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主譯：孫宇峰

校對：澄

審核：牧夫天文校對組

美編：蘇奕月

后臺：李子琦

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

土星以擁有大量衛星而聞名，也是觀測史上首個擁有100顆以上衛星的天體。其實際的總數猶未可知，一般來說，衛星越小數量則越多，另一方面，由于其觀測難度較大，當觀測技術突破瓶頸時往往會發現大量衛星。例如2023年5月，就曾一次性公布過63顆衛星的發現。

小行星中心(MPC) 負責管理包括衛星在內的太陽系小天體發現報告。該中心在2025年3月11日發布的電子通告中宣布，土星新增128顆衛星。這是迄今為止單次新增數量最多的記錄，土星的衛星總數達到了274顆，幾乎翻了一番（*1）。

總共274顆衛星的數量在天文學家看來簡直是多得離譜了。發現衛星的觀測團隊認為，本次發現的大量衛星，或許是土星周圍最近（可能在1億年內）發生過多次巨大衛星之間的劇烈天體碰撞事件的證據。如果這一推測成立，土星今后可能不會再讓出“衛星數量最多的行星(天體)”的寶座。

圖1：隨著此次公布的128顆新衛星的增加，土星的衛星數量增加到了274顆。從目前的觀測和研究情況來看，土星今后可能不會再讓出“衛星數量最多的行星”的寶座。(制圖：彩惠莉莉/使用了irasutoya網站上的素材)

漢化：牧夫天文編輯部

通過“移位和疊加”尋找難以觀測衛星

在太陽系中，土星是僅次于太陽和木星的巨大天體，憑借其強大的引力，擁有眾多的（自然）衛星。這些衛星不僅可以通過探測器的抵近觀測發現，也可以在遙遠的地球上進行觀測。 其實，“衛星”這一分類并沒有明確的嚴格定義。目前，“通過觀測跟蹤證明長期圍繞太陽以外的天體公轉的天體”是衛星的實際定義。因此，暫時圍繞行星公轉的小行星和彗星（※2），以及構成土星環的小碎片等無法單獨識別和追蹤的物體（※3），目前還不被算作衛星。

同時，通過觀測被證明是衛星的天體的報告，還需要由管轄太陽系內的小天體的“小行星中心(MPC)”受理，并在該中心發行的小行星電子通告(MPEC)上刊登，由此該發現才被視為正式認可。

最近新發現的大部分衛星，即便使用高性能望遠鏡，也是難以輕易發現的。因為衛星的亮度較暗，短時間曝光無法將其與噪聲區分開來。若是延長曝光時間，衛星的位置變化又過于劇烈，加上行星本身過于明亮，會對衛星觀測造成干擾，因此也不容易實現。

解決這個問題的方法是"移位與疊加"（shift and stack）。將短時間曝光拍攝的圖像疊加在一起，可以使衛星圖像更加清晰。由于可以預測衛星在拍攝圖像中的位置，因此如果衛星真實存在，不僅圖像會更清晰，還可以驗證與過去拍攝的圖像的一致性。反之，如果圖像不清晰或與過去拍攝的圖像不一致，則可以確認是誤判。

土星新增128顆衛星！

中國臺灣“中央研究院”天文及天文物理研究所的愛德華·J·阿什頓(Edward James Ashton)等人的觀測團隊通過“移位與疊加”技術發現了許多新衛星。阿什頓團隊也是首位將"移位與疊加"技術應用于土星衛星發現的觀測團隊。

阿什頓團隊將"移位與疊加"技術應用在了加拿大-法國-夏威夷望遠鏡2019年至2021年的觀測數據。此外，他們還調查了過去拍攝的圖像中是否有可以確認是同一顆衛星的圖像，調查對象是卡內基研究所的斯科特·S·謝潑德(Scott Sander Sheppard)等觀測團隊用昴星團望遠鏡拍攝的2004年以后的圖像。

通過這種觀測方法和圖像探索，研究團隊首先在2021年11月公布了“S/2019 S1”的發現。之所以能夠領先于其他團隊，得益于提前收集了確定軌道的數據。隨后在2023年5月，研究團隊在兩周內一次性公布了62顆衛星的發現，一周后又公布了“S/2006 S 20”的發現。“S/2006 S 20”的公布時間滯后，是因為小行星中心指出最初提交的天體數據存在一致性問題，因此研究團隊重新提交了數據。

