海衛一

1846年10月10日，在海王星發現僅17天後，英國天文學家威廉·拉塞爾（William Lassell）發現了海衛一。當約翰·赫歇爾（John Herschel）收到海王星發現的消息時，他寫信給拉塞爾，建議他尋找可能的衛星。拉塞爾在收信的8天後就發現海衛一。拉塞爾在一段時間內還聲稱發現了海王星環。儘管後來證實海王星的確有環，但海王星環非常黑暗，以至於拉塞爾根本無法觀測到。拉塞爾本職是一名釀酒商，他用自己建造的約61厘米（24英寸）孔徑的金屬鏡反射望遠鏡（也稱為“兩英尺”反射鏡）發現了海衛一。該望遠鏡後來於1880年代捐贈給格林威治皇家天文台，但最終被拆除。海衛一以希臘海神崔頓（Triton，波塞冬的兒子）的名字命名。希臘海神波塞冬（Poseidon）與羅馬海神尼普頓（Neptune，海王星名稱來源）相對應。這個名字最初是由卡米爾·弗拉馬里昂（Camille Flammarion）在其1880年出版的《大眾天文學》（Astronomie Populaire）中提出的，幾十年後才正式被採用。直到1949年發現海王星的第二顆衛星——海衛二（Nereid）之前，該衛星通常被稱為“海王星衛星”。拉塞爾從沒有直接給自己發現的多顆衛星命名。後來他發現土衛七時，選擇了約翰·赫歇爾先前提出的名字Hyperion。發現天衛一、天衛二時，也選用了威廉·莎士比亞等作家作品中精靈（Ariel、Umbriel）的名字。

海衛一在太陽系的所有大型衛星中都是特立獨行的，因為它繞著海王星的逆行（即繞行星自轉的方向旋轉）。木星和土星的大部分外層不規則衛星，包括天王星的一些外層衛星，也具有逆行軌道。然而，這些衛星都離它們的行星相距甚遠，並且相對很小，其中最大的土衛九（Phoebe）僅有海衛一直徑的8％（質量的0.03％）。

海衛一的軌道有兩種傾角，海王星的自轉相對於海王星的軌道傾斜30°，海衛一的軌道相對於海王星的自轉角度157°（超過90°的傾角表示逆行運動）。海衛一的軌道相對於海王星的自轉向前運動，周期約為678地球年（4.1海王星年），這使得海衛一相對海王星軌道的傾角在127°和173°之間變化。最近測量的傾角是130°，海衛一的軌道已接近與海王星軌道平面的最大偏離。海衛一的軌道（紅色）與其他衛星（綠色）及海王星自轉方向相反

海衛一圍繞海王星的公轉軌道近乎正圓形，其離心率幾乎為零。自海王星系統形成以來，僅潮汐產生的粘彈性阻尼無法使海衛一的軌道圓形化，順行的碎片盤產生的氣體阻力可能起了重要作用。潮汐減速效應還導致海衛一的軌道逐漸下落，海衛一到海王星的軌道高度已經小於地月距離。預測36億年後，海衛一將進入海王星的洛希極限。這將導致與海王星大氣層的碰撞，或者造成海衛一的破裂，形成類似於土星環的新海王星環。

海衛一的自轉被潮汐鎖定，位於圍繞海王星的同步軌道上，始終保持一個面朝向海王星。它的赤道幾乎與其軌道平面完全對準。海衛一的自轉軸與海王星的軌道平面成40度角，因此海王星一年中的某個時刻，每個極點都非常接近正對太陽，就像天王星側傾的極軸一樣。當海王星繞太陽公轉時，海衛一的極地區域交替朝向太陽，導致極地區域一個接著一個照射到陽光，從而產生季節變化。科學家在2010年觀測到了這種變化。

逆行軌道上的衛星不可能與行星一起在太陽星雲的同一區域形成，因此海衛一是從其他地方捕獲的。海衛一可能起源於柯伊伯帶柯伊伯帶是一團冰質小天體組成的環狀區域，從海王星的軌道內部延伸到距太陽約50天文單位。該帶被認為是從地球上觀測到的大多數短周期彗星的起源地，也是一些類似行星的較大天體的家園，其中包括冥王星。冥王星被認為是柯伊伯帶中最大的天體，與海王星在共振軌道上鎖定。海衛一僅比冥王星略大且成分幾乎相同，科學家認為兩者有共同的起源。

海衛一捕獲理論的提出可以解釋海王星系統的幾個特徵，包括海衛二（Nereid）極度偏心的軌道，以及與其他巨行星相比較少的衛星數。海衛一最初的偏心軌道將與不規則衛星的軌道相交，並干擾較小的規則衛星的軌道，並通過引力相互作用將它們驅散。

海衛一被捕獲後偏心的軌道還將導致其內部發生潮汐加熱，這可能會使海衛一保持流體狀態長達十億年，海衛一內部分化的證據支持了這一推論。這種內部熱量的來源在潮汐鎖定和軌道圓化之後消失了。 

