Спутник Нептуна

Естественные спутники планет

Как определяют спутники

Небесные тела, которые под действием гравитационных сил обращаются вокруг планеты в космическом пространстве, называются спутниками. В зависимости от происхождения объекта, выделяют естественные (созданные природой) и искусственные (рукотворные) спутники. При этом стоит отметить, что определение спутника может быть гораздо сложнее и вдобавок меняться со временем. Наиболее актуальный пример последнего времени: официально Харон считается спутником Плутона, однако их центр масс находится вне планеты, т.е. и спутник, и планета вращаются вокруг некоего центра в пространстве между ними. Поэтому есть перспективы переклассификации – признать оба объекта равноправными компонентами двойной планетной системы Плутон-Харон. По схожим причинам зачастую можно услышать неофициальное мнение, что Луна вовсе не спутник Земли. Ничего ложного или революционного здесь нет – это лишь вопрос терминологии.

Самый большой спутник

Крупнейшим естественным спутником Солнечной системы считается Ганимед – он вращается вокруг Юпитера, который, в свою очередь, является крупнейшей планетой. Его открыл итальянский ученый Галилео Галилей в 1610 году. Ганимед превосходит остальные спутники как в диаметре, так и в массе. Более того, Ганимед немного крупнее полноценной планеты – Меркурия! Однако Меркурий более чем в два раза тяжелее. Луна – спутник Земли – является пятым по величине, уступая также Титану (Сатурн), Каллисто (Юпитер) и Ио (Юпитер).

Сколько спутников

Количество спутников у планет может меняться по ходу новых – постоянных! – открытий. На текущий момент больше всего их было найдено у Юпитера – 79. Причем в последнее время их находят чуть ли не десятками. Другими словами, можно ожидать, что в ближайшие годы количество только увеличится. Всего же у всех планет Солнечной системы обнаружено около 200 спутников, и еще больше их обнаружено у малых планет – карликовых и астероидов.

Спутники планеты Нептун

Примечания

1. McKinnon, William B. & Kirk, Randolph L. (2007), “Encyclopedia of the Solar System”, in Lucy Ann Adams McFadden, Lucy-Ann Adams, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson, Encyclopedia of the Solar System (2nd ed.), Amsterdam; Boston: Academic Press, pp. 483–502, ISBN 978-0-12-088589-3
2.  (недоступная ссылка). NASA. Дата обращения 21 сентября 2007.
3. Flammarion, Camille. (1880).
4.  (недоступная ссылка). Hellenica. Дата обращения 25 января 2011.
5. Classic Satellites of the Solar System”. Observatorio ARVAL. Проверено 2007-09-28.
6. .
7.  .
8. ↑ Harold F. Levison, Luke Donnes. Comet Populations and Cometary Dynamics // Encyclopedia of the Solar System / Edited by Lucy Ann Adams McFadden, Lucy-Ann Adams, Paul Robert Weissman, Torrence V. Johnson. — 2nd ed. — Amsterdam; Boston: Academic Press, 2007. — P. 483–502. — ISBN 0120885891.
9.  (англ.) (недоступная ссылка). Дата обращения 29 января 2011.
10.  (недоступная ссылка). Дата обращения 25 ноября 2009.
11. ↑
12. ↑
13. (6 сентября 2012).
14. . Massachusetts Institute of Technology.

Орбита

Тритон имеет необычную орбиту. Она сильно наклонена к плоскостям эклиптики и экватора Нептуна. По ней Тритон движется в направлении, обратном вращению Нептуна, что делает его единственным крупным спутником в Солнечной системе с ретроградным движением. У орбиты Тритона есть ещё одна особенность: она представляет собой почти правильную окружность.

Особенности строения и орбитального движения Тритона позволяют предположить, что он возник в поясе Койпера как отдельное небесное тело, похожее на Плутон, и позднее был захвачен Нептуном. Расчёты показывают, что обычный гравитационный захват был маловероятен. По одной из гипотез, Тритон входил в состав двойной системы, в этом случае вероятность захвата повышается. По другой версии, Тритон затормозился и был захвачен потому, что «задел» верхние слои атмосферы Нептуна.

Приливное воздействие постепенно привело его на орбиту, близкую к окружности, при этом выделялась энергия, расплавлявшая недра спутника. Поверхность застывала быстрее, чем недра, а затем, по мере замерзания и расширения водяного льда внутри спутника, поверхность покрывалась разломами. Возможно, что захват Тритона нарушил систему спутников, уже существовавшую у Нептуна, на что может указывать необычная орбита Нереиды.

