Тефия ( / ˈ t iː θ ɪ s , ˈ t ɛ θ ɪ s / ), или Сатурн III , является пятым по величине спутником Сатурна , его диаметр составляет около 1060 км (660 миль). Он был открыт Джованни Доменико Кассини в 1684 году и назван в честь титана Тетиса из греческой мифологии .
Тефия имеет низкую плотность 0,98 г/см3 , самую низкую из всех основных лун в Солнечной системе , что указывает на то, что она состоит из водяного льда с небольшой долей камня. Это было подтверждено спектроскопией ее поверхности, которая определила водяной лед как доминирующий поверхностный материал. Также присутствует еще меньшее количество неопознанного темного материала. Поверхность Тефии очень яркая, вторая по яркости среди лун Сатурна после Энцелада , и нейтральная по цвету.
Тефия сильно кратерирована и изрезана рядом крупных разломов и желобообразных грабенов . Самый большой ударный кратер, Одиссей , имеет диаметр около 400 км, тогда как самый большой грабен, Каньон Итаки , имеет ширину около 100 км и длину более 2000 км; эти две особенности поверхности могут быть связаны. Небольшая часть поверхности покрыта гладкими равнинами, которые могут иметь криовулканическое происхождение. Как и другие регулярные луны Сатурна, Тефия образовалась из Сатурнианской субтуманности — диска из газа и пыли, который окружал Сатурн вскоре после его образования.
К Тефии приближались и наблюдали несколько космических зондов, включая «Пионер-11» (1979), «Вояджер-1» (1980) и «Вояджер-2» (1981), причем больше всего и наиболее подробно за спутником наблюдал «Кассини-Гюйгенс» во время своей обширной миссии в системе Сатурна (2004–2017).
Тефия была открыта Джованни Доменико Кассини в 1684 году вместе с Дионой , другим спутником Сатурна. Он также открыл два спутника, Рею и Япет ранее, в 1671–72 годах. [14] Кассини наблюдал все эти спутники, используя большой воздушный телескоп, который он установил на территории Парижской обсерватории . [15]
Кассини назвал четыре новых спутника как Sidera Lodoicea («звезды Людовика») в честь короля Франции Людовика XIV . [16] К концу семнадцатого века астрономы привыкли называть их и Титан как Сатурн I через Сатурн V (Тетия, Диона, Рея, Титан, Япет). [14] После того, как в 1789 году Уильям Гершель открыл Мимас и Энцелад , схема нумерации была распространена на Сатурн VII , подняв старые пять спутников на две позиции вверх. Открытие Гипериона в 1848 году изменило номера в последний раз, подняв Япет до Сатурна VIII . С тех пор схема нумерации оставалась неизменной.
Современные названия всех семи спутников Сатурна происходят от Джона Гершеля (сына Уильяма Гершеля , первооткрывателя Мимаса и Энцелада). [14] В своей публикации 1847 года «Результаты астрономических наблюдений, сделанных на мысе Доброй Надежды » [17] он предложил использовать имена титанов , сестёр и братьев Кроноса (греческого аналога Сатурна). Тефия названа в честь титаниды Тефия . [14] Он также обозначается как Сатурн III или S III Тефия .
Имя Тетис имеет два общепринятых произношения, с «длинным» или «коротким» e : / ˈ t iː θ ɪ s / [18] или / ˈ t ɛ θ ɪ s / . [19] Общепринятая адъективная форма имени — Tethyan , [20] снова с длинным или коротким e .
Тефия вращается вокруг Сатурна на расстоянии около 295 000 км (около 4,4 радиусов Сатурна) от центра планеты. Ее орбитальный эксцентриситет незначителен, а ее орбитальный наклон составляет около 1°. Тефия находится в резонансе наклона с Мимасом ; однако из-за низкой гравитации соответствующих тел это взаимодействие не вызывает заметного орбитального эксцентриситета или приливного нагрева. [21]
Тефийская орбита лежит глубоко внутри магнитосферы Сатурна , поэтому плазма, вращающаяся вместе с планетой, ударяет в заднюю полусферу луны. Тефия также подвергается постоянной бомбардировке энергичными частицами (электронами и ионами), присутствующими в магнитосфере. [22]
У Тефии есть две соорбитальные луны , Телесто и Калипсо , вращающиеся вблизи точек Лагранжа Тефии L 4 (60° впереди) и L 5 (60° позади) соответственно.
