Полная версия

Главная arrow Прочие arrow АСТРОНОМИЯ. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Кольца и спутники Нептуна.

Как и другие планеты-гиганты, Нептун имеет систему колец и спутников.

Наблюдения покрытия Нептуном звезды в 1985 г. привели к открытию колец, которое было позднее подтверждено «Вояджером-2». Непосредственно увидеть кольца в телескоп с Земли невозможно. При съемках с длительной экспозицией удалось получить изображения четырех тонких колец Нептуна. Кольца напоминают систему возле Урана (но общая площадь поверхности вещества в них в 100 раз меньше, чем у Урана). В кольцах Нептуна обнаружен интересный феномен: внешнее кольцо оказалось незамкнутым. Отдельные его участки образуют дуги, называемые арками. Арки трассируют отдельные участки кольца малой плотности. Диаметр кольца 1989 N1R составляет 62 900 км, ширина арок не превышает 50 км. По своим свойствам кольцо 1989 N1R близко к кольцам 8 и г) Урана.

Большое Темное Пятно в атмосфере Нептуна (Фото

Рис. 14.4. Большое Темное Пятно в атмосфере Нептуна (Фото: «Voyager-2», NASA)

Основные параметры колец Нептуна приведены в таблице 14.1.

Таблица 14.1

Кольца Нептуна

Кольцо

Расстояние до центра планеты, км

Ширина кольца, км

Содержание пыли, %

1989 N3R

41 900

1700

40—70

1989 N2R

53 200

< 15

40—70

1989 N4R

53 200—59 000

5800

малое

1989 N1R

62 900

<50

Три пылевые арки

Окончательно теория, объясняющая феномен арок, не создана. Одна из гипотез допускает, что арки могут стабилизироваться гравитационным воздействием крупного спутника планеты, двигающегося по орбите, сильно наклоненной к экватору Нептуна. Однако такой спутник не обнаружен.

Вещество, из которого состоят кольца Нептуна, отличается низким альбедо (около 6 %). В кольцах, помимо пыли, присутствуют сравнительно крупные темные глыбы, наибольшее их количество — во внешнем кольце. Предполагается, что бомбардировка заряженными частицами из магнитосферы планеты приводит к разложению углеводородов и выделению углерода в виде сажи, которая окрашивает поверхность глыб в черный цвет.

Кольца Нептуна (Фото

Рис. 14.5. Кольца Нептуна (Фото: «Voyager-2», NASA)

Помимо вещества в кольцах Нептуна, известны также 14 спутников планеты. Поскольку Нептун — бог океана, традиция предлагает названия для его спутников, связанные с именами морских божеств. Два спутника, Тритон и Нереида, были открыты в середине XX в. в результате наземных наблюдений Нептуна. Открытие еще шести спутников выполнено во время миссии «Вояджера-2». В начале XXI в. были обнаружены еще пять удаленных спутников. В 2013 г. на архивных снимках космического телескопа «Хаббл», сделанных в 2009 г., обнаружен еще один, четырнадцатый спутник, который позже был найден и на изображениях 2004 г. (S/2004N1). Название этому спутнику пока не дано.

Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса, S/2004N1, Протей. Эти небольшие спутники движутся практически в плоскости экватора Нептуна в прямом направлении на сравнительно низких орбитах от 48 230 км (Наяда) до 117 650 км (Протей). Низкое альбедо их темной поверхности связано с постоянным воздействием частиц из колец. Самый маленький в этой группе спутников — S/2004N1 (размер в пределах 8—20 км), самый крупный спутник группы — Протей (440 х 404 км).

Тритон. Самый крупный из спутников Нептуна — Тритон, открытый еще в 1846 г., почти одновременно с Нептуном, имеет диаметр 2707 км. Он движется по сильно наклоненной к экватору круговой орбите (67°) в обратном (ретроградном) направлении на высоте 354 760 км над центром Нептуна. Тритон обладает синхронным вращением. Несмотря на то, что он находится лишь немногим ближе к Нептуну, чем Луна к Земле, полный оборот вокруг планеты он совершает гораздо быстрее (за 5,877 земных суток).

