Астрофизики удивлены неожиданным эффектом от черных дыр
Кольца Сатурна оседают на его маленьких лунах
Самые близкие к Сатурну полеты космического корабля NASA «Кассини» показали, что поверхности этих крошечных лун покрыты материалом с колец планеты , а также содержат лед, вырывающийся с большой луны Сатурна «Энцеладус».
Во время суперблизких полетов возле колец Сатурна Кассини осматривал мини-луны Панорамида и Дафнис на кольце А, Атлас на краю кольца А, Пандору на краю кольца F и Эпиметей, который находится в веществе, сдутом с луны Энцеладус.
В то время как Сатурн имеет более 60 подтвержденных лун, основное кольцо планеты ассоциируется с уникальным набором малых лун, которые либо входят в него, либо взаимодействуют с кольцами для изменения их формы и состава.
Среди вопросов о взаимодействии кольцевой системы и этих внутренних лун остается неясным, образовались ли кольца при распаде внутренней луны или, напротив, образовалось ли уплотнение существующего кольцевого материала на Лунах.
В период с декабря 2016 года по апрель 2017 года Кассини выполнил шесть полетов вблизи Пан, Дафнис, Атлас, Пандора и Эпиметей, собрав данные о морфологии, структуре, среде частиц и составе этих лун.
«Смелые, близкие полеты возле этих странных маленьких лун позволяют нам заглянуть в то, как они взаимодействуют с кольцами Сатурна, — говорит доктор Бонни Буратти, научный сотрудник Лаборатории реактивных двигателей НАСА.
«Мы видим все больше доказательств того, насколько чрезвычайно активна и динамична лунная система Сатурна.»
Исследователи обнаружили, что пыль и лед с колец скапливаются на лунах, залегающих внутри колец и рядом с ними. Они также обнаружили, что лунные поверхности были сильно пористыми, еще раз подтвердив, что они образовались в несколько этапов, поскольку кольцевой материал располагался на более плотных ядрах, которые могли быть остатками более крупного предмета, разрушавшегося. Пористость также помогает объяснить их форму: они не сферические, а приплюснутые, с материалом, скопившимся вокруг экваторов.
«Мы обнаружили, что эти луны собирают частицы льда и пыли с колец, образуя маленькие юбки вокруг экваторов, — сказал доктор Буратти.
«Более плотное тело было бы более шарообразным, потому что гравитация втягивала бы материал внутрь.»
Из изученных лун, поверхности ближайших к Сатурну — Дафнис и Пан — наиболее изменены кольцевыми материалами.
Поверхности Атласа, Прометея и Пандоры, удаленные от Сатурна, также имеют кольцевой материал — но они к тому же покрыты яркими ледяными частицами и водяным паром из распыленного из Enceladus шлейфа.
«Взаимодействует ли кто-либо из лун ледяных планет-гигантов Урана и Нептуна со их более тонкими кольцами, образуя черты, сходные с таковыми на кольцевых лунах Сатурна?» спросил доктор Буратти.
«На эти вопросы должны ответить будущие миссии.»
Источник
Крошечные луны в кольцах Сатурна
Появились новые данные о пяти крошечных лунах, которые расположены вблизи колец Сатурна и внутри них. Снимки от космического аппарата Кассини показывают, что поверхности этих необычных лун покрыты материалом, составляющим кольца планеты, а также ледяными частицами от более крупного спутника Сатурна Энцелад. Анализ данных выявляет конкурирующие процессы, формирующие эти мини-луны.
«Сближения аппарата с этими маленькими лунами позволили нам увидеть, как они взаимодействуют с кольцами Сатурна, — говорит Бонни Буратти из Лаборатории реактивного движения. — Мы находим всё больше доказательств того, насколько активна и динамична система колец и спутников Сатурна».
Новое исследование на основе данных, собранных шестью инструментами аппарата Кассини до завершения его миссии в 2017 году, является чётким подтверждением того, что пыль и ледяные частицы накапливаются на поверхности лун, расположенных внутри колец и рядом с ними.
Учёные выявили, что поверхности лун довольно пористые, и это ещё раз подтверждает, что их формирование проходило в несколько этапов, при этом материал колец оседал на более плотных ядрах, которые могут быть остатками крупного объекта, распавшегося на части в прошлом. Кроме того, пористость помогает объяснить не сферическую, неправильную форму лун, напоминающих равиоли из-за сосредоточенного вокруг их экваторов материала.
«Мы обнаружили, что эти луны собирают частицы льда и пыли в кольцах, образуя подобие небольших юбок вокруг экваторов, — сообщает Буратти. — Более плотное тело имело бы форму, близкую к сферической из-за сжатия под действием гравитации».
