Планета в мантии Земли
На 52-й конференции по изучению Луны и планет Солнечной системы, прошедшей в марте 2021 года, Цянь Юань, исследователь геодинамики из Университета штата Аризона, представил новые интересные данные. Это весьма убедительные, хотя и не полностью проверенные доказательства, подтверждающие гипотезу гигантского удара. Идея, которая привела к этому исследованию, гениально проста: если Тейя когда-то ударила Землю, она не должна была исчезнуть. Она просто слилась бы с нашей планетой. И этому непременно должны быть доказательства.
Юань и его команда сосредоточились на двух областях мантии Земли размером с континент. Одна находится под Западной Африкой, другая – под Тихим океаном. Эти регионы сбивали с толку исследователей на протяжении многих десятилетий, потому что сейсмические волны от землетрясений необъяснимо замедляются в этих местах на 2% от нормальной скорости.
Эти области являются не только частью мантии Земли, но и самой большой ее частью. Их площадь достигает 8% от всей земной мантии. В абсолютном выражении они на 80-90% больше, чем площадь Марса. Что, в сочетании с нынешними размерами Луны, почти в точности равно теоретическому размеру, который имела Тейя.
Физические характеристики
Фива имеет неправильную форму закрытого эллипсоида размерами приблизительно 116×98×84 км. Его объёмная плотность и масса точно неизвестны, но приблизительно вычислено, что основная плотность такая же, как у Амальтеи (около 0,86 г/см³), его масса составляет примерно 4,3×1017 кг.
Фива вращается синхронно со своей орбитой и всегда обращена к Юпитеру одной и той же стороной, так же как все внутренние спутники Юпитера. Она ориентирована в пространстве так, что вытянутый конец оси всегда направлен к Юпитеру, а точки поверхности всегда скрыты и находятся дальше от Юпитера; поверхность Фивы попадает на край предела Роша, гдесила притяжения на поверхности Фивы почти полностью сбалансирована центробежной силой. В результате вторая космическая скорость очень мала, позволяя пыли легко покидать поверхность спутника после метеоритных ударов, образуя газовый круг вокруг Фивы.
Поверхность Фивы тёмная с переходом в красноватые оттенки. Эта субстанция неравномерно распределена между передней и задней полусферами спутника: передняя полусфера в 1,3 раза ярче задней. Несимметричность вызвана высокой скоростью и большой частотой ударов в переднюю полусферу, которая изрывается ярким материалом (льдом) на значительную глубину. Поверхность Фивы сильно изрыта. Это получилось благодаря не менее, чем трём-четырём ударным кратерам, которые очень большого размера: размер каждого из них примерно сопоставим с диаметром самой Фивы. Самы большой (около 40 км) кратер расположен на стороне, противоположной направлению на Юпитер, и называется Зетус (Zethus) (только особенности поверхности Фивы имеют собственные имена). На краю этого кратера есть несколько ярких пятен.
Группы
Орбиты неправильных спутников Юпитера и то, как они группируются в группы: по большой полуоси (горизонтальная ось в Gm ); по наклонению орбиты (вертикальная ось); и эксцентриситет орбиты (желтые линии). Относительные размеры указаны кружками.
Обычные спутники
Они имеют прямые и почти круглые орбиты с низким наклонением и делятся на две группы:
- Внутренние спутники или группа Амальтеи : Метида , Адрастея , Амальтея и Фива . Эти орбиты очень близки к Юпитеру; две внутренние орбиты менее чем за один юпитерианский день. Последние два являются соответственно пятым и седьмым по величине спутниками в системе Юпитера. Наблюдения показывают, что по крайней мере самый крупный член, Амальтея, сформировался не на его нынешней орбите, а дальше от планеты, или что это захваченное тело Солнечной системы. Эти луны вместе с рядом видимых и пока невидимых внутренних лун (см. Луны Амальтеи ) пополняют и поддерживают слабую кольцевую систему Юпитера. Метида и Адрастея помогают поддерживать главное кольцо Юпитера, тогда как Амальтея и Фива поддерживают свои собственные слабые внешние кольца.
