为什么地球只有一颗天然卫星 而太阳系其它行星却有那么多颗？

火星的两颗卫星，它们比月球小得多，没有形成球体，图源：Shutterstock

如果我们把眼光放到太阳系外部的气态巨行星上的话，那么它们的天然卫星会变得相当多，其中木星已知的有95颗天然卫星，土星有146颗，天王星和海王星分别是28颗和16颗。

（注：这个卫星数量的数据来自NASA，行星的天然卫星数量一直在变，国内很多媒体作者采用的数据基本都是过时的。）

那么有趣的问题是，为什么太阳系有一些行星一颗天然卫星都没有，而有一些行星却拥有如此之多的天然卫星呢？

其实目前关于某些行星为何拥有天然卫星，主要有两种理论：它要么是被行星希尔球内的引力捕获的，要么是与太阳系一起形成的。

首先，众所周知，物体对附近的其他物体产生引力，且物体越大引力越大。

太阳是太阳系中质量最大的天体，占到整个太阳系总质量的99.86%，太阳系受太阳巨大引力的控制，所有行星都在太阳轨道上运行。

一个天体如果想要绕行星运行而不是太阳的话，那么它必须离行星足够近，让行星的引力在抵消太阳引力之后处于主导地位，这样它才能让卫星绕自己旋转。

图：在p点地球和月球的引力相互抵消

行星让卫星保持在其轨道上的最大距离就称为希尔球或者希尔半径（不要和洛希球搞混），这个数值由较大物体和较小物体的质量，以及瞬时距离决定。

在太阳系中，希尔半径最大的行星是海王星，达到1.16亿公里，相当于 0.775 个天文单位，因为它距离太阳非常远的同时自身质量还非常大。

而木星虽然是太阳系最大的行星，其质量是其它所有行星总和的2.5倍，但是它距离太阳较近，所以它的希尔半径只有5300万公里。

值得一提的是，一颗天体经过行星的希尔半径之内，也不意味着它会被捕获，这里的关键就是速度和角度。

它必须有合适的速度和角度才行，不然它会逃逸或者撞击而不是被捕获。

由于太阳系是相当空旷的，行星要碰到一颗速度、角度都合适的天然卫星可不容易。

其次，太阳系的行星最初是由一大团围绕太阳旋转的气体形成的，这些气体在引力下相互作用，彼此聚合，就像最初形成太阳一样形成更大的天体。

在太阳系内部的四颗行星（水星、金星、地球、火星），因为太靠近太阳了，更高的温度让它们无法凝集更多气体，只能保留铁、硅等熔点较高的元素，所以它们是岩石行星。

有一点需要提一下：靠近恒星的是岩石行星，而远离恒星的是气态巨行星，所有的恒星系统都是如此。

当气态巨行星凝聚的时候，它其实也和恒星形成之后形成绕它旋转的行星一样，物质会绕着行星旋转，随着时间推移有一些会变成它们的卫星。

太阳系是宇宙中比较罕见的单星系统——也就是整个系统中只有一颗恒星，这种系统中因为其它天体的质量相较于恒星差距实在太大了，所以跟随系统一起形成的天然卫星很少。

在太阳系中，目前只有木星和土星的内卫星被认为是在太阳系形成时“自带的”，判断依据则是那几颗卫星都非常古老。

太阳系中其余的天然卫星，包括木星和土星的外卫星，可能都是被其行星引力捕获的。

因为太阳系内部的岩石行星质量都非常有限，而且距离太阳非常近，所以它们的希尔半径很小，更难捕获到天然卫星，这就是为什么这些岩石行星基本没有天然卫星的缘故。

你可能会问，凭什么水星和金星一颗天然卫星都没有，地球有一颗，而火星比地球更小，却有两颗天然卫星？

图：这张图片可以很好的体现火星和木星间的小行星带

火星的两颗天然卫星确实被认为是它自己捕获的，而不是自带的，之所以它能够自己捕获到天然卫星，主要是因为它距离小行星带很近，有更丰富“自然资源”，但即便如此，它也就捕获到两颗。

地球的月亮有完全不同的故事，它太大、太近了，无论是捕获、还是自带，以地球的质量都很难得到这样一颗巨大的天然卫星。

月球起源，图源：NASA/JPL-Calte

月球的形成被认为是在过去有一颗火星大小的天体——被称为忒伊亚，它撞击了地球，最终形成了现在的月球。

地球并没有捕获到足够大的能称为卫星的天体，与地球大小差不多的金星，它距离太阳更近，自然捕获到天然卫星的可能性就更低了。

而水星就更难了，连人类发射的航天器都很难变成它的卫星，因为它距离太阳又近，自身的质量又小。