12架小口径天文望远镜揭开“带环妊神”的面纱 | 前沿
►矮行星妊神星及其行星环的效果图，图片来源：Institute de Astrofisica de Andalucia CSI
撰文 | 吕浩然
责编 | 徐 可
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行星环一直以独特鲜明的美而令人向往。很多天文爱好者仅通过小型望远镜即可观察到太阳系“二哥”土星和它的扩展环系统，这不得不令人惊叹！它的美丽与神秘也吸引了许多人通过科学和工程的手段去研究其轨道构型与形成机制，以揭开其背后的秘密。
过去科学家们认为，在太阳系中，行星环被认为只存在于四个巨大的行星上（尽管只有土星的行星很容易从地球上看到）[1]，而这种认识在最近被终结。
10月12日，《自然》杂志发表了来自西班牙安达卢西亚天体物理学研究所（Instituto de Astrofísica de Andalucía）Jose Luis ortiz等人的一项研究[2]，研究者们在海王星轨道以外发现了一颗具有行星环系统的矮行星——妊神星（Haumea）。
这颗矮行星距太阳的距离是地球到太阳距离的50倍，系第一个在半人马小行星类群之外发现的拥有环系统的天体。它外表呈椭球形，像一个细长的鸡蛋。长轴直径至少2300公里，与冥王星相当。这种特殊的形状也意味着，Haumea可能并不会像普通的行星那样处于静力平衡的状态。
Jose Luis Ortiz及同事预测妊神星将会掩食恒星URAT1 533-182543，于是利用世界各地10个天文台的12架不同的望远镜于2017年1月21日进行观测，最终确定了Haumea的密度（最高达1885 kg/m3左右）、反照率（0.51）和大气层（无）等情况数据。
而Haumea周边那串美丽的“项链”，也就是它的行星环宽70公里，距Haumea表面约1000公里。环与其赤道和外部卫星Hi’ iaka的轨道处于同一平面，轨道周期是妊神星自转周期的三倍。
就此次Haumea的发现，《知识分子》联系到了南京大学天文与空间科学学院院长周济林教授及清华大学高等研究院、清华大学天体物理中心白雪宁研究员联合进行评论：
行星环是太阳系内最美丽和神秘的结构之一，到目前为止，它们的形成机制以及其内部的动力学过程天文学家还不能完全解释。此次这项新的发现为行星环家族增添了新的成员，并进一步为理解它们的形成机制乃至太阳系中的行星形成提供宝贵的线索，这也是此次研究的重要意义之一。
目前，太阳系中已知的伴有行星环的行星都是质量较大的气体行星，例如我们熟悉的土星，而此次的发现系首次在矮行星中发现行星环。更有趣的是，该行星环的中心天体并不是球状的，而是一个椭球，并且行星环的轨道周期同Haumea的自转周期可能接近3:1的共振。
一方面，该工作发现的长轴至少2300公里的天体似乎还没有达到流体静力学平衡而保留了椭球形状，这给之前关于矮行星的定义带来了冲击；另一方面，该行星环的形成机制、它同Haumea之间如何相互作用以及这种状态的稳定性等问题还需要进一步的研究。此外，一个重要问题是：为什么太阳系四个内大行星（包括地球）没有行星环，而质量和引力范围小得多的矮行星却有？矮行星环普遍吗？这一系列问题都有待解答。
盘状结构在天体系统中十分常见，理解太阳系行星和矮行星行星环的形成机制和动力学也许会对更大尺度（比如星系盘）的类似结构提供启示。我们还应看到，这项工作是在50公分和2米级上的小望远镜上完成的，这也说明只要在科学上有好的想法，小口径望远镜也能做出有显示度的科学。
参考文献：
[1]Ring detected around a dwarf planet, Nature, 120 October 2017, Vol 550.
[2]J. L. ortiz, P. Santos-Sanz, etc. The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation, Nature, doi:10.1038/nature24051.