По одной из гипотез, приливное взаимодействие Нептуна и Тритона разогревает планету, благодаря чему Нептун выделяет больше тепла, чем Уран. В результате Тритон постепенно приближается к Нептуну; когда-нибудь он войдёт в предел Роша и его разорвёт на части — в этом случае образовавшееся кольцо вокруг Нептуна будет более мощным, чем кольца Сатурна.

Исследования

Нептун (вверху) и Тритон (внизу) во время «отбытия» Вояджера 2.

Орбитальные характеристики Тритона были определены ещё в XIX веке. Было открыто его ретроградное движение и очень большой наклон орбиты по отношению к экватору Нептуна и эклиптике. О самом Тритоне вплоть до XX века не было известно практически ничего. Попытка измерить диаметр спутника была предпринята Джерардом Койпером в 1954. Первоначально диаметр был оценён в 3800 км. Последующие измерения давали значения от 2500 до 6000 км. Лишь в 1989, с помощью аппарата Вояджер-2, была наконец получена точная цифра — 2706,8 км.

Начиная с 1990-х годов, с земных обсерваторий начались наблюдения покрытий Тритоном звёзд, что позволило изучать свойства его разреженной атмосферы. Исследования с Земли показали, что атмосфера Тритона плотнее, чем показали измерения Вояджера-2. Было также открыто повышение температуры атмосферы на Тритоне на 5 %. Это связывают с наступлением летнего периода, так как с повышением температуры растёт количество испаряющихся с поверхности газов.

Вояджер-2 до сих пор остаётся первым и единственным космическим аппаратом, который исследовал Тритон вблизи. Это происходило в июле — сентябре 1989 года.

Остальные спутники

В «» открыл шесть спутников Нептуна. Все они движутся по круговым орбитам в прямом направлении практически в плоскости планеты. Пять из них имеют периоды обращения меньше периода вращения планеты и поэтому на нептунианском небе восходят на западе и заходят на востоке; это также означает, что из-за гравитационного трения они рано или поздно упадут на Нептун.

• — самый крупный спутников, имеет неправильную форму со средним диаметром около 420 км. Он темнее Нереиды, и отражает всего 6 % падающего света. Протей имеет серый цвет; на его поверхности видны кратероподобные образования и трещины.
• — тёмный объект неправильной формы размером 210×180 км, отражающий 5 % света. На нём видны несколько кратеров размерами 30—50 км. Неправильная форма Протея и Лариссы указывает на то, что на протяжении всей своей истории они оставались холодными глыбами льда. Радиусы орбит спутников 117,6 тыс. км и 74 тыс. км соответственно. Об остальных спутниках известно ещё меньше.
• и обращаются на расстояниях 62 тыс. км и 52 тыс. км, соответственно.
• обращается вокруг Нептуна за 7,5 часа на расстоянии 50 тыс. км.
• , с периодом обращения 7,1 часа, имеет орбиту, заметно наклонённую к плоскости экватора Нептуна — на 4,5°.

В 2002—2003 годах было открыто ещё пять спутников Нептуна. Каждый из новооткрытых объектов имеет диаметр 30-60 км и нерегулярную, вытянутую орбиту с большим наклоном. Период их обращения вокруг Нептуна составляет от 5 до 26 земных лет.

В 2013 году был открыт четырнадцатый спутник Нептуна — . Он обращается вокруг Нептуна между орбитами и . Большая полуось его орбиты составляет 105,3 тыс. км. Период обращения вокруг планеты составляет около 23 часов.

Особенности Протея

Карта передней и задней сторон Протея

Чем крупнее космический объект, тем больше на нем интересных вещей — после обнаружения шестиугольных вихрей на Сатурне или Большого Красного Пятна на Юпитере, в этом девизе не приходится сомневаться. Касается это и меньших тел. Будучи самым большим внутренним спутником Нептуна, Протей тоже сумел удивить ученых:

• Приливные силы меняют не только орбиту Протея, но и его поверхность — она покрыта большим количеством ровных борозд, равнин и расщелин, пролегающих в основном параллельно экватору. Протей, как и большинство безатмосферных тел, густо покрыт кратерами — крупнейших из них, Фарос, обладает поперечником в 260 километров. Это чуть меньше диаметра самого большого кратера на видимой стороне Луны — Байи.
• Протей и другие спутники Нептуна, чьи орбиты ниже Тритона, по актуальной теории сформировались с осколков старых лун планеты. Они столкнулись между собой тогда, когда планета захватила спутник Тритон, что вызвало масштабные гравитационные возмущения. Орбиты всех близких к Нептуну лун проходят над его экватором, что подтверждает теорию их единого родителя. Похожим образом вращаются вокруг Солнца астероиды семейства Корониды с аналогичной «жизненной» историей.
• Известные о структуре спутника данные — плод компромисса астрономов. Спектральные исследования телескопа «Хаббл» показали, что темное вещество на поверхности Протея — это органика, но воды на нем обнаружено не было. Напротив, на Лариссе воду нашли, но ее темное вещество оставалось загадкой. Под прикрытием того, что два спутника имеют общее происхождение, ученые решили «объединить» данные об их составе.