- Основная группа или галилеевы спутники : Ио , Европа , Ганимед и Каллисто . Они являются одними из самых крупных объектов в Солнечной системе за пределами Солнца и восемь планет в единицах массы, больше , чем любая известной карликовая планета . Ганимед превосходит (а Каллисто почти равна) даже планету Меркурий по диаметру, хотя они менее массивны. Они являются соответственно четвертым, шестым, первым и третьим по величине естественными спутниками в Солнечной системе, содержащие примерно 99,997% общей массы на орбите вокруг Юпитера, в то время как Юпитер почти в 5000 раз массивнее галилеевых спутников. Внутренние луны находятся в орбитальном резонансе 1: 2: 4 . Модели предполагают, что они образовались в результате медленной аккреции в субнебуле Юпитера с низкой плотностью — газовом и пылевом диске, существовавшем вокруг Юпитера после его образования, — которое продолжалось до 10 миллионов лет в случае Каллисто. Некоторые из них подозреваются в подповерхностных океанах .
Нерегулярные спутники
Орбиты и положение неправильных спутников Юпитера по состоянию на 1 января 2021 года. Прогрессивные орбиты окрашены в синий цвет, а ретроградные — в красный.
Наклонения (°) и эксцентриситет неправильных спутников Юпитера с определением основных групп. Данные на 2021 год.
Спутники неправильной формы — это объекты существенно меньшего размера с более удаленными и эксцентричными орбитами. Они образуют семьи с общим сходством по орбите ( большая полуось , наклон , эксцентриситет ) и составу; Считается, что это, по крайней мере, частично столкновительные семейства, которые были созданы, когда более крупные (но все же маленькие) родительские тела были разрушены ударами астероидов, захваченных гравитационным полем Юпитера. Эти семьи носят имена своих самых крупных членов. Идентификация спутниковых семейств предварительная, но обычно перечисляются следующие:
-
Спутники Prograde
- Фемисто — самая внутренняя луна неправильной формы и не принадлежит к какой-либо известной семье.
- Группа Гималия распространяется на едва 1.4 Gm в больших полуосей , 1,6 ° в наклоне (27,5 ± 0,8 °), а эксцентриситеты между 0,11 и 0,25. Было высказано предположение, что группа могла быть остатком разрушения астероида из пояса астероидов .
- Карпо — еще одна прямая луна, не принадлежащая к известной семье. У него самый высокий наклон из всех прогрессивных лун.
- Валетудо — самая удаленная луна и не принадлежит к какой-либо известной семье. Его прямая орбита пересекает пути с несколькими лунами, которые имеют ретроградные орбиты и могут в будущем столкнуться с ними.
-
Ретроградные спутники:
- Группа Карме распространяется только на 1,2 Gm по большой полуоси , 1,6 ° по наклону (165,7 ± 0,8 °) и эксцентриситетам от 0,23 до 0,27. Он очень однороден по цвету (светло-красный) и, как полагают, произошел от прародителя астероида D-типа , возможно, трояна Юпитера .
- Группа Ananke имеет относительно более широкий разброс, чем предыдущие группы, более 2,4 Gm по большой полуоси, 8,1 ° по наклону (между 145,7 ° и 154,8 °) и эксцентриситетам от 0,02 до 0,28. Большинство членов выглядят серыми и, как полагают, образовались в результате распада захваченного астероида.
- Группа Pasiphae довольно рассредоточена с разбросом более 1,3 Gm, наклонами от 144,5 ° до 158,3 ° и эксцентриситетом от 0,25 до 0,43. Цвета также значительно различаются, от красного до серого, что может быть результатом нескольких столкновений. Синопа , иногда включаемая в группу Пасифае, красного цвета и, учитывая разницу в наклоне, могла быть захвачена независимо; Пасифа и Синопа также находятся в ловушке вековых резонансов с Юпитером.
Несостоявшаяся звезда
Юпитер, обработанный снимок зонда Вояджер-1
Газовый гигант образовал внутри Солнечной системы свою собственную мини-структуру с многочисленными спутниками самых разных размеров, обращающихся вокруг него. Этот факт, химический состав его атмосферы (водород и гелий), а также поистине внушительные размеры позволяют называть Юпитер несостоявшейся звездой. Однако его массы недостаточно для возникновения термоядерной реакции, а значит, стать ей он так никогда и не сможет. Но будь Юпитер тяжелее на порядок, то в Солнечной системе было бы не одно светило, а целых два, – исследователям Вселенной известны коричневые карлики, имеющие массу примерно в 12-80 раз больше, чем у крупнейшей планеты Солнечной системы, которые относятся к самой легкой «весовой категории» звезд.