科學家提出兩種海衛一捕獲機制。如果被行星引力吸引，經過的天體必須損失足夠的能量，才能減速到低於逃逸所需的速度。海衛一如何減慢速度的早期理論是與另一天體碰撞，或者是經過海王星期間碰巧遇到的一個天體（這不太可能），或者是圍繞海王星運轉的衛星或原衛星（這很有可能）。最近的一個假設表明，海衛一在被捕獲之前是一個雙天體系統的一部分。當該雙天體系統遇到海王星時，被引力相互作用解體，其中一個被拋出系統，另一個（海衛一）被海王星綁定。伴星質量越大，此事件越有可能發生。類似的機制也能用來解釋火星捕獲其衛星的過程。這一假設得到了幾條證據的支持，其中包括雙天體系統在大型柯伊伯帶天體中非常普遍。這個過程簡短而平緩，使海衛一免於碰撞破壞。像這樣的事件可能在海王星形成期間很普遍，後來向外發生行星遷移時也是如此。然而，2017年的模擬顯示，海衛一被海王星捕獲后，在其軌道偏心度下降之前，它可能至少與另外一個衛星相撞，並導致其他衛星之間的碰撞。

海衛一是太陽系中第七大衛星，也是第十六大天體，比矮行星冥王星和鬩神星略大。它占圍繞海王星公轉的所有質量的99.5％以上，包括海王星環和其他13個已知的衛星，甚至比太陽系中所有小於它的已知衛星的質量總和都大。海衛一的直徑是海王星的5.5％，相對於其行星而言，它是氣態巨行星中相對於行星而言體積最大的衛星，儘管土衛六在質量上相對於土星要更大一些。它的密度（2.061g/cm）、半徑、表面溫度、化學組成都與冥王星相似。

海衛一的表面覆蓋有一層透明的氮冰。旅行者2號僅觀察和研究了海衛一表面的40％，但海衛一表面有可能完全覆蓋在如此薄的氮冰下。像冥王星的一樣，海衛一的地殼由55％的氮冰和其他冰混合而成。水冰佔15-35％，冰凍二氧化碳（乾冰）佔10-20％。冰塊包含微量0.1％的甲烷和0.05％的一氧化碳。表面也可能存在氨冰，因為岩石圈中有二水合氨的跡象。海衛一的平均密度意味著它可能由大約30–45％的水冰（包含相對少量的揮發性冰物質）組成，其餘為岩石物質。海衛一的表面面積為2300萬平方公里，這相當於與地球表面積的4.5%或者地球大陸面積的15.5%。海衛一的反照率異常的高，反射了60–95％的陽光，自首次觀測以來，反照率變化很小。相比之下，月球僅反射11％。甲烷冰在暴露於紫外線下會轉化為托林，導致了海衛一表面的紅色。

由於海衛一的表面顯示出長期熔融的歷史，因此假設海衛一的內部模型像地球一樣被區分為固態核、幔和殼。水是太陽系中最豐富的揮發性物質，構成了海衛一的幔，包裹岩石和金屬構成的核。海衛一內部有足夠多的產生放射性衰變的岩石，使其一直維持液態的地下海洋，這與木衛二和許多其他太陽系外層冰質天體類似。科學家認為這不足以在海衛一冰質地殼中驅動對流，強烈的傾斜潮汐產生了足夠的額外熱量來完成這一過程，同時也觀測到的最近地表地質活動的跡象。海衛一表面噴射出的黑色物質被懷疑含有有機化合物，如果海衛一中存在液態水，那麼推測可能存在適合某種生命形式的環境。

海衛一的氮氣大氣層非常脆弱，靠近表面還有微量一氧化碳和少量甲烷。像冥王星的大氣一樣，海衛一的大氣被認為是表面氮冰蒸發的結果。它的表面溫度至少為35.6K（−237.6°C），因為海衛一的氮冰處於溫度更高的六角形晶態，六角形氮冰和立方體氮冰會在此溫度下發生相變。表面溫度上限40K可以通過海衛一大氣中氮氣的平衡蒸氣壓計算得出。這比冥王星的平均平衡溫度44K（-229.2°C）還要低。海衛一的表面大氣壓力僅為1.4-1.9Pa（0.014-0.019毫巴）。海衛一表面的湍流產生了一個對流層（“天氣區域”），可以上升到8千米的高度。間歇泉羽流在海衛一表面留下的條紋表明，對流層受到季風的驅動，能夠移動超過一微米大小的物體。與其他大氣層不同，海衛一的大氣層沒有平流層，而是有一個高度在8到950千米之間的熱層，在熱層上方有一個外逸層。由於能從太陽輻射和海王星磁層吸收熱量，海衛一高層大氣的溫度為95±5K，高於其表面溫度。薄霧籠罩著大部分的海衛一對流層，主要由陽光和甲烷作用產生的碳氫化合物和腈類物質組成。海衛一的大氣層中還存在冷凝氮氣構成的雲，距其表面1至3千米之間。

