| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Уран
| |||||
 Спутники |
|||||
Страница:
Основные спутники,
Особенности и группы,
Внутренние спутники,
Крупные спутники (Part #1, Part #2, Part #3,
Part #4, Part #5),
Нерегулярные спутники;
|
|
Уран - третий из гигантов
Уран - вокруг Солнца "лежа на боку" Миранда (Уран V) Миранда (Уран V) - самый близкий и наименьший из пяти крупных спутников Урана. Миранда была открыта 16 февраля 1948 года голландским (с 1933 года проживающим в США) астрономом Джерардом Койпером в обсерватории Макдональд в Техасе через 97 лет после открытия Титании и Оберона. Целью Койпера было измерение относительных звёздных величин четырёх известных на тот момент спутников Урана: Ариэля, Умбриэля, Титании и Оберона. В соответствии с предложением Джона Гершеля - сына первооткрывателя Титании и Оберона - все спутники Урана называют именами персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Миранда получила имя персонажа пьесы У. Шекспира «Буря» (дочери Просперо). Все детали рельефа этого спутника названы в честь мест, где происходят действия произведений Уильяма Шекспира. Этот спутник был исследован с близкого расстояния лишь одним космическим аппаратом - «Вояджером-2», изучавшим систему Урана в январе 1986 года. С Мирандой он сблизился теснее, чем с другими спутниками Урана, и поэтому заснял её детальнее. Но удалось изучить только южное полушарие, потому что северное было погружено во тьму. Ось вращения Миранды, как и других крупных спутников Урана, лежит почти в плоскости орбиты планеты, и это приводит к очень своеобразным сезонным циклам. Сформировалась Миранда, скорее всего, из аккреционного диска (или туманности), который либо существовал вокруг Урана в течение какого-то времени после формирования планеты, либо образовался при мощном столкновении, которое, вероятно, и дало Урану большой наклон оси вращения (97,86°). Между тем у Миранды самое большое среди крупных спутников Урана наклонение орбиты к экватору планеты: 4,338°.
Поверхность спутника, вероятно, состоит из водяного льда, смешанного с силикатами, карбонатами и аммиаком. Удивительно, что этот маленький спутник обладает большим разнообразием форм рельефа (обычно у тел такого размера поверхность более однородна из-за отсутствия эндогенной активности). Там есть просторные холмистые равнины, усеянные кратерами и пересечённые сетью разломов, каньонов и крутых уступов. На поверхности видны три необычные области размером более 200 км (так называемые венцы). Эти геологические образования, как и удивительно большое наклонение орбиты, указывают на сложную геологическую историю Миранды. На неё могли влиять орбитальные резонансы, приливные силы, конвекция в недрах, частичная гравитационная дифференциация и расширение их вещества, а также эпизоды криовулканизма. Орбитальные характеристики:
Миранда - самый близкий к Урану из его крупных спутников: она находится на расстоянии около 129 900 км от планеты. Эксцентриситет у её орбиты невелик (0,0013), а наклонение к плоскости экватора Урана намного больше, чем у орбит всех остальных его регулярных спутников: 4,232°. Другими словами, орбита Миранды практически круговая, причём её плоскость (как и плоскость экватора Урана) почти перпендикулярна плоскости орбиты планеты. Большое наклонение орбиты к экватору Урана, возможно, связано с тем, что Миранда могла быть в орбитальном резонансе с другими спутниками - например, в резонансе 3:1 с Умбриэлем и, вероятно, в резонансе 5:3 с Ариэлем. Орбитальный резонанс с Умбриэлем мог увеличить эксцентриситет орбиты Миранды, слабо изменив орбиту Умбриэля. Большой эксцентриситет орбиты приводит к регулярному изменению величины приливных сил и, как следствие, к трению в недрах спутника и их нагреву. Это могло быть источником энергии для геологической активности. Из-за низкой сплющенности и малого размера Урана его спутникам намного легче уйти из орбитального резонанса, чем спутникам Сатурна или Юпитера. Пример тому - Миранда, которая ушла из резонанса (посредством механизма, который, вероятно, и придал её орбите аномально большое наклонение). Орбитальный период составляет 1,41347925 земных суток и совпадает с периодом вращения. Миранда всегда повёрнута к Урану одной стороной, её орбита полностью находится в его магнитосфере, а атмосферы у неё нет. Поэтому её ведомое полушарие постоянно бомбардируется частицами магнитосферной плазмы, которые движутся по орбите намного быстрее Миранды (с периодом, равным периоду осевого вращения Урана). Возможно, это и приводит к потемнению ведомого полушария, которое наблюдается у всех спутниках Урана, кроме Оберона. «Вояджер-2» зарегистрировал около спутника явное уменьшение концентрации ионов магнитосферы Урана.
