Космохимия. Лекция 7, 2018(спутники)

1.

Лекция 7.
Малые тела Солнечной системы.
Спутники.

2.

Спутники
Никта
Гидра
Кербер
Стикс
Всего
известно
~ 67
спутников
Все спутники (за
исключением Луны, Фобоса
и Деймоса) – это спутники
планет-гигантов,
образовавшиеся во внешнем
регионе околосолнечного
протопланетного диска.
Это каменно-ледяные тела,
содержащие, кроме Ио
(спутника Юпитера) лед
Н2О до 30-40 мас.%, а
некоторые из них содержат
и другие летучие.

3.

Спутники Марса – захваченные тела, продукты ударного
разрушения более крупных тел

4.

Характерные особенности регулярных спутников
1. Орбиты спутников лежат в одной плоскости, совпадающей
с плоскостью вращения всей системы (планета + спутник)
вокруг Солнца
2. Орбиты спутников близки к круговым
3. Направление вращения вокруг оси совпадает с
направлением вращения вокруг планеты и вокруг Солнца.
НЕРЕГУЛЯРНЫЕ спутники – спутники, захваченные в
результате гравитационного влияния планет, которое
пропорционально их массам
3-ий закон Ньютона:
m1 m2
F=
2
r

5.

Все спутники планет Солнечной системы испытывают
на себе силу их воздействия, когда энергия
центрального тела передается спутнику: Е ~ r -6.
• Все спутники правильной формы всегда обращены одной
стороной к планете, т.е. период осевого вращения спутника равен
периоду его обращения вокруг планеты.
• Движение спутников синхронизировано и находится в
резонансе.
• На движение спутника оказывают
влияние другие спутники. Возникает
эксцентриситет орбит, в результате
спутник периодически испытывает
сжатие. В результате периодически
возникающего трения недра спутника
нагреваются и даже могут
расплавляться. Влияние приливных
явлений усиливается, если внутри тела
существует жидкий слой

6. Как и планеты, регулярные спутники образовались в околопланетном протоспутниковом диске, но эти диски имели массу << массы

Как и планеты, регулярные спутники образовались в
околопланетном протоспутниковом диске, но эти диски
имели массу << массы небулы.
Схема эволюции твердого вещества в аккреционном газопылевом
простопутниковом диске (Макалкин, Дорофеева, 2009)
а
Образование диска
в
Аккумуляция и захват
планетезималей
1 мкм - 1 м
10-100 м
Аккреция газа и твердых частиц и тел
на диск и через него на планету
Рост и оседание твердых частиц
и тел к средней плоскости диска
б
г
Рост спутников;
диссипация газа из диска
0.1 см - 10 м
100-1000 км

7.

Всего у Юпитера на сегодняшний день 67 спутников, но наибольший
интерес представляют 4 крупнейших регулярных спутника, открытых
Галилео Галилеем в 1610 г
Галилеевы спутники Юпитера

8.

Ио – ближайший спутник Юпитера. Вулканизм на нем был предсказан
теоретически физиками Peale, S. J., Cassen P., Reynolds R. T. (статья
была опубликована 2 марта 1979 г. Science), а в конце 1979 г. «Voyager1» обнаружил более 70-ти вулканов высотой до 100 км.
D=3640 км ~ 1.05 RЛуны
Плюмы высотой
до 500 км.
Вода на Ио не
обнаружена
Основной продукт извержения - это соединения серы (S2), которая
образует на поверхности Ио аллотропные модификации. Оранжевый
цвет
ее
поверхности
объясняется
отложениями
серы
и
сконденсировавшегося сернистого газа. В зависимости от модификации
сера плавится при температурах выше 100оС, а при 150оС расплав из
желтого становится оранжевым, затем красным (180оС), черным (250оС).
Ио потеряла и продолжает терять летучие соединения.

9.

