衛(wèi)星是指：在圍繞一顆行星軌道并按閉合軌道做周期性運行的天然天體。

當(dāng)我們說到太陽系的時候，通常會想到圍繞中心恒星運行的行星或其他小型天體，圍繞巖石行星或冰冷的巨型氣態(tài)行星運行的眾多衛(wèi)星。那么在太陽系中還有沒有更低一層的天體系統(tǒng)？也就是說，在太陽系中能否擁有圍繞衛(wèi)星運行的小型天體（衛(wèi)星的衛(wèi)星或月之月系統(tǒng)）？如果有，它們在哪里？如果沒有，這是為什么？

我們首先想一個簡單的問題，如果在宇宙空間中有一個質(zhì)量物體，會發(fā)生什么？

這個問題很簡單，一個有質(zhì)量的物體在它的周圍會形成引力場，并使周圍的空間彎曲，也使其附近的一切物體都能感受到它的吸引力。如果這個質(zhì)量物體的引力是唯一起作用的因素，那么我們就可以把任何物體放在一個圍繞其運行的、穩(wěn)定的橢圓形或圓形的軌道上，它會一直這樣運行下去。

但是還有其他因素在起作用，包括：

• 這個質(zhì)量物體可能存在大氣層，或者在它周圍有一個彌漫的粒子“光環(huán)”，

• 這個質(zhì)量物體不一定就是靜止不動的，它很有可能會圍繞一個軸自轉(zhuǎn)，也許自轉(zhuǎn)的速度還很快。

• 這個質(zhì)量物體不一定就是孤立存在的，在它的周圍很有可能存在其他的天體。

第一個因素大氣，只有在最極端的情況下才會影響軌道上的天體。正常情況下，一個沒有大氣的巖石星球，其軌道上的衛(wèi)星只需要避開它的表面，不與其相撞，就可以永遠(yuǎn)圍繞它運行。

但是，一個星球如果存在厚重的大氣層，大氣會彌散到非常遠(yuǎn)的地方，那么近軌道上的天體就會與大氣中的原子和粒子撞擊，長此以往就會導(dǎo)致軌道速度降低。

例如我們地球的大氣層，雖然我們通常認(rèn)為地球的大氣層有一個”終點“位置，在某個高度以外就是真空空間，但事實是，當(dāng)我們上升到越來越高的高度時，大氣層只會變得越來越稀薄，因此我們無法準(zhǔn)確的說，地球的大氣到哪個位置“停止”就了，甚至地球的大氣都逸散到了月球的位置。

國際空間站的軌道有四百多公里，如果我們不給它提供動力，總有一天它的軌道也會衰減最終墜入地球表面。

因此在太陽系數(shù)十億年的時間尺度上，無論天體軌道上的物體質(zhì)量是多少，它們都必須與之保持一定的距離，這樣才能“安全”的持續(xù)運行。

第二個因素：任何天體都會自轉(zhuǎn)。這既適用于中心大質(zhì)量天體，也適用于圍繞它運行的小質(zhì)量天體。經(jīng)過漫長的歲月，兩個質(zhì)量天體會被潮汐鎖定在一起（兩個質(zhì)量天體總是有相同的一面互相指向?qū)Ψ剑?，但有一個“穩(wěn)定”的質(zhì)點，例如地球和月球；還有一種情況就是像冥王星和卡戎那樣的鎖定系統(tǒng)，圍繞共同的質(zhì)心旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了一個扭矩。換句話說，大多數(shù)衛(wèi)星并不是在理想狀態(tài)下啟動的，它需要經(jīng)過漫長的歲月才能與中心質(zhì)量達(dá)到一個穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。

但是我們還需要加入另外一個因素來解決“月之月”這個問題，這個因素才是真正困難的地方。

太陽系中的天體并不是孤立存在的，這是一個很大的問題。這個天體可能還在圍繞其他大行星、或者恒星運行。也就是說，讓一個物體圍繞在軌道上運行的天體要比讓一個物體圍繞穩(wěn)定的單一質(zhì)量運行困難的多。例如。讓一個物體圍繞一個行星的衛(wèi)星，圍繞一個大行星的小行星，或者圍繞冥王星的卡戎運行。

