遥远的矮行星夸欧尔不应该有光环，但它确实有

科学家们在海王星轨道外的一个小天体周围发现了一个环系统，这本身就是一个令人惊讶的发现。但这一观察结果还带来了一个谜团：这个环系统怎么可能存在呢？从各方面来看，它都不应该存在。

这个环围绕着 Quaoar 运行，Quaoar 是一颗距离太阳超过 40 亿英里的小矮行星，大约是地球与恒星之间距离的 44 倍。在如此小而遥远的物体周围探测到致密的环绝非易事，但真正让发现这一现象的国际研究小组感到震惊的是：这个环似乎围绕着 Quaoar 运行得太远了。在这个距离上，这颗矮行星的引力应该太弱，无法拉动环中的单个粒子，阻止它们形成卫星。

“这颗环并不在我们预期的位置，”里约热内卢联邦大学天文学家、 《自然》杂志上发表的一篇新论文的主要作者布鲁诺·莫尔加多在一封电子邮件中告诉《大众科学》 。“这可能会改变我们对环形成过程的认识。”

正如爱达荷大学物理学家马修·海德曼在同一期《自然》杂志上发表的评论中所说，这使得夸欧尔环系统“与我们目前对此类环如何维持的理解相矛盾”。

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环是由尘埃、冰块和其他物质组成的，以圆盘形式围绕行星体旋转。多年来，土星巨大而美丽的环是天文学家唯一知道的环，它于 17 世纪首次被观测和描述。直到 1979 年航海者 1 号经过木星时，人们才确定太阳系中最大的行星也拥有环系统，尽管不如土星的环那么引人注目。现在人们知道，太阳系的所有气态巨行星都拥有环系统。在一些遥远的天体中也发现了环，例如休谟亚，它与夸奥尔（以及阋神星和冥王星）一样被认为是海王星外天体。

除了 Quaoar 之外，所有这些环系统都有一个共同点——环的轨道位于行星体的洛希极限内。超过这个距离，行星体的引力就无法再阻止环物质形成更大的块状，最终会聚集成卫星。在这个极限内，不同高度的环粒子受到的引力不同，会使它们分散开来。

但 Quaoar 的洛希极限距离其中心约 1,100 英里。密集的环距离矮行星中心 2,500 英里。“这意味着 [环中] 水冰块的相互引力应该很容易压倒 Quaoar 引力的变化，”Hedman 写道。“因此，我们需要其他解释来解释为什么这些物质没有聚集成卫星。”

莫尔加多和他的同事考虑了几种解释。一种解释是，环状物质相对较新，是由与绕古尔运行的卫星撞击而产生的，只是还没有时间重新聚结。但他们在论文中写道，这不太可能，因为他们的计算机模型表明，这种物质将在几十年内凝结成一颗新卫星。

环材料本身也可能比模型预测的更有弹性。如果是这样，即使没有 Quaoar 的引力将它们分开，每个块也更有可能从另一个块上弹开而不是粘在一起。

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另一种可能性是，该环系统经常受到其他物体引力的干扰，例如 Quaoar 的卫星 Weywot 或另一颗尚未发现的卫星。毕竟，研究海王星外的物体非常困难。这一环的发现之所以成为可能，是因为研究小组将各种尖端望远镜带到了 Quaoar。其中包括欧洲航天局 (ESA) 的系外行星特征卫星 (Cheops) 任务，这是一架太空望远镜，它在监测这颗矮行星时，通过观察背景星光强度的变化，能够探测到 Quaoar 的环。

“现在我们需要继续观察夸欧尔，以便更好地确定这个环，并观察它是否（以及如何）随时间变化，”莫尔加多说。“还需要进行更多的动力学研究和模拟，以了解在什么情况下环在洛希极限之外保持稳定。”

进一步研究的结果可能会迫使天文学家改变他们对洛希极限的理解。也可能是创神星的一个例外——但它可以让我们更深入地了解其他大型结构的轨道动力学，莫尔加多说，“甚至是系外行星、星系等其他物体。”

更正（2023 年 3 月 2 日）：文章最初称 Quaoar 距离太阳超过 6 万亿英里。正确的距离是超过 40 亿英里。