Skip to content

Истинные спутники планет

9 ГЛАВА. ИСТИННЫЕ СПУТНИКИ ПЛАНЕТ

Первые спутники планет Солнечной системы (не считая Луны) были открыты в 1609 году Галлеем. Это были 4 спутника Юпитера — Ганимед, Каллисто, Ио и Европа. Всего на сегодняшний день у девяти известных планет открыт 61 спутник. Это: у Земли — 1; Марса — 2; Юпитера — 16; Сатурна — 18; Урана — 15; Нептуна — 8; Плутона – 1. Ближние к Солнцу планеты Меркурий и Венера спутников не имеют.

С развитием исследований Космоса у дальних планет почти ежегодно открываются новые спутники. Солнечной системе самый большой спутник у Юпитера (Ганимед), диаметр его около 5 тысяч километров, что больше размера планеты Меркурий. Самый маленький спутник у Марса (Деймос), диаметр его около 15 километров. Большинство спутников обращаются по круговым орбитам. Исключением являются 4 спутника у трех планет: у Нептуна — Нереида; у Юпитера — Синопе; у Сатурна — Гиперион и Феба. Эти спутники имеют очень вытянутые орбиты, их эксцентриситет равен 0,1-0,75. У большинства спутников орбиты «правильные», т.е. лежат в экваториальной плоскости. Исключением являются 7 спутников у четырех планет, с «неправильными» орбитами (у Земли — Луна; у Юпитера — Синопе и Леда; у Сатурна — Япет и Феб; у Нептуна — Тритон и Нереида). Все спутники вращаются по орбите в направлении суточного вращения планет, кроме 6 дальних спутников трех планет, которые вращаются в обратном направлении (у Юпитера — Ананке, Карма, Пасифе, Синопе; у Сатурна — Феб; у Нептуна — Тритон). Но не все космические объекты, которые вращаются около планет, могут являться истинными спутниками этих планет. Большинство из них, скорее всего, являются захваченными астероидами. Спутники от астероидов в основном отличаются следующими свойствами.

Астероиды – это деградирующие объекты и они: не имеют внутреннего ядра, не имеют магнитной оболочки, имеют неправильную форму, постепенно по спирали сближаются с планетой или Солнцем. Спутники в отличие от астероидов являются развивающимися объектами, они имеют: внутреннее ядро, магнитное поле, правильную форму, по спирали удаляются от своей планеты, вращаются около планеты в том же прямом обращении, что и планета вокруг Солнца.

 

9.1. Расчет истинных спутников планет

Учитывая все вышесказанное, рассчитаем истинные спутники планет с помощью известных формул (см. гл. 8.10.): радиуса действия Койпера, предела Роша, формулы «золотого сечения», сфер влияния Земли, формулы Кеплера.

Радиус действия Койпера. Известно, что частица, первоначально покоящаяся в системе координат, вращающейся вместе с планетой вокруг Солнца, будет принадлежать планете, если ее расстояние до планеты меньше, чем средний радиус действия (Rа), который дается интерполяционной формулой (9.1.):

lg ——  =  +0,318 lg µ — 0,327           (9.1.)

а

 

где:

Мр

µ  =    ————                          (9.2.)

Мс + Мр

а  — среднее расстояние планеты до Солнца (или “R”);

Мс — масса Солнца;

Мр  — масса планеты.

Орбиты спутников не являются устойчивыми вплоть до Rа, поскольку спутники не находятся в покое во вращающейся системе координат. Так как для спутника с приблизительно круговой орбитой расстояние от поверхности нулевой скорости до планеты приблизительно вдвое больше, чем расстояние от спутника до планеты, то в качестве среднего предела устойчивости спутников берут величину, равную Rp (0,5Rа). Поиски спутников планет должны распространяться максимум до Rpа (0,75Rа). В табл. 9.1. «Радиус поля, в котором может находиться спутник (по Койперу)» даны пределы устойчивости. В основу вычислений таблицы положена величина 0,5Rа.

 

Табл. 9.1. Радиус поля, в котором может находиться спутник (по Койперу)

Планета Расстояние планеты 

до Солнца

(R)*

Радиус орбиты

 

устойчивости спутника

(Rp)

Максимальное удаление спутника

от планеты

 

(Rpa)

(тыс. км.)
Меркурий 59839 94 141
Венера 104718 419 628
Земля 149598 613 920
Марс 224397 464 696
Юпитер 777910 20046 30069
Сатурн 1047180 24982 37473
Уран 2842362 27676 41514
Нептун 4487940 45926 68889
Плутон 5983920 < 24235 < 36352

*R — соответствует «а» среднему радиусу орбиты планеты около Солнца.

Для расчета истинных спутников девяти известных планет воспользуемся координатами существующего самого большого спутника данной планеты. Относительно этого спутника просчитаем:

— расстояние самого ближайшего спутника по пределу Роша,

— расстояние спутников до планеты по формуле «золотого сечения»,

— период обращения спутника по закону Кеплера.

Предел Роша дает возможность рассчитать начальную орбиту самого ближайшего спутника к планете (Rо), где r – радиус планеты (9.3.):

Rо =  2,46· r                            (9.3.)

Ближе этого расстояния спутники не могут существовать. Согласно пределу Роша эта орбита (Rо) для планет будет равна (табл. 9.2. «Сферы влияния планет (тыс. км)»):

Формула «золотого сечения» говорит, что по мере удаления спутников от планеты их расстояние увеличивается в 1,618 раза:

R(n+1) = 1.618 R(n)                (9.3.)

где:

R(n) – расстояние предыдущего спутника;

R(n+1) – расстояние последующего спутника.

Вполне возможно, что в эту формулу необходимо вводить некую поправку, например, связанную с массой.

Сферы влияния Земли (сфера притяжения R1; сфера спутника R2; сфера действия R3; сфера Хилла R4). Если воспользоваться данными по сферам влияния Земли и общеизвестными данными по планетам (Табл. 9.3.), то можно просчитать сферы влияния R1, R2, R3, R4 для всех планет (см. табл. 9.2.).

Табл. 9.2. Сферы влияния планет (тыс. км)

Планеты Предел Роша 

(Rо)

 

Сфера 

№1

(R1)

 

Сфера 

№2

(R2)

 

Орбита Последнего Спутника 

Rpс

Орбита спутника 

(Rp=0,5Rа)

(по Койперу)

Сфера 

№3

(R3)

 

Сфера 

№4

(R4)

 

Меркурий 6,00 99,44 147,22 393 94 524 572
Венера 14,89 246,71 365,26 660 419 880 1420
Земля 15,69 260 385 696 613 928 1497
Марс 8,35 138 205 370 464 494 796
Юпитер 175,64 2911 4310 7791 20046 10388 16757
Сатурн 148,41 2460 3642 6584 24982 8778 14159
Уран 64,45 1068 1581 2859 27676 3812 6149
Нептун 62,16 1030 1525 2758 45926 3677 5931
Плутон 3,69 61 91 125 < 24235 218 352
Солнце 1712 28376 42011 52861 101268 163351

Табл. 9.3. Планеты Солнечной системы

Планета Предельная зона 

расположения

спутника (Rpc)

Расстояние до Солнца 

(R)*

Радиус планеты 

(r)

(тыс. км) Тыс. км Относительно 

Солнца (r☼) **

Тыс. км. Относительно Солнца (r☼) **
Меркурий 393 59839 86 2,44 0,0035
Венера 660 104718 150 6,05 0,0087
Земля 696 149598 215 6,38 0,0092
Марс 370 224397 322 3,39 0,0049
Юпитер 7791 777910 1118 71,40 0,1026
Сатурн 6584 1047180 1505 60,33 0,0867
Уран 2859 2842362 4084 26,20 0,0376
Нептун 2758 4487940 6448 25,27 0,0363
Плутон 125 5983 8598 1,50 0,0022
Солнце 52861 696 1

*R — равно «а» (среднее расстояние планеты до Солнца).

