太陽系九大行星中，除了水星和金星沒有衛星外，其餘七大行星都有衛星（見比較行星學）。
基本介紹
- 中文名：衛星地質
- 屬於：太陽系九大行星
- 屬性：地質
- 對象：衛星
正文,
正文
太陽系九大行星中,除了水星和金星沒有衛星外,其餘七大行星都有衛星（見比較行星學）。此外，還發現幾個小行星也有衛星。衛星地質主要研究太陽系衛星的構造、組成和地質演化問題。目前人們除了對月球有實地考察及取樣分析外，還利用宇宙飛船對火星衛星、部分木星衛星和土星衛星進行過近距離攝像觀測。
月球 地球的衛星（見月球地質）。
火星的衛星 火星有火衛一和火衛二兩顆衛星，體積都很小,形狀不規則。表面布滿大大小小的撞擊坑(圖1)，表明這兩顆衛星很古老。這兩顆衛星表面不平坦，地形的相對高差可達1000米，表面還有溝和鏈式小撞擊坑。火衛一上的平行溝寬達50～100米,鏈式撞擊坑的分布與軌道面平行，其中有些坑可能是次生的。火衛一的密度為1.9克/厘米3，比火星密度小。反照率低(0.06)，表明其表面覆蓋玄武岩或碳質球粒隕石之類物質。兩個衛星表面還有類似月球表面的浮土，可能是隕石撞擊形成的。兩個衛星的自轉周期都與繞火星運行周期相同，它們的形狀長軸總指向火星，一般認為這是潮汐效應的結果。形狀不規則的火衛一和火衛二是較大天體碰撞產生的碎塊，也有人認為這兩個衛星是被火星俘獲的小行星。
木星的衛星 木星有眾多、大小不一、地質演化程度不同的衛星。“先驅者”10號和11號,尤其“旅行者”1號和2號空間探測器的近距離觀測有許多重要發現。
木衛三 木衛三比水星還大,但質量比水星小些,平均密度為1.95克/厘米3,大約由各50%的水冰和岩石物質組成,沒有大氣。它的表面有較暗的古老撞擊地形,帶有許多斷層的溝槽地形（由冰殼構造運動歷史造成）和年輕的、帶放射紋的撞擊坑；另一面有直徑約3200公里的暗色撞擊圓形特徵，它是最大的古老撞擊坑，還有亮的脊和溝地形，它們比大多數重撞擊暗區年輕。由於冰殼的冰川式蠕動結果,木衛三缺少地形起伏。圖2表示木衛三的南北向寬條溝槽地形。較大亮條(溝槽)將撞擊地形分割為幾百到約1000公里大小的孤立多邊形。在高解析度照片上，木衛三的溝槽地形有許多格線狀特徵，表明它早期有殼活動和流動，有點類似於地球板塊構造。木衛三上有許多彎曲深溝和脊（圖3）,這是許多古老撞擊盆地的獨特特徵。圖3中還可見到許多環形山撞擊坑，有些還有中央峰。大的撞擊坑直徑達150公里。有些坑還有亮射線系,類似於月球環形山。 木衛四 比木衛三小些。密度（1.81克/厘米3）也較小，表明其總組成中含大量H2O。它的表面較暗,是多塵的冰表面，在4個伽利略衛星中,木衛四的表面受撞擊最嚴重，也是最古老的，大約40億年前隕石撞擊時期結束。它的表面有個特別的同心環結構，此結構是個大撞擊盆地，很象月球的雨海和水星的卡路里盆地，外環約2600公里大小。亮圓斑約 600公里大小。木衛四缺少高的脊、環形山脈和大的中央凹陷，表明撞擊作用產生激波、熔融和流體的流動。流體及時再凍結而保持同心激波環。圖4是此同心環的局部高解析度照片。右邊擾動小的區域密布大撞擊坑，它們是木衛四大部分表面的典型撞擊坑。坑數向環結構中心（圖左邊）減少。這是形成環結構的大碰撞破壞了更老的撞擊坑的緣故。
木衛一 木衛一的地貌要比木衛三、木衛四年輕。木衛一上有8個活火山，有的正在噴發,噴發物高達70～300公里。有的拋射速度超過1公里/秒，比地球上的維蘇威等火山還猛烈。火山噴出的硫和二氧化硫結霜，沉到木衛一表面，使它呈現橘黃色。木衛一上有斷層，有火山區，有複雜的懸崖和孤立的高地（地質學家解釋為懸崖侵蝕後留下的“島嶼”）。二氧化硫（表面下的液體）被認為是產生這些特徵的決定因素。木衛一繞木星轉動軌道附近的車胎狀電離硫和氧原子環的形成與木衛一火山噴出的大量二氧化硫有關。