Тефия — 16-й по величине спутник в Солнечной системе , с радиусом 531 км. [6] Его масса составляет около6,17 × 10 20 кг (0,000103 массы Земли), [7] что составляет менее 1% от массы Луны . Несмотря на свою относительно небольшую массу, она массивнее всех известных лун, меньших ее самой, вместе взятых. [23]
Плотность Тетиса составляет 0,98 г/см3 , что указывает на то, что он почти полностью состоит из водяного льда. [24] Это также пятый по величине спутник Сатурна. Неизвестно, дифференцирован ли Тетис на каменное ядро и ледяную мантию . Однако, если он дифференцирован, радиус ядра не превышает 145 км, а его масса составляет менее 6% от общей массы. Из-за действия приливных и вращательных сил Тетис имеет форму трехосного эллипсоида . Размеры этого эллипсоида согласуются с тем, что он имеет однородную внутреннюю часть. [24] Существование подповерхностного океана — слоя жидкой соленой воды внутри Тетиса — считается маловероятным. [25]
Поверхность Тефии является одной из самых отражающих (на визуальных длинах волн) в Солнечной системе, с визуальным альбедо 1,229. Это очень высокое альбедо является результатом пескоструйной обработки частиц из кольца E Сатурна, слабого кольца, состоящего из мелких частиц водяного льда, генерируемых гейзерами южного полюса Энцелада . [9] Радарное альбедо поверхности Тефии также очень высокое. [26] Ведущее полушарие Тефии на 10–15% ярче ведомого. [27]
Высокое альбедо указывает на то, что поверхность Тефии состоит из почти чистого водяного льда с небольшим количеством более темных материалов. Видимый спектр Тефии плоский и невыразительный, тогда как в ближнем инфракрасном диапазоне видны сильные полосы поглощения водяного льда на длинах волн 1,25, 1,5, 2,0 и 3,0 мкм. [27] На Тефии не было однозначно идентифицировано никаких соединений, кроме кристаллического водяного льда. [28] (Возможные компоненты включают органику , аммиак и углекислый газ .) Темный материал во льду имеет те же спектральные свойства, что и на поверхностях темных лун Сатурна — Япета и Гипериона . Наиболее вероятным кандидатом является нанофазное железо или гематит . [29] Измерения теплового излучения , а также радиолокационные наблюдения космического аппарата «Кассини» показывают, что ледяной реголит на поверхности Тефии имеет сложную структуру [26] и большую пористость , превышающую 95%. [30]
Поверхность Тефии имеет ряд крупномасштабных особенностей, отличающихся своим цветом, а иногда и яркостью. Заднее полушарие становится все более красным и темным по мере приближения к антиапексу движения. Это потемнение отвечает за упомянутую выше асимметрию полушарного альбедо. [31] Ведущее полушарие также слегка краснеет по мере приближения к апексу движения, хотя и без какого-либо заметного потемнения. [31] Такой раздвоенный цветовой рисунок приводит к существованию голубоватой полосы между полушариями, следующей по большому кругу, который проходит через полюса. Такая окраска и потемнение поверхности Тефии типичны для спутников Сатурна среднего размера. Его происхождение может быть связано с осаждением ярких ледяных частиц из кольца E на ведущие полушария и темных частиц, поступающих с внешних спутников на задние полушария. Потемнение задних полушарий также может быть вызвано воздействием плазмы из магнитосферы Сатурна , которая вращается вместе с планетой. [32]
На ведущем полушарии Тефии наблюдения космического аппарата обнаружили темно-голубоватую полосу, охватывающую 20° к югу и северу от экватора. Полоса имеет эллиптическую форму, сужающуюся по мере приближения к ведомому полушарию. Подобная полоса существует только на Мимасе. [33] Полоса почти наверняка вызвана влиянием энергичных электронов из магнитосферы Сатурна с энергией более 1 МэВ . Эти частицы дрейфуют в направлении, противоположном вращению планеты, и преимущественно поражают области на ведущем полушарии, близкие к экватору. [34] Температурные карты Тефии, полученные Кассини , показали, что эта голубоватая область холоднее в полдень, чем окружающие области, что придает спутнику вид «Пэкмена» в средних инфракрасных длинах волн. [35]
Поверхность Тетиса в основном состоит из холмистой кратерированной местности, в которой преобладают кратеры диаметром более 40 км. Меньшая часть поверхности представлена гладкими равнинами на заднем полушарии. Также имеется ряд тектонических особенностей, таких как каньоны и впадины . [36]