1997年，當海衛一邊緣在背景恆星前穿過時，科學家在地球上進行了觀測。這些觀測表明，海衛一存在比旅行者2號數據推斷的更稠密的大氣。其他觀測表明，從1989年到1998年，海衛一表面溫度上升了5％。這些觀察結果表明，海衛一南半球正處於一個異常溫暖的夏季，這種情況每隔幾百年發生一次。有關這種變暖的理論，包括海衛一表面霜凍模式的改變，還有冰的反照率的變化，會導致吸收更多的熱量。另一種理論認為，溫度變化是地質過程中暗紅色物質沉積的結果。由於海衛一光譜反照率是太陽系中最高的，因此它對光譜反照率的微小變化敏感。 

有關海衛一表面的所有詳細信息，都來源於旅行者2號在1989年飛掠時，從40000千米的距離獲得的數據。旅行者2號拍攝了海衛一40％的表面，顯示有塊狀的暴露岩層，山脊，低谷，溝壑，凹陷，高原，冰原以及少量撞擊坑。海衛一相對平坦，可以觀察到的地形變化不會超過一千米。觀察到的撞擊坑幾乎全部集中在海衛一的前導半球。對隕石坑密度和分佈的分析表明，就地質學而言，海衛一的表面非常年輕，不同區域年齡估計從5000萬年到600萬年不等。海衛一55％的表面被氮冰覆蓋，水冰佔15％至35％，二氧化碳冰占剩餘的10％至20％。表面顯示有托林沉積物，這是一種可能有關生命起源的前導有機化合物。 

海衛一地質活躍，表面年輕，撞擊坑相對較少。儘管海衛一的地殼由各種冰物質構成，但其地下過程與在地球上產生火山和裂谷的過程相似，但與水和氨形成對比的是液態岩石。海衛一的整個表面被複雜的山谷和山脊切割，這可能是地質構造和冰火山作用的結果。海衛一上的絕大多數表面特徵都是內源性的，也就是內部地質過程的結果，而不是外部過程（如撞擊）的結果。而且大多數是火山噴發或自然噴發的結果，而不是地質構造的結果。 

海衛一上發現的最大的冰火山特徵之一是利維坦火山（Leviathan Patera），一種類似於破火山口的特徵，它在海衛一赤道附近，直徑大約100千米。該破火山口周圍是一個火山穹丘，沿其最長軸延伸約2000千米，利維坦火山是繼火星的亞拔山（Albs Mons）之後太陽系中面積第二大的火山。此地質特徵還與火山口西北部看到的兩個巨大的冰熔岩湖相連。其中較小的一個冰熔岩湖就在右圖左上方。由於相信海衛一上的冰熔岩主要是含少量氨的水冰，因此這些湖泊在融化時將成為穩定的表面液態水體。這是除地球之外首次發現此類水體的地方，已知冰質天體中僅有海衛一有冰熔岩湖，儘管在天衛一（Ariel），木衛三（Ganymede），冥衛一（Charon）和土衛六（Titan）上也可以看到類似的冰熔岩現象。 

旅行者2號探測器在1989年觀察到了極少量的間歇泉狀的氮氣噴發，並且夾帶著海衛一表面之下的塵埃，這些煙塵高達8千米。因此在太陽系中，海衛一與地球、木衛一、木衛二和土衛二，是觀測到某種形式活躍噴發的為數不多的天體之一。最易於觀測的間歇泉噴發分別是Hili和Mahilani（分別以祖魯水精靈和湯加海精靈命名）。 

觀察到的所有間歇泉都位於南緯50°至57°之間，即海衛一表面被陽光直射的區域。這表明陽光加熱雖然在海衛一這種距離太陽很遠的地方非常微弱，但卻起著至關重要的作用。據認為，海衛一的表面可能由覆蓋在較暗基質上的半透明的氮冰層組成，從而產生了一種“固體溫室效應”。太陽輻射穿過薄薄的冰蓋，緩慢加熱並蒸發地下的氮冰，直到積累了足夠的氣壓使其穿透冰殼噴發。只要溫度比周圍表面溫度37K僅僅高上4K，就會產生達到上述觀測到的高度的噴發。儘管通常稱為“冰火山”，但這種氮氣羽狀噴流活動與海衛一上較大規模的低溫火山噴發以及其他天體由內部熱量驅動的火山過程不同。科學家認為，每個火星年的春季，火星上的二氧化碳間歇泉都會以與海衛一間歇泉相同的方式從南極冰帽中噴出。 

海衛一每次間歇泉的噴發可持續長達一年，在此期間，會因升華而噴發約1億立方米的氮冰。揚塵可能會被沉積在順風下150千米處的可見條紋中，更分散沉積物甚至會飄得更遠。旅行者2號拍攝海衛一南半球的影像顯示出許多類似的深色物質條紋。從1977年至1989年旅行者2號飛掠，海衛一表面從類似於冥王星的微紅色變成了較淺的色調，這表明較輕的氮霜覆蓋了較舊的微紅色物質。海衛一赤道的揮發物噴發並在兩極的沉積，可能會在10000年的過程中重新分配足夠的質量，從而引起極移。右圖為旅行者2號拍攝的海衛一南極冰帽表面的黑色條紋，被認為是氮氣間歇泉噴發留下的塵埃沉積物。