Ио – самое вулканически
активное тело в Солнечной
системе: на нем выявлено около
150 активных вулканов, а по
оценкам, всего их около 400-т.
Источник энергии вулканизма –энергии приливного трения,
превращающаяся в тепловую энергию. Она возникает благодаря
периодическим приливным деформациями Ио, возникающим из-за
вытянутости её орбиты, которая поддерживается гравитационным
влиянием Европы и Ганимеда. Амплитуда деформации поверхности
составляет порядка 100 м.

10.

0.9
0.9

11. Европа - наименьший из 4-х галилеевых спутников. характер поверхности, гравитационные, электромагнитные, и спектральные

наблюдения с КА Галилео свидетельствуют о
возможности существования на Европе водного океана
На Европе нет ни одной формы
рельефа выше нескольких сот
метров. Ее поверхность гладкая и
блестящая, почти без кратеров.
Альбедо = 0.67
Возможно, под ледяной коркой
залегает слой жидкой воды
глубиной как минимум 50 км.
Странные темные полосы,
которыми исчерчен весь спутник,
по мнению исследователей,
вызываются извержениями
вулканов или гейзеров (2013 г.).

12.

Европа 100 км водные гейзеры на Европе были обнаружены в районе
южного полюса ИК космическим телеcкопом Hubble в 2014 г. (Roth et al.,
2014) и в 2016 г. (Sparks et al., 2017). Их интенсивность в 25 раз выше, чем на
Энцеладе
Между гейзерами на Энцеладе и
фонтанами пара на Европе есть
и существенные отличия. Если
на Энцеладе в состав струй
входят частички льда, пыли и
газов, то из Европы вырывается
исключительно водяной пар.

13.

Перспективы исследования Европы
В 2017 г. Конгресс США неожиданно для ученых заявил о готовности расширить
финансирование и отправить к Европе два зонда в рамках миссии "ЕвропаКлипер", один из которых совершит посадку на ледяной спутник Юпитера
и заберет пробы с его поверхности.
В феврале 2017 г. НАСА представили первый макет аппарата для поисков жизни
на Европе, который может быть отправлен на Европу для поиска следов жизни в
его подледном океане.
Так художник представил себе лендер
Европа-Клипера на поверхности Европы.
Три главных задачи миссии.
Главная задача – поиски следов жизни на Европы.
Две других цели – оценка обитаемости океана Европы по составу материи
на ее поверхности, и изучение возможности погружения роботов под ее льды
для изучения океана и поисков жизни.
Одна из основных проблем подобной экспедиции – защита аппаратуры
от сверхмощных пучков радиации, генерируемых магнитным полем Юпитера.

14.

Жидкая вода?

15.

Нет никаких оснований
предполагать на
Каллисто существование
жидкой воды

16.

Таким образом, на сегодняшний день установлено, что на
регулярных спутниках Юпитера
из летучих
1. Ио не содержит иных летучих, кроме серы.
2. Европа содержит только серу, водяной лед и жидкую воду.
3. Ганимед, помимо серы, содержит лед Н2О и возможно
жидкую воду.
4. Калисто, помимо серы, содержит скорее всего только лед
Н 2О

17.

СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМЫ САТУРНА
Сатурн – газовая планета-гигант, r = 9.5 а.е., R= 9R , М = 95М ,
Сатурн обладает мощной системой колец
Спутниковая система состоит из 62 спутников, 24 – регулярных (7 крупных)
Спутники – каменно-ледяные тела, в которым Мice ~ 30 - 40 мас.%
17

18.