Масса Тритона — 2,14 • 1022 кг, а его средняя плотность 2,061 г/см3, что указывает на возможность существования силикатного ядра диаметром около 2000 км. Температура его поверхности крайне низка (-235 °С). Съемки «Вояджера-2» показали, что большая часть поверхности Тритона выглядит как равнина, изрезанная множеством трещин. Обнаружено несколько впадин диаметром 150—250 км. В целом ледяная кора претерпевала многократные воздействия тектонической деятельности. На ней видны следы криовулканической активности, расплавов ледяной коры, разломы, уступы. Ударные кратеры заполнялись ледяными лавами, содержавшими водные растворы метана, аммиака и различных солей.

Спутник Нептуна Тритон (Фото

Рис. 14.6. Спутник Нептуна Тритон (Фото: «Voyager-2», NASA)

Около южного полюса Тритона видна яркая полярная шапка, вероятно, состоящая из слоя азотного инея. В районе полярной шапки обнаружены множественные темные пятна. Съемки «Вояджера-2» показали, что из небольших темных источников (газовых гейзеров) поднимаются вверх две струи темного газа толщиной от 20 м до 2 км. На высоте около 8 км эти струи поворачиваются на 90°, превращаясь в практически горизонтальные широкие шлейфы. Излом газовых струй можно объяснить наличием в атмосфере Тритона на этой высоте тропопаузы, выше которой дуют в западном направлении сильные ветры. Вещество, выбрасываемое гейзерами, осаждается на ледяной поверхности в виде темных пятен длиной 100—150 км.

Одно из предположений, объясняющих феномен газовых гейзеров Тритона, состоит в следующем. В недрах ледяной коры, прогреваемой солнечными лучами, может осуществляться возгонка замерзших азота или метана. В полостях подо льдом в результате должно возрастать газовое давление, что может привести к прорыву ледяной оболочки и выбросу газа, который выносит из недр какое-то темное вещество. Следует отметить, что гейзеры обнаружены только в пределах южной полярной шапки. Окончательной теории этих явлений не существует.

Помимо гейзеров, на снимках «Вояджера-2» видны темные пятна со светлой окантовкой, напоминающие по внешнему виду пересыхающие солончаковые озера.

Внутреннее строение Тритона, согласно современным представлениям, таково. Спутник обладает самым массивным среди всех спутников планет-гигантов каменным ядром (70 % от полной массы), 30 % занимают легкие компоненты — льды, (азот, окись углерода, аммиак и метан). На начальном этапе формирования Тритон испытал, вероятно, множественные соударения, которые приводили к значительному выделению тепла, плавлению и гравитационной дифференциации, которая, в свою очередь, также усиливала нагрев недр Тритона. В результате дифференциации должно было сформироваться плотное ядро, покрытое снаружи более легкой мантией в виде водного раствора многих солей с примесями аммиака и метана. По окончании интенсивных метеоритных бомбардировок Тритон начал остывать, и глубокий океан начал покрываться ледяным панцирем. В настоящее время толщина ледяной коры составляет около 180 км, под ней остается океан глубиной до 190 км. Водный океан насыщен солями, аммиаком и метаном.

Приливные явления, тепловые потоки в недрах спутника, либрации в прошлом вызывали сильные механические напряжения в ледяной коре Тритона. Там возникали длинные трещины (грабены). На ледяной коре видны образования неизвестной природы, указывающие на внутреннюю (криовулканическую) активность Тритона. По-видимому, происходил локальный нагрев и плавление материала ледяной коры. Малое количество древних ударных кратеров говорит о том, что кора спутника подвергалась существенным трансформациям. В настоящее время его орбита отличается малым эксцентриситетом, это означает, что либрации невелики, и приливные возмущения, подобные описанным выше для спутников Юпитера, незначительны. Тем не менее приливные механизмы также могут вносить вклад в генерацию криовулка- нических явлений на Тритоне.

