| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Уран
| |||||
 Спутники |
|||||
Страница:
Основные спутники Урана,
Особенности и группы,
Внутренние спутники,
Крупные спутники (Part #1, Part #2, Part #3,
Part #4, Part #5),
Нерегулярные спутники;
;
|
|
Уран - третий из гигантов
Спутниковая система Урана Основные спутники Несмотря на сложность наземных наблюдений таких слабых далеких объектов, как спутники Урана, астрономы прошлого открыли практически все крупные спутники этой гигантской планеты. Главные спутники Урана расположены в следующем порядке (считая от планеты): Миранда (Дж. Койпер - 1948), Ариэль (У. Ласселл - 1851), Умбриэль (У. Ласселл - 1851), Титания (У. Гершель - 1787), Оберон (У. Гершель - 1787). Система спутников Урана очень компактная: большая полуось орбиты Оберона 582 тыс. км, а период обращения вокруг планеты — всего 13,5 сут (что объясняется, конечно, большой массой планеты). Миранда находится в 4,5 раза ближе к Урану и завершает один оборот за 1,4 сут. Основные данные о спутниках планеты приведены в таблице характеристик. Все они движутся в радиационных поясах планеты, что приводит к постоянной бомбардировке поверхности спутников заряженными частицами. Строго говоря, действие радиационных поясов имеет сложный периодический характер, потому что магнитосфера Урана «полощется» относительно плоскости орбит спутников (и плоскости экватора планеты). Ось дипольного поля планеты отклонена от оси ее вращения на 60°, поэтому полярность поля магнитосферы меняется за полоборота Урана, т.е. за 8,62 ч. Такое явление пока неизвестно больше ни у одной планеты: у Земли наклон оси диполя к оси вращения 11,7°, у Юпитера 9,6°, у Сатурна 0°. Большой наклон оси дипольного поля для Урана и вызывает периодический характер изменений плотности радиации у поверхности спутников. Положение полярной оси Урана, которое ныне близко к направлению на Солнце, сделало чрезвычайно сложной программу телевизионной съемки спутников при пролете космического аппарата "Вояджер-2".
В самом деле, аппарат шел сквозь плоскость орбит спутников, примерно как стрела сквозь мишень. В случае Юпитера и Сатурна движение было совсем другим: можно было выбрать момент удачного расположения спутников, и тогда аппарат последовательно сближался с многими из этих тел. Схема сближения с системой Урана вызывала еще одну проблему: регистрация последовательных гравитационных возмущений от спутников становилась невозможной, а именно таким методом определялись массы (и средние плотности) спутников Юпитера и Сатурна. Пришлось воспользоваться методом более сложным: значение масс находились в сравнении с массой Миранды (с которой апппрат сблизился наиболее тесно) по взаимным возмущениям спутников с помощью позиционных наблюдений. Плотность близкая к 1,4 г/см3 указывает примерно на 60% водяного льда в составе спутников. Таким образом, спутники Урана тоже ледяные, но отличаются от спутников Сатурна несколько большей плотностью. По-видимому, в них содержится довольно много гидратированных силикатов; ядро из них может составлять половину диаметра небесного тела или даже больше. Оберон оказался первым объектом исследований при выбранной геометрии сближения. Геологи (точнее, астрогеологи; такую специальность породили космические исследования) предсказывали, что будет найдено много метеоритных (ударных) кратеров и почти ничего другого. Действительно, уже на мелкомасштабных телевизионных снимках Оберона угадывались светлые пятна, которые оказались венцами очень светлых лучей вокруг ударных кратеров больших размеров. Природа светлых выбросов - водяной лед, иней, снег. Светлые выбросы контрастируют с очень темной древней поверхностью этого довольно крупного небесного тела. Его диаметр более 1500 км, составляет почти половину поперечника нашей Луны. Поверхность насыщена старыми ударными кратерами, некоторые из которых имеют очень темное дно.