海衛一的南極地區被火山口和間歇泉口撒下的高反射率的冰凍氮氣和甲烷所構成的冰帽覆蓋。對海衛一北極知之甚少是因為它在旅行者2飛掠期間處於暗面，但科學家認為海衛一北極也存在冰蓋。海衛一東半球的高原，例如Cipango Planum，覆蓋並抹去了較舊的地貌，因此幾乎可以肯定是冰熔岩沖刷了原來地貌的結果。平原上分佈著一些坑，例如利維坦火山（Leviathan Patera），這些坑可能是熔岩噴口。熔岩的成分未知，懷疑是氨和水的混合物。[7]右圖是海衛一兩個較大的冰熔岩湖，在利維坦火山西部。它們加起來幾乎與土衛六上的克拉肯海（Kraken Mare）的大小相當。這些特徵異常地沒有月牙窪，表明它們很年輕，近期曾處於融化狀態。

在海衛一上已經發現了四個大致呈圓形的“環壁平原”。它們是迄今為止發現的最平坦的區域，高度變化小於200米。科學家認為它們是由冰熔岩噴發形成的。在右圖中，Tuonela Planitia（左）和Ruach Planitia（中）是海衛一表面的冰熔岩“環壁平原”中的兩個。它們普遍缺乏撞擊坑，這是相對較新的地質活動的證據。海衛一東部附近的平原上點綴著一些黑斑（maculae）。一些黑斑是具有彌散邊界的簡單斑塊，而其他黑斑則包括一個黑暗的中央斑塊，周圍是具有清晰邊界的白色光環。黑斑的直徑通常約為100千米，光環的寬度在20至30千米之間。 

海衛一表面上縱橫著許多寬廣的山脊和山谷構成的複雜圖案，這很可能是凍融循環的結果。許多看來是源於自然地質構造，可能是由地層伸展或走滑斷層引起的。長長的帶有中央凹槽的雙股冰脊，與木衛二上的條紋很相似（儘管木衛二上的規模較大），或許有相似的起源，這可能是沿斷層的走滑運動引起的剪切熱能，在海衛一軌道完全變圓之前，每日所經歷的潮汐應力引起。這些具有平行山脊的斷層從內部噴出，穿過複雜的地形，在赤道地區有山谷。山脊、溝壑、裂縫（Sulci，諸如Yasu Sulci，Ho Sulci和Lo Sulci之類），在海衛一的地質歷史中處於中等年齡，在許多情況下是同時形成的，往往聚集成組。 

海衛一的西半球由一系列奇怪的裂縫和窪地組成，類似於哈密瓜皮，被稱為“哈密瓜地形”（Cantaloupe terrain）。儘管這裡隕石坑很少，但被認為是海衛一最古老的地形。這種地形可能覆蓋了海衛一西半球的大部分地區。哈密瓜地形僅在海衛一上存在，主要是骯髒的水冰構成，包含直徑為30–40千米的凹陷。這種凹陷（cavi）不可能是隕石坑，因為它們大小相似且曲線平滑。形成它們的主要假設是底闢作用，即密度較小材料被密度較大材料的地層“聚成團塊”（lumps）而發生上升作用。其他形成假設包括坍塌，或冰火山作用引起的洪水。右圖為旅行者2號從130000公里處拍攝的哈密瓜地形，其間橫貫類似木衛二的雙脊冰山，Slidr Sulci（垂直）和Tano Sulci（水平）構成了顯眼的“X”。

由於持續進行的地質活動不斷擦除和改變，因此在海衛一表面形成的撞擊坑相對較少。旅行者2號對海衛一環形山進行的一次數量調查發現，只有179個環形山無可爭議地來自撞擊源，天衛五（Miranda）觀測到的卻有835個，而天衛五的表面積只有海衛一的3％。在海衛一上觀察到的最大環形山被認為是由撞擊造成的，直徑為27千米（17英里），稱為Mazomba。儘管還觀察到更大的環形山，但通常認為它們是火山作用造成的。 

海衛一哈密瓜地形上方的明亮的南極帽

海衛一為數不多的撞擊坑幾乎都集中在與軌道運動方向相同的前導半球中，其中大部分集中在經度在30°至70°之間的赤道附近，這是由海衛一席捲海王星周圍物質造成的。海衛一被潮汐鎖定，一側永遠面向行星運行。天文學家們預計，這種情況對前導半球的影響更頻繁、更猛烈，對后隨半球的影響應該較小。旅行者2號僅拍攝了海衛一表面的40％，因此成因仍然不明。不過，觀察到的撞擊坑分佈不對稱性超出了基於撞擊數量的解釋，這還暗示了無撞擊坑地區（≤600萬歲）的地表年齡要比有撞擊坑地區（≤5000萬歲）年輕。 

海衛一的軌道參數在19世紀就已經獲得高精度測定，具有逆行軌道，相對海王星軌道平面有很大的傾角。但直到1930年，才對海衛一進行了首次詳細觀測。在1989年旅行者2號飛掠之前，科學家對這顆衛星了解很少。在旅行者2號飛掠之前，天文學家懷疑海衛一可能擁有液態氮海洋，以及密度高達地球的30％的氮/甲烷大氣層。就像對火星大氣密度的著名高估一樣，後來證明是不正確的。與火星一樣，海衛一的歷史早期也被認為有更濃密的大氣。 