Итоги изучения системы Сатурна
Этап 1 – наземные наблюдения
1.1655 г. Гюйгенс открыл Титан, а в 1656 г. - кольца Сатурна
2.1671-1672 г. Кассини открыл 4 спутника – Тефию, Рею, Диону и Япет
3.1789 г. Гершель открыл Энцелад
4.1944 г. – Койпером открыта атмосфера Титана
Этап 2 – изучение с помощью КА
5.
Pioneer-11 — 1979 г. первые фотографии колец Сатурна, обнаружено
новое тонкое кольцо F, определена температура видимой «поверхности»
Сатурна, Т=173К, что свидетельствует, что QSаt 2 QSolar
Voyager-1 — 1980 г.
Получены фотографии крупнейших спутников.
Открыто 12 новых спутников.
Установлено, что атмосфера Титана преимущественно
азотная (ранее думали, что метановая)
6.
7. Voyager-2 1981 г. – исследовались состав, Т и атмосферы Сатурна,
обнаружено магнитное поле. Переданы фотографии поверхности
Энцелада, никаких особенностей обнаружено не было.
8.
Путем наземных наблюдений и с КА изучались кольца Сатурна.

19.

Третий этап изучение системы Сатурна
– миссия «Cassini- Huygens» ЕКА+NASA
(Старт 15 октября 1997 г. Финал 15 сентября 2017 г.)
Основная задача миссии - изучение строения и состава атмосферы
Титана с помощью зонда «Huygens»; получение фотографий
поверхности Титана с помощью радио радара КА «Cassini».
Жан Доминик Кассини –открыл вращение Юпитера и
Марса, а также 4 регулярных спутника Сатурна –Япет,
Рею, Тетис и Диону в 1671-1684 гг.
Христиан Гюйгенс - голландский
астрономом в 1665 г. открыл Титан –
самый большой из 5 крупных спутников
Сатурна.
Титан – крупнейший спутник Сатурна с D 5150 км. Единственный спутник в
Солнечной системе, обладающий плотной устойчивой атмосферой.
Открыта Койпером в 1944 г.

20.

Другие задачи миссии «Cassini- Huygens»
1.Получение геофизических данных по гравитационным полям
спутников и самого Сатурна для оценки массы ядра планеты
2. Получение фотографий с высоким разрешением поверхности
крупнейших регулярных спутников;
3. Изучение строения и состава колец Сатурна; оценка массы основных
колец и механизм их разделения;
4. Получение данных о составе и строении облачного слоя Сатурна, о
строении и составе его верхней атмосферы, в особенности о
содержании в ней воды (Н2О/Н2) –заключительный этап исследования.
Сначала программа была рассчитана на 2 года, потом продлена до
середины 2017 г. По результатам опубликованы 2 книги и около 9 тыс.
статей, из них по Титану около 5 тысяч.
20

21.

Чтобы выполнить поставленные задачи, была выбрана особая
траектории полета КА, использующая гравитационное влияние Венеры,
Земли, Юпитера. Время в пути составило почти 7 лет:
старт 15 октября 1997 г., 30 июня 2004 года КА «Cassini» достиг системы
Сатурна.
Экономия топлива позволила КА совершить
более 100 облетов Титана,
~ 20 облетов Энцелада
23 раза входить в зазоры между кольцами
6 облетов Сатурна
21

22.

Основная проблема изучения поверхности Титана – плотный облачный
слой, непрозрачный в оптическом (в видимом) диапазоне. Сквозь него
способны проникнуть только волны в ИК и радио диапазонах, которые
возможно направить только с околоспутникового космического аппарата.
Состав атмосферы Титана важен – она вторична, ее компоненты были
аккрецированы в виде льдов, поэтому могут характеризовать
Р-Т условия в газо-пылевом околосолнечном диске в период образования
спутника: ~ 4.5 млн. лет от начала образования Солнечной системы
22

23.

14 января 2005 года в атмосферу Титана был сброшен зонд «Huygens».
Спуск длился 2.5 часа, скорость столкновения с поверхностью = 16 км/час.
Во время спуска впервые исследованы
состав и строение атмосферы Титана
1. атмосфера имеет высоту ~200 км.
2. макрокомпоненты атмосферы:
95-98% N2 и 5-2% СН4
3. на h = 140 – 120 км за счет
фотохимического разложения СН4
образуется оптически непрозрачная
дымка из толинов (ат.масса до 1000)
4. на h = 80 – 60 км конденсация из
газовой фазы метана (СН4) и этана (С2Н6)
5. на h 20 км образование облаков СН4 и
С2Н6, в виде осадков, выпадающих
на поверхность
6. на поверхности Р 1.5 бар, Т 100К –
тройная точка метана.