** r☼ — в радиусах Солнца (696 тыс. км).

 

Известно, что Земля имеет 4 сферы влияния (см. гл. 8):

1.     №1 (сфера притяжения R1) равна 260 тыс. км (или 40,77 радиусов Земли). Внутри этой сферы тяжесть притяжения планеты превышает тяготение Солнца. Применив земную пропорцию к другим планетам, можем написать, что сфера влияния №1 любой планеты равна 40,77 радиусов этой планеты (r):

R1 = 40,77 r                                     (9.4.);

2.     №2 (сфера спутника Луны R2) равна 385 тыс. км (или 60,36 радиусов Земли). Применив земную пропорцию к другим планетам, можем написать, что сфера влияния №2 любой планеты равна 60,36 радиусов этой планеты (r):

R2 = 60.36 r                                     (9.5.);

Табл. 9.4. Радиус орбиты спутников планет

Планеты Предел Роша (Ro) 

(первый ближайший спутник)

Радиус орбиты 

спутника

(тыс. км)

Максимальный радиус 

(последний дальний спутник)

(минимум) (тыс. км) (максимум) (тыс. км)
Меркурий 6 94 524
Венера 15 365 880
Земля 16 385 928
Марс 8 205 696
Юпитер 176 4310 30069
Сатурн 148 3642 37473
Уран 64 1581 41514
Нептун 62 1525 68889
Плутон 4 91 < 36352
Солнце 1712 42011 101268

3.     №3 (сфера действия R3) равна 928 тыс. км (или 145,5 радиусов Земли). Внутри этой сферы происходит возмущающее действие на движение комет, астероидов (а также искусственных спутников планеты), происходит их торможение, и объекты могут упасть на Землю. Применив земную пропорцию к другим планетам, можем написать, что сфера влияния №3 любой планеты равна 145,4 радиусов этой планеты (r):

R3 = 145,5 r                                    (9.6.);

4.     №4 (сфера Хилла R4) равна 1497 тыс. км (или 234,71 радиусов Земли). Эта сфера дает то максимальное расстояние, на котором могут двигаться посторонние небесные тела, оставаясь спутниками планеты. Она является своего рода аурой планеты. Применив земную пропорцию к другим планетам, можем написать, что сфера влияния №4 любой планеты равна 234,71 радиусов этой планеты (r):

R4 = 234,71 r                                (9.7.).

По формуле (9.6.) (сфера №3) найдем предельную зону расположения спутника (Rpс) из расчета 0,75 части этого расстояния (по Койперу):

Rpс = 0,75 · 145,5 r                                           (9.8.),

где r — радиус планеты.

Из данных таблицы (9.2.) выходит, что первый спутник Солнца (первая планета Солнечной системы) должен находиться на расстоянии от Солнца не ближе, чем 1712 тыс. км. (предел Роша — Rо). Расстояние спутника Солнца (сфера спутника R2) равно 42011 тыс. км. Первая же планета Меркурий находится гораздо дальше от Солнца — на расстоянии 59839 тыс. км.

Учитывая полученные данные (см. табл. 9.2.), находим, что спутники планет могут находиться в определенном интервале — от минимума до максимума (табл. 9.4. «Радиус орбиты спутников планет»).

 

9.2. Образование спутников

Вероятнее всего, что новые спутники около планет образуются путем сгущения пылевых облаков, состоящих из захваченных астероидов и комет. Эти облака образуют около планет кольца. Вещество (по мнению О. Иванова), накапливаясь многие сотни миллионов лет, находится в нем в хаотическом состоянии. Самоорганизация происходит под воздействием некого сильного фактора извне. При этом сгущение определенной массы может формироваться лишь при определенном соотношении между величинами плотности и температуры (см. выше). При меньшей температуре сгущение будет иметь соответственно меньшую массу. Известно, что пылевое облако около планеты или Солнца приобретает форму шара при условии, если начальная масса облака (Мо) превышает  (2 ·10¹³) тонн.

Известно, что такие пылевые кольца имеются около Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна (о Плутоне точных данных  пока нет). Нептун имеет около себя пылевое кольцо на расстоянии примерно трех своих радиусов. Это заставляет думать, что новый спутник Нептуна уже начал формироваться. Радиус внешнего кольца Сатурна равен 140000 км (предел Роша для него равен 148000 км). Следовательно, новый спутник Сатурна внутри кольца только формируется. В 1966 году польский ученый Кордылевский установил, что Земля также окружена кольцом из пыли толщиной в три диаметра Земли, диаметр его в 60 раз больше диаметра Земли. Так же Земля на своей орбите имеет 2 шаровидных пылевых облака (см. далее гл. 10 «Треугольники Лагранжа»).

Формула Кеплера дает данные по периодам обращения истинных спутников:

П(п) ²             R(п) ³

——-     =     ——-          (9.9.)

П(п+1) ²        R(п+1) ³

где:

П(п)      — период обращения предыдущего спутника;

П(п+1)  — период обращения последующего спутника;

R(п)      — среднее расстояние до планеты предыдущего спутника;

R(п+1)  — среднее расстояние до планеты последующего спутника.

Если в формулу Кеплера (9.9.) подставить значения среднего расстояния (R) из формулы «золотого сечения», то получим:

П(п+1) = 2,058 П(п)                 (9.10.)

Из данных формулы (9.10.) выходит, что по мере удаления спутника от планеты его период обращения увеличивается в 2,058 раза.

9.3. Спутники планет

Спутник Меркурия. Первый и ближайший спутник Меркурия должен был находиться на расстоянии не ближе 6 тыс. км. от него (Rо). Предельный радиус орбиты спутника при этом был бы равен 94 тыс. км (Rp).

Спутник Венеры. Первый и ближайший спутник Венеры должен был бы располагаться на расстоянии от планеты (Rо) 14,89 тыс. км. Допустимый радиус орбиты спутника при этом был бы равен (Rр) 419 тыс. км.

Спутник Земли.

Для Земли согласно формулам первый и самый ближайший спутник должен располагаться на расстоянии 15,69 тыс. км (Rо). Допустимый радиус орбиты спутника (Rр) 613 тыс. км.

Луна (рис. 9.1. «Состав Луны») находится в промежутке между этими расстояниями на расстоянии от Земли 384,4 тыс. км.

Рис. 9.1. Состав Луны.

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 9.2. («Движение Луны вокруг Земли (А)»; «Положение орбит Солнца, Земли и Луны относительно эклиптики (В)») показаны линейные конфигурации Луны. В 1996 году канадский астроном К.Иннанен на компьютерных экспериментах доказал, что около Земли есть очень устойчивая орбита на расстоянии около 0,103 а.е. (15,376 млн. км.), которая могла бы быть прибежищем для второго спутника Земли. Она равна 2400 земным радиусам или 40 средним расстояниям от Земли до Луны. Период обращения по этой орбите равен около 0,5 годам

А

В

Рис. 9.2. Движение Луны вокруг Земли (А);положение орбит Солнца, Земли и Луны относительно эклиптики (В).

«Антиземля» («Нибиру», «Глория» и т.д.) – мистический двойник и спутник Земли, который незаслуженно иногда называют 10-й планетой. Ее предложили некоторые строномы, среди них Бутусов, Уваров и другие. Антиземля двигается вокруг Солнца по орбите Земли, но на противоположной ее стороне, поэтому планету и не видно (рис. 9.3). Но ни один искусственный спутник Земли до сих пор не обнаружил этот объект.

 

 

 

Рис. 9.3. Орбита Антиземли.

В заключении  можно напомнить, что к началу 21 века на поверхности Луны побывало 12 космонавтов.

Спутники Марса

Считается, что Марс имеет около себя 2 спутника: Фобос и Деймос. Согласно последним данным эти темные тела быстро разогреваются и быстро остываю. Они легкие и прочные, состоят из углистых хондритов. Скорости их не постоянны (то уменьшаются, то увеличиваются) (Табл. 9.5. и фото 9.4.).

Фобос — внутренний и самый большой спутник Марса. Он обращается около Марса за 8 часов. Температура на спутнике колеблется от  -4ºС в тени до  +112ºС в самых освещенных местах. Атмосферы нет. Спутник имеет неровную вытянутую форму с радиусом 14х10 км (поперечник 27х19 км). Наблюдения за Фобосом с 1879 по 1973 года показали, что период обращения его около Марса постепенно уменьшается примерно на 0,00019 секунд в год, что соответствует уменьшению расстояния до Марса на 4-5 см/год.

Деймос — самым маленький спутник в Солнечной системе, он так же, как и Фобос имеет неправильную вытянутую форму (8х6 км.) в диаметре около 15 км. Температура на Деймосе колеблется от -4°С днем до -112°С ночь.

Фото. 9.4. Спутники Марса (Фобос и Деймос).