木衛二 表面是冰殼，它覆蓋在水或豐融冰層（厚約100公里）上面,內部是矽酸鹽。殼上有大尺度斷裂和脊系的複雜條紋。但撞擊坑很少。這表明它的殼很年輕，或許是由於放射物衰變和潮汐加熱的結果。木衛二表面的構造過程造成上述地貌，但沒有象木衛三那樣的板塊移動，而是各板塊大致在原位置上。木衛二表面斷裂有的超過1000公里長，大斷裂寬二、三公里(超過殼厚度)。大概沿裂縫的新鮮冰或雪及冷的冰川式流動抹去了撞擊特徵。
土星的衛星 土星也有眾多衛星。
土衛六有濃厚的奇特霧霾大氣（約有 400公里厚），在兩極區可能形成液氮湖泊。表面溫度大約100K，略高於液氮沸點。沒有測出土衛六有磁場，因而沒有大的導電核。然而，它供給土星磁層少量帶電粒子。 土衛一至土衛五大概主要由 H2O冰組成，除了土衛二，其餘4顆衛星都有嚴重受撞擊表面,土衛一上的一個大撞擊坑，直徑達土衛一直徑的1/4，有邊緣隆起和中央峰（圖5）。土衛一表面布滿 45億年前的早期小撞擊坑，還有一個東北-西南走向的長而窄（約 5公里寬）的深溝。長期的隕石撞擊使它的冰殼表面碎裂為冰粉。土衛二似乎缺少撞擊坑或其他起伏地勢，或許內部過程抹去了這些結構。土衛三朝土星一面是嚴重受撞擊的,還有一個長800公里、寬70公里的長谷。土衛四兩半球截然不同。背（土星）面有亮的放射狀特徵，可能是撞擊拋出碎塊的射線，一些亮區可能是地形脊和谷。另一面有許多撞擊坑,最大的直徑不到100公里，有發育的中央峰。北極附近有曲折谷。可能是冰殼斷裂。土衛五表面撞擊坑繁多,最大的直徑約300公里，它的古老表面很象月球和水星。某些古老撞擊坑被後來撞擊削蝕。有些坑緣陡、有些緩，有的坑緣很亮，可能是陡坡暴露的新鮮冰或破裂區漏出揮發物沉積的新鮮冰。土衛七和土衛八可能也是水冰組成的，土衛八總以暗的半球朝向土星，反射光只有亮的另半球的1/10左右。
衛星的演化 除了月球地質已有系統的研究外，衛星地質研究還處於初級階段，就地質演化角度來說，衛星與行星之間並沒有嚴格界限，事實上它們有許多相似之處；另一方面，衛星又各具特色，從大小、組成和演化程度上有所不同。綜合大量資料和理論分析，無疑會把太陽系天體的形成演化研究推向一個新階段。
衛星的形成（或起源），現今一般認為是由太陽星雲的固態凝聚物質集聚形成的。先集聚成小物體(星子)，星子進一步集聚成衛星，這可以自然地說明衛星上的撞擊構造。內行星（地球、火星等）及其衛星主要由矽酸鹽一類成岩物質集聚形成；而外行星（木星、土星、天王星、海王星、冥王星）區溫度低，更多的各種冰物質（水氨、甲烷等）與成岩物質一起凝聚為固體，共同集聚形成外行星的衛星。所以這些衛星顯示冰球特徵。
劉易斯(J.S.Lewis)等討論了不同凝聚(平衡的和非平衡的)及吸積（分異的和綜合的）的4種衛星的結構和熱歷史模型：①平衡凝聚和綜合吸積；②平衡凝聚和分異吸積；③非平衡凝聚和綜合吸積；④非平衡凝聚和分異吸積。不同模型導致衛星的結構和演化史不同。在溫度高於160K的情況下，前兩種模型都形成CI型碳質球粒隕石物質的衛星，兩個火星衛星和木衛一可能屬於這類衛星，它們有內部放射熱源。一般說，第一種模型是最可能的，這種方式形成的衛星可分兩類。第一類是半徑小於1000公里的衛星（如天衛一、天衛二、天衛三、天衛四，土衛三、土衛四、土衛八、土衛九），由矽酸鹽和水冰組成，不會熔融和顯著分異。但若含NH3、H2O,且半徑大於 500公里，中心部分可熔融並有些分異。半徑700公里以上的衛星,可發生顯著分異,形成50～200公里的矽酸鹽核。300～400公里的水和氨冰溶漿幔及 300～400公里的未熔冰殼，大約形成後 10億年時熔融最大。第二類是半徑大於1000公里的大衛星（木衛一、木衛二、木衛三、木衛四、土衛六、海衛一等），中心溫度較高，產生較大熔融。若衛星半徑很大，矽酸鹽物質的重力下沉成為重要熱源，如含量多，可先導致表層熔融，以致全部熔融和嚴重分異。（見彩圖） 參考書目
J.A.Burns ed.,Planetry Satellites,the Univ.of Arizona Press,Tucson,1977.