Характеристики
Галилеевы луны. Слева направо в порядке увеличения расстояния от Юпитера: Ио ; Европа ; Ганимед ; Каллисто .
Физические и орбитальные характеристики спутников сильно различаются. Все четыре галилеянина имеют диаметр более 3100 километров (1900 миль); самый большой галилеев, Ганимед , является девятым по величине объектом в Солнечной системе после Солнца и семи планет , Ганимед больше Меркурия . Все остальные спутники Юпитера имеют диаметр менее 250 километров (160 миль), большинство из которых едва превышает 5 километров (3,1 мили). Их орбитальные формы варьируются от почти идеально круглых до сильно эксцентрических и наклонных , и многие из них вращаются в направлении, противоположном вращению Юпитера ( ретроградное движение ). Периоды обращения колеблются от семи часов (требуется меньше времени, чем Юпитер, чтобы вращаться вокруг своей оси), до примерно в три тысячи раз больше (почти три земных года).
Примечания
Для сравнения, площадь шара диаметром 250 км примерно равна площади Сенегала и сопоставима с площадью Беларуси , Сирии и Уругвая . Площадь сферы диаметром 5 км примерно равна площади Гернси и несколько больше площади Сан-Марино
(Но обратите внимание, что эти меньшие луны не сферические.)
Порядок относится к положению среди других лун относительно их среднего расстояния от Юпитера.
Метка относится к римской цифре, присвоенной каждой луне в порядке их наименования.
Диаметры с несколькими записями, такими как «60 × 40 × 34», отражают, что тело не является идеальным сфероидом и что каждый из его размеров был измерен достаточно хорошо.
Периоды с отрицательными значениями являются ретроградными.
«?» относится к групповым заданиям, которые еще не считаются надежными.
Физические характеристики
Фива имеет неправильную форму, близкую к трёхосному эллипсоиду с осями 116×98×84 км. Её объёмная плотность и масса точно неизвестны, но расчётная оценка плотности близка к плотности Амальтеи около 0.86 г/см³. Масса Фивы оценивается в 4.3⋅10 17 килограмм
Вращение Фивы вокруг своей оси синхронизировано с её обращением вокруг Юпитера, поэтому спутник обращён к планете одной и той же стороной, как и все внутренние спутники Юпитера. Она ориентирована в пространстве так, что вытянутый конец оси всегда направлен к Юпитеру. Самые близкие к Юпитеру и самые удалённые от Юпитера области на поверхности Фивы близки к пределу Роша, где сила притяжения на поверхности Фивы лишь немногим превышает центробежную силу. В результате вторая космическая скорость очень мала, что позволяет пыли и обломкам, появляющимся при метеоритных ударах, легко покидать поверхность спутника. Эта пыль образует одно из колец Юпитера кольцо Фивы.
Поверхность Фивы тёмная с переходом в красноватые оттенки. Яркость передней полусферы спутника в 1.3 раза превышает яркость задней. Асимметрия вызвана, вероятно, более высокой скоростью и частотой метеоритных ударов в переднюю полусферу, в результате этих ударов на поверхность выбрасывается лёд с больших глубин. Поверхность Фивы сильно изрыта. Не менее трёх-четырёх ударных кратеров по размеру сопоставимы с диаметром самой Фивы. Самый большой диаметр около 40 км кратер расположен на стороне, противоположной направлению на Юпитер, и называется Зетус Zethus это единственное образование на поверхности Фивы, имеющее собственное название. На валу этого кратера имеется несколько ярких пятен.
Характеристики Амальтеи
Как мы узнали столько про Амальтею?
Само существование Амальтеи сложно объяснить. Она слишком большая, чтобы образоваться из планетных колец, и слишком ледяная для близости к Юпитеру — в годы молодости газового гиганта, температура на орбите луны достигала 800 °С. Скорее всего, планета-гигант захватила ее извне, как это делает регулярно с кометами. Да и Амальтея не самый обычный ледяной спутник — ее тепло превышает энергию падающих на нее лучей. Она подогревается электромагнитной бомбардировкой со стороны Юпитера.