По формуле Роша радиус обращения первого спутника Марса (Rо) должен быть не ближе, чем 8,35 тыс. км. (более 2,46 радиусов Марса). Последний спутник должен быть удален от Марса на расстоянии до 370-464 тыс. км (Rр).

Если же учитывать, что соотношение расстояний Земля-Луна равно 60, а Солнце-Меркурий 86 радиусов, то первый спутник Марса должен находиться на расстоянии  205 тыс. км. Орбиты же Фобоса и Деймоса располагаются гораздо ближе – в сфере притяжения Марса. Эти объекты обладают малой плотностью (около 2 г/см³), малой силой тяготения и, следовательно, низкой скоростью убегания (для Фобоса она равна 13 м/с, Деймоса – 8 м/с). При этом Фобос и Деймос имеют неправильную форму и мизерную массу и не имеют магнитосферы.

Табл. 9.5. Спутники Марса

Спутники Орбита
Название Эксцентриситет 

(Э)

Радиус 

(r) (км)

Радиус Период обращения (сутки)
(тыс. км) (Rn)*
1 Фобос 0,0151 26х18 9.38 2,76 0.319
2 Деймос 0,0002 16х10 23.46 6,91 1.263

*Rn – радиус планеты Марс (3,393 тыс. км.).

Неправильная форма этих двух объектов, отсутствие ядра и магнитосферы, а также их малое расстояние до Марса (которое также постоянно уменьшается) и малая масса говорят о том, что Фобос и Деймос являются захваченными астероидами, а не спутниками Марса. И со временем они упадут на свою планету.

Спутники Юпитера

Юпитер имеет около себя 63 спутника. Самый большой из них — Ганимед (2631 км) (табл. 9.6.).

Орбиты спутников слегка наклонены к плоскости экватора планеты и прецессируют.  Согласно формулам первый и ближайший спутник Юпитера (Rо) должен находиться не ближе, чем 175,64 тыс. км от планеты, а последний (Rр) – на 7791 тыс. км. от Юпитера. Два ближайших спутника Амальтея и Теба вписываются в расчетные данные, но они имеют неправильную форму и ничтожную массу. Поэтому, скорее всего они также являются захваченными астероидами. Такими же астероидами являются и дальние спутники (с Леды). Если взять за начальный отсчет спутников данные самого большого спутника Ганимеда (r = 2631 км) и просчитать по формуле «золотого сечения» расстояния и периоды обращения всех остальных спутников, а затем  сравнить полученные результаты с фактическими, то получим данные, представленные в табл. «Истинные спутники Юпитера».

Табл. 9.6. Спутники Юпитера

Спутники Орбита
Название Радиус 

(r)

(км)

Масса 

(10²° кг)

Радиус 

(R)

(тыс. км)

Период обращения 

(орбитальный период) (П)

(сутки)

Наклонение к плоскости экватора планеты 

(градус)

Визуальная звездная величина
1. Метис (Метида) 20 127.96 0.295 0 17.4
2. Адрастея 12х8 128.98 0.296 0 18.9
3. Амальтея 135х75 181.3 0.498 0.4 14.1
4. Теба 50 221.9 0.675 0.8 15.5
5. Ио 1815 894 421.6 1.769 0.04 5.0
6. Европа 1569 480 670.9 3.551 0.47 5.3
7. Ганимед 2631 1482,3 1070 7.155 0.19 4.6
8. Каллисто 2400 1076,6 1883 16.689 0.28 5.6
9. Фемисто 4 7284 130,02 43
10. Леда 8 11094 238.72 27 20.2
11. Гималия 90 11480 250.57 28 14.8
12. Лиситея 20 11720 259.22 29 18.4
13. Элара 40 11737 259.65 28 16.7
14. S\2000 J11 2 12555 287,0
15. S\2003 J12 0,5 15912 -979,99
16. Карпо 1,5 16989 456,10
17. Эвпорие 1 19304 -550,74
18. S\2003 J3 1 20221 -583,88
19. S\2003 J18 1 20514 -596,59
20. Ортозие 1 20720 -622,56
21. Эванте 1,5 20797 -620,49
22. Гарпалике 2 20858 -623,31
23. Праксидике 3,5 20907 -625,38
24. Тионе 2 20939 -627,21
25. S\2003 J16 1 20963 -616,36
26. Иокасте 2,5 21061 -631,60
27. Мнеме 1 21069 -620,04
28. Гермиппе 2 21131 -633,90
29. Тельксиное 1 21162 -628,09
30. Ананке 15 21276 -629,77 147 18.9
31. Гелике 2 21263 -634,77
32. S\2003 J15 1 22627 -689,77
33. Эвридоме 1,5 22865 -717,33
34. Архе 1,5 22931 -723,90
35. S\2003 J17 1 23001 -714,47
36. Пазите 1 23004 -719,44
37. S\2003 J10 1 23042 -716,25
38. Халдене 2 23100 -723,70
39. Исоное 2 23155 726,25
40. Эриноме 1,5 23196 -728,51
41. Кале 1 23217 -729,47
42. Этне 1,5 23229 -730,18
43. Тайгете 2,5 23280 -732,41
44. S\2003 J9 0,5 23384 -733,29
45. Карме 23 23404 -734,17 163 18.0
46. Спондее 1 23487 -748,34
47. Мегаклите 2,5 23493 -752,88
48. S\2003 J5 2 23495 -738,73
49. Пасифе 35 23500 -743,63 147 17.7
50. S\2003 J19 1 23533 -740,42
51. S\2003 J23 0,5 23563 -732,44
52. Калике 2,5 23566 -742,03
53. Кора 1 23614 -779,23
54. Эвкеладе 2 23661 -746,39
55. Синопе 20 23700 -758,90 153 18.3
56. S\2003 J4 1 23930 -755,24
57. Гегемоне 1,5 23947 -739,60
58. Аойде 2 23981 -761,50
59. Каллихоре 1 24043 -764,74
60. Автоное 2 24046 -760,95
61. Каллирое 4,5 24103 -758,77
62. Киллене 1 24349 -751,91
63. S\2003 J2 1 29541 -979,99

 

Два ближних спутника имеют неправильную форму и вращаются вокруг планеты практически в одной плоскости и с одним периодом. Вторые два также имеют неправильную форму. Фемисто слишком мал. Самые дальние (внешние) спутники Юпитера обладают наибольшими наклонениями и эксцентриситетами орбит, малым размером и неправильной формой, обращаются вокруг планеты в обратном направлении. Эти факты определенно указывают на то, что они, вероятно, представляют собой захваченные астероиды. Из таблицы 9.7. видно, что расчетные и истинные значения расстояний спутников и их периодов обращения очень хорошо совпадают.

Табл. 9.7. Истинные спутники Юпитера

Спутники Астероиды Радиус 

(r)

(км.)

(Э)* Расстояние до Юпитера 

(R)

Период обращения 

(П)

Факт. 

(в Rn) **

Факт. 

(тыс. км)

Расчет 

(тыс. км)

Ош. в % 

***

Факт. 

(год)

Расчет 

(год)

Ош. в % 

**

Метис (Метида) 21 128 0,3
Адрастея 16х26 129 0,3
ближайший спутник 175,64 0,40
Амальтея 262х134 181 156 0.498 0,40
Теба 110х90 222 253 0.675 0,82
1 Ио 1815 0,004 5.91 422 409 3% 1.769 1,69 4%
2 Европа 1569 0,010 9.4 671 661 2% 3.551 3,48 2%
3
Ганимед
2631 0,001 15.0 1070 1070 7.155 7,155
4 Каллисто 2400 0,008 26.4 1883 1731 8% 16.69 14,72 12%
? 2798 30,28
? 4521 62,30
Фемисто 4 7284 7306 1% 130,02 128,17 1%
последний спутник 7791 263,7
Леда 8 11094 11807 239

*Э – Эксцентриситет орбиты.

**Rn – радиус планеты Юпитер (71,398 тыс. км).

*** Ошибка расчетных данных от истинных значений.

Если считать дальние спутники, то следующий спутник за Каллисто должен  находиться на расстоянии около 3000 км от Юпитера. На этом расстоянии спутника нет. Согласно формуле сфера Хилла Юпитера равна 16757 км. За пределами этого расстояния истинные спутники планеты не могут находиться. Среди всех спутников Юпитера только четыре галилеевых спутника (открытые Галилеем в 1610 году) Ио, Европа, Ганимед и Каллисто могут точно претендовать на звание спутника и по своему составу являются наиболее интересными.