24.

Фотография с места посадки зонда на поверхности Титана
15 см
Гладкие камни округлой формы могли получиться
только под длительным воздействием воды или
иной жидкости.
24

25.

Результаты исследований поверхности Титана
путем зондирования в ИК и радиодиапазонах
1. В северном полярном регионе обнаружены озера и моря, состоящие из
смеси жидких метана, этана и растворенного в них N2 соединенные протоками.
Радарная карта северного
полюса Титана с крупнейшими
углеводородными озерами –
морей Пунга, Лигейя и Кракен
(Grima et al., 2017).
Оказалось, что до 20% поверхности
Титана покрыта водоемами.
25

26.

В 2014 – 2015 гг. «Кассини» провел
радарные измерения глубин озер Титана.
Их глубина ~ 100 - 200 м.,
что свидетельствует
1. об отсутствии разломов в
коре спутника
2. о наличие общего источника
жидкости, например,
приповерхностный слой.
море Кракен
Измерение интенсивности отраженного от дна сигнала в зависимости от
глубины озера позволило определить коэффициент поглощения радиоволн
в озерной жидкости, а это, в свою очередь, помогло оценить ее химический
состав. Он оказался различным для различных «водоемов».

27.

2. Состав озер: СН4, С2Н6 и растворенный N2, но в разных пропорциях
Море Лигейя. Глубина 170 м.
Состав: 69% СН4, 14% С2Н6 и
17% растворенного N2.
Озеро Онтарио. Глубина до 70 м.
Состав: 47% СН4, 40% С2Н6 и 13%
растворенного N2.
Общий объем жидкости всех озер Титана превышает 70 тыс. км3, что в 300
раз больше массы разведанных запасов природного газа на Земле. Если
этой жидкостью равномерно покрыть всю поверхность Титана, глубина
слоя окажется близкой к 1 метру.
27

28.

28

29.

3. В экваториальной области обнаружено несколько горных хребтов
протяженностью n 100 км и высотой около 3-х км – Горы Митрим (Mithrim
Montes). Максимальная высота пика 3337 м.
29

30.

4. На поверхности Титана также на экваторе обнаружено еще одно
скопление гор - регион Ксанаду (Xanadu) h ~ 3 км Это
свидетельствует о тектонической активности Титана в прошлом, а
возможно и современной. Но вулканов не обнаружено.
23 марта 2016 года
30

31.

5. В экваториальной области ( 400 N/S) обнаружены также обширные поля
длинных (n 100 км) линейных дюн высотой ~ 100м и шириной 1-2 км.
Состоят, видимо, из углеводородных «песчинок» (??).
Образование дюн требует постоянного направление ветра
31

32.

Происхождение атмосферы Титана
Она не могла быть первичной, поскольку не содержит Н2 и Не.
Источник летучих на спутнике – аккрецированные льды небулы.
Р-Т условия конденсации льдов в системе солнечного состава
при Р ~ 10-8 бар показывают, что наиболее вероятными источниками
газов атмосферы Титане N2 и СН4 были NH3 и СO2 (Тконд = 70-80К)

33.