這是一個很重要的原因。我們就從太陽系最內(nèi)部、沒有衛(wèi)星的行星：水星的角度來思考一下。

水星繞太陽公轉(zhuǎn)的速度相對較快，因此它受到的引力和潮汐力都非常大。如果有其他的天體還在繞水星軌道運行，就會有許多其他因素在影響水星的軌道系統(tǒng)：

• 來自太陽的“恒星風(fēng)”（向外噴射的高能粒子流）會撞擊水星和圍繞它運行的物體，擾亂其軌道。

• 太陽對水星表面施加的熱量會導(dǎo)致水星大氣擴張。即使水星沒有大氣，表面的粒子也會被加熱并被拋到太空中，形成一種稀薄但不可忽視的大氣。

• 最后，就是最終的潮汐鎖定：不僅小質(zhì)量物體要與水星相互鎖定，而且水星也會被太陽鎖定。

這就意味著，對于水星的任何衛(wèi)星來說，都有兩個限制位置。

如果水星的衛(wèi)星離水星太近：

• 衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)速度慢，

• 水星的自轉(zhuǎn)速度慢，無法實現(xiàn)與太陽的潮汐鎖定，

• 衛(wèi)星容易受到太陽風(fēng)的影響，

• 或者衛(wèi)星經(jīng)常性的會受到水星大氣的摩擦，

水星的衛(wèi)星最終會撞向水星表面。

另一方面，如果水星和衛(wèi)星距離過遠(yuǎn)，它很有可能會被推離水星軌道：

• 衛(wèi)星公轉(zhuǎn)速度得太快，

• 水星自轉(zhuǎn)太快，無法與太陽實現(xiàn)同步，

• 太陽風(fēng)會增加衛(wèi)星公轉(zhuǎn)的速度，

• 其他行星的擾動作用會把一個繃的很緊的衛(wèi)星從其軌道中彈射出去，

• 或者來自太陽的熱量會給一個足夠小的衛(wèi)星提供了額外的軌道動能。

現(xiàn)在，說了這么多，在太陽系中還有其他的行星和衛(wèi)星呢！雖然三體系統(tǒng)很難達(dá)到真正的穩(wěn)定狀態(tài)，除非處于各種完美的配置中，但可以在適當(dāng)?shù)那闆r下，在數(shù)十億年的時間尺度上實現(xiàn)穩(wěn)定。下面幾個條件就必須滿足：

• 太陽系中的主質(zhì)量行星/小行星離太陽足夠遠(yuǎn)，所以太陽風(fēng)、陽光通量和太陽的潮汐力都很小。

• 行星/小行星衛(wèi)星的衛(wèi)星與主體的距離不是特別遠(yuǎn)，因此受到的引力束縛就不會太過于松散，也就不太可能被其他引力或機械相互作用從系統(tǒng)中踢出去。

• 行星/小行星衛(wèi)星的衛(wèi)星離主體也不能太近，這樣潮汐、摩擦或其他影響就不會使它被吸入并與母體融合。

考慮到以上的條件，那我們太陽系衛(wèi)星的衛(wèi)星在哪里呢？

最接近的情況是，太陽系中有特洛伊小行星和它們自己的衛(wèi)星，但由于這些都不是木星的“衛(wèi)星”，這并不完全符合我們的要求。

簡而言之，我們不太可能看到這樣的情況，但還是有希望的。氣態(tài)巨行星非常穩(wěn)定，而且離太陽非常遠(yuǎn)。它們有很多衛(wèi)星，其中許多衛(wèi)星已經(jīng)被潮汐鎖定在母星上。最大的衛(wèi)星是我們安置衛(wèi)星的最佳選擇。最好的候選人應(yīng)該是：

