В астрономии , нерегулярный спутник , нерегулярный спутник или нерегулярный естественный спутник является естественным спутником после отдаленной, наклонено , и часто эксцентричной и ретроградной орбиты . Они были захвачены их родительской планетой, в отличие от обычных спутников , которые формировались на орбите вокруг них. Нерегулярные спутники имеют стабильную орбиту, в отличие от временных спутников, которые часто имеют такие же неправильные орбиты, но в конечном итоге улетят. Этот термин не относится к форме: Тритон - круглая луна, но считается неправильной из-за своей орбиты.
По состоянию на октябрь 2019 года известно 145 спутников неправильной формы, вращающихся вокруг всех четырех внешних планет ( Юпитера , Сатурна , Урана и Нептуна ). Самыми большими на каждой планете являются Гималии Юпитера, Фиби Сатурна, Сикоракс Урана и Тритон Нептуна. В настоящее время считается, что спутники неправильной формы были захвачены с гелиоцентрических орбит вблизи их текущего местоположения вскоре после образования их родительской планеты. Альтернативная теория о том, что они возникли дальше в поясе Койпера , не подтверждается текущими наблюдениями.
Определение [ править ]
Планета | r H , 10 6 км [1] | r min , км [1] | Номер известен |
---|---|---|---|
Юпитер | 55 | 1.5 | 71 |
Сатурн | 69 | 3 | 58 |
Уран | 73 | 7 | 9 |
Нептун | 116 | 16 | 7 (включая Тритон) |
Общепринятого точного определения спутника неправильной формы не существует. Неформально спутники считаются нерегулярными, если они находятся достаточно далеко от планеты, и прецессия их орбитальной плоскости в основном контролируется Солнцем.
На практике большая полуось спутника сравнивается с радиусом сферы Хилла планеты (то есть сферой его гравитационного воздействия) ,. Нерегулярные сателлиты имеют большие полуоси больше 0,05 с апоапсами, простирающимися до 0,65 . [1] Радиус сферы Хилла указан в таблице рядом.
Земная Луна кажется исключением: она обычно не указывается как спутник неправильной формы, хотя ее прецессия в основном контролируется Солнцем [ цитата ], а ее большая полуось больше 0,05 радиуса сферы холма Земли.
Орбиты [ править ]
Текущее распределение [ править ]
Орбиты известных нерегулярных спутников чрезвычайно разнообразны, но есть определенные закономерности. Ретроградные орбиты гораздо более распространены (83%), чем прямые орбиты. Неизвестно ни одного спутника с наклонением орбиты выше 55 ° (или меньше 130 ° для ретроградных спутников). Кроме того, можно выделить несколько группировок, в которых один большой спутник находится на одной орбите с несколькими меньшими.
Учитывая их удаленность от планеты, орбиты внешних спутников сильно возмущены Солнцем, и их элементы орбиты сильно меняются за короткие промежутки времени. Большая полуось Пасифа , например, изменяется на 1,5 Gm за два года (одна орбита), наклонение около 10 ° и эксцентриситет на 0,4 за 24 года (двойной период орбиты Юпитера). [2] Следовательно, средние орбитальные элементы (усредненные по времени) используются для идентификации групп, а не соприкасающихся элементов в заданную дату. (Точно так же правильные элементы орбиты используются для определения семейств астероидов .)
Происхождение [ править ]
Спутники неправильной формы были захвачены с гелиоцентрических орбит. (Действительно, похоже, что неправильные спутники планет-гигантов, трояны Юпитера и Нептуна , а также объекты серого пояса Койпера имеют аналогичное происхождение. [3] ) Чтобы это произошло, должно произойти по крайней мере одно из трех:
- диссипация энергии (например, при взаимодействии с первичным газовым облаком)
- существенное (40%) расширение сферы холма планеты за короткий период времени (тысячи лет)
- передача энергии при взаимодействии трех тел . Это может включать:
- столкновение (или близкое столкновение) приближающегося тела и спутника, в результате которого прибывающее тело теряет энергию и оказывается захваченным.