Но главной особенностью спутника является его геологическое будущее. Спутник Сатурна Мимас обладает сферической формой, хотя его масса меньше Протея. Так был сделан вывод о дальнейшем развитии луны, где та может приобрести правильную форму шара. Способствует изменению формы и гравитационное влияние близлежащего Нептуна. Наверное, именно из-за этого спутник назвали Протеем — в честь морского бога, способного изменять свой внешний вид.

Характеристики и особенности Протея

Протей — самый крупный среди внутренних лун Нептуна и второй по размеру среди всех спутников планеты, уступая лишь Тритону. Как и о многих спутниках внешних планет, большинство данных о Протее были получены зондом «Вояджер-2», совершившего пролет мимо Нептуна в 1989 году. Хотя спутник присутствует на 17 снимках, полученных учеными, полезную информацию содержат не все из них — на некоторых фотографиях Протей выглядит просто как сияющая точка. Но отсутствие деталей никогда еще не смущало астрономов. Проанализировав имеющиеся снимки, сопоставив гравитационные взаимодействия объектов и ученые смогли выяснить следующее:

• Масса Протея составляет 4,4×1019 килограмм при линейных размерах 424×390×396 километров. Протей входит в тридцатку самых больших тел Солнечной системы — при этом в разрезе он мог бы поместиться в кратер Аполлон, что на Луне. Он относительно легок — если сделать предположение о том, что его состав похож на материал других внутренних спутников Нептуна, итоговая плотность которого составляет 1,3 г/см3. Похожей плотностью обладает черное дерево или плотная бумага — если Протей хорошенько смазать воском, он бы мог плавать на поверхности воды.
• Альбедо, то есть светоотражающая способность Протея, составляет всего 6% от полученного света. Таким образом, спутник Нептуна — очень темный объект. Однако цвет его поверхности не черный, а серо-нейтральный — анализ спектра света, отражаемого от Протея, не показал никаких особенных отклонений в сторону синего, красного или зеленого, свидетельствующих о преобладании какого-то оттенка.
• Состав Протея, как уже упоминалось, считается типичным для внутренних лун газовых гигантов. Спутник выглядит как гигантская ледяная глыба, покрытая замерзшими органическими веществами вроде метана или аммиака. Именно она и «затемняет» Протей, метаморфировав из-за многовекового воздействия радиации Нептуна.
• Орбитальные характеристики Протея определяются его принадлежностью к внутренним спутникам Нептуна. Вокруг собственной оси он вращается синхронно с Нептуном, а саму планету облетает за 1,12 земного дня. Расстояние от планеты совсем небольшое — всего 118 тысяч километров, что составляет приблизительно треть расстояния между Землей и Луной.
• Так как сам Нептун вращается вокруг своей оси быстрее, чем Протей вокруг него, то спутник постепенно снижается к планете под влиянием приливных сил. Из-за этого все внутренние луны Нептуна рано или поздно ждет гибель — они будут либо поглощены, либо разорваны гравитацией планеты на мелкие осколки. Протей, впрочем, не является первым кандидатом на гибель — куда опаснее позиция Лариссы, вращающейся в два раза ближе к Нептуну.

Интересный факт — «медленное» вращение Протея приводит к аномалии: на небе Нептуна спутник восходит на закате и заходит на востоке. Похожим образом себя ведут и другие внутренние спутники планеты.

Изображения Нептуна

Изображения Нептуна и его спутников, сделанные Вояджером-2 в значительной степени недооценивают. Более увлекательным, чем даже сам Нептун, является его гигантский спутник Тритон, который похож по размеру и плотности на Плутон. Тритон, возможно, был захвачен Нептуном о чем свидетельствует его ретроградное движение (по часовой стрелке) по орбите вокруг Нептуна. Гравитационное взаимодействие между спутником и планетой генерирует тепло и поддерживает Тритон активным. Его поверхность имеет несколько кратеров и геологически активна.

Кольца Нептуна

Кольца Нептуна.