傑拉德·柯伊伯（GerardKuiper）在1954年首次嘗試測量海衛一的直徑。他一開始獲得了3800千米的測量值，隨後的測量嘗試得出的數值範圍為2500至6000千米，從稍小於月球直徑（3474.2千米）到地球直徑的一半。 1989年8月25日旅行者2號抵達海王星時的獲得數據，使得對海衛一直徑（2706千米）的計算更加準確。在1990年代，科學家在地球上利用海衛一對附近恆星的掩星進行了各種觀測，確定其存在大氣層和奇怪的表面。1997年末的觀測結果表明，與旅行者2號在1989年飛掠時相比，海衛一正在升溫，並且大氣變得更加稠密。 

在過去的幾十年中，美國國家航空航天局的科學家多次提出在2010年代對海王星系統執行探測任務的新概念。所有這些任務都將海衛一定為主要目標，這些計劃中經常包括一個獨立的海衛一著陸器，與惠更斯號著陸器對土衛六的探測相似。但針對海王星和海衛一的任何努力都僅停留在提議階段，美國國家航空航天局用於外太陽系探測任務的資金主要集中在木星和土星系統上。其中一個海衛一著陸器稱為“海衛一跳蟲”（Triton Hopper），它將從海衛一的表面提取氮冰，並將氮氣加工成小型火箭的推進劑，使著陸器能夠在海衛一表面飛行或“跳躍”。2019年正式提出的一個飛掠探測的任務設想，作為美國國家航空航天局“發現計劃”（Discovery Program）的一部分，被名為“三叉戟”（Trident）。 

2012年的一項研究計算了海衛一表層冰殼厚度是如何影響潮汐耗散以及地下海洋的結晶化過程，結果顯示假如海衛一的冰殼厚度較薄，那麼潮汐力作用就很明顯加熱效應也會越強，反之冰殼較厚的話，海衛一就會更加堅固，潮汐力產生的熱效應較弱但即便是液體海洋也將會是富含氮的海洋此外海衛一的岩質核心的具體大小還是個未知數，這將取決於內核放射性同位素衰變釋放的熱量。

雖然仍然有許多爭論，但科學家認為海衛一的地下海洋可以作為外星生命的棲息地。木衛二就是外星生命棲息地的候選者之一，即便海衛一生命出現的概率遠小於木衛二，但也不能將其排除。研究人員推測海衛一地下海洋或存在硅基生命，它們並不是以碳元素作為基礎，但還沒有足夠的研究顯示硅烷在特殊行星環境下的行為。 

太陽系

海王星衛星

太陽系的天然衛星

太陽系的衛星

發現者威廉·拉塞爾

發現日1846年10月10日

軌道特性

長軸354,800km

偏心率0.0000

軌道周期-5.877日

(逆行)

傾角130.267°（相對於黃道）

157.340°（相對於海王星赤道）

130.063°（相對於海王星軌道）

含有空氣：氮氣99%其他氣體1%

旅行者2號1989年08月24日攝於距離海衛一53萬千米處海衛一是環繞海王星運行的一顆衛星。它是海王星的衛星中最大的一顆。它是太陽系中最冷的天體之一，具有複雜的地質歷史和一個相對來說比較年輕的表面。1846年10月10日威廉·拉塞爾（WilliamLassell）發現了海衛一（這是海王星被發現后第17天）。拉塞爾以為他還發現了海王星的一個環。雖然後來發現海王星的確有一個環，但是拉塞爾的發現還是值得懷疑，因為實際上海王星的環太暗了，不可能被拉塞爾用他的儀器發現。

海衛一在國際上的名字是Triton，它是以希臘海神崔頓命名的。這個名字是1880年卡爾米·弗拉馬利昂提出的發現者拉塞爾本人似乎想不出應該怎樣給這顆衛星命名但是他給他後來的發現土衛七和天衛一、天衛二命名了

繼弗拉馬利昂后還有一些人建議使用這個名字，但出於各種原因這個名字一直沒有成為正式的名字直到1939年的書里還標記有“不常用的名字”。當時一般將海衛一稱為“海王星的衛星”，

直到海衛二被發現后特里同才於1949年被定為正式名稱。

海衛一的平均密度為2.05g/cm³，在地質上估計含有25%固態冰，以及其他岩石物質。它擁有一層稀薄大氣，其主要成份是氮，以及含有少量甲烷，整體大氣壓約為0.01毫巴。它的表面溫度低於40K，但是至少為35.6K。這個最低溫度的原因在於在這個溫度下固體氮的相態發生變化，從六角形的晶體相態變為立方體的晶體相態估計的最高溫度的來源在於通過測量氮在海衛一大氣中的蒸汽壓，在這個蒸汽壓下固態與氣態平衡的溫度低於40K。這說明海衛一的表面溫度甚至低於冥王星的表面溫度（44K）。雖然如此海衛一地質活躍，其表面非常年輕很少有撞擊坑。旅行者2號觀測到了多個冰火山或正在噴發的液氮、灰塵或甲烷混合物噴泉，這些噴泉可以達到8000多米的高度。不象木衛一表面的火山，海衛一表面的火山活動可能不是潮汐作用造成的而是季節性的太陽照射所造成的。海衛一表面還有非常錯綜複雜的山脊和峽谷地形，它們可能是通過不斷地融化和凍結所形成的。海衛一的表面面積為2300萬平方公里，這相當於與地球表面面積的4.5%或者地球大陸面積的15.5%，