- близкое столкновение между входящим двоичным объектом и планетой (или, возможно, существующей луной), в результате чего был захвачен один компонент двоичного объекта. Такой маршрут был предложен как наиболее вероятный для Тритона . [4]
После захвата некоторые из спутников могут распасться, что приведет к группировкам меньших лун, движущихся по аналогичным орбитам. Резонансы могут еще больше изменить орбиты, сделав эти группы менее узнаваемыми.
Долгосрочная стабильность [ править ]
Текущие орбиты неправильных спутников стабильны, несмотря на значительные возмущения вблизи апоцентра . [5] Причиной такой стабильности у ряда нерегулярных частиц является тот факт, что они вращаются по орбите с вековым резонансом или резонансом Козаи . [6]
Кроме того, моделирование позволяет сделать следующие выводы:
- Орбиты с наклоном от 50 ° до 130 ° очень нестабильны: их эксцентриситет быстро увеличивается, что приводит к потере спутника [2]
- Ретроградные орбиты более стабильны, чем прямые (стабильные ретроградные орбиты можно найти дальше от планеты)
Увеличение эксцентриситета приводит к уменьшению перицентров и большим апоцентрам. Спутники входят в зону обычных (более крупных) спутников и теряются или выбрасываются из-за столкновений и близких столкновений. С другой стороны, возрастающие возмущения Солнца в растущих апоцентрах выталкивают их за пределы сферы Хилла.
Ретроградные спутники находятся дальше от планеты, чем прогрессивные. Детальное численное интегрирование показало эту асимметрию. Пределы являются сложной функцией наклона и эксцентриситета, но в целом, Prograde орбита с большими полуосями до 0,47 г H (Хилл радиуса сферы) может быть стабильной, тогда как для ретроградных орбит стабильность может простираться до 0,67 г H .
Граница большой полуоси удивительно резкая для продвинутых спутников. Спутник на прямой круговой орбите (наклон = 0 °), расположенный на 0,5 r H , покинет Юпитер всего за сорок лет. Эффект можно объяснить так называемым эвекционным резонансом . Апоцентр спутника, где планета удерживает Луну наиболее слабым, оказывается в резонансе с положением Солнца. Эффекты возмущения накапливаются при каждом проходе, выталкивая спутник еще дальше наружу. [5]
Асимметрию между прямым и ретроградным спутниками можно очень интуитивно объяснить ускорением Кориолиса в системе координат, вращающейся вместе с планетой. Для продвинутых спутников ускорение указывает наружу, а для ретроградных оно направлено внутрь, стабилизируя спутник. [7]
Временные снимки [ править ]
Захват астероида с гелиоцентрической орбиты не всегда постоянен. Согласно моделированиям, временные спутники должны быть обычным явлением. [8] [9] Единственными наблюдаемыми примерами являются 2006 RH 120 и 2020 CD 3 , которые были временными спутниками Земли, обнаруженными в 2006 и 2020 годах соответственно. [10] [11] [12]
Физические характеристики [ править ]
Размер [ править ]
Учитывая большее расстояние от Земли, известные спутники Урана и Нептуна неправильной формы больше, чем спутники Юпитера и Сатурна; более мелкие, вероятно, существуют, но пока не наблюдались. Однако с учетом этой ошибки наблюдений распределение размеров всех четырех планет-гигантов одинаково.
Обычно соотношение, выражающее количество объектов меньшего или равного диаметра, аппроксимируется степенным законом :
- где q определяет наклон.
Закон малой степени ( q ~ 2) наблюдается для размеров от 10 до 100 км †, но более крутой ( q ~ 3,5) для объектов размером менее 10 км ‡ . Анализ архивных изображений 2010 г., полученных с телескопа Канада-Франция-Гавайи, показывает, что степенной закон для ретроградной популяции Юпитера неправильных спутников размером более ~ 400 м неглубокий, при q 2,5. [13]
Для сравнения: распределение объектов пояса Койпера намного круче ( q ~ 4), т.е. на один объект в 1000 км приходится тысяча объектов диаметром 100 км. Распределение по размерам дает представление о возможном происхождении (захват, столкновение / разрушение или аккреция).