Полной неожиданностью оказалось темное дно и у крупных «молодых» метеоритных кратеров, окруженных светлыми лучами. Это, почти несомненно, указывает на «вулканическую активность» в водяном варианте, когда сквозь образовавшиеся разрывы в ледяной коре на поверхность изливалась загрязненная вода, которая при застывании образовала темную поверхность. Следует помнить, что температура на поверхности спутников Урана очень низкая, средние в течение суток значения составляют от 60 К для Умбриэля до 54 К для Ариэля. При таких температурах физические свойства водяного льда очень отличаются от привычных нам - лед, становится минералом. Более подробное изучение снимков показало, что через все южное полушарие Оберона проходит широкая долина, свидетельствующая о тектонических процессах ранней геологической истории, спутника. В ряде крупных кратеров видны частично заполнившие их затвердевшие темные потоки. По-видимому, в его истории действовали мощные внутренние силы (и потоки тепла), которые разрушали ледяную кору и вызывали ее движения. Их следы мы видим теперь как разломы поверхности спутника. Но происходило все - это очень давно. Не следует, однако, считать, что сведения о присутствии воды (в твердой фазе) на поверхности спутников Урана были получены впервые: об этом говорили наземные спектрометрические исследования и раньше. Титания заметно светлее Оберона и немного больше по размерам, около 1600 км в диаметре. Это самый большой спутник в системе Урана. Снимки Титании, сделанные с высоким разрешением, показали, что древних ударных кратеров здесь значительно меньше, чем на Обероне, причем особенно мало крупных кратеров. Так как они, несомненно, когда-то существовали, действовал какой-то процесс, который привел к их разрушению. Вся поверхность спутника изрезана системой рифтов и пересекающихся извилистых долин, очень похожих на русла рек. Наиболее длинные достигают почти 1000 км в длину. Некоторые из них окружены системами светлых отложений на поверхности. Интересные сведения были получены в поляриметрическом эксперименте: поверхность покрыта слоем пористого материала. Скорее всего, это водяной иней, конденсировавшийся на поверхности после излияний воды в трещинах (вспомним спутник Юпитера Европу). Наиболее многочисленны мелкие ударные кратеры, которые образовались из остатков протопланетного материала, обломков и других небольших тел, обращавшихся вокруг Урана (не зависимые от него тела образовали бы более крупные кратеры). Что же касается древнего рельефа, то он, по-видимому, был полностью разрушен под действием значительного выделения внутреннего тепла. Этот разогрев происходил опять-таки в раннюю эпоху жизни Титании. В результате разогрева поверхность плавилась, происходила гравитационная дифференциация материалов (более тяжелые породы тонули), что, в свою очередь, приводило к выделению тепла в, еще больших масштабах. И уже после застывания вновь образовавшейся поверхности и ее многократных перестроек в процессах тектоники образовались те мелкие кратеры, о которых говорилось выше. Такой процесс глобальной переработки поверхности остается пока недоказанным, но очень вероятным. Умбриэль. Нарастание признаков геологической активности от Оберона к Титании почему-то не находит продолжения на Умбриэле (хотя резко усиливается на Ариэле и Миранде). Поверхность его носит примитивный характер крупных ударных образований с высокой степенью насыщения (многократного наложения кратеров). Умбриэль находится на довольно низкой орбите - всего 265 тыс. км. Умбриэль - очень темное небесное тело. Вокруг его кратеров полностью отсутствуют светлые выбросы. Моноточная, темная поверхность не имеет оттенков, что можно попытаться объяснить именно ее древностью и переработкой под действием заряженных частиц и внедряющихся в поверхность ионов и нейтральных атомов. Но, чтобы еще больше «запутать все дело», найдено несколько крупных кратеров с очень светлым дном. Самый крупный из них находится на экваторе спутника. Как и у Урана, особенность положения оси вращения Умбриэля проявляется в том, что его экватор в наши дни практически постоянно находится на терминаторе спутника (границе дня и ночи).