Поскольку Уран вращается вокруг Солнца «на боку», а его плоскость экватора примерно совпадает с плоскостью экватора (и орбиты) его крупных спутников, смена сезонов на них очень своеобразна. Каждый полюс Миранды 42 года находится в полной темноте и 42 года непрерывно освещён, причём во время летнего солнцестояния Солнце на полюсе почти достигает зенита. Пролёт «Вояджера-2» в январе 1986 года совпал с летним солнцестоянием в южном полушарии, тогда как почти всё северное находилось в полной темноте. Раз в 42 года - во время равноденствия на Уране - Солнце (и вместе с ним Земля) проходит через его экваториальную плоскость, и тогда можно наблюдать взаимные покрытия его спутников. Несколько таких событий наблюдалось в 2006-2007 годах, в том числе покрытие Ариэля Мирандой 15 июля 2006 года в 00:08 UT и покрытие Умбриэля Мирандой 6 июля 2007 года в 01:43 UT. Физические характеристики:
Форма спутников тесно связана с их размером: шарообразную форму обычно имеют объекты диаметром более 400 км. Диаметр Миранды - около 470 км и, таким образом, она находится на границе между малыми и крупными спутниками. Её плотность наименьшая среди основных спутников Урана: 1,15 ± 0,15 г/см3, что довольно близко к плотности льда. Наблюдения поверхности в инфракрасном диапазоне позволили обнаружить водяной лёд, смешанный с силикатами и карбонатами, а также аммиак (NH3) в количестве 3%. На основании данных, полученных «Вояджером-2», был сделан вывод, что камни составляют 20-40% массы спутника. Миранда, возможно, частично дифференцирована на силикатное ядро, покрытое ледяной мантией. Если это так, толщина мантии составляет около 135 км, а радиус ядра - около 100 км. В этом случае отвод тепла из недр происходит путём теплопроводности. Однако наличие на спутнике венцов может свидетельствовать о конвекции. По одной из гипотез, лёд на Миранде образует клатрат с метаном. Помимо метана, водные клатраты могут захватывать окись углерода и другие молекулы, образуя вещество с хорошими теплоизоляционными свойствами - теплопроводность клатратов составит лишь от 2 до 10% теплопроводности обычного льда. Таким образом, они могут препятствовать оттоку из недр спутника тепла, которое выделяется там при распаде радиоактивных элементов. В таком случае понадобилось бы около 100 млн лет для нагревания льда до 100°C. Тепловое расширение ядра могло достигнуть 1%, что привело бы к растрескиванию поверхности. Её неоднородность, возможно, объясняется неоднородностью потока тепловой энергии из недр. Миранда обладает уникальной в своём роде поверхностью с большим разнообразием форм рельефа. Это трещины, разломы, долины, кратеры, хребты, углубления, скалы и террасы. Поверхность этого спутника размером с Энцелад - удивительная мозаика из весьма разнообразных зон. Некоторые регионы стары и невыразительны. Они испещрены многочисленными ударными кратерами, что и следовало ожидать от небольшого инертного тела. Другие регионы пересечены сложными переплетениями хребтов и уступов и покрыты прямоугольными или яйцевидными системами светлых и тёмных полос, что указывает на необычный состав Миранды. Скорее всего, поверхность спутника состоит из водяного льда, а более глубокие слои - из силикатных пород и органических соединений.
Это привело к предположению, что поверхность этого спутника на протяжении его истории перестраивалась до 5 раз. На изображениях Миранды видна структура в виде латинской буквы «V», рядом находятся горные хребты и долины, старые кратерированные и молодые гладкие области, затенённые каньоны глубиной до 20 км. Немного ниже центра находится большой кратер Алонсо глубиной 24 км. Для объяснения сильной неоднородности поверхности Миранды выдвинуто несколько гипотез. По одной из них, Миранда была расколота в результате столкновения с крупным небесным телом, но потом куски снова воссоединились. Однако остаётся непонятным, почему сохранились ударные кратеры на остальных частях поверхности спутника. Другая гипотеза допускает, что имел место неравномерный разогрев недр Миранды. Происхождение и эволюция Миранды
На этом относительно небольшом спутнике есть детали, возраст которых удивительно мал по сравнению с возрастом самой Миранды. По-видимому, возраст самых молодых геологических образований Миранды составляет всего лишь несколько сотен миллионов лет. Моделирование термической истории небольших спутников (размера Миранды) предсказывает скорое охлаждение и полное отсутствие геологической эволюции после аккреции спутника из туманности. Геологическая активность в течение столь длинного времени не может быть объяснена ни энергией от начальной аккреции, ни энергией деления радиоактивных элементов. Миранда по сравнению с остальными спутниками Урана имеет самую молодую поверхность. Это указывает на то, что поверхность Миранды недавно претерпела значительные изменения. Нынешнее её состояние объясняется её сложной геологической историей, в которой имели место редкие сочетания различных астрономических явлений. Среди этих явлений могут быть и приливные силы, и явления орбитальных резонансов, и процессы частичной дифференциации или конвекции. Наиболее старые из известных областей Миранды - кратерированные равнины регионов Сицилия и Эфес. Формирование этих областей произошло после аккреции и охлаждения спутника. В наиболее древних кратерах поверхность частично покрыта материалом из недр спутника, что в литературе носит название «эндогенного выравнивания». Тот факт, что на этом маленьком спутнике окажутся очевидные следы эндогенной реструктуризации после его образования, стал полной неожиданностью. Геологические новообразования Миранды показывают воздействие одного источника энергии, изначально обильно берущего эту энергию поэтапно с аккреции светила. Наиболее приемлемое объяснение источника энергии для спутника является то, которое объяснило несколькими годами ранее вулканизм на Ио: орбитальный резонанс Миранды является следствием приливных сил, создаваемых Ураном.