† Для каждого объекта длиной 100 км можно найти десять объектов длиной 10 км.
‡ Для одного объекта размером 10 км можно найти около 140 объектов размером 1 км.
Цвета [ править ]
Цвета спутников неправильной формы можно изучать с помощью цветовых индексов : простых мер различий видимой величины объекта с помощью синего (B), видимого, т.е. зелено-желтого (V) и красного (R) фильтров . Наблюдаемые цвета неправильных спутников варьируются от нейтрального (сероватого) до красноватого (но не такого красного, как цвета некоторых объектов пояса Койпера).
альбедо [14] | нейтральный | красноватый | красный |
---|---|---|---|
низкий | C 3–8% | P 2–6% | D 2–5% |
средний | M 10–18% | 13-35% | |
высокая | E 25–60% |
Система каждой планеты имеет немного разные характеристики. Нерегулярные Юпитера серые слегка красный, в соответствии с C , P и астероидов D-типа . [15] Некоторые группы спутников могут отображать похожие цвета (см. Последующие разделы). Неправильные формы Сатурна немного краснее, чем у Юпитера.
Большие спутники Урана неправильной формы ( Сикоракс и Калибан ) имеют светло-красный цвет, тогда как более мелкие Просперо и Сетебос серые, как и спутники Нептуна Нереида и Халимеда . [16]
Спектры [ править ]
При текущем разрешении видимые и ближние инфракрасные спектры большинства спутников кажутся невыразительными. До сих пор водяной лед был обнаружен на Фиби и Нереиде, а особенности, приписываемые водным изменениям, были обнаружены в Гималиях.
Вращение [ править ]
Обычные спутники обычно заблокированы приливом (то есть их орбита синхронна с их вращением, так что они показывают только одну грань в сторону своей родительской планеты). Напротив, приливные силы на спутниках неправильной формы пренебрежимо малы, учитывая их расстояние от планеты, а периоды вращения в диапазоне всего лишь десяти часов были измерены для самых больших спутников Гималии , Фиби , Сикоракса и Нереиды (для сравнения с их орбитальными периодами). сотен дней). Такие скорости вращения находятся в том же диапазоне, что и для астероидов .
Семьи с общим происхождением [ править ]
Некоторые спутники неправильной формы обращаются по орбите «группами», в которых несколько спутников имеют одинаковые орбиты. Ведущая теория состоит в том, что эти объекты представляют собой столкновительные семейства , части более крупного тела, которое распалось.
Динамические группировки [ править ]
Простые модели столкновений могут использоваться для оценки возможного разброса параметров орбиты с учетом импульса скорости Δ v . Применение этих моделей к известным параметрам орбиты позволяет оценить Δ v, необходимое для создания наблюдаемой дисперсии. В результате разрушения может возникнуть Δ v в десятки метров в секунду (5–50 м / с). С помощью этих критериев можно идентифицировать динамические группировки нерегулярных спутников и оценить вероятность их общего происхождения от распада. [17]
Когда разброс орбит слишком велик (т.е. для этого потребуется Δ v порядка сотен м / с)
- либо должно быть допущено более одного столкновения, т.е. кластер должен быть далее разбит на группы
- или значительные изменения после столкновения, например, в результате резонансов, должны быть постулированы.
Цветовые группы [ править ]
Когда цвета и спектры спутников известны, однородность этих данных для всех членов данной группы является существенным аргументом в пользу общего происхождения. Однако отсутствие точности имеющихся данных часто затрудняет получение статистически значимых выводов. Кроме того, наблюдаемые цвета не обязательно отражают основной состав спутника.
