水星金星为什么都“孤身一人”？

故事 06-11 来源：天文在线

图片：这张色彩斑斓的水星图是由信使号水星探测器执行的色彩底图图像采集任务所得的图片制成的。这些颜色并不是水星呈现于人眼的样子，而是为了凸显行星表面岩石的化学、矿物学和物理学差异所作的颜色。图片来源：NASA，约翰霍普金斯大学应用物理实验室，华盛顿卡耐基研究所。

水星和金星之所以没有自己的卫星，是因为它们太靠近太阳了。

任何距离水星或金星过于遥远的卫星不仅会处于一个不稳定的轨道，而且还会被太阳捕获。可是如果它们离这两颗行星太近了，又会被潮汐引力所摧毁。能让卫星稳定环绕这两颗行星长达数十亿年的区域也许实在是太窄了，窄到没有什么天体曾进入过这样的轨道：无论是被捕获而来的，还是于行星吸积形成的。

具体是什么意思呢？让我们来做点力学运算。

拿水星来举例：一颗卫星距离它多远才可以达到太阳引力等同于水星引力？

G(Mp)m/rs2 = G(Ms)m/R2

设Ms为太阳质量，Mp为水星质量，m为卫星质量，rs为卫星到水星中心的距离，R为水星到太阳的距离（注：同时也被粗略当作卫星到太阳的距离）。卫星质量m的数值相互抵消，万有引力常数G也相互抵消，所以当R=5600万千米，Ms=2x1030千克，Mp=3.3x1023千克时，我们通过代数运算可得rs=22700千米。注：R为水星到太阳的距离，而R同时也被当作了卫星到太阳的距离，也就是说，这是个粗略计算，因为卫星到水星的距离和卫星到太阳的距离比起来小到可以忽略不计。精确计算的话结果相差不大，大约为22737~22755千米。

卫星的潮汐极限（洛希极限），也就是当水星的潮汐引力能够撕碎卫星的那个点，可以由以下公式算出：R = 1.26 x Rm (Rho m/Rho M)1/3。其中Rho m为卫星的密度，Rho M为行星的密度。对于一颗由水星材料制成的卫星，这两个密度相同，所以潮汐半径是水星半径2440千米的1.26倍，也就是3070千米。（可以加上R为潮汐半径，Rm为水星半径）

综上所述，这样一颗卫星的轨道范围粗略来说介于距水星中心3000千米到22700千米之间的地方，或者距其表面600到20260千米之间的地方。至于金星，相同的计算可以得到一个明显更宽的轨道范围：距离金星中心7600千米到162000千米，或者距其表面1600到156000千米。

显然，金星是个更可能产生一颗或者多颗卫星的行星，它为何孤身一人因此成谜，除非那次撞歪了金星自转轴的灾难性大冲击同时也将它刚形成的卫星们都给撞飞了。

相关背景知识

水星是太阳系内最小也是最靠近太阳的行星。它环绕太阳一周需要87.97天，为太阳系所有行星中最短。它是以罗马神话中神的信使墨丘利命名的。

和金星一样，水星的环日轨道位于地球环日轨道之内，是一颗内行星。从地球上看，水星从不会偏离太阳28°以上。水星距离太阳如此近，我们只能在黄昏或黎明初始的西边或东边的地平线附近看到它。当下它看起来像是一颗亮星，但常常比金星更难观测。就像金星和月球一样，这颗行星从望远镜看去也会展现出完整的星相。它在相对地球以内的轨道上运行，大概于每隔116天的“会合周期”后重新出现。

金星是太阳外第二颗行星，它绕太阳一周要224.7个地球日。它的自转周期（243天）是太阳系所有行星中最长的，并且自转方向和其他大部分行星相反（也就是说金星上的太阳是西升东落的）。金星没有任何天然卫星。金星是以罗马爱与美的女神维纳斯命名的。金星是夜空中除了月亮之外第二明亮的自然物体，其亮度可达-4.6等，足以在夜晚投下阴影，甚至在极少数情况下于白天都肉眼可见。金星的环日轨道位于地球轨道之内，因此是一颗内行星，并且看上去从不会距太阳太远；它相对于太阳的最大角距（距角）是47.8°。