Все эти загадки — и тем более ответы на них — достались астрономам не так уж просто. Несмотря на близость Юпитера к Земле, его спутники изучены хуже, чем спутники того же Сатурна. Разрешающая способность камер космического аппарата «Галилео», пока что наиболее плодотворного проекта по исследованию Юпитера и его лун, составляла всего 800х800 пикселей. Да и занят «Галилео» был более крупными и приоритетными спутниками, вроде вулканической Ио, или потрескавшейся Европы.
Поэтому полученные данные про Амальтею — это плод ловкости астронавигаторов, находчивости инженеров и программистов, а также недюжинные усилия со стороны астрономов и физиков на Земле. В итоге, известны следующие характеристики спутника:
Амальтея, спутник Юпитера
Амальтея в фактах
- Линейные измерения Амальтеи — 250×146×128 километров, со средним диаметром в 168 км. Форма спутника, в соответствии с цифрами, сильно вытянутая, очертаниями напоминающая картошку. На картофелины, к слову, похожи большинство небольших спутников и астероидов, силы гравитации которых не хватает для самостоятельного преобразования в шар.
- Однако рельеф Амальтеи допускает большие колебания в линейных измерениях. Спутник изрыт очень большими кратерами. Один из них, Гея, доходит до 20 километров в глубину — это около 11% диаметра спутника!
-
Как же Амальтея пережила образование таких кратеров? Ответ кроется в составе луны: ее основной породой является замерзшая вода. Несмотря на то, что в условии низких температур безвоздушной поверхности спутника (около –146 °C) водный лед твердый как камень, он остается пластичным. Поэтому сила ударов метеоритов прорывает большие котлованы кратеров, но не разрушает сам спутник.
- Масса Амальтеи — 2,06×1018 килограмм. Итоговая плотность породы спутника получается 0,8-0,9 г/см3, что несколько меньше консистенции льда. Недобор плотности является верным признаком наличия пустот — а это свидетельствует о том, что один из метеоритов таки сумел разрушить Амальтею. Ученые считают, что спутник собрался из осколков своего предыдущего тела под влиянием собственной гравитации. Похожую структуру имеют много других спутников
Интересный факт — вопреки ледяному составу, поверхность Амальтеи красного цвета. Она краснее Ио, другого спутника Юпитера, и даже Марса. Астрономы считают ее одним из наиболее красных тел Солнечной системы — конкурирует с ней только самая далекая карликовая планета, Седна! Существует несколько теорий необычного окраса луны Юпитера — от оседания серы с вулканов Ио до разложения органических веществ на поверхности под воздействием излучения газового гиганта.
и астероидов: астрономы называют такие тела «кучей щебня».
- Амальтея находится очень близко к Юпитеру — планету и спутник разделяют всего 181 тысяча километров. Вокруг планеты луна обращается за 16 часов и 11 минут — при этом своей вытянутой стороной Амальтея всегда повернута в сторону Юпитера. Это последствие синхронного вращения луны — так как скорости вращения вокруг собственной оси и вокруг планеты совпадают, с Юпитера всегда видна только одна сторона Амальтеи. Так же вращается и наша Луна.
Амальтея принадлежит к внутренним спутникам Юпитера — «группе Амальтеи». Эта луна объединяет меньшие спутники не только благодаря самому крупному размеру, но и из-за сочетания свойств, характерных всем внутренним лунам. Спутники группы играют ключевую роль в системе колец планеты. Так, Метида и Адрастея служат «пастухами» главного кольца Юпитера, поддерживая его силой орбитального резонанса — пропорционального времени вращения вокруг планеты. Более крупные Амальтея и Фива поддерживают собственные, «паутинные» кольца Юпитера. Все внутренние спутники питают кольца веществом, которые выбивают из их поверхности метеориты.
Фива или Теба
Как это часто бывает в русском языке, перевод иностранного слова в разных исторических периодах и звучит по-разному. Так, нимфа в древнегреческой мифологии, в честь которой назван спутник Юпитера, еще во времена старорусского языка называлась Фивой. Это распространенное в древние времена женское имя — из самых знаменитых его носителей в первую очередь вспоминается город Фивы в Египте.
Однако кроме греческого языка, это слово попало в русский через латынь и латынесодержащие языки — в том числе и из английского, на котором было объявлено о присвоении спутнику имени в 1983 году. Так как пишется слово как «Thebe», сформировался вариант Теба, спутник Юпитера, который равноправно с Фивой встречается на страницах книг и справочников.
