Нові дані про супутники великих планет

В.С. Уральська

ГАІШ

На початок 2004 р. у великих планет відомі 136 супутників. Земля має один супутник - Місяць, Марс - 2 супутника, Юпітер - 61, Сатурн - 31, Уран - 27, Нептун - 13, Плутон - 1.

Найголовнішим з усіх супутників планет є Місяць. Вона рухається навколо Землі на середній відстані 380000 км. Радіус Місяця дорівнює 1700 км. Її маса становить 1/81 частина маси Землі. У Меркурія і Венери супутників не виявлено.

Навколо Марса на майже кругових орбітах в площині екватора планети обертаються два супутники - Фобос і Деймос. Фобос - вельми витягнуте тіло, що має розміри 26х22х18 км. Деймос теж витягнуть, його розміри 15х12.4х10.8 км. Радіус орбіти Фобоса - 9400 км, Деймоса - 23500 км. Для порівняння нагадаємо, що радіус Марса становить 3400 км.

У планет-гігантів Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна виявлена велика кількість супутників. За розташуванням в планетних системах супутники можна умовно розбити на три основні групи. Це головні супутники, внутрішні супутники, що знаходяться ближче до планети, ніж головні супутники, і зовнішні супутники в системі планети.

Внутрішні супутники - це малі тіла неправильної форми і розмірами кілька кілометрів, які утворилися в результаті зіткнень або бомбардування астероїдами більш великих супутників. Вони розташовані у внутрішніх областях планетні системи, часто в області кілець, іноді потрапляючи в область головних супутників до відстаней 20000 км. До них відносяться 4 внутрішніх супутника Юпітера (Метіда, Адрастея, Амальтея і Теба), 9 малих внутрішніх супутників Сатурна (Пан, Atlas, Прометей, Пандора, Епіметей, Янус, Телесто, Каліпсо і Олена), 13 внутрішніх супутників Урану (Корделія, Офелія, Біанка, Крессида, Дездемона, Джульєтта, Портія, Розалінда, Белінда, Пак, а також S/2003 U1 і U2 і S/1986 U10) і 6 супутників Нептуна (Наяда, Таласса, Деспіна, Галатея, Ларісса і Протей).

Головні супутники розташовуються в області від 20000 км до 2 млн км, їх розміри від 500 до 5000 км. Вони утворилися одночасно з планетами з протопланетної хмари і мають регулярні орбіти - майже кругові, розташовані в площині екватора планети. У системі Юпітера це 4 Галілеєві супутника (Іо, Європа, Ганімед і Каллісто), 8 головних супутників системи Сатурна (Мімас, Енцелад, Тефія, Діона, Рея, Титан, Гіперіон і Япет), у Урана 5 основних супутників (Міранда, Аріель, Умбріель, Титанія і Оберон). Найбільший супутник Нептуна - Тритон - рухається по круговій орбіті у площині екватора Нептуна, але в зворотному напрямку по відношенню до обертання планети.

Зовнішні супутники знаходяться на орбітах від 2 до 50 млн. км і мають діаметри порядку декількох км. Для них характерні неправильна форма і нерегулярні орбіти - витягнуті еліптичності орбіти з різними нахилами до площині екватора планети, причому багато хто з зовнішніх супутників мають зворотні руху по відношенню до обертання планети. Їх розташування в зовнішніх областях планетних систем вказує на можливе захоплення цих тіл з міжпланетного простору. На інтервалі часу, порівнянному з віком Сонячної системи (4.5 млрд років), вони не зазнали істотних змін і тому зберегли інформацію про ранніх стадіях формування Сонячної системи. Вивчення їх природи, складу, еволюції їх орбіт наблизить нас до розуміння основного сценарію походження Сонячної системи.

Кордон існування супутників визначається областю гравітаційного тяжіння планети, відомої як сфера Хілла. Для Юпітера радіус сфери Хілла становить 740 радіусів Юпітера, приблизно 0.35 а. тобто або 50 млн км. Для Нептуна радіус сфери Хілла становить 86.8 млн км.

За останнє десятиліття відкрито 75 нових супутників. Так, у системі Юпітера замість 8 стало відомо про існування 53 далеких нерегулярних супутників. Найкращі далекі з них на зворотних орбітах мають великі півосі, складові 0.8 радіуса сфери Хілла. Спершу супутники отримують тимчасові позначення, наприклад S/2000 J1. Після уточнення орбіти йому присвоюється порядковий номер супутника і пропонується назву.