J.K.Beatty, et al.,The New Solar System,Cambridge Univ.Press,Cambridge,1981.
月球 地球的衛星（見月球地質）。
火星的衛星 火星有火衛一和火衛二兩顆衛星，體積都很小,形狀不規則。表面布滿大大小小的撞擊坑(圖1)，表明這兩顆衛星很古老。這兩顆衛星表面不平坦，地形的相對高差可達1000米，表面還有溝和鏈式小撞擊坑。火衛一上的平行溝寬達50～100米,鏈式撞擊坑的分布與軌道面平行，其中有些坑可能是次生的。火衛一的密度為1.9克/厘米3，比火星密度小。反照率低(0.06)，表明其表面覆蓋玄武岩或碳質球粒隕石之類物質。兩個衛星表面還有類似月球表面的浮土，可能是隕石撞擊形成的。兩個衛星的自轉周期都與繞火星運行周期相同，它們的形狀長軸總指向火星，一般認為這是潮汐效應的結果。形狀不規則的火衛一和火衛二是較大天體碰撞產生的碎塊，也有人認為這兩個衛星是被火星俘獲的小行星。
木星的衛星 木星有眾多、大小不一、地質演化程度不同的衛星。“先驅者”10號和11號,尤其“旅行者”1號和2號空間探測器的近距離觀測有許多重要發現。
木衛三 木衛三比水星還大,但質量比水星小些,平均密度為1.95克/厘米3,大約由各50%的水冰和岩石物質組成,沒有大氣。它的表面有較暗的古老撞擊地形,帶有許多斷層的溝槽地形（由冰殼構造運動歷史造成）和年輕的、帶放射紋的撞擊坑；另一面有直徑約3200公里的暗色撞擊圓形特徵，它是最大的古老撞擊坑，還有亮的脊和溝地形，它們比大多數重撞擊暗區年輕。由於冰殼的冰川式蠕動結果,木衛三缺少地形起伏。圖2表示木衛三的南北向寬條溝槽地形。較大亮條(溝槽)將撞擊地形分割為幾百到約1000公里大小的孤立多邊形。在高解析度照片上，木衛三的溝槽地形有許多格線狀特徵，表明它早期有殼活動和流動，有點類似於地球板塊構造。木衛三上有許多彎曲深溝和脊（圖3）,這是許多古老撞擊盆地的獨特特徵。圖3中還可見到許多環形山撞擊坑，有些還有中央峰。大的撞擊坑直徑達150公里。有些坑還有亮射線系,類似於月球環形山。 木衛四 比木衛三小些。密度（1.81克/厘米3）也較小，表明其總組成中含大量H2O。它的表面較暗,是多塵的冰表面，在4個伽利略衛星中,木衛四的表面受撞擊最嚴重，也是最古老的，大約40億年前隕石撞擊時期結束。它的表面有個特別的同心環結構，此結構是個大撞擊盆地，很象月球的雨海和水星的卡路里盆地，外環約2600公里大小。亮圓斑約 600公里大小。木衛四缺少高的脊、環形山脈和大的中央凹陷，表明撞擊作用產生激波、熔融和流體的流動。流體及時再凍結而保持同心激波環。圖4是此同心環的局部高解析度照片。右邊擾動小的區域密布大撞擊坑，它們是木衛四大部分表面的典型撞擊坑。坑數向環結構中心（圖左邊）減少。這是形成環結構的大碰撞破壞了更老的撞擊坑的緣故。
木衛一 木衛一的地貌要比木衛三、木衛四年輕。木衛一上有8個活火山，有的正在噴發,噴發物高達70～300公里。有的拋射速度超過1公里/秒，比地球上的維蘇威等火山還猛烈。火山噴出的硫和二氧化硫結霜，沉到木衛一表面，使它呈現橘黃色。木衛一上有斷層，有火山區，有複雜的懸崖和孤立的高地（地質學家解釋為懸崖侵蝕後留下的“島嶼”）。二氧化硫（表面下的液體）被認為是產生這些特徵的決定因素。木衛一繞木星轉動軌道附近的車胎狀電離硫和氧原子環的形成與木衛一火山噴出的大量二氧化硫有關。
木衛二 表面是冰殼，它覆蓋在水或豐融冰層（厚約100公里）上面,內部是矽酸鹽。殼上有大尺度斷裂和脊系的複雜條紋。但撞擊坑很少。這表明它的殼很年輕，或許是由於放射物衰變和潮汐加熱的結果。木衛二表面的構造過程造成上述地貌，但沒有象木衛三那樣的板塊移動，而是各板塊大致在原位置上。木衛二表面斷裂有的超過1000公里長，大斷裂寬二、三公里(超過殼厚度)。大概沿裂縫的新鮮冰或雪及冷的冰川式流動抹去了撞擊特徵。