Отсутствие контрастных образований и очень темная поверхность выделяют Умбриэль среди других спутников Урана. Как это ни парадоксально, именно отсутствие контрастов делает его самым непонятным. Одно из предложенных объяснений заключается в том, что выделение тепла в недрах Умбриэля (в эпоху его образования) почему-то было недостаточным, чтобы вызвать плавление коры и гравитационную дифференциацию. Поэтому смесь льда и темных каменных пород осталась на поверхности в первозданном виде, а выбросы материала вокруг ударных кратеров неотличимы от основной поверхности. Как же в таком случае объяснить белое дно некоторых (единичных) кратеров? Можно предположить, что темный слой имеет ограниченную толщину, а под ним находится чистый лед. Тогда наиболее крупные тела могли пробить темную корку и обнажить чистые слои. Наконец, толщина темного слоя может быть различной в разных местах. Словом, гипотез немало, как и аргументированных возражений. Вероятно, решение проблемы потребует времени. Ариэль. Орбита следующего спутника, Ариэля, вдвое ниже, чем орбита Луны, а один оборот он завершает всего за 2,5 сут. Как и другие спутники Урана, он постоянно обращен к планете одной стороной. Диаметр его несколько больше 1 тыс. км. Если геологическая активность Титании не вызывает сомнений, но относится ж далекому прошлому, то Ариэль имеет все признаки сравнительно недавней активности. По-видимому, основной источник его энергии был тот же, что и у Ио: приливное трение, вызванное резонансами с Умбриэлем и Мирандой. Проблема, однако, в том, что сейчас таких резонансов в движении Ариэля нет. Возможно, они были в прошлом. Интересно отметить, что расчеты пока опровергают такую возможность, как, впрочем, отвергает теория и возможность разогрева спутника Сатурна Энцелада. Что ж, как говорят, тем хуже для теории. Была получена мозаика Ариэля из четырех снимков с высоким разрешением. И если предварительные телевизионные снимки говорили об активности не меньшей, чем у Титании, то здесь ученые увидели поверхность, сплошь изрезанную рифтами (долинами с обрывистыми краями). Глубина рифтов близка к 10 км, а сами долины достигают нескольких сотен километров в длину. Долины ветвятся, образуя причудливую сеть притоков. Ширина рифтов доходит до 25-30 км. Их гладкое дно несет следы какого-то движения, что еще больше напоминает древние образования такого же вида на Марсе. Наиболее вероятно, что рифтовые долины образовались в эпоху интенсивной перестройки ледяной коры Ариэля, сопровождавшейся ее разломами, сжатием и тектоникой. На поверхности спутника очень мало метеоритных кратеров, что опять-таки указывает на ее молодость, в геологических, конечно, масштабах. Впрочем... высказано даже кажущееся фантастическим предположение о возможной современной активности Ариэля. Но тогда источник его энергии становится совершенно непонятным. В качестве материала, который мог бы заполнять долины и двигаться вдоль них, предлагается, конечно, лед. Чтобы он был достаточно вязким при столь низких температурах, в нем должны присутствовать какие-то примеси. Предполагается, что это аммиак и метан, которые вместе с водой выделялись на поверхность сквозь разломы. Но так же как и на других спутниках Урана, метан не был обнаружен. Есть и другие предположения о возможной природе этих «ледников неподалеку от абсолютного нуля». Во всяком. случае, «водяной вулканизм» на Ариэле сомнений не вызывает. Поверхность спутника покрыта отложениями очень светлого материала, по-видимому, такого же водяного инея, как на спутнике Юпитера Европе. Миранда. И все-таки «звездой телеэкрана» оказался не Ариэль. Миранда, спутник диаметром менее 500 км, который, содержит наибольшую долю льда, баллистически стала самой удобной целью телевизионной съемки... И Миранда оправдала все усилия ученых и инженеров, которым пришлось решить массу технических проблем, чтобы обеспечить эту съемку. Во-первых, у Урана довольно темно, в 370 раз темнее чем на Земле. Освещенность «сцены» была примерно такой, как в хорошо освещенной рабочей комнате при искусственном освещении. Любой фотограф знает, что в таких условиях приходится увеличивать экспозицию. То же относится и к телевизионной съемке с космического аппарата. Однако если другие спутники наблюдались с большого расстояния, когда собственные движения космического аппарата и спутников не мешали длительной экспозиции и особой роли не играли, то в случае Миранды эти движения становились трудной проблемой. Впрочем, даже на снимках Ариэля мелкие детали слегка смазаны. Для Миранды расстояние, с которого производилась съемка, было совсем малым, а требовалось получить ряд снимков с высоким разрешением, чтобы затем составить из них мозаичный «портрет» спутника. Каждая экспозиция достигала нескольких секунд. Словом, чтобы осуществить эту съемку, пришлось полностью изменить обычный порядок работы, когда изображения передавались по радиолинии на Землю сразу после их получения. При съемке Миранды аппарат все время поворачивался, чтобы скомпенсировать размазывание изображений. Но из-за этого его антенна уже не оставалась направленной на Землю, поэтому изображения пришлось записывать на борту, на Землю они были переданы лишь на следующие сутки. Съемкой удалось охватить почти всю освещенную часть спутника, представив ее на восьми снимках с высоким разрешением.