«Возможно, этот процесс происходит во всех кольцах, и самые крупные частицы колец точно также накапливают материал. Детальные изображения крошечных лун могут рассказать нам о поведении частиц в кольцах», — говорит учёный из проекта Кассини Линда Спилкер.
Из изученных спутников наиболее изменёнными в результате захвата фрагментов колец являются поверхности ближайших к Сатурну лун — Дафниса и Пана. Поверхности спутников Атлас, Прометей и Пандора, расположенных дальше от Сатурна, тоже содержат частицы колец, но они также покрыты яркими ледяными частицами и застывшим водяным паром от гейзеров, извергаемых Энцеладом. (Широкое внешнее кольцо Сатурна Е образовано частицами льда, источником которых являются выбросы с Энцелада).
Ключевой частью головоломки стал набор данных от спектрометра Кассини (VIMS), полученных в видимом и инфракрасном диапазонах. Сначала Кассини составил спектральную карту поверхности самой внутренней луны Пан с близкого расстояния. Затем, проанализировав спектры, VIMS смог узнать о поверхностном составе всех пяти лун.
Данные от VIMS показали, что ближайшие к Сатурну луны выглядят наиболее красными, как и главные кольца. Учёные пока не знают точного состава этого красноватого материала, но полагают, что он представляет собой смесь органики и железа.
С другой стороны, луны, расположенные за пределами главных колец, кажутся более голубыми, что напоминает цвет ледяных выбросов Энцелада.
В процессе шести сближений с «кольцевыми» лунами, выполненных в период с декабря 2016 года по апрель 2017 года, были задействованы все оптические приборы дистанционного зондирования Кассини для изучения электромагнитного спектра. Они работали совместно с приборами, которые исследовали пыль, плазму и магнитные поля, а также их взаимодействие с лунами.
Остаётся невыясненным ряд вопросов, в том числе, чем вызвано образование этих лун. Учёные собираются использовать новые данные для моделирования сценариев, которые могут быть применимы и к небольшим спутникам других планет и, возможно, даже к астероидам.
«Взаимодействует ли какая-нибудь из лун ледяных планет-гигантов Уран и Нептун с их более тонкими кольцами, формируя черты, подобные существующим на «кольцевых» лунах Сатурна? — сказала Буратти. — Надеемся, что будущие миссии помогут ответить на эти и другие вопросы».
Миссия Кассини завершилась в сентябре 2017 года, когда космический аппарат израсходовал всё своё топливо. Координаторы миссии намеренно погрузили Кассини в плотную атмосферу Сатурна, чтобы избежать столкновения аппарата со спутниками планеты. В ближайшие месяцы будут опубликованы результаты анализа данных, полученных с последних орбит аппарата, называемых Большим Финалом.
Источник
Луна с кольцами сатурна
Эпиметий — находится с Янусом практически на одной орбите (коорбитальные спутники). Они «танцуют» на орбите, периодически меняясь местами (то один, то другой спутник приближается к планете). Эпиметей и Янус движутся по своим орбитам независимо друг от друга до тех пор, пока внутренний спутник не начинает нагонять внешний. В месте встречи они обмениваются небольшим импульсом. Под действием гравитационных сил Эпиметей выталкивается на более высокую орбиту (увеличивается его радиус и орбитальный период по третьему закону Кеплера), а Янус переходит на орбиту более близкую к Сатурну (уменьшаются радиус его орбиты и орбитальный период), то есть они меняются местами. Этот манёвр осуществляется примерно раз в четыре года. По всей видимости, обе луны составляли в прошлом единое целое и на раннем этапе формирования системы Сатурна разделились на два спутника — илл. к работе Laura A. Batt, Paul L. Devries — http://abyss.uoregon.edu/
js/ast121/lectures/epimetheus_and_janus.html
Янус (181 км в поперечнике) — приблизительно на 40 000 км дальше от «Кассини», чем раположенный слева Эпиметий (116 км в поперечнике). Фактически, даже когда они приближаются на самое близкое, расстояние и обмениваются орбитальными положениями, они никогда не подходят друг к другу ближе, чем приблизительно 15 000 км.
Эпиметий
Портрет Януса на фоне облачного с прожилками покрова Сатурна
Прометей перекачивает вещество колец F к себе. На кадрах — слабый шлейф тянется от кольца к луне. (фото с сайта jpl.nasa.gov).
Tetys. Слева — комбинированное изображение Тетиса в ультрафиолетовом, инфракрасном и зелёном цветах. Справа — обычное чёрно-белое изображение. Кстати, причина такого распределения цвета на первом снимке учёным пока не известна (фото NASA).