14
15
Изотопные данные подтверждают
происхождении N2 атмосферы Титана из NН3
N/ N
500
В протосолнечной небуле было
два основных компонентов азота
с разным изотопным составом:
[N2]:[NH3] ~ 5
14N/15N
(Солнце)
N2 420-440
14N/15N
NH3 130-150 (кометы)
В атмосферах
планет-гигантов
N2+3H2=2NH3
14N/15N
14N/15N
NH3 =
N2
солнечный
ветер
400
300
200
100
Земля, N2
Юпитер, NH3
Сатурн, NH3
Титан, N2
14N/15N= 167.7 0.6
В. А. Дорофеева. ГЕНЕЗИС ЛЕТУЧИХ
РЕГУЛЯРНЫХ СПУТНИКОВ САТУРНА.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТМОСФЕРЫ ТИТАНА.
ГЕОХИМИЯ, 2016, № 1, с. 11–31
В субповерхностном океане Титана
возможна реакция NH3
N2
13 комет
23 кометы
(NH2+= NH3) (HCN/CN)
14N/15N 130-150

34.

Источником газов атмосферы Титана вероятнее всего является
субповерхностный океан спутника
Получены карты гравитационных полей Титана (Iess et al., 2010; Iess et al.,
2012 ), позволившие построить модели его внутреннего строения. Они
подтвердили присутствие субповерхностного океана, но для более точных
моделей нужны дополнительные данные
Дунаева А.Н., Кронрод В.А., Кусков О.Л. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВНУТРЕННЕГО
СТРОЕНИЯ ЧАСТИЧНО ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ТИТАНА. Геохимия. 2016. №1. С. 32-54.

35.

Происхождение метана в атмосфере Титана
Схема синтеза органических соединений
в верхней атмосфере Титана
Изменение с высотой состава
атмосферы Титана (Neimann et al., 2005)

36.

Неравномерное распределение СН4 по высоте, обусловленное его
фотолизом в тропосфере, требует постоянного источника поступления
СН4 в атмосферу.
По аналогии с Землей был предложен механизм «серпентинизации» взаимодействие железо- магнезиальных силикатов с водой, в
результате которого образуется водород
Н2 восстанавливает растворенный СО2-газ до метана
Однако Н2 в атмосфере Титана обнаружен не был
Но доказательства возможности протекания такой реакции были
получены при исследовании Энцелада.

37.

Энцелад - D = 500 км, = 1.61г/см2, имеет гладкую поверхность
с коэффициентом отражения 0.81, Т = 60 - 70 К
В районе южного полюса обнаружено 98 водных плюмов h = 100 - 200 км
Гейзеры Энцелада – это потоки водяного пара с
растворенными в нем газами, минеральными
компонентами и ледяной пылью, непрерывно
бьющих из трещин в южной околополярной
области спутника со скоростью ~ 200 кг/с, пыли
< 5 кг/с. (Kempf et al., 2017).
Исследования показали, что температура
Энцелада растет с глубиной быстрее, чем
ожидалось, что свидетельствует о
существовании внутреннего источника тепла
Южный полюс. Тигровые полосы – 4 трещины в ледяной коре шириной 2 км
37

38.

Признаки криовулканизма –
относительно молодая
поверхность, почти лишенная
кратеров, и эти кратеры
молодые, или через кратеры
проходят свежие образования,
как это мы видим на Энцеладе

39.

In situ проанализирован состав плюмов Энцелада
Основными вещества:
водяной пар H2O – 96-99%
углекислый газ CO2 – 0.3-0.8%
метан CH4 – 0.1-0.3%
аммиак NH3 – 0.4-1.3%
Микрокомпоненты (от 0.2% до 0.01%): CO, C2H2, C2H4, C2H6, N2, HCN, CH2O, NO,
и еще 33 вещества с содержанием < 100 ppm.
Важнейшим открытием было обнаружение в плюмах
молекулярного водорода H2 – 0.4-1.4%.
(Waite et al., Cassini finds molecular hydrogen in the Enceladus plume: Evidence for
hydrothermal processes. Science, V. 356, issue 6334, pp. 155-159. 14 Apr 2017).
Присутствие H2, а также минеральных компонентов, найденных в веществе
кольца Е однозначно свидетельствует о гидротермальной активности
внутри спутника.
На Энцеладе есть почти все ингредиенты, необходимые для жизни
39

40.