在所有太陽系的大衛星中海衛一的軌道特別，它有一個逆行軌道（軌道公轉方向與行星的自轉方向相反）。雖然木星和土星的一些外部小衛星以及天王星最外部的三顆衛星也有逆行軌道，但是這些衛星中最大的土衛九的直徑只有海衛一的8%，其質量只有海衛一的0.03%。逆行的衛星不可能與其行星同時在太陽星雲中產生，它們是被行星捕獲的，海衛一可能是被海王星捕獲的柯伊伯帶天體。這個理論可以解釋一系列海王星衛星系統不尋常的地方比如為什麼海王星最外部的海衛二的偏心率特別高，以及為什麼相比於其它類木行星來說海王星的衛星特別少（在海衛一被捕獲的過程中有許多小衛星可能被甩出了海王星系統），以及為什麼海衛一內部明顯分層（其軌道本一開始的偏心率非常大，所造成的潮汐作用產生的熱量使得其內部很長時間裡液態）海衛一的大小和組成類似冥王星，冥王星的偏心率使它的軌道與海王星交叉提供了很強的線索說明海衛一本來可能是一顆類似冥王星的天體

由於海衛一的軌道本來就離海王星非常近了，加上它的逆行軌道，它繼續受潮汐作用的影響。估計在14到36億年內它會達到洛希極限。之後它可能與海王星大氣層相撞，或者分裂造成一個環。

同樣由於海衛一離海王星非常近，加上它自己的體積比較大，其潮汐作用使得它的軌道幾乎完全是一個完美的圓其偏心率小於0.0000001，

海衛一的軌道與海王星的自轉軸之間的傾角達157°，與海王星的軌道之間的傾角達130°。因此它的極幾乎可以直對太陽。隨著海王星環繞太陽的公轉，每82年海衛一的一個極正對太陽，這導致了海衛一表面極端的季節變化其季節變化的大周期每700年重複一次，下一次海衛一的盛夏將於2007年到達。

從海衛一被發現以來它的南極對向太陽。旅行者2號飛躍海王星時發現它的南半球被一層凍結的氮和甲烷覆蓋這些甲烷可能正在慢慢蒸發，

這個蒸發和凍結的過程對海衛一的大氣有影響。近年來通過掩星的觀測證明從1989年到1998年海衛一的氣壓加倍大多數模型語言這個氣壓的增高是由於極部的易揮發氣體蒸發導致的，但也有些模型認為這些蒸發了的氣體會在赤道附近重新凍結起來，因此海衛一氣壓增高的原因還沒有定論，

海衛一是一個地質活躍的衛星，其表面年輕複雜海衛一的大小、密度和化學組成與冥王星差不多，由於冥王星的軌道與海王星相交，因此海衛一可能曾經是一顆類似冥王星的行星，被海王星捕獲。因此海衛一與海王星可能不是在太陽系的同一地區形成的。它可能是在太陽系的外部形成的。

雖然如此海衛一與太陽系的其它凍結衛星也有區別。海衛一的地形類似天衛一、土衛二、木衛一、木衛二和木衛三，它還類似火星的極地。

通過分析海衛一對旅行者2號軌道的影響可以確定海衛一有一層冰的地殼，下面有一個很大的核（可能含有金屬）這個核的質量占整個衛星質量的2/3，這樣一來海衛一的核是繼木衛一和木衛二后太陽系裡第三大的。海衛一的平均密度為2.05g/cm³，它的25%是冰，

海衛一的表面主要由凍結的氮組成，但它也含乾冰（二氧化碳）、水冰、固態的一氧化碳和甲烷。估計其表面還含有大量氨。海衛一的表面非常亮。60-95%的入射陽光被反射（相比而言月球只反射11%的入射陽光）。

海衛一的表面面積相當於地球大陸面積的15.5%或者地球表面面積的4.5%。海衛一的表面密度可能不均勻，從2.07至2.3g/cm³不等它的表面有岩石露頭，也有深谷。部分地區被凍結的甲烷覆蓋，

海衛一的南極地區被凍結的氮和甲烷覆蓋，偶爾有撞擊坑和噴泉。這個地區的反光率非常高，它吸收的太陽能非常小。由於旅行者飛過時海衛一的北極地區已經在夜區里了，因此那裡的情況不明，但估計那裡也有一個極冠。