Изображения четырех больших спутников были переданы на Землю в 1996 году космическим аппаратом «Галилео». На трех спутниках Европе, Ганимеде и Каллисто был обнаружен лед (у Ио его нет). Ио и Европа почти целиком состоят из вещества горных пород, а Ганимед и Каллисто из этих пород имеют только внутреннее ядро.

Ио — третий по величине спутник Юпитера, его радиус 1815 км. По размерам он почти равен Луне. Это самый активный спутник, единственный спутник в Солнечной системе, где достоверно обнаружено не менее семи областей действующих вулканов и более 100 вулканических кальдер. В целом рельеф Ио сглаженный. Средняя плотность равна 3,53 г/см³, спутник в основном состоит из горных пород (силикатов). В 1996 году космический аппарат “Галилео” зафиксировал у Ио обширный слой ионосферы — слоя с повышенным содержанием заряженных частиц, концентрацию ионизированного кислорода, серы, диоксида серы на высоте 900 км. над поверхностью спутника. Были также найдены натрий, кальций, двуокись серы. Ионизированный газ удерживается спутником и не “выметается” вращающейся магнитосферой Юпитера. Дневная температура ионосферы равна 400-500К, ночная 150-200К. В районе экватора температура поверхности составляет -140°С, а в полярных областях –190°С. В районе вулканической активности температура на 200 градусов горячее окружающего фона (+10°С). Предполагают, что атмосфера Ио разряжена («сульфидная») и пульсирует (расширяется и сжимается) в зависимости от активности вулканов на этом спутнике. Верхний предел  давления нейтральной атмосферы Ио получился равным 10-9 атмосфер. Такое давление в земной атмосфере зарегистрировано на высотах 200-300 км.

Причиной вулканической деятельности на Ио ученые считают приливный разогрев его недр. Дело в том, что под влиянием притяжения Европы и Ганимеда возникают возмущения эксцентриситета синхронной орбиты Ио внутри Юпитера. Это и вызывает изменения амплитуды постоянных крупномасштабных приливов. Помимо приливного разогрева недр предполагается и другой механизм генерации тепла – вследствие нагрева электрическим током, возбуждаемым при взаимодействии Ио с магнитосферой Юпитера. Эта идея распространяется на все проводящие тела, движущиеся в магнитном поле или обтекаемые солнечным ветром. Астрофизиками было доказано, что планета и спутник образуют своего рода генератор. Это было подтверждено в период с 1979 по 1981 года аппаратами “Вояджер-1” и “Вояджер-2”, когда было доказано, что между Юпитером и Ио все время возникают молнии. Ученые считают, что электромагнитные поля такого генератора очень благоприятны даже для атмосферы Земли.

Европа — четвертый по величине спутник Юпитера (радиус 1569 км). Его строение напоминает строение Земли – металлическое ядро и слоистая внешняя оболочка. Европа имеет самую гладкую поверхность и обладает наибольшей отражательной способностью во всей Солнечной системе. Максимальные перепады высот составляют всего десятки метров. Поверхностная температура в районах терминатора составляет –180°С (93°К), а в полдень –140-150°С (53-63°К). На Европе, как и на Ганимеде в 1995 году была обнаружена атмосфера с тонким слоем кислорода, а на поверхности планеты водяной лед. Европа почти целиком состоит из вещества горных пород (80%), водяной лед и водно-ледяная мантия (шуга), составляют остальные 20%. Он сосредоточен в толстой коре (примерно 100 и более км). Некоторые специалисты полагают, что вода, поднимавшаяся из недр Европы, замерзла, а снизу корку распирали новые потоки воды. Полагают, что под ледяным панцирем может существовать океан с простейшими организмами. Американские  ученые предполагают, что вода в океане имеет красный цвет и подогревается изнутри спутника вулканической деятельностью. В пользу этой гипотезы говорят не только изменения в магнитном поле Европы, но и другие признаки.

Ганимед – самый большой спутник не только Юпитера,  но и всей Солнечной системы (радиус 2631 км, это на 500 км больше размера Меркурия). Внешне он очень похож на Луну. Средняя плотность равна 1,83 — 1,93 г/см³. Натуральные цвета Ганимеда (различные оттенки коричневого цвета) представляют собой старые, сильно бомбардированные метеоритными ударами области (имеющие наиболее темный цвет) и более молодые  тектонически-деформированные регионы (светлые оттенки). Ганимед имеет магнитное поле, обладает слоистой структурой: металлическое ядро, каменистая мантия и кора. У Ганимеда (как и у Каллисто) из горных пород сложена только центральная часть (ядро), а внешняя оболочки образована водяным или водно-аммиачным льдом. Магнитосфера на Ганимеде была обнаружена 27 июля 1996 года космическим аппаратом “Галилео”. Механизм генерации магнитного поля, вероятно, такой же, как и у Земли. Давление на поверхности разряженное и равно давлению на высоте нескольких сотен километров над поверхностью Земли (открытый Космос Земли). На спутнике обнаружены следы вулканической и тектонической активности. Предполагают, что кора (частично), скорее всего, ледяная (водяной лед). Это говорит о присутствии на спутнике атмосферы. И в 1996 году космический телескоп Хаббла обнаружил на спутнике тонкую кислородную атмосферу. На нем происходят полярные сияния. Это излучение происходит из околополярных областей спутника. Атмосфера спутника постоянно обновляется.

Каллисто — второй по величине спутник Юпитера (радиус 2400 км). Он дальше всех удален от своей планеты. По строению Каллисто во многом похож на Ганимеда в темных областях. На поверхности в светлых областях Ганимеда имеются «пучки» параллельных борозд. Ширина их достигает несколько сотен, а длина – несколько тысяч километров. Отдельные борозды имеют ширину от 5 до 15 км и глубину несколько сотен метров. В целом поверхность его достаточно гладкая — вариации высот не превышают 1 км. Спутник имеет множество кратеров в несколько десятков километров (от ударения метеоритов). У Каллисто (как и у Ганимеда) силикатное ядро, магнитное поле, водно-ледяная мантия и ледяная кора (очень мощная). В ледяной мантии предполагают большое включение скальных пород. Возможно, что он на 60% состоит из железа и его соединений и на 40% — из водяного льда. Космический зонд «Галилео» показал, что  Каллисто имеет ледяной панцирь с  электрическими потоками. Это предполагает наличие соленого океана. В 1997 году была открыта атмосфера (с углекислым газом), но очень разряженная («Галилео», НАСА).

Спутники Сатурна.

На сегодняшний день у Сатурна открыто 47(56) спутников. Самые большие из них представлены в табл. 9.8. «Спутники Сатурна». Самый большой спутник – Титан. О спутниках Сатурна в свое время Ф.Л.Уипл сказал: “Система Сатурна имеет даже более разительное сходство с Солнечной системой в целом не только потому, что у этой планеты 17 спутников (больше, чем число известных планет), но и потому, что она обладает также большими кольцами — миниатюрным “поясом астероидов” (Рис. 9.5.).

Согласно расчетным данным по «сферам влияния» Сатурна первый и ближайший спутник его должен находиться на расстоянии от планеты не ближе, чем 148,41 тыс. км (Rо), а последний – не дальше, чем 6584 тыс. км (Rp). Согласно этим данным первые  спутники (Пан, Дафнис, Атлас, Прометей и Пандора) находятся ближе допустимого для спутника расстояния. Пан, Атлас, Прометей, Пандора, а также Телесто, Янус, Эпиметий, Калипсо, Елена, Гиперион, Феба, имеют неправильную форму и мизерную массу, поэтому мало подходят под определение спутника. Феба и Пан располагаются также дальше сфера спутников (Rр).

