冥王星與冥衛一（凱倫，Charon）是古柏帶（Kuiper Belt）中最大的雙小天體系統，其形成機制一直是太陽系相關研究的焦點。最新研究提出「親吻-俘獲」（kiss-and-capture）模型，認為兩者在撞擊後曾短暫結合，最終分離並進入穩定軌道。
圖說：新視野號太空船在 2015 年飛掠時拍攝了這些冥王星（右下）及其大型衛星冥衛一（左上）的影像。此影像是合成圖，冥王星與冥衛一大小比例不符。Credits: SWRI/JHUAPL/NASA
冥王星與冥衛一 (凱倫；Charon) 是太陽系外圍古柏帶 (Kuiper Belt) 中最大的一對雙小天體系統。冥衛一的大小約為冥王星的一半，質量則約為 12%，遠比太陽系內其他行星或矮行星的衛星相對來說更為巨大。自 1990 年代以來，行星科學家一直推測，冥衛一的形成方式可能與地球的月球類似，即某個天體撞擊冥王星，丟擲熔融物質，最終在軌道上聚合成一顆衛星。然而，這一理論的細節一直模糊不清。過去的模擬雖然顯示這類碰撞可能形成類似的雙小天體系統，但早期模型多將天體視為某種程度的流體。這種假設在描述氣態巨行星時較為合理，因為它們在碰撞時確實會呈現流體特性。然而，冥王星與冥衛一皆為冰岩混合的天體，結構強度不容忽視。
而在最新的模擬中，天文學家納入了天體的結構特性，冥王星擁有岩石核心並覆蓋厚厚的冰殼，而冥衛一則由約 50% 的岩石與 50% 的冰組成。透過更細緻的模擬，天文學家提出了一種全新的「親吻-俘獲」(kiss-and-capture) 碰撞模式，來解釋冥王星與冥衛一系統的形成過程。在此模型中，冥王星與冥衛一碰撞後並未發生劇烈拋射，而是短暫結合成一組一大一小相連的形態，類似雪人，但仍維持各自的完整性，且不斷的互相環繞。在約 30 小時 的接觸後，冥衛一漸脫離冥王星，並開始向外遷移，最終進入今日的軌道位置。這與先前「撞擊-合併」(graze and merge) 或「撞擊-逃逸」(hit and run) 模型的結果截然不同，在「親吻-俘獲」過程中，兩個天體並未完全合併，而是透過引力相互束縛，爾後又逐漸分離逐漸分離。
影片說明：天文學家以新的「親吻-俘獲」碰撞模式，來解釋冥王星與冥衛一系統的形成過程。此模擬顯示的過程約持續 60 小時。
冥王星與冥衛一的這種形成方式與地球的月球有相似之處，但又有顯著的不同。目前的主流學說是，月球是由火星大小的天體撞擊地球後拋出的熔融碎片逐漸聚合而成。然而，這種劇烈的碰撞模式無法完全解釋冥王星與冥衛一系統，因為它們位於寒冷的太陽系邊緣，由岩石與冰構成，具有更高的結構完整性，不會像熔岩那樣輕易變形。
最新提出的碰撞過程不僅改變了我們對冥王星與冥衛一系統的理解，也為冥王星可能有地下海洋的存在提供了新的支援。撞擊過程會釋放熱能，提升冥王星冰殼的溫度，可能導致部分冰層融化，形成地下海洋。此外，在冥衛一逐漸遠離冥王星的過程中，潮汐力可能加熱冥王星，進一步影響其內部的熱演化。這點至關重要，因為我們不確定冥王星在撞擊前的熱狀態，如果冥王星最初是一顆寒冷的天體，且不具備海洋，那麼這次撞擊可能就是關鍵的轉折點，使冥王星邁向擁有地下海洋。
這項新研究不僅適用於冥王星與冥衛一，還可能解釋古柏帶內其他類似系統的形成，例如矮行星鬩神星 (Eris) 及其衛星，以及矮行星亡神星 (Orcus) 及其衛星。研究團隊計畫進一步擴充套件這項研究，測試不同質量與成分的天體是否也能透過「親吻-俘獲」機制形成雙小天體系統。也許在在太陽系的歷史中，古柏帶內曾經發生過無數次「親吻-俘獲」事件。此研究結果發表於《Nature》（Denton et al. 2025）。（編譯 / 段皓元）
資料來源：ScienceNews
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