Источник водных плюмов – субповерхностное море
Движущая сила – приливное
влияние Сатурна и Дионы
Плюмы вырываются через, так называемые,
тигровые полосы, складчатые образования
на Южном полюсе спутника

41.

Возраст атмосферы Титана ~ 1 млд. лет
Оценивается по изменению 12С/13С в молекуле СН4 в атмосфере Титана по
сравнению с солнечной небулой (Alexander et al. 2007; Martins et al., 2008).
1. Химические реакции превращения в более сложные углеводороды с участием
¹²CН4 происходят чуть быстрее, чем у ¹3CН4. Это приводит к увеличению
концентрации «тяжёлого» метана в атмосфере Титана. Зная ¹²C/¹3C в
солнечной небуле, можно рассчитать время его изменения в атмосфере
Титана. Оно оценивается в 1.6 млд. лет. Если учитывать преимущественную
диссипацию «легкого» метана, то возраст атмосферы будет еще ниже. (Nixon
et al., 2012. The Astrophysical Journal, 749:159).
2. K.Mandt считает, что даже если метан пополняется из недр в течение долгого
времени, этому процессу не более 1 млд. лет. Если бы процесс начался
раньше, то должно происходить более активное накопление метана в озёрах
и атмосфере по сравнению с тем, что мы наблюдаем. Вероятный интервал
0.47 – 0.94 млд. лет (Mandt et al., 2012. The Astrophysical Journal, 749:160).
The range of possible values for the timescale is in agreement with a surface
age of 200 Myr–1 Gyr based on cratering (Lorenz et al. 2007; Neish & Lorenz
2011) and interior models suggesting the onset of outgassing between 350 and
1350 Myr ago (Tobie et al. 2006).

42.

КА «Cassini» впервые получены фотографии высокого разрешения
поверхности малых спутников Сатурна
Мимас
D = 392 км
Елена
D = 33 км
Эпитемий
D = 113 км
Пан («пельмень»)
D = 26 км
Феба (планетоид)
D = 220 км
Янус
D = 180 км
Гиперион
D = 410 260 220 км
Гиперион
Характерная особенность поверхности – ее сильная кратерированность
42

43.

Фотографии высокого разрешения поверхности крупных спутников
Сатурна (D> 1000 км) позволяет судить о их геологическом прошлом
Япет (D = 1460 км)
Его горная система имеет 13
км в высоту, 20 км в ширину
и протяженность 1300 км.
Его происхождение
связывают с замерзанием
внутреннего водного слоя
при остывании спутника
Тефия (D = 1060 км)
Особенности рельефа - ударный
кратер «Одиссей» (D = 400 км) и
каньон Итака – ширина 100 км,
глубина 3-5 км, тянется на 2000 км, т.е.
на ¾ окружности Тефии.
Две гипотезы образования:
1. при застывании жидких внутренних
слоев они расширились, что привело к
образованию гигантской «трещины»;
2. В результате мощного удара при
образовании «Одиссея» под воздействием
ударной волны была разломана хрупкая
ледяная кора на его противоположной
стороне спутника. Это также может
свидетельствовать о наличие
субповерхностного жидкого слоя. 43

44.

Новые данные зонда «Cassini» показывают, что
еще один спутник Сатурна, Диона (D 1100 км),
может обладать глобальным подледным океаном
толщиной 65 ± 30 km , расположенным на глубине
в 99 ± 23 км. (Beuthe, Rivoldini, Trinh, 2016)
Особенности рельефа Дионы. Помимо кратеров видны хребты и
глубокие разломы, как на Титане (Фото «Cassini»)
44

45.

Заключительная фаза эксперимента «CassiniHuygens» - исследование системы колец
Сатурна
Сатурн имеет 3 основных кольца A, B, C (открыл
Х.Гюйгенс в 1656 г.), малое внешнее кольцо F,
открытое Pioneer-11 — 1979 г. и кольцо Е, открытое
«Cassini». Кольца расположены под углом 28о к плоскости эклиптики,
поэтому с Земли их выглядят по-разному. Состоят из множества мелких
колец, разделенных щелями.
Особенность колец: h/D<<1 – при диаметре 250 000 км их толщина 1 км
Кольца состоят из множества
преимущественно ( 90%) частиц
кристаллического водяного льда
размером от 1 см до 10 м.