Табл. 9.8. Спутники Сатурна

Название 

Спутника

Радиус 

(r)

(км)

Масса 

10²°кг

Орбита
Радиус 

(R)

(тыс. км)

Период обращения 

(П)

(сутки)

Наклонение к плоскости экватора планеты (градус) Визуальная звездная величина
1 Пан 5* 134 0.575 0
2 Дафнис 136 0,594 0
3 Атлас (Атлант) 20* 138 0.602 0 18.0
4 Прометей 70* 139 0.613 0 16.5
5 Пандора 55* 142 0.629 0 16.0
6 Эпиметий 70* 151 0.694 0.34 15.5
7 Янус 110* 151 0.695 0.14 14.5
8 Мимас 197 0,38 186 0.942 1.53 12.9
9 Метона 194 1,01
10 Палена 211 1,14
11 Энцелад 251 0,84 238 1.37 0.02 11.8
12 Тефия 524 7,55 295 1.888 1.09 10.3
13 Телесто 12* 295 1.888 0 19.0
14 Калипсо 15* 295 1.888 0 18.5
15 Полидевк 377 2,74
16 Диона 559 10,5 377 2.737 0.02 10.4
17 Елена 18* 377 2.737 0.2 18.5
18 Рея 760 24,9 527 4.518 0.35 9.7
19 Титан 2575 1350 1222 15.945 0.33 8.4
20 Гиперион 175* 1481 21.277 0.43 14.2
21 Япет 718 18,8 3561 79.331 14.72 10.2
22 Кивиок 11365 449,22 46,15
23 Иджирак 11442 451,47 46,73
24 Феба 115* 12952 550.48 175.3 16.5
25 Палиак 15198 686,94 45,08
26 Скади 15641 -728,18 152,62
27 Альбиорикс 16394 783,47 33,98
28 Бефинд 16950 822 41,00
29 Эррипо 17604 871,25 34,47
30 Сиарнак 18195 895,55 45,54
31 Тарвос 18239 926,13 33,50
32 S\2004 S13 18450 -906 167,4
33 S\2004 S17 18600 -986 166,6
34 Нарви 18719 -956,19 134,59
35 Мундилфари 18722 -951,56 167,48
36 Бергельмир 18750 -1008 156,90
37 Эгир 19350 -1026 167,00
38 Суттунг 19465 -1016,51 175,81
39 S\2004 S12 19650 -1048 164
40 Бестла 19650 -1052 147,4
41 S\2004 S7 19800 -1103 165,1
42 Фарбаути 19800 -1077 157,6
43 Хати 19950 -1081 162,70
44 Трюм 20219 -1091,76 175,82
45 Форньот 22200 -1355 168
46 Фенрир 22200 -1271 163,00
47 Имир 23130 -1315 173,1

* Имеет неправильную форму.

 

Спутники Тефия, Телесто и Калипсо находятся на одной орбите, но Телесто и Калипсо имеют неправильную форму, и, скорее всего, Телесто и Калипсо являются астероидами. Поэтому на роль истинного спутника Сатурна может претендовать только Тефия. А вся эта троица составляет треугольник Лагранжа, где Тефия является своего рода планетой, а Телесто и Калипсо – ее несостоявшимися спутниками. Диона и Елена также находятся на одной орбите, но Елена имеет неправильную форму и слишком мала для спутника Сатурна. Поэтому спутником, скорее всего, является Диона. Эта пара напоминает другую пару Земля-Луна, но в отличие от Луны Елена (как спутник) пока еще не оформилась. Если взять за исходные данные значения самого крупного спутника Титан и воспользоваться формулой «золотого сечения» и периодов обращения, то получим данные истинных спутников, представленные в табл. 9.9. «Истинные  спутники Сатурна». Из таблицы видно, что Сатурн может иметь максимум 7 спутников: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, (?)Рея, Титан, Япет. Все остальные, как правило, имеют неправильную форму и малый размер – поэтому являются  астероидами. Это подтверждают и снимки межпланетного зонда «Кассини» (2005 г.). Например, Гиперион представляет из себя бесформенную глыбу (370х280х226 км), плотность которой очень низка – всего 0,57 г/см3.

Табл. 9.9. Истинные  спутники Сатурна

Спутник Астероиды Диаметр 

(км)

Радиус орбиты (R) Период обращения (П) (сутки)
Фактический Расчетное Факт. 

(сутки)

Расчетный
В r * планет Тыс. км Тыс. 

км

Ошибка 

от фактич.

сутки Ошибка 

от фактич.

Пан 20 134 110 0.575 0,43
Дафнис 7 136 0,594
Атлас (Атлант) 39х27 138 0.602
0.613
Прометей 148х68 139
0.629
Пандора 110х62 142
первый спутник (минимум) 148,41
Эпиметий 138х110 151 178 15% 0.694 0,88 22%
Янус 194х154 151 15% 0.695 22%
1 Мимас 397 3,08 186 4% 0.942 7%
Метона 3 194 9% 1,01 15%
Паллена 4 211 18% 1,14 30%
Энцелад 500 3,94 238 34% 1,37 56%
2 ? ? Энцелад 500 3,94 238 288 17% 1,37 1,82 24%
3 Тефия 1060 4,89 295 2% 1.888 4%
Телесто 30х15 295 2% 1,888 4%
Калипсо 19 295 2% 1,888 4%
4 Полидевк 5 377,4 467 19% 2,74 3,76 27%
Диона 1120 6,25 377 19% 2.737 27%
Елена 36х30 377 19% 2,737 27%
5 Елена 36х30 377 755 50% 2,737 7,74 65%
? Рея 1530 8,74 527 43% 4.518 71%
6 Титан 5150 20,2 1222 1222 0 15.945 15.945 0
Гиперион 360х226 1481 21% 21,28 34%
7 Япет 1440 59,0 3561 3199 10% 79.33 67,5 9%
последний спутник (максимум) 6584
Кивиок 14 11365 449,22

* r — радиус планеты Сатурн (60,33 тыс. км).

 

На 7 спутниках Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Япет был обнаружен водяной лед. Диона и Рея примерно наполовину сложены из водяного льда и скального вещества. На Дионе и Рее, а также на Тефии и Япете есть проявления внутренней активности. У Япета открыта удивительная особенность: одна его сторона (в направлении движения по орбите) обладает в несколько раз более высокой отражательной способностью, чем противоположная. Предполагают, что это водяной лед. И Япет (как и Тефия) почти целиком ледяной. На поверхности большинства спутников Сатурна проявляются эндогенные активности.

Мимас имеет радиус 197 км, это самый маленький спутник Сатурна. Он состоит из скальных пород. По плотности расположения кратеров его можно сопоставить с Тефией. Ускорение силы тяжести на нем всего 6,4 м/с². На своей поверхности Мимас имеет желоба и трещины длиной около сотни километров, шириной примерно 10 километров и глубиной до 2 километров. Этот спутник имеет строгий резонанс с кольцом «В» Сатурна в соотношении 1:2 (см. гл. 8.10.).

Энцелад имеет радиус 251 км (шестой по величине). Орбита Энцелада находится в центре внешнего кольца Сатурна (кольцо «Е»). Видимо, кольцо и спутник как-то связаны друг с другом. Кольцо «Е» занимает огромную зону от 3 до 8 радиусов Сатурна. Энцелад самый яркий спутник не только в системе Сатурна, но и вообще в Солнечной системе. Его альбедо приближается к единице (как у свежевыпавшего снега). Энцелад активнее Мимаса. Более того, это самый активный член семьи Сатурна, обширные области которого отличаются молодой поверхностью с ярко выраженными следами тектонических процессов. С этой точки зрения Энцелад можно считать аналогом Ио («двоюродным братом») в семье Юпитера. Предполагали, что на этом спутнике могут быть вулканические извержения жидкой водой, что и подтвердилось в 2005 году.

Тефия имеет радиус 524 км. Это пятый по величине спутник Сатурна. Он имеет древнюю поверхность, насыщенную кратерами. Вероятно, что на нем происходили извержения вулканов. На орбите Тефии в точках Лагранжа находятся астероиды Телесто и Калипсо.

Диона – четвертый по величине спутник Сатурна (радиус 559 км). Имеет несколько большее содержание скальных пород, чем все другие крупные спутники Сатурна. На темном полушарии Диона имеет сложную систему полос. Предполагают, что это обнажения  свежего льда, возникшее на сравнительно ранней стадии внутренней активности спутника и не замаскированные последующими отложениями.

На светлой стороне Дионы, где расположены кратеры, встречаются протяженные желоба, не заполненные свежим льдом. На орбите Дионы (также как и у Тефии) имеется астероид 1980 S6, который соответствует точки 1 треугольника Лагранжа. Эта точка на орбите является ловушкой для космической пыли и астероидов.

Рея – второй по величине спутник Сатурна (радиус 760 км). Она по своему размеру близка к Япету (718 км). Но вместе с тем на ней меньше признаков геологической активности, чем на некоторых ее менее массивных компаньонах. Как и Диона Рея имеет несколько большее относительное содержание скальных пород, чем у всех остальных крупных спутников Сатурна. Она, как и многие спутники Юпитера имеет светлые полосы.