歷時約一年半公布的這64顆新衛星，使土星的衛星數量達到146顆，不僅超過木星的95顆，成為擁有衛星最多的天體，也是首次擁有三位數衛星數量的天體。

然而，在與上述新衛星的發現相關的觀測數據中，還沉睡著更多的候選衛星。阿什頓團隊認為它們是衛星的可能性很高，但僅憑當時掌握的觀測數據尚不足以支撐這一觀點。

圖2：使用SKY EXPLORER模擬的土星衛星公轉軌道圖。已知衛星以黃色表示，此次新增的128顆衛星以紅色、藍色和綠色表示，分別對應電子通告2025-E153、2025-E154和2025-E155。（圖片來源：MERAK COSMOS）

因此，阿什頓團隊于2023年8月至10月利用加法夏（加拿大-法國-夏威夷）望遠鏡進行了額外觀測。結果，確定了候選衛星是真正的衛星，促成了此次128顆新衛星的公布。當然，這是有史以來公布的新衛星數量最多的一次。也許是因為數量過于龐大，通常按單個天體分類發行的電子通告，這次分3批以61個+34個+33個的形式發行了。

增加了128顆衛星后，土星的衛星總數達到了274顆。土星衛星的歷史始于1655年克里斯蒂安·惠更斯發現土衛六“泰坦”，此次公布的數據約占370年歷史上發現的衛星的47%。如果加上2021年以后公布的部分，實際上這4年公布的比例要占到70%。

所有被發現的衛星直徑都只有幾公里，最小的衛星直徑為2~3公里。其軌道從在平均距離約1109萬公里的公轉軌道上運行約436天（1.19年）的“S/2023 S 6”到在平均距離約2804萬公里的公轉軌道上運行約1753天（4.80年）的“S/2020 S 44”不等。特別是S/2020 S 44的平均距離是土星衛星中最遠的，算上其他天體的衛星在內也能排到第四(※4)。另外，31顆被分類為與土星自轉方向相同公轉的順行衛星，97顆被分類為與土星自轉方向相反公轉的逆行衛星。

此外，截至筆者采訪阿什頓時，這次并無新衛星被指出存在數據問題。因此，不存在兩年前那般的后續補充，此次新增的衛星確定為128顆。

即使在天文學家看來，衛星數量也太多了

在總共274顆土星衛星中，有250顆衛星（包括此次公布的全部128顆在內）在離土星相當遠的地方以扭曲的橢圓形軌道公轉。這類衛星被歸類為“不規則衛星”。雖說在太陽系的4個巨行星都有發現不規則衛星，但土星的不規則衛星總數達到250個，可以說是一騎絕塵。

從大眾的角度來看，這個衛星數量可以說是很多了，而從天文學家的角度來看，這個衛星數量不能說很多吧，只能說多得有點離譜。2019年的一項研究估計，土星直徑在2.5公里以上的不規則衛星總數為120至180顆。而事實上，我們已經發現了250顆同樣大小的不規則衛星。理論上最多也有180個，而實際上發現了250個，理論和實際情況的背離很大。

表1：擬議的土星不規則衛星群和亞群列表。請注意，順行衛星的軌道傾角在90度以下，逆行衛星的軌道傾角則在90度以上。（制圖：彩惠莉莉）漢化：牧夫天文編輯部

與這一龐大數量相關的研究盡管仍處于預印本階段，也進行了公開。(※5)。參與上次和本次衛星發現的阿什頓團隊，在此次新衛星公布的前一天，在arXiv上發布了一份關于截至2023年5月發現的122顆不規則衛星公轉軌道詳細分析結果的預印本。

土星的不規則衛星以前根據公轉軌道分為“高盧群”、“因紐特群”和“北歐群”三個群。阿什頓團隊在此基礎上進一步定義了“土衛二十六亞群”、“土衛二十四亞群”、“土衛二十九亞群”、“土衛四十五亞群”、“土衛二十五亞群”、“土衛九亞群”共6個亞群（Subgroup）（上述表1）（※6），推測了所屬不規則衛星的傾向、性質以及起源。這類亞群以前就有人提出過，阿什頓團隊以新增的衛星為補充整理了現有的亞群，并明確了定義。

圖3：按群表示土星不規則衛星的大小和數量的圖表。可以看出，土衛二十五亞群與其他亞群相比，曲線的斜率更陡，且斜率與衛星大小關系不大。（制圖：愛德華阿什頓團隊（Edward Ashton，et al.）/日語譯制為筆者（彩惠莉莉）

這份預印本的內容是基于2023年5月之前公布的衛星，因此并未提及此次新增的衛星。但是正如圖3的圖表所示，我們可以看到，與其他亞群相比，被分類為土衛二十五亞群的衛星的直徑和數量曲線更陡。曲線斜率比2019年論文的推定更陡，因此預測的衛星數量也會更多。似乎與這份預印本的預測一致，我們發現了比2019年論文所推定的更多的衛星。