Его кольца тонкие и слабые и почти невидимые с Земли. Вояджер-2 сделал снимок, когда они были подсвечены Солнцем. Изображение сильно переэкспонированно (10-минут).

Облака Нептуна

Облачный слой планеты

Несмотря на большое расстояние от Солнца, Нептун имеет весьма динамичную погоду, в том числе самые сильные ветра в Солнечной системе. «Большое Темное Пятно», которое видно на снимке, уже исчезло и показывает нам как быстро происходят изменения на самой далекой планете.

Самая полная карта Тритона на сегодняшний день

Карта Тритона.

Пол Шенк из института Луны и планет (Хьюстон, США) переработал старые данные Вояджера, чтобы выявить больше деталей. В результате получилась карта обоих полушарий, хотя большая часть Северного полушария отсутствует, из-за того, что в момент пролета зонда была в тени.

Анимация пролета космического аппарата Вояджер-2 мимо Тритона, совершенного в 1989 году. Во время пролета, большая часть Северного полушария Тритона была в тени. Из-за большой скорости Вояджера и медленного вращения Тритона, мы смогли увидеть только одно полушарие.

Гейзеры Тритона

Гейзеры на поверхности спутника.

Пролет Вояджера-2 вблизи Тритона преподнес два сюрприза. Во-первых на спутнике почти нет кратеров, указывая, что возраст его поверхности составляет всего около 10 миллионов лет, что очень мало в геологическом плане. Во-вторых, Вояджер обнаружил своего рода извержения газов, согретых Солнцем, которые испарялись и превращались в облака мелкой пыли и затем разносились тонкий атмосферой.

Нептун с поверхности Тритона в представлени художника

Нептун с поверхности Тритона в представлени художника.

На данном изображении были объединены два снимка, полученных Вояджером. Гладкие равнины предполагают, что поверхность Тритона была изменена ледяными вулканами.

Прощальный снимок

Полумесяцы Нептуна и Тритона.

Через три дня после встречи с Нептуном, Вояджер-2 сделал прощальный снимок планеты и запечатлел полумесяцы Нептуна и Тритона.

https://youtube.com/watch?v=7Ndy7YJqT2E

Открытие и наименования

Уильям Лассел, открывший Тритон

Тритон был открыт английским астрономом Уильямом Ласселом 10 октября 1846 года, спустя 17 дней после открытия планеты Нептун.

После обнаружения планеты немецкими астрономами Иоганном Готтфридом Галле и Генрихом Луи д’Арре, Джон Гершель написал Уильяму Ласселу письмо с предложением попробовать найти у Нептуна спутники. Лассел занялся этим и уже спустя 8 дней открыл Тритон. Лассел также утверждал, что наблюдал у Нептуна кольца. И хотя кольца у планеты действительно есть, официально они были открыты лишь в 1968 году, поэтому заявление Лассела о наблюдении колец подвергается сомнению.

Спутник был назван в честь древнегреческого бога Тритона, сына Посейдона. Несмотря на то, что Уильям Лассел участвовал в спорах о названии тех или иных спутников планет (Гипериона, Ариэля, Умбриэля), он не дал Тритону названия. Впервые название «Тритон» упоминается в 1880 году в трудах Камиля Фламмариона, однако это название было принято много лет спустя. Тритон называли просто Спутником Нептуна вплоть до 1949 года, когда был открыт второй спутник планеты — Нереида.

История исследования Протея

Протей, снимок Вояджера-2

Открыт Протей был в 1989 году с помощью зонда «Вояджер-2». Снимок, на котором спутник был зарегистрирован, зонд снял за два месяца до пролета Нептуна. Первооткрывателями луны стали американские астрономы Стивен Спиннотт и Брэдфорд Смит, обнаружившие Протей на фотографиях. В качестве члена проекта Вояджер, Спиннотт открыл еще несколько лун Сатурна, Урана и Нептуна. Он же предложил название для Протея, официально принятое спустя два года после открытия спутника.

https://youtube.com/watch?v=0QAV5xVd3yQ

Невзирая на то, что меньшие луны удаленных планет редко исследуются астрономами в подробностях, на основе снимков «Вояджера-2» была построена 3D-модель Протея. После «Вояджера» спутник наблюдал орбитальный телескоп «Хаббл», запущенный в 1990 году. Им были проведены спектроскопические исследования, предоставившие астрономам сведения о составе Протея.

Интересный факт — «Вояджер-2» не только не замедлился от пролета Нептуна, но и значительно увеличил скорость движения. Кроме возможности сбора научных данных, пересечение орбит планет-гигантов дало зонду гравитационный разгон.