纵横的裂谷，神秘的北半球，天卫四上究竟发生了什么？

图解：天卫四的NASA图像

天卫四是天王星27颗卫星中最外层的一颗。威廉·赫歇尔于1787年发现了它。它是天王星的第二大卫星，也是体积第二大的卫星。威廉·赫歇尔在同一天还发现了泰坦尼娅。在整个太阳系中，它是第九大质量的卫星。就像天王星的其他卫星一样，天卫四在1852年也以莎士比亚戏剧《仲夏夜之梦》中的一个角色命名。

图解：威廉•赫歇尔。 国家肖像画廊，伦敦

它最初依据其被发现的顺序被命名为天王星II，但后来根据它与天王星之间的距离被重新命名为天王星IV。

天卫四的物理结构

天卫四被认为是在天王星形成后由天王星周围的扩散物质形成的。它的结构是一个由冰构成的地幔所覆盖的岩石内核。然而，该卫星由等量的岩石和冰组成。人们设想在地核和地幔之间可能存在一层液态水。

图解：旅行者2号所拍摄的天卫四照片

天卫四的表面颜色略暗，呈红色，上面有许多陨石坑，这些陨石坑可能是小行星和彗星撞击形成的。其中一些陨石坑直径近210公里。天卫四的表面也有许多被称为裂谷的狭长的深洼地。

图解：天卫四和天王星。 NASA

这些被认为是在卫星内部在其演化的早期仍在膨胀时形成的。据信，它从形成之日起就保持稳定。天卫四的半径约为763公里，表面积为720万平方公里。密度约为1.63 g/cm3，表面重力约为0.348 m/s2。该卫星的温度在70到80开尔文之间。

天卫四的轨道

天卫四的轨道距离天王星584,000公里。该卫星的轨道周期是13.5天。这与它的旋转周期一致。因此，天卫四的一面被天王星潮汐锁定，也就是说，它总是面对着天王星。天卫四的大部分轨道都在天王星磁层之外。这就是为什么它的表面会直接受到太阳风的影响。对于那些在磁层内运行的卫星来说，它们的的后随半球不断受到磁层等离子体的撞击，导致这些半球变暗，而与天卫四不同。

图解：天卫四的假色照片。位于图像中央偏右位置、坑底为暗色的大型撞击坑为哈姆雷特撞击坑。

天王星几乎绕着太阳的一侧运行。天王星的卫星在它的赤道平面上绕其运行。这导致卫星经历极端的季节周期。天卫四的南北两极有42年的持续黑暗和接下来42年的持续日光。在每一个至日，太阳都会接近其中一个极点的顶点。在夏至期间，它的北半球完全变暗。

天卫四的内部结构

天卫四的密度表明，它包含了相等比例的水冰以及稠密的非冰成分。非冰物质被认为是由碳质物质、有机化合物和岩石组成。光谱结果证实了其表面存在水冰。

图解：天卫四内部结构。 NASA图像

然而当其他天王星卫星在其前导半球显示出更多的水冰存在时，天卫四在其后随半球则显示出更强的信号。这种差异被认为是受到影响而形成土壤的结果，而这种影响在其前导半球更为突出。陨石的撞击通常会使天卫四表面的冰脱落，留下了非冰物质与暗色物质。这种材料的变暗被认为是由自然中有机化合物的辐射引起的。天卫四的核心半径约为480公里。地核中心的压强大约是5千巴。冰幔的确切成分尚不清楚。如果地幔含有足够多的防冻剂，那么在冰冷的地幔和岩石内核之间很有可能存在海洋。海洋的深度可达40公里，温度约为180开尔文。

天卫四的地质和表面特征

天卫四是天王星的暗卫星。它的表面是红色的，在有新的撞击和沉积的地方显示出蓝色的色调。

图解：天卫四的地质和表面特征。 NASA

天卫四的前导半球比后随半球更红，而撞击月球表面的小陨石和带电粒子被认为是其表面变红的原因。另一种理论认为，这种变红可能是由于外部 (包括被认为对主导半球影响更大的不规则卫星)的红色物质的累积造成的。天卫四的表面主要是陨石坑和裂谷。

图解：地球、月球和天卫四的大小比较。

与天王星的其他卫星相比，天卫四拥有最多的陨石坑。这些高数值表明，与其他卫星相比，天卫四的表面是最古老的。最大的陨石坑是哈姆雷特陨石坑，直径约206公里。环形山被新鲜的冰的射线所环绕。所有已知的陨石坑(奥赛罗、麦克白和哈姆雷特)都有因物质沉积而变暗的地面。一些由撞击形成的盆地在其中心有较大的峰。旅行者号成像仪显示了这样一个大约11千米高的山峰。

天卫四的表面也有许多与景观贯穿的峡谷和裂谷，最新形成的更亮一些。莫穆尔峡谷是天卫四上最著名的峡谷。该卫星形成后一段时期的地壳构造上的活动一直是冰的形成所导致的，这些峡谷是地壳上冰的裂缝。地壳的破裂被认为发生在两个阶段，并形成了古老的峡谷和相对较新的峡谷。

关于在陨石坑底部看到的黑色斑块的性质，一些科学家认为它们是火山形成的，而另一方则认为高强度的撞击可能从冰下带出了黑色物质。

天卫四的演化

由尘埃和岩屑的堆积形成的天卫四密度相对较高，表明其含水量低，而含有较多的岩石物质。据推测，这种吸积效应已经发生了数千年。撞击导致天卫四的外层温度升高。该卫星形成后，地表以下的一层冷却了，但由于放射性衰变，地核仍然是热的。外层收缩，而内核扩张了大约2亿年。这些应力被认为是形成峡谷的原因。由上述事件引起的任何此类活动据信已在数十亿年前停止。

图解：旅行者2号。 NASA

旅行者2号探测器在1986年1月经过天王星时收集了天卫四的照片。这些照片是在47.06万公里外拍摄的。但目前还没有旅行者号在飞行过程中拍摄到天卫四北半球变暗的照片。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 云晨- thetimenow

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