的小行星或彗星。无论如何，为了探究可能有多种模式的不规则卫星的起源，需要进一步的研究和观测。

另外，土星的不规则卫星以推定直径4公里为界，相对于大卫星，小卫星的数量，与其他行星的卫星相比要多得多。土星的周围小卫星十分拥挤，随着时间的推移，小卫星之间的碰撞很有可能会使它们碎裂成无法观测到的小碎片。但实际上，由于发现了大量的不规则小卫星，研究人员认为目前为止经过的时间还不足以让小卫星碎裂并消失。

阿什顿团队认为，土星的大部分不规则卫星都是最近，可能是在1亿年内才生成的，鉴于有人预测土星环也是在数亿年内形成的，土星环的存在和卫星数量之多可能暗示着土星周围在过去数亿年内发生了相当剧烈的环境变化。

说句题外话，直到最近，土星还在和木星争夺“卫星数量最多的行星（天体）”的宝座。不过，给土星带来大量卫星的剧烈天体碰撞，目前尚未在木星上看到如此端倪。此外，据信，以目前技术而言，木星可观测的卫星几乎都已被发现，潜在未被发现的卫星概率微乎其微。或许，土星是真正意义上的"卫星数量最多的行星"，并且今后可能也不会再让出“卫星数量最多的行星(天体)”的宝座。

「注释」

*1…在土星的卫星中，“S/2004 S 3”、“S/2004 S 4”和“S/2004 S 6”这三颗卫星是由粒子暂时聚集而成的团块，通常被认为不是真正的卫星。如果算上这三颗，土星的卫星总数会来到277颗。

※2…如果将暂时捕获的小行星或彗星算作卫星，例如地球将至少会增加5颗卫星。

※3…据观测，土星环中会产生数千个暂时的团块，但这些都不算卫星。作为唯一的例外，被长期跟踪的B环中一个特别大的团块（直径约300米）“S/2009 S 1”被算作卫星，但这是一个特例。

※4…前三都是海王星的卫星“S/2021N1”、“海卫十三”、“海卫十”。

※5…通常说到“论文”，是指发表在有审稿制度（第三方检查）的论文杂志上的论文。与此相对，没有在任何论文杂志上发表的、经过审核的原稿被称为“预印本”。严格来说，这不是一篇正式的论文，其内容的有效性相比普通论文应该要打折扣，但几乎相同的内容刊登到论文杂志上的情况并不少见。

※6…有些卫星有相当独特的公转轨道，有些卫星没有被分类到任何一个亚群中。其中一些被认为可能是一个独立的亚群，如土卫二十和S/2004 S 24。

*7...轨道倾斜角是表示由轨道形成的平面相对于参考平面倾斜程度的值。通常，卫星的轨道倾斜角是相对于中心天体的赤道面的角度，但对于不规则卫星，则是相对于行星的黄道面（由行星的公转轨道形成的面）的角度。

责任编辑：甘林

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2016年 saturn的近距离拍摄来源：NASA/JPL-Caltech/SSI/Kevin M. Gill
来源：konstructivizm

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