為了對作為不規則衛星的新衛星的亞群進行分類，需要取劇烈變化的軌道傾角（*7）的平均值。但目前還只是一個測量值，因此無法對其進行正式分類。因此，目前只是暫定的分類，在今后的研究中可能會發生變化。而目前可能的分類如下表2所示。

表2：土星250顆不規則衛星的分類。顏色部分是此次新增的128顆不規則衛星，如本文所述，對新衛星的分類是暫定的。（制圖：彩惠莉莉）

不過，雖然是暫定的，但阿什頓認為，由于土衛二十九亞群具有相當孤立的公轉軌道，因此關于這個亞群的分類基本可以確定。另外，如前所述，目前顯示的新衛星的軌道傾斜角不是平均值。阿什頓預測，一旦確定了軌道傾角的平均值，軌道傾角為40至45度的衛星將不復存在。

最近的大碰撞產生了大量的衛星？

遠高于2019年研究預測的數量，加上不規則衛星可以分為多個亞群，土星不規則衛星的起源來自破碎的更大的衛星，這一推測浮出水面。

如果曾經有一顆巨大的衛星因某種原因破碎，就會發現多顆具有相似公轉軌道的不規則衛星，這與已知的現實是一致的。由于不規則衛星可以分為多個群和亞群，由此研究人員認為作為形成起源的巨大衛星可能不止一個，而是有多個。

亦或是破碎產生的碎片之間進一步碰撞而改變了軌道，也有可能是兩種原因兼而有之。擊碎巨型衛星的天體也可能是另一顆巨型衛星，也可能是被土星引力捕獲的小行星或彗星。無論如何，為了探究可能有多種模式的不規則衛星的起源，需要進一步的研究和觀測。

另外，土星的不規則衛星以推定直徑4公里為界，相對于大衛星，小衛星的數量，與其他行星的衛星相比要多得多。土星的周圍小衛星十分擁擠，隨著時間的推移，小衛星之間的碰撞很有可能會使它們碎裂成無法觀測到的小碎片。但實際上，由于發現了大量的不規則小衛星，研究人員認為目前為止經過的時間還不足以讓小衛星碎裂并消失。

阿什頓團隊認為，土星的大部分不規則衛星都是最近，可能是在1億年內才生成的，鑒于有人預測土星環也是在數億年內形成的，土星環的存在和衛星數量之多可能暗示著土星周圍在過去數億年內發生了相當劇烈的環境變化。

說句題外話，直到最近，土星還在和木星爭奪“衛星數量最多的行星（天體）”的寶座。不過，給土星帶來大量衛星的劇烈天體碰撞，目前尚未在木星上看到如此端倪。此外，據信，以目前技術而言，木星可觀測的衛星幾乎都已被發現，潛在未被發現的衛星概率微乎其微。或許，土星是真正意義上的"衛星數量最多的行星"，并且今后可能也不會再讓出“衛星數量最多的行星(天體)”的寶座。

「注釋」

*1…在土星的衛星中，“S/2004 S 3”、“S/2004 S 4”和“S/2004 S 6”這三顆衛星是由粒子暫時聚集而成的團塊，通常被認為不是真正的衛星。如果算上這三顆，土星的衛星總數會來到277顆。

※2…如果將暫時捕獲的小行星或彗星算作衛星，例如地球將至少會增加5顆衛星。

※3…據觀測，土星環中會產生數千個暫時的團塊，但這些都不算衛星。作為唯一的例外，被長期跟蹤的B環中一個特別大的團塊（直徑約300米）“S/2009 S 1”被算作衛星，但這是一個特例。

※4…前三都是海王星的衛星“S/2021N1”、“海衛十三”、“海衛十”。

※5…通常說到“論文”，是指發表在有審稿制度（第三方檢查）的論文雜志上的論文。與此相對，沒有在任何論文雜志上發表的、經過審核的原稿被稱為“預印本”。嚴格來說，這不是一篇正式的論文，其內容的有效性相比普通論文應該要打折扣，但幾乎相同的內容刊登到論文雜志上的情況并不少見。

※6…有些衛星有相當獨特的公轉軌道，有些衛星沒有被分類到任何一個亞群中。其中一些被認為可能是一個獨立的亞群，如土衛二十和S/2004 S 24。

*7...軌道傾斜角是表示由軌道形成的平面相對于參考平面傾斜程度的值。通常，衛星的軌道傾斜角是相對于中心天體的赤道面的角度，但對于不規則衛星，則是相對于行星的黃道面（由行星的公轉軌道形成的面）的角度。

責任編輯：甘林

牧夫新媒體編輯部

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2016年 saturn的近距離拍攝來源：NASA/JPL-Caltech/SSI/Kevin M. Gill
來源：konstructivizm

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