Всі супутники Юпітера названі іменами з греко-римської міфології та пов'язані з Юпітером-Зевсом. Згідно з прийнятим МАС угодами супутники з прямим рухом отримують найменування (головним чином латинські), закінчуються на-а або-о, а назви супутників із зворотним рухом (в основному грецькі) мають закінчення-е. У російській мові зустрічаються двоякі написання грецьких імен, наприклад, Тайгета і Тайгета, Іокаста і Іокаста та ін Проте, як уже зазначалося, для супутників із зворотним рухом затверджені назви із закінченням-е, а саме, Тайгета, Іокаста, калік, Еріноме і т. д.

З характеру руху зовнішніх нерегулярних супутників Юпітера видно, що всі вони поділяються на особливі групи або родини [1]. Ближче до галілеєвих супутників розташовуються супутники з прямим рухом, які можна умовно розділити на три групи. Перша група, Фемістій, включає в себе один супутник на ім'я її єдиного члена. Він рухається в прямому напрямку на орбіті з середньою відстанню 7 млн км від Юпітера і нахилом. Друга група містить 5 супутників, які мають середні відстані близько 11 млн. км і нахили близько до площини екватора планети, тобто мають прямий рух. Це так звана група Гімалія, до якої також входять Елара, Лісітея, Леда і S/2000 J11. Третя група також містить поки один супутник S/2003 J20 з великої півосі 17 млн км і нахилом. Супутники з зворотним рухом також об'єднуються в три або чотири самостійні групи, які назвали за іменами найбільших членів в них. Це група Ананке з великими півосями 18-21 млн км і зворотним рухом на орбітах з нахилами - (Евпоріе, Іокаста, Евант, Гарпаліке, Праксідіке, Ортозіе, Герміппе, Ананке, Тіоне і S/2003 J3, J12, J21, J18, J6, J16, J15 і J4). Група Карме включає в себе супутники з великими півосями орбіт 22-24 млн км і нахилами -. До неї входять Пазіфее, Ісоное, Кале, Еврідоме, Еріноме, Тайгета, Халдене, Карме, Етні, Калік, а також S/2002 J1, S/2003 J17, J11, J9, J19, J10, J1 та J5. Шоста група, Пасіфе, характеризується середніми відстанями 23-28 млн км і нахилами - і включає Пасіфе, Спонде, Мегакліте, Синопі, Каллірое, Автоном, а також S/2003 J2, J8 і J14. Може бути, і Синопі теж має своє сімейство супутників. У кожну динамічну групу входять один великий батьківський супутник з розмірами, перевищують 14 км, і безліч маленьких супутників з розмірами не більше 4 км. Розкид швидкостей між членами однієї групи можна порівняти зі швидкістю відриву від батьківського тіла, яка для супутників з зворотним рухом становить 30 м/с. Різниця в швидкостях між батьківськими тілами у різних групах становить 200 м/c. Такий розподіл супутників за динамічними групами говорить про те, що вони утворилися в результаті зіткнень на ранніх стадіях розвитку Сонячної системи. Відсутність супутників у проміжній області нахилів орбіт відповідає теоретичного висновку, згідно з яким супутники з цими нахилами повинні мігрувати в область галілеєвих супутників, поповнюючи їх маси.

Одним з результатів місії космічного апарату (КА) Галілео до Юпітера є виявлення малих об'єктів поблизу п'ятого супутника Юпітера - Амальтею. При зближенні КА Галілео з Амальтея зоряний сканер на його борту виявив 9 тіл, але два з них могли бути дублікатами побачені раніше. Мабуть, ці об'єкти розмірами менше 5 км або було захоплено на орбіти навколо цього супутника, або перетворилися на супутники в результаті минулих зіткнень. Обмежені дані не дозволили визначити їх точні положення.

У 2000-2003 рр.. відкрито 13 нових нерегулярних далеких супутників у системі Сатурна. До цього був відомий тільки один зовнішній супутник з зворотнім рухом - Феба - діаметром 220 км. Нові місяця Сатурна мають розміри від 5 до 40 км. Зовнішні супутники Сатурна також виявляють схильність до групування в певні сімейства з певним характером руху. Були проведені класифікація супутників і якісне дослідження еволюції їх орбіт [2]. Чотири супутника - Пааляк, Сіарнак, Ківьюк і Іджірак - рухаються на прямих орбітах з нахилами близько. Еволюція орбіт Ківьюк і Іджірак характеризується коливанням довготи Апоцентр близько деякого значення, що є рідкісним випадком в русі супутників. Цей результат підтверджений дослідженням чисельним. Рух супутників Пааляк і Сіарнак відповідає циркуляційному зміни цього елемента, тобто постійного збільшення чи зменшення його величини. Друга група об'єднує супутники Тарвос, Ерьяпо і Альбіорікс з нахилами і великими півосями 16-18 млн км і має ціркуляціоннние зміни аргументу Апоцентр і довготи висхідного вузла. Сім супутників Імір, Фрімен, Скаді, Мундільфарі, Суттунг, включаючи Фебу та S/2003 S1, мають орбіти зворотні. Їх еволюція характеризується монотонним зростанням аргументу Апоцентр і довготи висхідного вузла і долгоперіодіческімі коливаннями ексцентриситетом і нахилів.