46.

Порядок и сохранность системы колец – обеспечивается спутникамипастухами.
Без них за счет столкновений частиц друг с другом кольца расплылись
бы и рассеялись за сотни миллионов лет
Мимас
F
Дафна, 8 км
Пандора (103×80×64
км) и Прометей (148 x
100 x 68 км) «пасут»
внешнее кольцо F
Мимас (D= 400 км) обеспечивает
разделение колец A и B
Кольцо Е образовано
за счет плюмов
Энцелада, который
каждую секунду
выбрасывает ~ 200 кг
водяного пара.

47.

Выявлена разная структура колец
Внешний край B-кольца
Внутренняя область C-кольца
D-кольцо (тусклое)
Образование и возраст колец (Первые результаты)
Основываясь на анализе физических свойств минеральных примесей в составе
колец, сопоставление их массы с возможным темпом непрерывно падающих
метеороидов, загрязняющих ледяную поверхность вещества колец с момента их
образования, делается вывод, что возраст колец не превышает 150 млн.лет,
и, следовательно, образование колец связано с относительно недавним
разрушением ледяного тела (Zhang et al., 2017).
15 сентября 2017 г. КА «Cassini» погрузился в
атмосферу Сатурна - Grand Finale
47

48.

NASA отправит автоматическую станцию или к комете ЧурюмоваГерасименко, или на Титан в рамках программы New Frontiers
Отобрано 2 заявки, окончательный выбор в июле 2019 года, запуск в 2025 году.
1. Зонд к комете Чурюмова-Герасименко с целью взятия пробы с ее поверхности и
возвращения этих образцов на Землю.
2 Станция к Титану, которая доставит на этот спутник Сатурна квадрокоптер, при
помощи которого предполагается изучить несколько десятков районов поверхности
Титана, находящихся в нескольких сотнях километров друг от друга.
6.02.2018 запуск супертяжелой
ракеты Falcon Heavy
2 боковых ускорителя возвращены
Квадрокоптер Dragonfly
(«Стрекоза»), предназначенный
для изучения Титана.
48
Falcon Heavy

49.

Почему состав летучих в регулярных спутниках
Юпитера и Сатурна столь различен:
Спутники Юпитера включают в себя только воду, а
Спутники Сатурна еще и соединения азота и углерода?
Как Р-Т условия в протоспутниковых дисках повлияли на
состав регулярных спутников?

50.

В протоспутниковом диске Сатурна
вероятно могла происходить
конденсация только NH3 H2Окр и CО2
лед в интервале Т = 90 – 70 К и Р = 10
6 – 10-8 бар.
Если бы Т в диске опускалась ниже
60К, то вместе с СН4 5.75H2Oкр
Должен был конденсироваться и
Хе, но в плюмах Энцелада он
обнаружен не был.
Р – Т условия образования льдов Н2S
и СО2, кристаллогидрата NH3·H2O
клатратных гидратов CH4, Xe, CO
(х·5.75H2O) и N2, Kr, Ar (х·5.66H2O).
Н2Олед, кр. образуется при Т < 140 К
T, K
В протоспутниковом диске Юпитера
Т не опускалась ниже 90К,
поскольку никаких летучих, кроме
H2Олед, на спутниках обнаружено не
было.
P, bar

51.

