木卫三大谜团之一：40亿年前的撞击改变了甘尼米德的自转轴？

据一项新研究表明，大约40亿年前，一顆巨大的小行星撞击木星最大的卫星甘尼米德后，可能会导致其自转轴发生偏移。

甘尼米德是太阳系中最大的卫星，体积甚至比水星和矮行星冥王星还要大。过去的研究发现，在它厚厚的冰壳之下隐藏着一片盐水海洋，其深度是地球海洋的10倍。

然而，关于甘尼米德还有许多未解之谜，科学家们需要对其表面进行更高分辨率的成像，才能解开围绕着甘尼米德历史和演变之谜。深邃的沟壑覆盖了甘尼米德表面的大片区域，它们围绕着一个点形成了同心圆图案，这导致一些天文学家相信该卫星在其过去经历了一次重大撞击事件。

远古的撞击

甘尼米德长期以来都让日本神户大学行星科学助理教授平田直之着迷，他表示，他相信揭示甘尼米德的演化“意义重大”。该卫星的表面对比鲜明，有着亮色的山脊区域和横跨黑暗区域的凹槽。平田深入研究了甘尼米德上的沟壑系统，它从卫星表面的一个点向外延伸，就像石头撞击汽车挡风玻璃时形成的同心裂纹。

平田注意到，沟壑的中心点沿着卫星的自转轴，这意味着像大型撞击事件之类的事件导致了卫星的完全重新定向。先前的研究表明，一颗大型行星体在冥王星的早期历史中与冥王星相撞，重新排列了这颗矮行星上的冰分布，并导致了其表面上形成一个独特的“心脏”特征。平田表示，他认为甘尼米德上也发生了类似的情况，在那里有冰壳和地下海洋。

质量在行星上分布方式的突然改变会改变其轴的位置，也就是行星体围绕其旋转的假想线。当一颗大型小行星撞击行星时，它会产生一个重力异常，改变行星的旋转方式。因此，平田计算出什么样的撞击可能造成了甘尼米德目前的定向。

他的方程揭示，一颗大约186英里（300公里）宽的小行星最初形成了一个直径大约870至994英里（1400至1600公里）的陨石坑。根据这项研究，这颗小行星比6600万年前撞击位于墨西哥奇克苏卢布的尤卡坦半岛的小行星大20倍，并在那里导致了地球上恐龙的灭绝。甘尼米德上留下的陨石坑是木卫体积的25%。

果汁任务的近距离调查

平田表示，目前还不清楚甘尼米德的自转轴偏移了多少。但未来由果汁号任务（又称木星冰卫星探测器）收集的数据可能会为甘尼米德的历史和撞击事件提供更多线索。

该航天器于2023年4月发射，于8月21日完成了对地球和月亮的历史性飞掠，这使其有望于2031年到达木星及其卫星。亚利桑那大学月球与行星实验室的博士后研究员阿迪妮·登顿表示，在没有更多数据的帮助下，研究人员很难知道古代撞击是否形成了甘尼米德上的沟壑，而果汁号任务可能提供这些数据。

登顿参与了一项4月发表的研究，内容涉及对冥王星及其大盆地（称为斯普特尼克平原）的影响，斯普特尼克平原构成了天文学家观测到的心脏特征的左叶。她没有参与平田的研究。“这篇文章提出了一个有趣的假设，对冰卫星和海洋世界的演化提出了许多思考方向。”

她说：“值得注意的是，在考虑行星体上古老、退化的地质特征以及它们如何影响行星定向时，可以进行一些合理的怀疑。由于这些大型、古老的特征信息很少，因此很难确信地将这一特征识别为盆地，以及潜在的质量异常。幸运的是，与冥王星和斯普特尼克平原不同，我们很快就会重返甘尼米德，并可以获得解决这一问题的所需补充信息。”

研究人员认为，甘尼米德的内部构造可能像三明治俱乐部，由交替的冰层和海洋组成。平田表示，了解撞击如何改变甘尼米德可能会揭示其内部结构的见解。

他说：“我想了解甘尼米德和其它木卫的起源和演化。巨大的冲击一定对甘尼米德的早期演化产生了重大影响，但冲击在甘尼米德内部造成的热和结构效应尚未得到任何调查。我相信，下一步可以进行应用冰卫星内部演化的进一步研究。”