 

Рис. 9.5. Кольца Сатурна

 

Титансамый большой спутник Сатурна (радиус 2575 км). Титан второй по величине (после Ганимеда у Юпитера) спутник в Солнечной системе. Он больше, чем Меркурий. Титан имеет каменистое ядро и ледяную мантию. Цвет Титана – красно-коричневый, с сезонными изменениями. На ней видны светлые участки, отражающие 15% падающего излучения, и темные, не отражающие ничего. Ученые считают, что светлые пятна – это лед, а темные – это участки, залитые жидким углеводородом. Это единственный спутник Солнечной системы, обладающий плотной атмосферой, которая полностью закрывает его поверхность. Из-за облаков спутник недоступен для изучения даже телескопу Хаббла. Титан — это единственный из спутников, у которого достаточно глубокая атмосфера. Это подтвердили космические исследования в 2005 году. В его атмосфере были обнаружены слои (такие же, как у Ио и Ганимеда). 200-километровая атмосфера (газовая оболочка) состоит из азота, метана и молекулярного водорода. Запасы метана не убывают, а постоянно пополняются. Теоретические модели позволяют говорить о существовании поверхностного  этано-метанового океана глубиной до нескольких километров с температурой –180°С. Благодаря метану на спутнике наблюдается нечто подобное земному парниковому эффекту, и поддерживается достаточно высокая температура. Температура теплового излучения спутника меняется в пределах от 93°К до 200°К. Он излучает гораздо меньше энергии, чем получает от Солнца. Давление на поверхности 0,5-1,6  атмосферы.

Япет – третий по величине спутник Сатурна (радиус 718 км). Спектральные характеристики материала поверхности темного покрытия Япета имеют существенные различия от поверхности Фебы, т.е. их природа неодинакова. Рассматривается вопрос о том, что Япет имеет собственный внутренний источник темного материала вследствие геологической активности метанового извержения из недр спутника. Удивляет то, что этот материал имеется только на одной половине Япета.

Спутники Урана.

До 1986 года у Урана были известны только 5 спутников. В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил еще 10 новых. Сейчас их 27  (табл. 9.10. «Спутники Урана»).

Табл. 9.10. Спутники Урана

Название 

Спутника

Радиус 

(r)

(км)

Масса 

10²° кг

Орбита
Радиус 

(R)

(тыс. км)

Период обращения 

(П) (сутки)

Наклонение к плоскости экватора планеты (градус) Визуальная звездная величина
1 Корделия 20 49.8 0.335 0.14
2 Офелия 25 53.8 0.376 0.09
3 Бианка 25 59.2 0.435 0.16
4 Крессида 30 61.8 0.464 0.04
5 Дездемона 30 62.7 0.474 0.16
6 Джульетта 40 64.4 0.493 0.06
7 Порция 40 66.1 0.513 0.09
8 Розалинда 30 69.9 0.558 0.28
9 Купидон 12 74,8 0,62
10 Белинда 30 75.3 0.624 0.03
11 Пердита 10 76,4 0,638 0
12 Пэк (Пак) 85 86.01 0.762 0.31
13 Маб 16 97,7 0,923
14 Миранда 236 0,689 129.79 1.414 3.40 16.5
15 Ариэль 579 12,6 190.9 2.52 0 14.4
16 Умбриэль 584 13,3 266.0 4.144 0 15.3
17 Титания 789 34,8 436.3 8.706 0 14.0
18 Оберон 762 30,3 583.5 13.463 0 14.2
19 Франциско 6 4276 -267 0,15
20 Калибан 49 7231 -579,7 0,16
21 Стефано 10 8004 -677 0,23
22 Тринкуло 5 8504 -749 0,22
23 Сикуракса 95 12179 -1288 0,52
24 Маргарита 5 14345 1687 0,66
25 Просперо 15 16256 -1978 0,44
26 Себетос 15 17418 -2225 0,6
27 Фердинанд 6 20901 -2887 0,37

 

Самый большой спутник Урана – Титания. Согласно расчетам первый и ближайший истинный спутник Урана должен отстоять от планеты на расстоянии не ближе 64,45 тыс. км (Rо), а последний на расстоянии не дальше 2859 тыс. км (Rp).

На основании этого все спутники, находящиеся на расстоянии ближе, чем 64,45 тыс. км (а это Карделия №1, Офелия №2, Бианка №3, Крессида №4, Дездемона №5, Джульетта №6), являются не спутниками Урана, а захваченными астероидами. Более того, они имеют ничтожную массу. Объекты с №7 по №9 (Порция, Розалинда и Белинда) имеют малый размер, мизерную массу и вращаются в одной плоскости. Скорее всего, это тоже захваченные астероиды. Если же принять во внимание, что спутник должен иметь массу и форма спутника должна быть шарообразной, то Пэк, Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда действительно являются астероидами.

Если воспользоваться формулами для расчета расстояния и периода обращения планет и взять за исходные  данные параметры самого большого спутника Титанию, то получим, что на звание спутника Урана могу претендовать 5-7 объектов: (Порция или Пак), Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон (табл. 9.11. «Истинные спутники Урана»).

Табл. 9.11. Истинные спутники Урана

Название спутника
Астероиды
Диаметр

(км)

Масса

10²° кг

Расстояние до Сатурна (R) Период обращения 

(П) (сутки)

Фактическое Расчет Ошибка
В r* (тыс.км) (тыс. км) % Факт. Расчет. Ошибка (%)
Корделия 40 0,0004 1,9 50
Офелия 43 0,0005 2,1 54
Бианка 51 0,0009 2,2 59
Крессида 80 0,003 2,4 62
Дездемона 64 0,002 2,4 63
первый спутник (ближайший) 64 0,55
1 Джульетта 94 0,006 2.4 64 64 0 0,49 0,55 11
? Порция 135 0,017 2,5 66 3 0,51 7
Розалинда 72 0,003 2,7 70 9 0,56 2
Купидон 24 0,00007 2,9 75 17 0,62 13
Белинда 80 0,004 2,9 75 17 0,62 13
Пердита 20 2,9 76 19 0,64 16
2 ? Пэк (Пак) 162 0,03 3,3 86 103 16 0,76 1.1 28
3 Маб 32 0,0002 3,7 98 5 0,92 16
Миранда 472 0,69 5,0 130 26 1.414 22
4 Ариэль 1158 12,6 7,3 191 167 13 2.52 2.2 13
5 Умбриэль 1170 13,3 10,1 265 269 1 4.144 4.4 6
6 Титания 1578 34,8 16,8 436 436 0 8.706 8.706 0
7 Оберон 1523 30,3 22,4 583 705 21 13.46 17 26
? 1141 35
? 1846 71
самый дальний спутник 2859 146
Франциско 12 4276 -2667

* r – радиус планеты Уран (26,2 тыс. км).

Решающим фактором в определении истинного спутника может служить данные об их поверхности. Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон обладают водяным льдом (при этом считается, что Ариэль имеет чисто ледяную поверхность). Прослеживается определенная закономерность – чем спутник дальше от планеты, тем количество примесей больше. По характеру отражения степень «загрязнения» ледяных поверхностей спутников Урана в среднем выше, чем, например, поверхности Ганимеда (спутник Юпитера), но меньше, чем темной стороны Япета (спутник Сатурна).

Миранда – средний спутник Урана. Он обладает достаточно сложной формой рельефа, не имеющей аналогов в Солнечной системе. Она в прошлом имела бурную геологическую жизнь. На ней выделяются обширные бороздчатые области, напоминающие вспаханные поля. Имеются обрывы до 15 км.

Ариэль самый светлый, он отражает 40% солнечного света. На его поверхности сохранились следы крупномасштабных геологических движений и явные признаки древнего вулканизма. На молодой поверхности Ариэля большие кратеры почти отсутствуют.

Умбриэль — третий по величине спутник Урана. Умбриэль имеет ровную светло-пепельную поверхность с очень ярким кольцом. Это самый темный спутник системы Урана, отражающий всего 19% падающего на него света, с безликой, сильно кратерированной поверхностью.

Титания самый крупный спутник Урана. На нем кроме многочисленных кратеров есть сетка крупных тектонических разломов и признаки древнего вулканизма.

Оберон обладает древней ледяной поверхностью, сильно изрытой метеоритными кратерами. Свидетельств крупных тектонических разрывов и геологических движений на нем мало.