До 1997 р. система Урана здавалася самої впорядкованої. П'ятнадцять супутників рухаються на майже кругових орбітах в площині екватора планети, яка нахилена до площини орбіти Урана під кутом. Не було відомо жодного нерегулярного супутника, зараз відкрито вісім на відстані від 4 до 20 млн км. Перші два зовнішніх супутника, Уран Калібан та Сікоракса, були відкриті в 1997 р. на Паломарской обсерваторії. У 1999 р. стало відомо про існування трьох далеких супутників Урана - Просперо, Сетебос, Стефано. У 2001 р. відкрито ще три далекі супутники Урана - Трінкуло, S/2001 U2 і U3. Всі зовнішні Урана супутники рухаються на витягнутих, сильно нахилених орбітах з зворотним рухом. Дослідження еволюції їх орбіт з урахуванням збурень від Сонця показало, що можливе утворення різних типів орбіт - від невеликих коливань форми і розміру орбіт до зіткнення з центральним тілом на інтервалах часу порядку декількох десятків тисяч років. Крім того, орбіти супутників перетинаються один з одним, і існує ймовірність близького взаємного проходження супутників. У 2003 р. цікаві відкриття в області внутрішніх супутників Урана були здійснені за допомогою телескопа Хаббл. Один супутник S/2003 U1 діаметром 16 км був відкритий між орбітами Пака і Міранди на відстані 97700 км від центру Урана. Другий супутник S/2003 U2 (12 км) знаходиться усередині орбіти Белінди на відстані 74800 км від центру планети. Також за допомогою телескопа Хаббл сталося РЕТЕПФЛТЩФЙЕ супутника S/1986 U10 (40 км), вперше виявленого в 1999 р. за фотографіями, отриманими космічним апаратом Вояджер в 1986 р., тобто через 13 років після отримання знімків. Його відстань від Урана складає в середньому 76400 км. Третій супутник S/2003 U3 (11 км), відкритий в 2003 р., належить до зовнішніх супутникам, знаходиться на відстані 14 млн км від Урана і єдиний із далеких супутників рухається в прямому напрямку.

У системі Нептуна найбільший супутник Тритон, що знаходиться близько до планети, рухається по круговій орбіті у зворотному напрямку по відношенню до обертання планети. Це єдиний випадок такого аномального руху в Сонячній системі, всі інші великі супутники мають прямі руху. До останнього часу був відомий тільки один далекий нерегулярний супутник - Нереїда, що знаходиться на сильно витягнутої орбіті з ексцентриситетом 0.75 і середнім відстанню 5 млн км. Астрономи предвичіслілі, що повинна існувати значна група малих супутників із зворотним рухом на орбітах поза Тритона з великої півосі понад 0.5 млн км [3]. Нереїда, можливо, є найбільшим з невеликої групи супутників з прямим рухом. Більше значним повинно бути сімейство супутників із зворотним рухом. Зусилля багатьох спостерігачів були спрямовані на пошук далеких супутників Нептуна, і в 2002 р. цей пошук увінчався успіхом. На 4-метровому телескопі в Чилі групою астрономів Гарвардсько-Смітсоніанського Центру астрофізики були відкриті чотири зовнішніх супутника Нептуна, у 2003 р. - ще один. Вони знаходяться набагато далі від Нептуна, ніж Нереїда, на відстанях від 16 до 50 млн км. Всі орбіти супутників сильно витягнуті з ексцентрісітета від 0.2 до 0.6. Два супутники S/2002 N2 і N3 розмірами 30 км мають прямий рух, три супутники S/2002 N1 (50 км), S/2002 N4 (60 км) і S/2003 N1 (35 км) рухаються у зворотному напрямку. Періоди звернень складають від 7 до 25 років, у той час як Нереїда звертається навколо Нептуна за 1 рік.

Планета Плутон має унікальний супутник Харон. Його радіус всього в два рази менше радіуса самої планети. Радіус Плутона - 1200 км, Харона - 600 км. Радіус майже кругової орбіти Харона складає близько 20000 км, що змушує розглядати цю систему як подвійну. Всі супутники планет, для яких є дані по обертанню, обертаються синхронно з орбітальним рухом, тобто період обертання супутника навколо осі дорівнює періоду обертання супутника навколо планети. У результаті супутник завжди звернений до планети одній і тим самим боком, як і Місяць, по відношенню до Землі. Вісь обертання супутника завжди перпендикулярна до площини його орбіти. Виняток становить Гіперіон, обертання якого хаотично. Нічого не відомо про обертання далеких зовнішніх супутників планет.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.astronet.ru/