Наблюдаемые группировки [ править ]
Неправильные спутники Юпитера [ править ]
Обычно перечисляются следующие группы (динамически узкие группы, отображающие однородные цвета, выделены жирным шрифтом )
- Прокачать спутники
- Группа Гималии имеет средний наклон 28 °. Они удерживаются динамически (Δ v ≈ 150 м / с). Они однородны в видимом диапазоне длин волн (имеют нейтральные цвета, аналогичные цветам астероидов C-типа ) и в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн [18]
- Прямые спутники Фемисто , Карпо и Валетудо не входят в какую-либо известную группу.
- Ретроградные спутники
- Группа Carme имеет средний наклон 165 °. Он динамически герметичен (5 <Δ v <50 м / с). Он очень однороден по цвету, каждый член имеет светло-красную окраску, соответствующую астероиду- предшественнику D-типа .
- Группа Ананке имеет средний наклон 148 °. Он показывает небольшой разброс параметров орбиты (15 <Δ v <80 м / с). Сам Ананке выглядит светло-красным, но остальные члены группы серые.
- Группа Пасифае очень разрозненна. Пасифий сам по себе , как представляется, серыми, в то время как другие члены ( Callirrhoe , мегаклите ) светло - красный цвет.
Синопа , иногда относящаяся к группе Пасифае, имеет красный цвет, и, учитывая разницу в наклоне, ее можно было поймать независимо. [15] [19] Пасифа и Синопа также находятся в ловушке вековых резонансов с Юпитером. [5] [17]
Неправильные спутники Сатурна [ править ]
Следующие группы обычно перечислены для спутников Сатурна:
- Прокачать спутники
- В группе Галльских акции в среднем наклон 34 °. Их орбиты динамически узкие (Δ v ≈ 50 м / с), и они имеют светло-красный цвет; окраска однородна как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. [18]
- Группа инуитов имеет средний наклон 46 °. Их орбиты широко разбросаны (Δ v ≈ 350 м / с), но они физически однородны и имеют светло-красную окраску.
- Ретроградные спутники
- Скандинавская группа определена в основном для обозначения целей; параметры орбиты очень сильно разбросаны. Подразделения исследованы, в том числе
- Группа Фиби разделяет средний наклон 174 °; эта подгруппа также широко рассредоточена и может быть дополнительно разделена, по крайней мере, на две подгруппы.
- Группа скати - возможная подгруппа норвежской группы
- Скандинавская группа определена в основном для обозначения целей; параметры орбиты очень сильно разбросаны. Подразделения исследованы, в том числе
Анимация группы спутников инуитов Сатурна
Кивиук (луна) · Иджирак (луна) · Паалиак · Сиарнак · TarqeqАнимация орбиты Фиби.
Сатурн · Фиби · Титан
Неправильные спутники Урана и Нептуна [ править ]
Планета | г мин [1] |
---|---|
Юпитер | 1.5 км |
Сатурн | 3 км |
Уран | 7 километров |
Нептун | 16 км |
Согласно современным знаниям, количество неправильных спутников, вращающихся вокруг Урана и Нептуна, меньше, чем у Юпитера и Сатурна. Однако считается, что это просто результат трудностей наблюдений из-за большего расстояния Урана и Нептуна. В таблице справа показан минимальный радиус (r min ) спутников, который может быть обнаружен с помощью современных технологий, при альбедо 0,04; таким образом, почти наверняка существуют маленькие спутники Урана и Нептуна, которые еще нельзя увидеть.