Спутники Нептуна.

Около Нептуна открыто 13 спутников. Самый крупный Тритон (радиус 1350 км) (табл. 9.12. «Спутники Нептуна»).

Согласно расчетам первый и ближайший спутник Нептуна должен отстоять от планеты на расстоянии (Rо) — не ближе, чем 62,16 тыс. км, а последний (Rp) – не дальше, чем на 2758 тыс. км. На основании этого первые четыре объекта №1-№4 (Неяда, Таласса, Деспина, Галатея) являются захваченными астероидами. Они также имеют неправильную форму и мизерную массу.

Объект №8 (Нереида) слишком далеко находится от планеты (за пределами возможного последнего спутника Rр), имеет неправильную форму, мизерную массу (и не вписывается в расчетные формулы истинных спутников); ее эксцентриситет огромный (0,75), как и период обращения.

Если за эталон расчета истинных спутников взять данные самого большого спутника Нептуна Тритона, то на звание спутника могут претендовать максимум 5: Галатея, Ларисса, Протей, спутник-невидимка между Протеем и Тритоном и сам Тритон (табл. 9.13. «Истинные спутники Нептуна»).

Табл. 9.12. Спутники Нептуна

Название 

Спутника

Радиус 

(r)

(км)

 

Масса

10²°

кг

Орбита
Радиус 

(тыс. км)

Период обращения 

(сутки)

Наклонение 

к плоскости экватора планеты (градус)

Визуальная звездная величина
1 Неяда 25 48.00 0.296 0
2 Таласса 40 50.00 0.312 4.5
3 Деспина 90 52.50 0.333 0
4 Галатея 75 62.00 0.429 0
5 Ларисса 95 73.60 0.554 0
6 Протей 200 117.60 1.121 0
7 Тритон 1350 214 354.80 5.877 157 13.6
8 Нереида 170 5562.40 360.16 29 18.7
Галимеда 15728 -1880 134
Сао 22422 2914 48
Лаомедия 23571 3167 34
Псамафа 46695 -9116 137
Несо 48387 -9374 133

Табл. 9.13. Истинные спутники Нептуна

Название спутника
Астероиды
Диаметр

(км)

Расстояние до планеты (R) 

(тыс. км)

Период обращения 

(П) (сутки)

Факт.

(В r)**

Факт. Расчет. Ошибка 

(%)

Факт. Расчет. Ошибка 

(%)

Неяда 96х52 48
Таласса 108х52 50
Деспина 180х128 52.5
ближайший спутник 62,26 0,33
1 Галатея 204х144 62 0 0,43 30
2 Ларисса 216х168 2,9 73.6 84 14 0.55 0,67 21
3 Протей 440х404 4,6 117.6 136 16 1.12 1,38 23
4 * 219 2.9
5 Тритон 2707 14,0 354.8 354,8 0 5.88 5,877 0
? 574 12
? 929 25
? 1504 51
? 2433 104
последний спутник 2758
Нереида 340 5562.4

*На этой орбите должен  быть  спутник.

** r – радиус планеты Нептун (25,269 тыс. км).

Но первые три объекта имеют неправильную форму и малый размер – это (скорее всего) астероиды. Спутник (№4) должен иметь радиус от 200 до 1350 км, расстояние до планеты около 219 тыс. км, период обращения 2,9 суток. Имеются еще «дополнительные» орбиты на расстоянии от Нептуна в 574, 929, 1504 и 2433 тыс. км, на которых могли бы быть спутники. Остальные объекты находятся за пределами возможного расстояния для спутников (2758 тыс. км.).

Тритон, являясь самым крупным спутником Нептуна, все же невелик. Он меньше Луны и по размеру шестой в Солнечной системе (после Ганимеда, Титана, Каллисто, Ио и Луны). Тритон имеет малый эксцентриситет (0,0005), т.е. его орбита почти круговая. Еще в 1962 году русский ученый С.Алексеенко утверждал, что Тритон имеет атмосферу, плавающие облака, действующие вулканы и гейзеры. В 1978  году американский  астроном  Д.Крукшенк открыл в спектре Тритона полосы метана. Давление небольшое — порядка 0,1 мбар (такой же, как  на высоте 70 км  над Землей). Тритон обладает  ощутимой атмосферой (азот с примесью метана). Атмосфера Тритона, такая же, как у Ио и Титана. Она простирается до 800 км. над его поверхностью и переливается всеми цветами радуги. Южная полярная шапка состоит из замерзшего азота, и не ней бьют гейзеры. Температура –235°С. Имеются замерзшие озера, вулканы, виден розовый снег и темные полосы, трещины (результат вулканических выбросов) и узорчатые равнины. Все говорит о том, что геологически это молодой объект, но активный. Метеоритных кратеров на нем почти не сохранились. Поверхность светлая и отражает 70-90% солнечного света.

Спутники Плутона.

На сегодняшний день у Плутона открыто 3 спутника: Харон (до Плутона 19 тыс.км.), Гидра (до Плутона 43-49 тыс. км.), Никта (или Никс) (до Плутона 65 тыс. км.) (Рис. 9.6.; 9.7.; 9.8.). Ось вращения Плутона наклонена к плоскости его орбиты на 320. Орбиты всех его спутников лежат в экваториальной плоскости Плутона. Поэтому Плутон со своими спутниками вращается как бы «лежа на боку».

 

Рис. 9.6. Схематическое изображение системы Плутона (P 1 — Гидра, P 2 — Никта).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9.7. Плутон и его спутники

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Табл. 9.14. «Спутники» Плутона

№ 

 

Название спутника Астероиды Радиус спутника 

(r) (км)

Радиус спутника в радиусах Плутона ** Расстояние 

до Плутона

(R) (тыс. км)

Период обращения 

(П) (сутки)

Визуальная звездная величина
1 *  560  0,37 7,50 1,5
2 *  560  0,37 12,64 3,387
3 Харон 600 0,37 19,4 6,387 17.0
4 * ? ? 31,78 13,14
Гидра*** 63 0,042 50 11
Никта*** 70 0,047 65 14

* На этой орбите возможен спутник.

** Радиус Плутона 1500 км.

*** Данные по этим объектам приблизительные.

Согласно расчетам первый и ближайший спутник Плутона должен находиться не ближе, чем 2,83-3,69 тыс. км от планеты (Rо), а последний 125 тыс. км (Rр). Если взять за исходные данные взять параметры Харона и просчитать новые спутники (ближние и дальние), то получим следующие параметры в табл. 9.14. «Спутники Плутона».

Харон (Charon)* был обнаружен в 1978 году американским астрономом Дж. Кристи.

*Харон – имя мифического лодочника, перевозившего души умерших через реку Стикс в подземном царстве, владыкой которого был Плутон.

Диск Харона на небе Земли равен 0,04 сек. Орбита Харона лежит в экваториальной плоскости Плутона. Сотрудники морской обсерватории США определили положение орбиты Харона. Она наклонена на 65° к плоскости орбиты Плутона (Рис. 9.9.).

 

 

 

 

 

 

 

 

Фото. 9.8. Плутон и три его спутника

Если же учесть, что направление вращения Плутона вокруг своей оси противоположно обращению планеты вокруг Солнца, то этот угол следует принять равным 115°. Согласно их данным чуть южнее экватора есть красная полоса, напоминающая полосы на Тритоне — самом крупном спутнике Нептуна.

Рис. 9.9. Система Плутон – Харон (1998 г.)

До сих пор было известно, что Плутон покрыт слоем из азотного льда с вкраплениями льда из окиси углерода. Упомянутая красная полоса может указывать на то, что, на этом ледяном панцире лежит слой другого вещества. Уточненные значения диаметров Плутона — 2 284 км, а Харона — 1192 км. Предполагают, что масса Харона всего лишь 18х10²° кг, что в 8-11 раз меньше массы Плутона, но это самый массивный спутник относительно массы планеты (например, система Земля-Луна имеет соотношение 1:81).

Харон очень близко отстоит от своей планеты — на расстоянии 19 400 км. (или около 0,0013 а.е.). Это составляет 7 диаметрам Плутона (что подтверждается формулой —  согласно формуле это расстояние должно быть не менее 15,6 тыс. км.).