海衛一表面的撞擊坑很少，說明其表面活動劇烈海衛一的赤道地區由長的、平行的、從內部延伸出來的山脊組成這些山脊與山谷交錯。這個地形被稱為溝。這些溝的東部是高原，

南半球的平原周圍有黑色的斑點，這些斑點似乎是冰升華后的遺留物，但是其組成和來源不明。

海衛一表面大多數的坑是冰滑動或者倒塌導致的，而不象其它衛星上的撞擊坑。旅行者發現的最大的撞擊坑直徑500千米，它一再被滑動的和倒塌的冰覆蓋。

“哈密瓜皮地形”是太陽系裡最奇怪的一個地形之一。它的名稱來自於它看上去象哈密瓜的瓜皮。其成因不明但有可能它是由於固氮的一再升華和凝結、倒塌、冰火山的一再掩蓋造成的。雖然這裡只有少數撞擊坑，但一般認為這裡是海衛一表面上最老的地形。北半球有可能大部分被這樣的地形覆蓋。

至今為止這個地形只有在海衛一上被發現。在這個地形上還有直徑30至50千米的窪地。這些窪地可能不是撞擊坑因為它們的形狀非常規則，弧度平滑。它們可能是由於粘的冰的爆發造成的，

海衛一上的冰火山是以非洲神話里的精靈命名的。海衛一是太陽系內少數有火山活動的天體。

1820年威廉·拉塞爾開始自己磨製望遠鏡鏡面，1846年9月23日他使用自己磨製的望遠鏡發現了海王星。約翰·弗里德里希·威廉·赫歇爾獲悉后給拉塞爾寫信，讓他注意一下海王星是否有衛星。拉塞爾在他開始尋找衛星后的第八天（他發現海王星后的第17天）於10月10日發現了海衛一。他還稱發現了海王星的環。雖然後來證明海王星的確有環，但是它的環太暗了，不可能被拉塞爾的望遠鏡發現拉塞爾觀察到的可能是幻覺，

海衛一被發現100多年後天文學家才開始發現其細節。他們發現海衛一的公轉方向與海王星的自轉方向相反，而且其傾角非常大，

在旅行者飛越海王星前曾有人懷疑海王星有液氮的海洋和氮/甲烷組成的大氣，這個大氣層可能達地球大氣層密度的1/3但這些估計後來被證明是完全錯誤的。

第一個試圖測量海衛一直徑的是傑拉德·柯伊伯，他1954年的測量數據為3800千米。此後不同測量獲得的數據從2500千米到6000千米不等。

但是一直到20世紀末旅行者飛越海王星時人類對海衛一才更加細緻地有所了解。在最早的旅行者照片上海衛一呈粉紅-黃色。1989年8月25日旅行者抵達海王星時它的數據允許科學家正確地估算海衛一的直徑。雖然海衛一會影響旅行者的軌道但人們還是決定讓旅行者飛越海衛一，

1990年代天文學家利用掩星繼續觀察海衛一，他們發現海衛一的大氣比旅行者飛越時加厚了

美國國家航空航天局曾計劃計在2016年到2018年之間發射一顆飛往海王星和海衛一的探測器，它將於2035年到達海王星它可能攜帶兩個可以在海衛一上著陸的探測器來研究海衛一的大氣層和研究其噴泉的地質化學。

像土衛六一樣海衛一的大氣由氮和甲烷組成。氮氣也是地球大氣層的主要成分。在地球上甲烷主要是通過生物活動產生的。但象土衛六一樣海衛一非常冷，因此其表面的甲烷不太可能是生命的跡象。此外海衛一的大氣非常稀薄因此不可能支持任何我們今天已知的生命，

從另一方面來看海衛一的地質活動和可能的內部熱量有可能使得它內部有一個液態的水層。氨等抗凍劑的存在提高液態水的可能性。在這樣的一個地下海洋中有可能可以有原始的生命存在，

據國外媒體報道，科學家發現海王星最大的衛星海衛一察東（Triton）最有可能是一顆來自柯伊伯帶的天體表面冰冷的海衛一由於海王星潮汐力的作用可使得其擁有較為溫暖的地下海洋，根據最新的研究表明，海衛一上仍然可能存在地下海洋。這顆海王星最大的衛星在1864年由英國天文學家威廉·拉塞爾（WilliamLassell）發現但是至今這顆大型衛星依然是個迷，

在1989年，旅行者2號行星際探測器飛掠海衛一時拍攝到這顆衛星的真實畫面，發現其表面主要由水冰等物質構成當然也有氮氣、甲烷以及二氧化碳等，但海衛一的密度特別大，使得科學家們懷疑其擁有一個較大的硅酸鹽岩質核心結構，並由此推測在海衛一硅酸鹽核結構的外圍與寒冷的表層殼體之間存在一個液態海洋，海衛一的軌道距離海王星較近，較強的潮汐作用加熱了部分表層下的物質，科學家通過調查認為如果這裡是一片液態海洋的話那麼現在還存在於海衛一的表層之下，

海衛一具有一個與太陽系中其他行星的衛星不同的特性，即它的軌道是逆行的，根據行星形成理論，年輕恆星周圍環繞的塵埃和氣體結構以相同的方向旋轉，此後該恆星周圍演化出的行星系統的軌道應該與這個方向相同這樣的軌道被稱為順行軌道，反之則為逆行軌道，其產生於行星捕獲的流浪天體，這就意味著海衛一最初並不是圍繞海王星運行的，