Явление вулканизма было обнаружено не только на Ио, Европе,
Энцеладе и на астероиде Церера, но и на спутнике Нептуна - Тритоне
На поверхность Тритона Т = -240оС. Она покрыта льдом N2 – основного
соединения азота в газовой фазе небулы – с примесью СН4. Voyager
обнаружил 10 гейзеров, h ~ 8 км. Под влиянием ветра выбросы
распространяются на 150 км.
Условия конденсации льдов из
газа солнечного состава
40
Температура, К
Xe
CH 4
30
Kr
CO
N2
Ar
20
-9
An image from the Voyager spacecraft.
Courtesy of NASA.
10
-8
-7
10
10
Давление, бар
-6
10

52.

Сделанный «Вояджером -2» в 1989 г снимок Тритона – спутника
Нептуна. Тёмные струи — следы извержений криовулканов.
Изучение Тритона интересно прежде всего тем, что это транснептуновый
объект, поскольку Тритон - захваченный спутник (доказательство – его
ретроградное вращение). Приливное воздействие Нептуна постепенно привело
его на орбиту, близкую к окружности, при этом выделялась энергия,
расплавлявшая недра спутника.
По одной из гипотез, приливное взаимодействие Нептуна и Тритона разогревают
планету. В результате Тритон, теряя энергию, постепенно приближается к
Нептуну; когда-нибудь он войдёт в предел Роша его разорвёт на части — в этом
случае образовавшееся кольцо вокруг Нептуна будет более мощным, чем кольца
Сатурна.

53.

Энцелад - спутник
Сатурна (Н2О)
Тритон – спутник
Плутона
Ио-спутник
Юпитера
(силикаты)
Вулканизм на спутниках планет-гигантов
максимальное воздействие испытывают спутники, расположенные
относительно близко от своих планет – Ио, Энцелад, Европа.
Ио. (е=0,0041) геологическая активность обусловлена периодическим нагревом
недр спутника в результате трения, которое происходит из-за приливных
гравитационных воздействий со стороны Юпитера, Европы и Ганимеда.
Европа – приливное воздействие Юпитера и Ганимеда
Энцелад - эксцентриситет его орбиты (е=0,0047) создает взаимное влияние
Юпитера и Дионы.
Тритон – спутник Нептуна – приливное влияние планеты.

54.

С помощью автоматической межпланетной станции НАСА «Новые
горизонты» (New Horizons) были открыта спутниковая система Плутона.
Плутон
Харон
Харон
Центр масс системы Плутон—Харон
находится вне поверхности Плутона,
а между этими телами. Поэтому
некоторые астрономы считают Плутон
и Харон двойной планетной системой
или двойным астероидом (подробнее
см. лекцию 2).

55.

Результаты космической миссии «Новые горизонты»
«Горы» на Плутоне высотой до
3,5 км. Их основание – водяной
лед, сверху лед N2.
Большая равнина – «сердце
Плутона» - покрыта азотным
льдом. Неофициальное название –
долина Томбо в честь
американского астронома Клайда
Уильяма Томбо (1906-1997),
открывшего Плутон в 1930 г.

56.

Кратер Сафронова

57.

Следующая цель зонда New Horizons - транснептуновый объект 2014
MU69, который скорее всего, является двойным астероидом. Каждый
из них обладает диаметром примерно в 15-20 километров, что делает их
аналогами Деймоса и Фобоса, спутников Марса.
2014 MU69 в представлении художника.
Интерес к транснептуновым объектам обусловлен
тем, что они представляют собой реликт эпохи
формирования Солнечной системы,
«строительный блок», остаток вещества, из
которого образовались карликовые планеты
вроде Плутона или Эриды. Сотни тысяч
аналогичных малых тел образуют пояс Койпера.
4 июня 2018 года КА «Новые Горизонты» выйдет из состояния
гибернации и после проверки всех систем приступит к наблюдениям
транснептунового объекта 2014 MU69. Планируется, что КА «Новые
Горизонты» пролетит мимо 2014 MU69 на расстоянии 3.5 тыс. км – в три
раза ближе Плутона. Минимальные детали, еще различимые на его
поверхности, будут «иметь размер баскетбольной площадки». Из-за
низкой пропускной способности канала связи передача полученных данных
продлится несколько месяцев.