Из-за меньшего количества статистически значимые выводы о группировках затруднены. Единое происхождение ретроградных аномалий Урана кажется маловероятным, учитывая разброс параметров орбиты, который потребовал бы большого импульса (Δ v ≈ 300 км), что подразумевает большой диаметр ударного элемента (395 км), что, в свою очередь, несовместимо с распределение фрагментов по размерам. Вместо этого предполагалось существование двух группировок: [15]
- Группа Калибан
- Группа Sycorax
Эти две группы отличаются (с достоверностью 3σ) расстоянием от Урана и эксцентриситетом. [20] Однако эти группировки не подтверждаются напрямую наблюдаемыми цветами: Калибан и Сикоракс кажутся светло-красными, тогда как луны меньшего размера - серыми. [16]
Для Нептуна было отмечено возможное общее происхождение Псамафи и Несо . [21] Учитывая похожие (серые) цвета, было также высказано предположение, что Халимед могла быть фрагментом Нереиды. [16] Два спутника имели очень высокую вероятность (41%) столкновения в течение возраста Солнечной системы. [22]
Исследование [ править ]
На сегодняшний день единственными спутниками неправильной формы, которые посетил космический аппарат, являются Тритон и Фиби , крупнейшие спутники Нептуна и Сатурна соответственно. Тритон был получен космическим аппаратом « Вояджер-2» в 1989 году, а Фиби - зондом « Кассини» в 2004 году. « Кассини» также сделал далекое изображение с низким разрешением Гималии Юпитера в 2000 году. В будущем не планируется посещать какие-либо необычные спутники.
Галерея [ править ]
71 неправильный спутник Юпитера
58 неправильных спутников Сатурна
9 неправильных спутников Урана
6 неправильных спутников Нептуна
Ссылки [ править ]
- ^ а б в г Шеппард, СС (2006). «Внешние спутники неправильной формы и их связь с астероидами, кометами и объектами пояса Койпера». Труды Международного астрономического союза . 1 : 319–334. arXiv : astro-ph / 0605041 . Bibcode : 2006IAUS..229..319S . DOI : 10.1017 / S1743921305006824 .
- ^ a b Carruba, V .; Бернс, Джозеф А .; Николсон, Филип Д .; Гладман, Бретт Дж. (2002). "О распределении наклонений неправильных спутников Юпитера" (PDF) . Икар . 158 (2): 434–449. Bibcode : 2002Icar..158..434C . DOI : 10.1006 / icar.2002.6896 .
- ^ Шеппард, СС; Трухильо, Калифорния (2006). «Густое облако троянских коней Нептуна и их цвета». Наука . 313 (5786): 511–514. Bibcode : 2006Sci ... 313..511S . DOI : 10.1126 / science.1127173 . PMID 16778021 .
- ^ Агнор, CB и Гамильтон, DP (2006). «Захват Нептуном его спутника Тритона в гравитационном столкновении с двойной планетой». Природа . 441 (7090): 192–4. Bibcode : 2006Natur.441..192A . DOI : 10,1038 / природа04792 . PMID 16688170 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ a b c Несворны, Давид; Альвареллос, Хосе Л.А.; Готово, Люк; Левисон, Гарольд Ф. (2003). "Орбитальная и столкновительная эволюция нерегулярных спутников" (PDF) . Астрономический журнал . 126 (1): 398. Bibcode : 2003AJ .... 126..398N . DOI : 10.1086 / 375461 .
- ^ Uk, Матия; Бернс, Джозеф А. (2004). «О светском поведении нерегулярных спутников». Астрономический журнал . 128 (5): 2518–2541. arXiv : astro-ph / 0408119 . Bibcode : 2004AJ .... 128.2518C . DOI : 10.1086 / 424937 .
- ^ Гамильтон, Дуглас П .; Бернс, Джозеф А. (1991). «Зоны орбитальной устойчивости около астероидов». Икар . 92 (1): 118–131. Bibcode : 1991Icar ... 92..118H . DOI : 10.1016 / 0019-1035 (91) 90039-V .
- ↑ Камилла М. Карлайл (30 декабря 2011 г.). «Псевдо-спутники на орбите Земли». Небо и телескоп .
- ^ Федорец, Григорий; Гранвик, Микаэль; Джедике, Роберт (15 марта 2017 г.). «Распределение орбит и размеров астероидов, временно захваченных системой Земля-Луна». Икар . 285 : 83–94. Bibcode : 2017Icar..285 ... 83F . DOI : 10.1016 / j.icarus.2016.12.022 .
- ^ «2006 RH120 (= 6R10DB9) (Вторая луна для Земли?)» . Обсерватория Грейт-Шеффорд. 14 сентября 2017 года. Архивировано 06.02.2015 . Проверено 13 ноября 2017 .