早期的太陽系中有著比較混亂的空間環境，很多天體發生相互碰撞並改變了對方的軌道，科學家推測海衛一起源於柯伊伯帶，這是一個位於海王星軌道之外的中空圓盤狀宇宙空間，當巨大的天體進入海王星的引力範圍之內時被其引力所捕獲。在最初捕獲海衛一時，其運行在一個高橢圓、偏心率的軌道上，較大的偏心率使得海衛一受到較強的行星潮汐力作用，該機制中會造成能量的損失。

而這些損失的能量就轉化為熱量並作用於海衛一，可以融化海衛一內部一定深度的冰冷物質，形成位於表面冰封世界下的海洋。能量損失同時也會改變海衛一的軌道，使其偏心率降低，接近一個較為完美的圓軌道。除了行星潮汐作用對海衛一某個深度的冰物質進行加熱外，科學家還發現其內部存在另一個加熱源，即天體內部放射性同位素衰變過程所釋放出的能量，這個熱源甚至可維持數十億年之久。科學家通過計算髮現放射性同位素衰變產生的能量是潮汐作用加熱機制的數倍，但該熱量還不足以維持海衛一固態表面下的海洋保持45億年的液態環境

行星潮汐力的效應位置處於海衛一冰層殼體的底部，由於早期海衛一的軌道具有較大的偏心率，因此潮汐作用比現在更強，由此得出的過去的某個時期，海衛一內環境的受熱效應是較為強大的。科學家對海衛一建立了一個內環境模型，該衛星由70%至80%的岩質構成，其餘物質為水冰等，在最外層就是甲烷和氮冰物質，這個情況與冥王星較為類似。當海衛一被海王星引力捕獲之後，科學家調查了該天體的軌道是如何轉變為幾乎圓形的軌道，通過對軌道演化的時間計算，發現如果海衛一冰殼之下是液態海洋的話，那麼至今這片海洋依然存在。

最新的研究計算了海衛一表層冰殼厚度是如何影響潮汐耗散以及地下海洋的結晶化過程，結果顯示假如海衛一的冰殼厚度較薄，那麼潮汐力作用就很明顯加熱效應也會越強，反之冰殼較厚的話，海衛一就會更加堅固，潮汐力產生的熱效應較弱但即便是液體海洋也將會是富含氮的海洋此外海衛一的岩質核心的具體大小還是個未知數，這將決定內核放射性同位素衰變釋放的熱量

科學家認為海衛一的地下海洋可以作為外星生命的棲息地，雖然目前仍然有許多爭論，比如木衛二就是外星生命棲息地的候選者之一，即便海衛一生命出現的概率遠小於木衛二歐羅巴，但也不能將其排除。研究人員推測海衛一地下海洋或存在硅基生命，它們並不是以碳元素作為基礎，目前還沒有足夠的研究揭示硅烷在特殊行星環境下的行為，

海衛一大小與冥王星相仿，圍繞海王星旋轉的方向和海王星自轉的方向相反，所處的位置恰好在海王星的內層衛星和外層衛星軌道之間。太陽系中的其他行星也有逆行衛星，但大小都比不上海衛一，軌道也沒這麼獨特。因此，海衛一的來源成為一個謎。

美國天文學家10日報告說，海衛一很可能原先是圍繞太陽旋轉的一個雙星系統的一部分，遇到海王星后被其俘獲。這一觀點發表在新一期《自然》雜誌上。加州大學聖克魯斯分校的艾格諾和馬里蘭大學的漢密爾頓認為，海衛一原先所屬的雙星系統，類似於冥王星與其衛星冥衛一的關係，即雙方質量相差不太大，無所謂誰圍繞誰旋轉，實際上是雙星圍繞它們的公共質心旋轉，而這個公共質心又圍繞太陽旋轉。

但是，當這個雙星系統與海王星近距離相遇時，海王星的引力便破壞了雙星體系，其中的一個星體被海王星俘獲。由於雙星系統的殘餘影響和海王星的引力共同作用，海衛一的軌道旋轉方向就變成和海王星自轉方向相反。研究人員指出，近年來天文學家在太陽系中發現了多個雙星系統，特別是在太陽系外圍盛產小行星的柯伊伯帶有11%的小行星構成雙星系統，地球附近的小行星也有16%屬於雙星系統，小行星雙星系統遇到海王星這樣的大質量行星的概率相當大。

此前曾有天文學家猜測，海衛一的奇特運行軌道可能是它和海王星的其他衛星碰撞所致。但艾格諾等人指出這種碰撞既要大到足以改變海衛一的軌道，又不能太大以致海衛一被撞毀，其發生概率很小，

行星海王星

物理特性

平均直徑2706.8±1.8km

表面面積23,018,000km²

體積10,384,000,000km³

質量2.147×10²²kg

平均密度2.05g/cm³

表面引力加速度0.78m/s²

逃逸速度1.5km/s

自轉周期5日21小時2分鐘28秒

同步公轉

軸傾斜度0

反照率0.76

表面溫度

-最高

-平均

-最低

34.5K

大氣特性

氣壓0.001kPa

氮99.9%

甲烷0.1%