• 質(zhì)量盡可能足夠大，

• 離母體相對較遠(yuǎn)，以減少被吸入的危險，

• 離母星又不是很近，如果太近又有可能會因為其他天體的引力擾動被彈射出去，

• 這顆衛(wèi)星周圍沒有大的衛(wèi)星，也沒有可以繞論軌道天體的粒子“光環(huán)”。

綜上所述，在我們的太陽系中，有可能擁有穩(wěn)定衛(wèi)星的最佳候選衛(wèi)星是什么？

• 木衛(wèi)四：木衛(wèi)四在木星所有大衛(wèi)星的最外層，平均軌道半徑188.3萬公里，半徑達(dá)2410公里。以16.7天的周期繞木星軌道運行一周，并且具有相當(dāng)大的逃逸速度2.44公里/秒。

• 木衛(wèi)三：木衛(wèi)三是太陽系中最大的衛(wèi)星，半徑2634公里，木衛(wèi)三距木星107萬公里，但它于木衛(wèi)二的距離很近。它擁有太陽系衛(wèi)星中最高的逃逸速度2.74千米/秒，但是衛(wèi)星密集的木星系統(tǒng)使得任何木星的衛(wèi)星擁有自己衛(wèi)星的可能性都很小。

• 土衛(wèi)八：它的體積不大，半徑為734公里，但土衛(wèi)八離土星很遠(yuǎn)，平均軌道距離為356.1萬公里。它遠(yuǎn)在土星環(huán)之外，與其他主要衛(wèi)星也相隔甚遠(yuǎn)。它的缺點是質(zhì)量和體積很?。褐恍枰悦棵?73米的速度就可以逃離土衛(wèi)八，但也有可能存在很小的衛(wèi)星繞其運行。

• 天王星的衛(wèi)星天衛(wèi)三：它的半徑為788公里，是天王星最大的衛(wèi)星，距離天王星約436000公里，軌道周期需要8.7天。

• 天王星的衛(wèi)星天衛(wèi)四：天王星的第二大衛(wèi)星，半徑761公里，是距離天王星最遠(yuǎn)的大衛(wèi)星，軌道半徑584,000公里，繞天王星公轉(zhuǎn)需要13.5天。然而，天衛(wèi)四和天衛(wèi)三之間的距離很近，這使得天王星周圍沒有可能存在“衛(wèi)星的衛(wèi)星”。

海王星的衛(wèi)星海衛(wèi)一：這個被捕獲的柯伊伯帶天體半徑足有1355公里，距離海王星非常遙遠(yuǎn)，軌道半徑有355000公里，一個物體需要以超過1.4千米/秒的速度運動才能脫離海衛(wèi)一的引力。所以海衛(wèi)一是太陽系中最有可能存在自己衛(wèi)星的衛(wèi)星。

外太陽系中確實存在很多巨大的氣體系統(tǒng)，但是在這些系統(tǒng)中又存在很多的引力攝動，會造成軌道的不穩(wěn)定，所以想要獲得一個“月之月”的條件極端困難。

但如果猜測的話，我們認(rèn)為土衛(wèi)八和天衛(wèi)四是太陽系中最有可能擁有“月之月”的衛(wèi)星，因為它們是離母星最遠(yuǎn)的大衛(wèi)星，而且在某種程度上與其他大質(zhì)量物體相隔甚遠(yuǎn)，從這些星球表面逃逸的速度仍然相當(dāng)可觀，可以擁有一些小型衛(wèi)星。

盡管如此，據(jù)我們所知，我們?nèi)匀徊磺宄谔栂抵惺欠翊嬖凇霸轮隆钡南到y(tǒng)，也許以上的推理是完全錯誤的，而我們最好的選擇實際上是在柯伊伯帶或奧爾特云這些最遙遠(yuǎn)的地方，在那里有比在太陽系中更多的機會。

據(jù)我們所知，這樣的系統(tǒng)很有可能存在，但這樣的情況需要非常特殊的條件，也需要相當(dāng)多的機緣巧合。據(jù)我們的觀察，這種情況并沒有在我們的太陽系中發(fā)生。但在整個宇宙充滿著無限的可能。

如果人類下一次去木星或其他氣態(tài)巨行星的深空任務(wù)發(fā)現(xiàn)了這種天體系統(tǒng)，我們也不會感到驚訝，因為這是在合理的理論范圍內(nèi)發(fā)生的事。

也許月亮的月亮是真實存在的，只是需要在正確的地方尋找它們！