Какой из вариантов вернее? На самом деле, правильны оба — часто они встречаются вместе в пределах одной энциклопедии. Но порой встречается и «смешанный» вариант названия, Феба, который желательно не употреблять — так же называется одноименный спутник Сатурна, чье имя произошло от совершенно другого слова, «Phoebe». А возникшая путаница может доставить неприятностей — тем более, что эти два спутника газовых гигантов даже не похожи!
Физические характеристики
Фивы имеют неправильную форму, приблизительную форму трехосного эллипсоида, соответственно 116×98×84 км , и площадь поверхности около 45 000 км² (от 31 000 км² до 59 000 км² ). Его плотность неизвестна, но, если предположить, что он аналогичен плотности Амальтеи ( 0,86 г/см³ ), его массу можно рассчитать как 4,3×10 17 кг . НАСА принимает плотность 3 г/см³ , что приводит к массе 1,4987×10 18 кг . Поскольку его масса неизвестна, его скорость убегания и гравитация на поверхности не могут быть рассчитаны с какой-либо точностью
Принимая во внимание значения НАСА, они составят 64 м/с и 0,041 м/с² соответственно. ]
Как и все внутренние спутники, вращение и поступательное движение Фивы синхронны. Следовательно, он всегда сохраняет одно и то же лицо, ориентированное на Юпитер, с большой полуосью, указывающей на планету. Наклон осевой оси равен нулю. В ближайшей и самой дальней точках на поверхности Юпитера считается, что поверхность находится вблизи края полости Роша , где гравитация лишь немного превышает центробежную силу. Как следствие, скорость убегания в этих двух точках очень мала, что позволяет пыли легко улетучиваться после падения метеорита и попадать в диффузное кольцо Фив. ]
Кратер Зетус диаметром около 40 км является крупнейшим в Фивах и единственной названной особенностью поверхности. На краях кратера есть несколько ярких пятен. Он расположен на дальней стороне и был обнаружен на изображениях , сделанных зондом Галилео . Он назван в честь мужа Фивы в греческой мифологии. ]
Поверхность Фивы темная и имеет красноватый оттенок. Его альбедо составляет 0,047. Имеется значительная асимметрия между передним и задним полушариями, переднее в 1.3 раза ярче заднего. Эта асимметрия, возможно, вызвана высокой скоростью и частотой ударов по передней стороне, которые обнажают яркий материал (вероятно, лед) из внутренней части спутника наружу. Поверхность покрыта кратерами. Есть по крайней мере три или четыре ударных кратера, настолько больших, что каждый из них равен размеру самого спутника. ]
Малые внутренние спутники Юпитера в масштабе в порядке увеличения расстояния от планеты. Слева направо: Метида , Адрастея , Амальтея и Фивы. Композиция из фотографий, сделанных зондом « Галилео » .
Элара, 78 км²
Это нерегулярный спутник у данной планеты. Во многих документах его часто подписывают как Юпитер VII. Его обнаружил американо-аргентинский астроном Чарлзом Перрайн. Это событие произошло в феврале 1905 года в Ликской обсерватории. Здание расположено на высоте в 1200 метров на склоне горы Гамильтон в США.
Официальное название, которое актуально до сих пор, спутник получил только спустя 70 лет, в 1975 году. Назвали его в честь древнегреческого персонажа мифов Элары. Это возлюбленная Зевса, которую ему пришлось прятать на земле. Она родила ему огромного сына, но скончалась при родах.
Диаметр данного спутника 78 километров. Поверхность состоит из очень темных оттенков. Полный оборот вокруг планеты спутник делает почти за 260 дней на расстоянии 11 741 000 километров (в среднем).
Ганимед — самый большой спутник Юпитера
Ганимед — крупнейший спутник Юпитера и вообще, крупнейший из спутников планет в Солнечной системе, его диаметр — 5262 км.
Это больше нашей Луны и даже немного больше планеты Меркурий! Для сравнения: Луна — 3474,2 км., Меркурий — 4880 км.
То есть, Ганимед вполне «потянул» бы на полноценную планету, если бы вращался по собственной орбите вокруг Солнца.