Скорость Харона на его орбите составляет 0,23 км/с. Каждые пять лет происходит взаимное затмение между Плутоном и Хароном. Период обращения Харона равен 6,3867 суткам. Этот период в точности равен времени, за которое Харон успевает обернуться вокруг своей оси, что непохоже ни на какой другой спутник. Следовательно, как и Луна к Земле, так и Харон обращен к Плутону всегда одним тем же полушарием*.

* Дж.Дарвин (сын Ч.Дарвина) просчитал, что через десятки миллиардов лет Земля будет делать 1 оборот вокруг своей оси за 50 нынешних суток. Луна при этом будет находиться на расстоянии, примерно в 1,5 раза большем, чем сейчас. При конечном состоянии Земля будет повернута к Луне тоже одной стороной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9.10. Последние открытия по Плутону.

Плотность Харона 1,2-1,3 г/см3. Считается что Харон, в отличие от Плутона, покрыт водяным льдом. Обрабатывая наблюдения прохода тени Харона — по поверхности Плутона, астрономы смогли его картографировать. В период 1985-1990 годов Харон несколько раз проходил перед Плутоном. По изменению интенсивности и спектра света ученые из Southwest Research Institute, штат Колорадо, сумели собрать информацию о характере поверхности самой далекой планеты Солнечной системы. В 1999 г. на семинаре в Ловелловской обсерватории (Флагстафф, штат Аризона) были представлены результаты спектроскопических измерений Плутона и Харона, проведенных дважды с помощью Космического телескопа им.Хаббла и один раз — наземного Оптического телескопа им. Кека. При изучении спектров обоих объектов в ИК-диапазоне длин волн от 1.0 до 2.5 мкм выяснилось, что спектр Харона сильно отличается от спектра Плутона: водный лед в кристаллической форме почти полностью покрывает поверхность спутника, тогда как на поверхности соседнего Плутона преобладает изморозь СН4, СО и N2. Кроме того, анализ спектра показал присутствие на поверхности Харона аммиачного льда, на что ранее ничто не указывало.  В спектре излучения спутника обнаружен газ метан.

В 1999 году (9 июня) японский телескоп «Субару» передал снимки Плутона и Харона. Они показали, что Харон сильно отличается по химическому составу от своей планеты: он покрыт водяным льдом (Н2О) (которого нет на Плутоне).

У Плутона и Харона существенно разный цвет. По затменным данным составлена предварительная карта альбедо Плутона. Поверхность Харона на 30% темнее, чем Плутона. Альбедо Харона равно 0,2, что в 3 раза больше, чем альбедо Луны. Освещенность его Солнцем даже в перигелии в 900 раз слабее, чем освещенность Луны. А яркость Харона не в 900, а только в 300 раз меньше яркости поверхности Луны. Видимый диаметр диска Харона на небе Плутона в 9 раз больше, чем диск Луны. По звездной величине Харон примерно в 5 раз слабее Плутона (на 1,6 звездные величины).

17 февраля 1985 года астроном Р.Бензел из обсерватории Макдональд установил, что суммарное излучение Плутона и Харона внезапно скачком уменьшилось на 4%. Тремя сутками позже (20 февраля) астроном Д.Толен из обсерватории Мауна-Кеа также обнаружил снижение светимости объекта на 2%. Нечто подобное наблюдал и астроном Э.Тедеско из обсерватории Маунг-Паломар (НАСА) еще 16 января 1985 года.

Интересно заметить, что конец 19 века приходится на время прохождения Плутона (вместе с Хароном) своего перигелия. Максимальное сближение Плутона с Солнцем произошло в 1989 году. Вероятнее всего, что система Плутон-Харон до этого срока находилась в процессе сжатия. Поэтому излучение их (до 1989 года) должно было уменьшаться. Сжатие системы Плутон-Харон должно было также сопровождаться и увеличением скорости вращения Харона вокруг Плутона, а Плутона — вокруг своей оси.

В 1989 году в системе Плутон-Харон должно было произойти увеличение излучения (вспышка) – след взаимодействия данной системы с Солнцем. Данное взаимодействие отразилось и на Солнце — его активность резко увеличилась.

Все эти данные позволили ученым сделать заключение, что эти два объекта (Плутон и Харон) образовались независимо друг от друга.

Гидра (№ S/2005 P1) и Никта (или Никс) (№ S/2005 P2) — На основании снимков телескопа Хаббл от 15 мая 2005 года специалисты НАСА предположили, что около Плутона имеются еще 2 спутника. Им были присвоены номера S/2005 P1 (Гидра) и S/2005 P2 (Никта). Об открытии было объявлено в октябре 2005.

Объекты находится на расстоянии от Плутона примерно в 2,5 раза дальше, чем Харон: Гидра – на расстоянии ок. 65 тыс. км.; Никта – ок. 50 тыс. км.

Поскольку альбедо спутников неизвестно, то сложно определить их размеры. Если считать альбедо спутников равным показателю Харона, то их диаметры оцениваются 125 км и 140 км (но возможна ошибка в два раза). Масса каждого спутника меньше массы Харона примерно в 300 раз. Периоды обращения составляют около 11 и 14 суток соответственно (все данные приблизительные). Харон и два спутника находятся в орбитальном резонансе; за то время, когда Харон совершает один оборот, один из спутников — в точности два, а второй — три.

Наличие у Плутона двух небольших спутников представляет собой загадку, так как непонятно, как они могли сконденсироваться вблизи массивного Харона. Круговой характер их орбит говорит о маловероятности случайного захвата этих тел тяготением Плутона.

По данным автора эти два объекта являются астероидами.

9.4. ВЫВОДЫ по главе 9.

На основании проведенных расчетов можно сделать 5 основных выводов:

1. В Солнечной системе с высокой точность имеется 20 спутников (табл. 9.15. «Истинные спутники планет». Остальные – астероиды.

2.     Истинные спутники имеют радиус, примерно равный 0,04476 радиусам своей планеты (от 0,002 до 0,270. Исключение спутник Плутона — Харон. Для большинства планет (кроме Земли и Плутона) этот предел довольно маленький и колеблется от 0,002 до 0,04 радиуса планеты.

3.     Оставшиеся объекты являются захваченными астероидами, которые со временем должны упасть на свою планету (это создаст катастрофическую ситуацию, подобную падению на Юпитер кометы Шумейкеру-Леви-9).

4.     Относительно Плутона и его спутников можно заметить, что современные данные по ним не вписываются ни в одни из расчетов. Вероятно, что данные по ним не совсем неверны, и в будущем их необходимо уточнить.

5.     Ближайшие катастрофы на планетах от падения на них ближайших астероидов (их «спутников») возможны на:

  • на Юпитере — Метис, Адрастея;
  • на Сатурне — Атлас, Прометей, Пандора;
  • на Уране — Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта;
  • на Нептуне — Неяда, Таласса, Деспина, Галатея.

 

Всего 15 объектов представляют реальную угрозу планетам. Особенно опасны первые, ближайшие объекты (Метис, Атлас, Корделия, Неяда). Остается выяснить скорость сближения их со своей планетой и время падения на нее.

Табл. 9.15. Истинные спутники планет

Планеты
Кол-во
спутников
Название спутника Радиус спутника (r) Расстояние 

до планеты (R) (тыс. км)

Период обращения 

(П) (сутки)

(км) В радиусах планеты
1
Меркурий
2 Венера
3 Земля 1 Луна 1738 0,270 384 27
4 Марс
5 Юпитер 4 Ио 1815 0,025 422 1.769
Европа 1569 0,022 671 3.551
Ганимед
2631 0,037 1070 7.155
Каллисто 2400 0,034 1883 16.689
6 Сатурн 7

Мимас

197 0,003 186 0.942
Тефия 524 0,009 295 1.888
Диона 559 0,009 377.40 2.737
Рея 760 0,012 527.04 4.518
Титан 2575 0,043 1221.85 15.945
Япет 718 0,012 3561.3 79.331
7 Уран 5 Миранда 118 0,004 129.79 1.414
Ариэль 290 0,011 191 2.52
Умбриэль 292 0,011 265 4.144
Титания 395 0,015 436 8.706
Оберон 380 0,014 583 13.463
8 Нептун 3 (4) * < 675 < 0,027 219 2.9
Тритон 675 0,027 354.80 5.877
9 Плутон 1 (2-3) * < 1192 12 3
Харон** 1192 0,373 20 6,4
* 32 13

В таблице выделены самые большие спутники планет, данные по которым брались как эталонные.

* На этой орбите должен быть спутник.

** Данные по Харону противоречивые.