У Тритона обнаружена атмосфера с исчезающе малой плотностью (давление у поверхности спутника — около 15 миллионных долей бара). Плотность атмосферы Тритона, как и всех подобных атмосфер — величина непостоянная, периодически изменяющаяся по мере движения Нептуна вокруг Солнца. Состав ее — азот с мизерной добавкой метана. Обнаружена ионосфера Тритона, и даже слабое авроралъ- ное свечение, аналогичное полярным сияниям на Земле, Юпитере и Сатурне, но существенно более слабое.

Фрагменты поверхности Тритона (Фото

Рис. 14.7. Фрагменты поверхности Тритона (Фото: «Voyager-2», NASA)

Разложение (фотолиз) метана под воздействием солнечного излучения должен приводить к образованию этана, этилена и ацетилена. При низких температурах эти углеводороды должны конденсироваться, осаждаясь на поверхность Тритона. Расчеты показывают, что толщина углеводородного слоя может достигать нескольких метров. Эти оценки требуют экспериментальных подтверждений.

Существует предположение, что Тритон является карликовой планетой, захваченной тяготением Нептуна из близкого пояса Койпера. В пользу этой гипотезы говорит обратное направление обращения Тритона вокруг Нептуна и значительный наклон плоскости его орбиты к экватору Нептуна.

Нереида. Спутник диаметром около 340 км, открытый в 1949 г., движется по чрезвычайно вытянутой (практически кометной) орбите с эксцентриситетом 0,7512. Среднее расстояние от центра Нептуна — 5 513 400 км. Таким образом, наблюдается огромный пустой «просвет» между орбитами Тритона и Нереиды. Наклонение орбиты Нереиды к плоскости экватора Нептуна составляет 29°. Средняя плотность спутника около 1 г/см3 (плотность воды при нормальных условиях).

Галимеда, Сао, Лаомедея, Псамафа, Несо. Небольшие (не более 60 км) спутники, обнаруженные в 2002 и 2003 гг. Орбиты их хаотические — с большими эксцентриситетами, движение трех из пяти спутников — в обратном направлении, наклонения орбит к плоскости орбиты Нептуна — десятки градусов. Ближайший к Нептуну спутник этой группы (Галимеда) имеет большую полуось своей орбиты 15 728 000 км. Самый дальний спутник (Несо) — 48 387 000 км и период обращения 25,6 земных лет.

Существует гипотеза, согласно которой в древности Нептун захватил массивное внешнее тело, которое столкнулось с существовавшим на орбите крупным спутником. Фрагменты разрушившихся при столкновении небесных тел могли приобрести необычные орбиты, сильно наклоненные к плоскости орбиты Нептуна (Тритон и Нереида). Первоначально вытянутая орбита Тритона могла постепенно изменяться от высокоэллиптическои до круговой под воздействием торможения в среде пылегазовой туманности на больших удалениях от центра Солнечной системы. В ходе этих изменений Тритон мог «перехватить» большое количество малых спутников, и в ходе этих многочисленных столкновений приобрести дополнительный запас внутренней тепловой энергии. Этим может быть объяснено неожиданно малое количество спутников за орбитой Тритона и неожиданно высокие плотность и энергетика Тритона.

Нептун и его спутники, расположенные на периферии Солнечной системы, представляют большой интерес. Многие свойства планеты, ее колец и спутников остаются неизвестными. Основная масса данных о системе Нептуна получена в результате единственной миссии космического аппарата «Вояджер-2», выполнившего непродолжительный цикл исследований с пролетной траектории в 1989 г. Очевидно, что будущие космические исследования с близкого расстояния могли бы существенно обогатить наши знания о Нептуне. Как указано выше, новые полеты к Нептуну в обозримом будущем не планируются.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Изложите основные факты, относящиеся к метеорологии Нептуна.
  • 2. Что такое арки в кольцах Нептуна?
  • 3. Поясните понятие криовулканизма. Приведите известные вам примеры?
  • 4. Что вам известно о магнитном поле Нептуна?
  • 5. Что такое фотолиз и к чему приводит этот процесс на спутниках Нептуна?
  • 6. Изложите гипотезы, претендующие на объяснение гейзеров Тритона.
  • 7. Как объясняется избыточное тепловое излучение Нептуна?
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>