衛星是指：在圍繞一顆行星軌道並按閉合軌道做周期性運行的天然天體。

當我們說到太陽系的時候，通常會想到圍繞中心恆星運行的行星或其他小型天體，圍繞岩石行星或冰冷的巨型氣態行星運行的眾多衛星。那麼在太陽系中還有沒有更低一層的天體系統？也就是說，在太陽系中能否擁有圍繞衛星運行的小型天體（衛星的衛星或月之月系統）？如果有，它們在哪裡？如果沒有，這是為什麼？

我們首先想一個簡單的問題，如果在宇宙空間中有一個質量物體，會發生什麼？

這個問題很簡單，一個有質量的物體在它的周圍會形成引力場，並使周圍的空間彎曲，也使其附近的一切物體都能感受到它的吸引力。如果這個質量物體的引力是唯一起作用的因素，那麼我們就可以把任何物體放在一個圍繞其運行的、穩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：

• 這個質量物體可能存在大氣層，或者在它周圍有一個瀰漫的粒子「光環」，

• 這個質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，也許自轉的速度還很快。

• 這個質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，一個沒有大氣的岩石星球，其軌道上的衛星只需要避開它的表面，不與其相撞，就可以永遠圍繞它運行。

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的地方，那麼近軌道上的天體就會與大氣中的原子和粒子撞擊，長此以往就會導致軌道速度降低。

例如我們地球的大氣層，雖然我們通常認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。

因此在太陽係數十億年的時間尺度上，無論天體軌道上的物體質量是多少，它們都必須與之保持一定的距離，這樣才能「安全」的持續運行。

第二個因素：任何天體都會自轉。這既適用於中心大質量天體，也適用於圍繞它運行的小質量天體。經過漫長的歲月，兩個質量天體會被潮汐鎖定在一起（兩個質量天體總是有相同的一面互相指向對方），但有一個「穩定」的質點，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，圍繞共同的質心旋轉，產生了一個扭矩。換句話說，大多數衛星並不是在理想狀態下啟動的，它需要經過漫長的歲月才能與中心質量達到一個穩定的旋轉系統。

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。

太陽系中的天體並不是孤立存在的，這是一個很大的問題。這個天體可能還在圍繞其他大行星、或者恆星運行。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定的單一質量運行困難的多。例如。讓一個物體圍繞一個行星的衛星，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部、沒有衛星的行星：水星的角度來思考一下。

水星繞太陽公轉的速度相對較快，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：

• 來自太陽的「恆星風」（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並被拋到太空中，形成一種稀薄但不可忽視的大氣。

• 最後，就是最終的潮汐鎖定：不僅小質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，對於水星的任何衛星來說，都有兩個限制位置。

如果水星的衛星離水星太近：

• 衛星的公轉速度慢，

• 水星的自轉速度慢，無法實現與太陽的潮汐鎖定，

• 衛星容易受到太陽風的影響，

• 或者衛星經常性的會受到水星大氣的摩擦，

水星的衛星最終會撞向水星表面。

另一方面，如果水星和衛星距離過遠，它很有可能會被推離水星軌道：

• 衛星公轉速度得太快，

• 水星自轉太快，無法與太陽實現同步，

• 太陽風會增加衛星公轉的速度，

• 其他行星的擾動作用會把一個繃的很緊的衛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星提供了額外的軌道動能。

現在，說了這麼多，在太陽系中還有其他的行星和衛星呢！雖然三體系統很難達到真正的穩定狀態，除非處於各種完美的配置中，但可以在適當的情況下，在數十億年的時間尺度上實現穩定。下面幾個條件就必須滿足：

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

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

• 行星/小行星衛星的衛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並與母體融合。

考慮到以上的條件，那我們太陽系衛星的衛星在哪裡呢？

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星，但由於這些都不是木星的「衛星」，這並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。氣態巨行星非常穩定，而且離太陽非常遠。它們有很多衛星，其中許多衛星已經被潮汐鎖定在母星上。最大的衛星是我們安置衛星的最佳選擇。最好的候選人應該是：

• 質量儘可能足夠大，

• 離母體相對較遠，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，

• 這顆衛星周圍沒有大的衛星，也沒有可以繞論軌道天體的粒子「光環」。

綜上所述，在我們的太陽系中，有可能擁有穩定衛星的最佳候選衛星是什麼？

• 木衛四：木衛四在木星所有大衛星的最外層，平均軌道半徑188.3萬公里，半徑達2410公里。以16.7天的周期繞木星軌道運行一周，並且具有相當大的逃逸速度2.44公里/秒。

• 木衛三：木衛三是太陽系中最大的衛星，半徑2634公里，木衛三距木星107萬公里，但它於木衛二的距離很近。它擁有太陽系衛星中最高的逃逸速度2.74千米/秒，但是衛星密集的木星系統使得任何木星的衛星擁有自己衛星的可能性都很小。

• 土衛八：它的體積不大，半徑為734公里，但土衛八離土星很遠，平均軌道距離為356.1萬公里。它遠在土星環之外，與其他主要衛星也相隔甚遠。它的缺點是質量和體積很小：只需要以每秒573米的速度就可以逃離土衛八，但也有可能存在很小的衛星繞其運行。

• 天王星的衛星天衛三：它的半徑為788公里，是天王星最大的衛星，距離天王星約436000公里，軌道周期需要8.7天。

• 天王星的衛星天衛四：天王星的第二大衛星，半徑761公里，是距離天王星最遠的大衛星，軌道半徑584,000公里，繞天王星公轉需要13.5天。然而，天衛四和天衛三之間的距離很近，這使得天王星周圍沒有可能存在「衛星的衛星」。

海王星的衛星海衛一：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，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一的引力。所以海衛一是太陽系中最有可能存在自己衛星的衛星。

外太陽系中確實存在很多巨大的氣體系統，但是在這些系統中又存在很多的引力攝動，會造成軌道的不穩定，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，我們認為土衛八和天衛四是太陽系中最有可能擁有「月之月」的衛星，因為它們是離母星最遠的大衛星，而且在某種程度上與其他大質量物體相隔甚遠，從這些星球表面逃逸的速度仍然相當可觀，可以擁有一些小型衛星。

儘管如此，據我們所知，我們仍然不清楚在太陽系中是否存在「月之月」的系統，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雲這些最遙遠的地方，在那裡有比在太陽系中更多的機會。

據我們所知，這樣的系統很有可能存在，但這樣的情況需要非常特殊的條件，也需要相當多的機緣巧合。據我們的觀察，這種情況並沒有在我們的太陽系中發生。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巨行星的深空任務發現了這種天體系統，我們也不會感到驚訝，因為這是在合理的理論範圍內發生的事。

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！