Геология Миранды: Во время первого периода Миранда образовалась из газопылевой туманности или аккреционного диска вокруг Урана. Этот диск либо существовал со времён формирования планеты, либо образовался при огромном импактном воздействии, которое, скорее всего, и дало Урану очень большой наклон оси вращения. Во втором геологическом периоде, Миранда пережила охлаждение, которые привело к общему расширению (из-за замерзания воды) и, как следствие, к образованию поверхностных трещин, которые раздробили мантию на грабены. Вполне возможно, что построение таких спутников, как Миранда, Ариэль и Умбриэль образовали несколько пар, вступающих в орбитальный резонанс: Миранда-Ариэль, Ариэль-Умбриэль, Умбриэль-Миранда. Однако, в отличие от наблюдаемого спутника Юпитера Ио, явление орбитального резонанса между Мирандой и Ариэлем не смогло привести к стабильному захвату малого спутника. Вместо захвата, орбитальный резонанс Миранды с Ариэлем и Умбриэлем привел к увеличению её эксцентриситета и наклону орбиты. Постепенно уходя от орбитального резонанса на Миранде чередовались фазы нагревания и охлаждения. Нагрев способствовал конвекции внутри Миранды, которая положила начало дифференциации её вещества. Третий основной геологический период происходит вследствие сдвига орбиты Миранды, образовываются короны Эльсинор и Арден. Во вновь образовавшихся коронах мог присутствовать своеобразный вулканизм, состоящий из расплавленной массы поверхностного твердого материала. По одной из версий формирования, данные короны могут являться продуктом диапира, который был сформирован в ядре. Учитывая размер и положение корон Эльсинор и Арден можно предположить, что их возникновение способствовало изменению момента инерции спутника и могло спровоцировать сдвиг Миранды на 90°. Сомнение вызывает одновременное формирование этих двух образований. Вполне вероятно, что спутник был сильно искорёжен до такой степени, что её асферический эксцентриситет временно втягивался в хаотическое вращение, как это, например, наблюдается у Гипериона. Если бы орбитальная переориентация Миранды произошла раньше формирования этих двух корон на поверхности, то корона Эльсинор была бы более старше короны Арден. Явления хаотического движения, порожденные резонансом между орбитами Миранды и Умбриэля 3:1 могли способствовать росту орбитального наклона выше 3°. В последнем периоде геологического формирования Миранды образовалась корона Инвернесс, которая, вероятно, создана поверхностным натяжением, также приведшим к образованию грабенов, таких как Верона и Алжир. Миранда ушла от резонанса с Умбриэлем в ходе процесса, который придал её орбите аномально большое наклонение к экватору Урана. Большой ранее эксцентриситет уменьшился из-за действия приливных сил: изменения их величины на каждом витке орбиты приводят к подвижкам и трению в недрах. Это стало причиной нагрева спутника и позволило ему вернуть шарообразную форму, но при этом Миранда сохранила впечатляющие геологические образования, такие как уступ Верона. Поскольку первопричиной геологической активности был эксцентриситет орбиты, его уменьшение привело к затуханию этой активности. В результате Миранда стала холодным инертным спутником. В конечном счёте, формирование поверхности Миранды могло длиться более 3 млрд лет. Оно началось примерно 3,5 млрд лет назад с появления сильно кратерированных районов и закончилось около ста миллионов лет назад образованием венцов. Явления орбитальных резонансов (в большей степени орбитальный резонанс с Умбриэлем, чем с Ариэлем) оказали значительное влияние на эксцентриситет орбиты Миранды. Данные явления также внесли свой вклад во внутренней разогрев и геологическую активность спутника. Их совокупность побудила к конвекции в единый субстрат и положила начало планетарной дифференциации. В то же время эти явления слабо бы изменили орбиты других, более массивных, по сравнению с Мирандой, спутников. Между тем, поверхность Миранды может показаться сильно искорёженной, чтобы являться единственным, сильно затронутым орбитальным резонансом, продуктом. Источники: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|