В верхней атмосфере Титана спектрометры зарегистрировали различные углеводороды и соединения углерода с азотом и изобилие сложных молекул. В силу холода (минус 180 градусов Цельсия) они должны были давно выпасть дождём. Aтмосфера Титана может оказаться «лабораторией», моделирующей органическую химию, которая предшествовала появлению жизни на Земле и обеспечила стандартные строительные блоки для неё. Cреди углеводородов найдены молекулы с длиной цепочки в семь атомов углерода. А среди соединений азота идентифицированы нитрилы – своего рода предшественники аминокислот.
Титан интересен в том числе и тем, что по своему химическому составу (азотно-метановая атмосфера, углеводороды на поверхности) может быть близок к составу юной Земли (до того момента, как на ней появилась жизнь).
Титан активен, активность похожа на земную общими принципами, но не химией.B aтмосфере Титана найден изотоп Аргон-40. Это свидетельство вулканической деятельности, извергается здесь не горячая лава, а холодный водяной лёд и аммиак. Вместо воды там жидкий метан, вместо скал и горных хребтов — водяной лёд, вместо грязи — «органическая сажа», вместо вулканической лавы — аммиак и вода.
Горные цепи в области Xanadu, запечатлёны «Кассини» 12 мая 2008 года -http://fe-planet.ru/news/180-548.html. Появление гор на Титане может оказаться прямым следствием его постепенного остывания. Высота гор достигает 2 км. В экваториальных широтах находится сразу несколько горных хребтов, которые вытягиваются с востока на запад и, вероятно, имеют общую историю формирования. Принято считать, что внутренняя структура Титана сложна, выделяют «ядро», состоящее из скальных пород и льда, чрезвычайно плотный слой льда III, V, VI, океан жидкой смеси аммиака и воды и внешний слой водного льда. По мере движения от центра к поверхности температура снижается, доходя до 94 К (-179 -730oC). За прошедшие с момента образования Титана 4000 Ma его внутренние области успели остыть, результатом могло стать уменьшение радиуса Титана на семь километров и соответствующее снижение объёма на один процент. Подповерхностный океан, остывая, частично замерзает, из-за чего толщина расположенных сверху и снизу слоёв льда увеличивается. Поскольку плотность вещества при движении от ядра к внешнему льду возрастает, на поверхности спутника должны образовываться «складки». Полученные формы рельефа соответствуют тому, что видит «Кассини». На других «ледяных» спутниках в Солнечной системе действуют обратные механизмы, растягивающие внешнюю оболочку, а не сжимающие её. «В геологическом плане Титан сильно отличается от своих юпитерианских аналогов, — говорит Jonathan Lunine из Института физики межпланетного пространства (Италия). — Cказывается влияние подповерхностного океана». Отчёт опубликован в издании Journal of Geophysical Research — Planets.
Cравнительнaя геологическaя молодость поверхности Титана — почти нет ударных кратеров
Япет является единственной крупной луной Сатурна со значительным наклоном орбиты. От других крупных спутников кольца Сатурна видны с ребра, а от Япета — с наклоном. Наблюдая за Япетом, итальянский астроном Джованни Доменико Кассиниобнаружил, что спутник виден в телескоп только тогда, когда находится по одну, строго определенную, сторону от Сатурна. Это позволило ему сделать вывод, который подтвердился в дальнейшем — Япет имеет светлую и тёмную стороны и повернут к Сатурну всегда одной и той же стороной. Соответственно, одна сторона (ведущее полушарие) смотрит в направлении движения спутника по орбите, и именно она — чёрная, как копоть или асфальт с небольшим красноватым оттенком (альбедо 0,04–0,05). Противоположное ему, заднее (ведомое) полушарие (альбедо 0,5) практически в десять раз (!) ярче темного, блестит почти столь же ярко, как свежевыпавший снег. Граница между темным и светлым полушариями необъяснимо четкая.
31 декабря 2004 года космический аппарат Кассини обнаружил горный хребет, совпадающий с экватором спутника. Хребет шириной 20 км простирается на расстоянии 1300 км и остается параллельным экватору. Физическая природа хребта до сих пор не получила объяснения. Oн мог появиться в результате сжатия пород или прорыва материала из глубин луны на её поверхность. В любом случае это необычный процесс, возможно, как-то связанный с неоднородной окраской Япета.