土星的衛星 土星也有眾多衛星。
土衛六有濃厚的奇特霧霾大氣（約有 400公里厚），在兩極區可能形成液氮湖泊。表面溫度大約100K，略高於液氮沸點。沒有測出土衛六有磁場，因而沒有大的導電核。然而，它供給土星磁層少量帶電粒子。 土衛一至土衛五大概主要由 H2O冰組成，除了土衛二，其餘4顆衛星都有嚴重受撞擊表面,土衛一上的一個大撞擊坑，直徑達土衛一直徑的1/4，有邊緣隆起和中央峰（圖5）。土衛一表面布滿 45億年前的早期小撞擊坑，還有一個東北-西南走向的長而窄（約 5公里寬）的深溝。長期的隕石撞擊使它的冰殼表面碎裂為冰粉。土衛二似乎缺少撞擊坑或其他起伏地勢，或許內部過程抹去了這些結構。土衛三朝土星一面是嚴重受撞擊的,還有一個長800公里、寬70公里的長谷。土衛四兩半球截然不同。背（土星）面有亮的放射狀特徵，可能是撞擊拋出碎塊的射線，一些亮區可能是地形脊和谷。另一面有許多撞擊坑,最大的直徑不到100公里，有發育的中央峰。北極附近有曲折谷。可能是冰殼斷裂。土衛五表面撞擊坑繁多,最大的直徑約300公里，它的古老表面很象月球和水星。某些古老撞擊坑被後來撞擊削蝕。有些坑緣陡、有些緩，有的坑緣很亮，可能是陡坡暴露的新鮮冰或破裂區漏出揮發物沉積的新鮮冰。土衛七和土衛八可能也是水冰組成的，土衛八總以暗的半球朝向土星，反射光只有亮的另半球的1/10左右。
衛星的演化 除了月球地質已有系統的研究外，衛星地質研究還處於初級階段，就地質演化角度來說，衛星與行星之間並沒有嚴格界限，事實上它們有許多相似之處；另一方面，衛星又各具特色，從大小、組成和演化程度上有所不同。綜合大量資料和理論分析，無疑會把太陽系天體的形成演化研究推向一個新階段。
衛星的形成（或起源），現今一般認為是由太陽星雲的固態凝聚物質集聚形成的。先集聚成小物體(星子)，星子進一步集聚成衛星，這可以自然地說明衛星上的撞擊構造。內行星（地球、火星等）及其衛星主要由矽酸鹽一類成岩物質集聚形成；而外行星（木星、土星、天王星、海王星、冥王星）區溫度低，更多的各種冰物質（水氨、甲烷等）與成岩物質一起凝聚為固體，共同集聚形成外行星的衛星。所以這些衛星顯示冰球特徵。
劉易斯(J.S.Lewis)等討論了不同凝聚(平衡的和非平衡的)及吸積（分異的和綜合的）的4種衛星的結構和熱歷史模型：①平衡凝聚和綜合吸積；②平衡凝聚和分異吸積；③非平衡凝聚和綜合吸積；④非平衡凝聚和分異吸積。不同模型導致衛星的結構和演化史不同。在溫度高於160K的情況下，前兩種模型都形成CI型碳質球粒隕石物質的衛星，兩個火星衛星和木衛一可能屬於這類衛星，它們有內部放射熱源。一般說，第一種模型是最可能的，這種方式形成的衛星可分兩類。第一類是半徑小於1000公里的衛星（如天衛一、天衛二、天衛三、天衛四，土衛三、土衛四、土衛八、土衛九），由矽酸鹽和水冰組成，不會熔融和顯著分異。但若含NH3、H2O,且半徑大於 500公里，中心部分可熔融並有些分異。半徑700公里以上的衛星,可發生顯著分異,形成50～200公里的矽酸鹽核。300～400公里的水和氨冰溶漿幔及 300～400公里的未熔冰殼，大約形成後 10億年時熔融最大。第二類是半徑大於1000公里的大衛星（木衛一、木衛二、木衛三、木衛四、土衛六、海衛一等），中心溫度較高，產生較大熔融。若衛星半徑很大，矽酸鹽物質的重力下沉成為重要熱源，如含量多，可先導致表層熔融，以致全部熔融和嚴重分異。（見彩圖） 參考書目
J.A.Burns ed.,Planetry Satellites,the Univ.of Arizona Press,Tucson,1977.
J.K.Beatty, et al.,The New Solar System,Cambridge Univ.Press,Cambridge,1981.