В центре полученного изображения ученые увидели почти правильную трапецию, образованную из темных и светлых полос. Трапеция выделяется на фоне окружающей ее поверхности почти полным отсутствием метеоритных кратеров, в то время как окружающий район представляет собой перерезанный небольшими рифтами кратерный рельеф. Трапеция получила условное название «шеврон». Его размеры 140х200 км (на снимках видны детали размерами от 4,6 км и выше). Полосы, образующие шеврон, имеют вид множества параллельных гряд, которые сходятся с другой такой же системой, образуя почти прямой угол. Странное продолжение шеврона - это глубокий, до 20 км, разлом, крутые склоны которого уходят за пределы освещенной части спутника. Шеврон находится у южного полюса Миранды. Не менее загадочные образования, возможно той же природы, находятся вблизи терминатора, как и у других спутников, из-за положения полярной оси терминатор сейчас постоянно находится в одном и том же географическом поясе Миранды - вблизи ее экватора. Первое из них окантовано такой же системой светлых и темных полос, но более широких, чем у шеврона. Похоже, что отснятая часть этого объекта образует стороны правильного пятиугольника, по площади раз в 5 больше шеврона. Для него, как и для еще одного объекта, о котором речь пойдет ниже, предложено название Цирки Максими, которое древние римляне понимали как «большой стадион». И действительно, на стадион образование очень похоже, хотя второй из них больше напоминает дорожки ипподрома. И на «стадионе» и на «ипподроме» почти отсутствуют метеоритные кратеры, т. е. это относительно молодые объекты. Второе образование находится с диаметрально противоположной стороны спутника. Оно напоминает очертания «стадиона» и выглядит, словно след пахоты на краю поля. Это примерно 15-20 параллельных торных гряд, разделенных такими же долинами, повторяющимися через каждые 5-7 км. Вся система поворачивает почти под прямым углом и также уходит за терминатор. Этот «ипподром» очень напоминает систему субпараллельных борозд на Ганимеде. По образному выражению одного из геологов, маленькая Миранда предоставила коллекцию всех геологических форм, какие встречаются в Солнечной системе. Чтобы объяснить природу поверхности Миранды, выдвинуто много гипотез. Одна из них предполагает, что первичное тело было расколото в крупных столкновениях, но части не разошлись, а соединились снова, обнажив внутреннюю структуру небесного тела. Однако остается непонятным, почему сохранились ударные кратеры на остальных частях поверхности спутника. Другая гипотеза допускает, что существовал неравномерный разогрев недр Миранды. Локальное плавление коры обнажило плиты, обладавшие положительной плавучестью, которые мы теперь видим на поверхности спутника. Таким образом, спутниковая система Урана оказалась ничуть не менее интересной, чем система Юпитера и Сатурна.
| ||||||||||||||||||||
 |
 Основные спутники Урана |
|
|