По одной из гипотез хребет мог появиться в результате сжатия пород. Изначально период обращения Япета вокруг оси мог составлять менее десяти часов, а диаметр спутника в экваториальной области был примерно в полтора раза больше расстояния между его полюсами. Впоследствии скорость вращения Япета сильно уменьшилась, и он приобрёл более сферическую форму. В результате, площадь поверхности Япета сократилась, а «выдавленные» породы скопились вдоль экватора. «Эволюция Япета была остановлена буквально на ходу», — утверждает Джули Кастилло (Julie Castillo) из Лаборатории реактивного движения (JPL). Две основные версии гласят, что стена возникла в ходе сложного процесса быстрого приливного торможения недавно сформировавшейся луны с одновременным её быстрым, но неравномерным остыванием и, соответственно, опусканием коры вниз, за которым экваториальный район «не поспевал»; либо что стена есть результат выпадения на поверхность спутника части колец Сатурна или даже собственных, Япета, колец.
Еще одна загадка Япета — гексагональные кратеры.
Padding (Pan ) открыт американским астрономом Марком Шоуолтером (Mark R. Showalter) в 1990 году при изучении фотографий космических аппаратов «Вояджер», которые они передали в 1981 году и были подтверждены фотографиями КА «Кассини» в 2005 году. Пан -второй по расстоянию спутник Сатурна. Его номер SXVIII в порядке, установленном IUA (International Astronomical Union) — Международным астрономическим союзом.
Радиус орбиты Пана, расположенной в щели Энке — узком зазоре кольца А, равен 133 583 км. Диаметр спутника примерно 28 км — это средний диаметр Пана, поскольку его форма напоминает пельмень. Размер по экваториальному гребню составляет 33 км, а между полюсами 21 км. Основное вещество — лёд. Пан вращаются вокруг Сатурна синхронно (как Луна вокруг Земли). Хребет Пана достигает высоты около 4 км в районе 0° западной долготы, и приблизительно 1,5 км в высоту над большей частью экватора. На экваториальный хребет приходится 10% объема Пана.
По классификации IUA (International Astronomical Union) — спутник Сатурна SXV — Атлас. Атлас обнаружен Ричардом Террилом (Terrile Richard John) в 1980 году по фотографиям, принятыми от КА «Voyager-1» и получил временное обозначение S/1980 S28; Атлас является «спутником–пастухом» кольца А. Сейчас установлено, что его «пастухами» также являются более удалённые спутники Янус (Janus) и Эпиметий, которые являются коорбитальными Атлас, фото «Cassini» NASA/JPL/Space Science Institute Большая полуось орбиты Атласа равна 137 670 км. Неправильной формы спутник имеет размеры 46x38x19 км. Период его обращения вокруг Сатурна равен 0,602 дней (14 ч 27 мин). Атлас вращаются вокруг Сатурна синхронно (как Луна вокруг Земли).
Грубая оценка высоты горного хребта Атласа дает приблизительно от 3 км в районе 270° западной долготы и до 5 км в районах 180° и 0°.
Четырнадцатый по расстоянию от Сатурна спутник Энцелад (Enceladus) открыт английским астрономом Уильямом (Вильямом) Гершелем (Sir William Herschel) 28 августа 1789 г. Энцелад представляет трехосный эллипсоид с осями 512x494x490 км , у Энцелада существует уходящая (из-за слабой гравитации) и постоянно пополняемая «ледяными вулканами» атмосфера, у неё слабое давление, которое имеет значительные пространственные вариации.
14 июля 2005 г. станция Cassini обнаружилa гейзеры Энцелада — выбросы частиц льда и водяного пара из южной полярной области спутника. Давние подозрения нашли подтверждение: Энцелад не «мертвая» луна Сатурна, а геологически активная. Максимальные концентрации выбросов зарегистрированы в тот момент, когда станция проходила над тектоническими разломами — системой узких параллельных трещин, которую называют по-разному: «тигровыми полосами» («tiger stripes»), «тигровыми царапинами», «тигровой шкурой. Камеры «Кассини» захватили гигантское перо (plume), извергающее ледяные частицы в космос.
Диона (Dione) девятнадцатый по расстоянию спутник Сатурна. По классификации IAU SIV (Saturn XIV).Диаметр 1 123 км/. Cудя по плотности спутника, Диона состоит из водяного льда со значительной примесью каменных пород во внутренних слоях .
Ведущее полушарие Дионы сильно кратерировано и однородно по яркости. Заднее полушарие содержит тёмные участки, а также паутину тонких светлых полосок, являющихся ледяными хребтами и обрывами. Согласно данным «Кассини», некоторые из них имеют высоту в несколько сотен метров. Ряд полосок проходит через кратеры, что говорит о более позднем появлении обрывов. Ранее полагали, что светлые полосы вызваны криовулканизмом, но это оказалось не так.