- ↑ Роджер В. Синнотт (17 апреля 2007 г.). «Земля„Другая Луна “ » . Небо и телескоп . Архивировано из оригинала на 2012-08-27 . Проверено 13 ноября 2017 .
- ^ «MPEC 2020-D104: 2020 CD3: временно захваченный объект» . Электронный циркуляр по малой планете . Центр малых планет . 25 февраля 2020 . Проверено 25 февраля 2020 года .
- ^ Эштон, Эдвард; Бодуан, Мэтью; Глэдман, Бретт (сентябрь 2020 г.). «Население километровых ретроградных нерегулярных спутников Юпитера». arXiv : 2009.03382 [ astro-ph.EP ].
- ^ На основе определений из Оксфордского астрономического словаря , ISBN 0-19-211596-0
- ^ a b c Грав, Томми; Холман, Мэтью Дж .; Gladman, Brett J .; Акснес, Кааре (2003). «Фотометрическая съемка нерегулярных спутников». Икар . 166 (1): 33–45. arXiv : astro-ph / 0301016 . Bibcode : 2003Icar..166 ... 33G . DOI : 10.1016 / j.icarus.2003.07.005 .
- ^ a b c Грав, Томми; Холман, Мэтью Дж .; Фрейзер, Уэсли К. (20 сентября 2004 г.). «Фотометрия неправильных спутников Урана и Нептуна». Астрофизический журнал . 613 (1): L77 – L80. arXiv : astro-ph / 0405605 . Bibcode : 2004ApJ ... 613L..77G . DOI : 10.1086 / 424997 .
- ^ a b Несворн, Дэвид; Боуг, Кристиан; Готово, Люк (2004). «Коллизионное происхождение семейств нерегулярных спутников» (PDF) . Астрономический журнал . 127 (3): 1768–1783. Bibcode : 2004AJ .... 127.1768N . DOI : 10.1086 / 382099 .
- ^ а б Грав, Томми; Холман, Мэтью Дж. (2004). "Фотометрия неправильных спутников Юпитера и Сатурна в ближнем инфракрасном диапазоне". Астрофизический журнал . 605 (2): L141 – L144. arXiv : astro-ph / 0312571 . Bibcode : 2004ApJ ... 605L.141G . DOI : 10.1086 / 420881 .
- ^ Шеппард, СС; Джевитт, округ Колумбия (2003). «Обильная популяция небольших спутников неправильной формы вокруг Юпитера» (PDF) . Природа . 423 (6937): 261–263. Bibcode : 2003Natur.423..261S . DOI : 10,1038 / природа01584 . PMID 12748634 .
- ^ Шеппард, СС; Jewitt, D .; Клейна, Дж. (2005). «Сверхглубокое исследование неправильных спутников Урана: пределы полноты». Астрономический журнал . 129 (1): 518–525. arXiv : astro-ph / 0410059 . Bibcode : 2005AJ .... 129..518S . DOI : 10.1086 / 426329 .
- ^ Шеппард, Скотт С .; Джевитт, Дэвид К .; Клейна, Ян (2006). "Обзор" нормальных "неправильных спутников вокруг Нептуна: пределы полноты". Астрономический журнал . 132 (1): 171–176. arXiv : astro-ph / 0604552 . Bibcode : 2006AJ .... 132..171S . DOI : 10.1086 / 504799 .
- ^ Холман, MJ ; Кавелаарс, JJ ; Grav, T .; и другие. (2004). «Открытие пяти неправильных спутников Нептуна» (PDF) . Природа . 430 (7002): 865–867. Bibcode : 2004Natur.430..865H . DOI : 10,1038 / природа02832 . PMID 15318214 . Проверено 24 октября 2011 года .
Внешние ссылки [ править ]
- Страницы Дэвида Джуитта
- Обстоятельства обнаружения из JPL
- Средние орбитальные элементы из JPL
- MPC: служба эфемерид естественных спутников