И всё-же, хотя Ганимед является самой тяжёлой из лун в Солнечной системе, он примерно вдвое легче Меркурия.
У Ганимеда есть расплавленное ядро, магнитосфера, зачатки атмосферы со следами кислорода и мощный слой водяного льда, под которым предположительно находится водный океан.
Одним словом, если бы не радиация Юпитера, то Ганимед был бы интересным местом для освоения.
Главные (галилеевы) спутники
Данная группа, как ранее было сказано, находится максимально близко к планете. Также стоит отметить, что вся четверка (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, ) обладает большими размерами и яркостью. И эти характеристики позволяют наблюдателям при хорошей погоде спокойно найти их на звездном небе даже без специального оборудования. Но обычный бинокль или простейший домашний телескоп позволит увидеть объекты более четко.
Интересный факт: первоначальное название сателлитов этой группы (то есть то, которое им дал Галилео Галилей) – это планеты (звезды – покровители) Медичи. И даже были порядковые номера. Такое название получилось из-за сыновей семьи – покровителя (кредитора) ученого. К сожалению, оно не прижилось. И в литературе очень мало упоминаний этих объектов под таким названием.
Само обозначение «галилеевы спутники» было предложено в 1614 году Симоном Мариусом. То есть через четыре года один из астрономов того времени решил отдать дань уважения старшему товарищу таким образом. Но практически до 20 века не использовалось ни в литературе, ни в обществе астрономов. Чаще встречается упоминание «Юпитер» с числовым значением от 1 до 4. И только в середине 20 века предложенное название стало постепенно входить в обиход. На данный момент это название считается привычным и обыденным.
Согласно общим характеристикам, указанная четверка образовалась практически одновременно со своим покровителем. Есть теория, что ранее в данной группе объектов было на порядок больше. Но в связи с приливными силами планеты – хозяйки, астероидами или внутренними химическими процессами, большая их часть могла уже быть уничтожена.
Также у имеющихся «подопечных» есть схожие с круговыми орбиты. По размеру все они больше Луны
Важно: эти космические тела всегда обращены к Юпитеру только одной стороной
Ио
Орбита составляет в радиусе около 421850 км. Полный оборот вокруг планеты – покровительницы занимает 1,8 дня. Диаметр объекта составляет 3650 км, масса 9х
Самый «горячий» и гористый спутник Юпитера. Горных цепей насчитывается около 100. Многие пики больше в 2 или 3 раза известных на Земле вершин. На нем расположено свыше 400 действующих вулканов.
Деятельность «огненных точек» обусловлена сильным воздействием сил Юпитера. Постоянные извержения придают интересную внешнюю оболочку сателлиту. Она состоит из красного, белого, зеленого и желтого цветов. Также на Ио смертельный для человека радиационный фон. Согласно предварительным подсчетом, человек в этом месте может получить дозу около 36 Гр в день.
Европа
Один из космических объектов, которые ученые отслеживают с особым вниманием. Причина: запасы воды под ледяной внешней коркой
Согласно расчетам и предположениям, объем жидкости на Европе превышает земные запасы в 2 или 3 раза! Это дает надежду предполагать, что на этом сателлите возможны формы жизни.
Но также этот спутник считается самым маленьким в группе. Его орбита составляет 671150 км, которую он проходит за 3,7 дня. Диаметр спутника – 3200 км, масса – 5хкг.
Ганимед
Самый крупный в группе спутник Юпитера: диаметр – 5270 км, масса – 1,5х радиус орбиты составляет 1070500 км. По техническим характеристика превышает даже первую классическую планету (Меркурий). Единственный в видимой Вселенной спутник, у которого имеется собственное магнитное поле. Полный оборот вокруг «хозяйки» совершает за 7,20 дней.
Каллисто
Второй по габаритам, после Ганимеда и третий по техническим характеристикам в Солнечной системе. Его орбита составляет – 1882750 км, диаметр — 4830 км, масса – 1,10х кг. Точный возраст сателлита выяснить пока не удалось. По предположениям, он может являться одним из древнейших объектов Вселенной.
Отдельно стоит отметить, что это второй спутник, на котором ученые предполагают наличие жизни. К таким предположениям их подтолкнуло наличие жидкой воды. Но в связи с разряженной атмосферой и другими неблагоприятными факторами, наличие живых организмов маловероятно.