На Дионе имеются сильно и слабо кратерированные области. Многие из наиболее кратерированных областей находятся на заднем (ведомом) полушарии спутника, в то время как, , наибольшей метеоритной бомбардировке должно подвергаться ведущее полушарие.
Возможно, когда-то Диона была развёрнута в результате удара крупного небесного тела. Судя по обилию крупных кратеров на Дионе, такой разворот мог происходить неоднократно. Однако её нынешняя ориентация существует в течение миллиардов лет, о чём говорит высокая кратерированность и светлый цвет ведущего полушария.
На Дионе кратеры не имеют таких высоких стенок и центральных горок, как на Луне и Меркурии. По-видимому, из-за пластичности льда детали рельефа сглаживаются в течение геологически значимых промежутков времени (аналогичные процессы идут также на Каллисто — спутнике Юпитера).
Полосы яркого материала, которые переплетают темную часть поверхности, имеют непонятное происхождение, но могут быть разломами, через которые резко поднялась вода.
Учёные из Германии распознали вокруг ледяной луны Сатурна тончайший слой атмосферы. Помогли им в этом возмущения, зарегистрированные в магнитосфере планеты. Находка озадачила астрономов. Диона всего в полтора раза плотнее воды, учёные предполагают, что она обладает каменным ядром, покрытым коркой льда. Этот спутник Сатурна не способен поддержать близ себя атмосферу, как Земля, то есть не может при помощи мощной гравитации не дать частицам разбежаться по космосу.
Первооткрыватели оболочки Дионы полагают, что тонкий слой вещества сохраняется только потому, что он постоянно пополняется. Поверхностный лёд луны бомбардируют высокозаряженные частицы из потоков, опоясывающих Сатурн, в результате образуются молекулы O2 и H2.
Похожим образом формируется атмосфера другого спутника Сатурна Реи. Правда, его кислородное «одеяло» удерживается близ тела гравитационными силами
На Тетисе и Дионе обнаружена вулканическая активность
Гиперион (Hyperion). Двадцать третий по расстоянию спутник Сатурна. По классификации IAU Saturn VII (S VII).
Гиперион — тёмный спутник неправильной формы (330x240x200 км) с хаотическим собственным вращением, период которого меняется на десятки процентов в течение нескольких недель и имеет причудливую похожую на губку поверхность. Ось вращения Гипериона колеблется так сильно, что ее ориентацию предсказать невозможно. Это наибольший нерегулярный спутник в Солнечной системе после Протея (Proteus) — спутника Нептуна, который имеет почти сферическую форму.
Как у большинства спутников Сатурна, у Гипериона низкая плотность, но в отличие от соседей-спутников, у него низкое альбедо ( 0,25), указывающее, что спутник покрыт слоем темного материала. Этот материал, возможно, получен от Фебы (Phoebe), но он гораздо темнее нежели материал соскальзывающий по пути с Япета (Iapetus). У Гипериона красноватая поверхность, которая подходит по цвету к темному материалу Япета. Его поверхность напоминает губку. Видны кратеры вплоть до самого предела разрешения. Значение плотности Гипериона подтверждает, что он действительно является пористым как губка, а большая часть его интерьера заполнена пустотами.
На дне видимых кратеров сконцентрирован темный материал. Возможно это сползающий по склонам материал, смешанный со льдом [водным], состояния которого изменяются от твердого до газообразного.
Эпиметий — cедьмой по расстоянию от Сатурна спутник. 15 декабря 1966 французский астроном Одуэн Дольфус (Audouin Dollfus) наблюдал спутник Сатурна, который он назвал Янусом. Тремя днями позже 18 декабря 1966 Ричард Уокер (Richard L. Walker) также наблюдал некий объект на той же орбите. Cейчас эта дата считается открытием Эпиметея. В тот момент предполагалось, что это один и тот же спутник. Но двенадцатью годами позже, в октябре 1978, Стивен Ларсон (Stephen M. Larson) и Джон Фонтэйн (John W. Fountain) открыли, что в действительности это два объекта, движущихся по очень близким орбитам. Это было подтверждено данными «Вояджера-1» в 1980 году и поэтому Дж. Фонтэйн и С. Ларсон официально разделяют открытие Эпиметея с Ричардом Уокером. Янус действительно оказался «двуликим».
Самые близкие к Сатурну полеты космического корабля NASA «Кассини» показали, что поверхности этих крошечных лун покрыты материалом с колец планеты , а также содержат лед, вырывающийся с большой луны Сатурна «Энцеладус».