Западная часть ведущего полушария Тетиса занята Одиссеем , крупным ударным бассейном, диаметр которого составляет 450 км, что составляет почти 2/5 диаметра самого Тетиса. Кратер сейчас довольно плоский — точнее, его дно соответствует сферической форме Тетиса. Это, скорее всего, связано с вязкой релаксацией ледяной коры Тетиса в течение геологического времени. Тем не менее, гребень края Одиссея поднят примерно на 5 км выше среднего радиуса спутника. Центральный комплекс Одиссея представляет собой центральную яму глубиной 2–4 км, окруженную массивами, поднятыми на 6–9 км над дном кратера, которое само по себе примерно на 3 км ниже среднего радиуса. [36]
Вторая важная особенность, наблюдаемая на Тефии, — это огромная долина, называемая Ithaca Chasma , шириной около 100 км и глубиной 3 км. Она имеет длину более 2000 км, что составляет примерно 3/4 окружности Тефии. [36] Ithaca Chasma занимает около 10% поверхности Тефии. Она приблизительно концентрична с Одиссеем — полюс Ithaca Chasma находится всего в 20° от кратера. [37]
Считается, что каньон Итака образовался, когда внутренняя жидкая вода Тефии затвердела, что привело к расширению луны и растрескиванию поверхности, чтобы вместить дополнительный объем внутри. Подповерхностный океан мог возникнуть в результате орбитального резонанса 2:3 между Дионой и Тефией в начале истории Солнечной системы, что привело к орбитальному эксцентриситету и приливному нагреву недр Тефии. Океан замерз бы после того, как луны вышли из резонанса. [38] Существует еще одна теория о формировании каньона Итака: когда произошел удар, вызвавший большой кратер Одиссей, ударная волна прошла через Тефию и разрушила ледяную, хрупкую поверхность. В этом случае каньон Итака был бы самым внешним кольцевым грабеном Одиссея. [36] Однако определение возраста, основанное на подсчете кратеров на снимках высокого разрешения Кассини, показало, что каньон Итака старше Одиссея, что делает гипотезу об ударе маловероятной. [37]
Гладкие равнины на заднем полушарии приблизительно антиподальны Одиссею, хотя они простираются примерно на 60° к северо-востоку от точного антипода. Равнины имеют относительно резкую границу с окружающей кратерированной местностью. Расположение этого подразделения вблизи антипода Одиссея свидетельствует в пользу связи между кратером и равнинами. Последнее может быть результатом фокусировки сейсмических волн , произведенных ударом, в центре противоположного полушария. Однако гладкий вид равнин вместе с их резкими границами (ударное сотрясение создало бы широкую переходную зону) указывает на то, что они образовались путем эндогенного вторжения, возможно, вдоль линий слабости в литосфере Тефии, созданных ударом Одиссея. [36] [39]
Большинство кратеров Тетии имеют простой центральный пик. Те, что имеют диаметр более 150 км, демонстрируют более сложную морфологию кольца пика. Только кратер Одиссей имеет центральную депрессию, напоминающую центральную яму. Более старые ударные кратеры несколько мельче молодых, что подразумевает определенную степень релаксации. [40]
Плотность ударных кратеров варьируется по всей поверхности Тетиса. Чем выше плотность кратеров, тем старше поверхность. Это позволяет ученым установить относительную хронологию для Тетиса. Кратерированная местность является старейшей единицей, вероятно, относящейся к образованию Солнечной системы 4,56 миллиарда лет назад. [41] Самая молодая единица находится в кратере Одиссей с предполагаемым возрастом от 3,76 до 1,06 миллиарда лет, в зависимости от используемой абсолютной хронологии. [41] Каньон Итака старше Одиссея. [42]
Тефия, как полагают, образовалась из аккреционного диска или субнебулы; диска из газа и пыли, который существовал вокруг Сатурна в течение некоторого времени после его образования. [43] Низкая температура в положении Сатурна в солнечной туманности означает, что водяной лед был первичным твердым веществом, из которого образовались все луны. Другие более летучие соединения, такие как аммиак и углекислый газ, вероятно, также присутствовали, хотя их распространенность не очень хорошо ограничена. [44]
Чрезвычайно богатый водой и льдом состав Тефии остается необъясненным. Условия в субтуманности Сатурна, вероятно, способствовали преобразованию молекулярного азота и оксида углерода в аммиак и метан соответственно. [45] Это может частично объяснить, почему луны Сатурна, включая Тефию, содержат больше водяного льда, чем внешние тела Солнечной системы, такие как Плутон или Тритон, поскольку кислород, освобожденный от оксида углерода, будет реагировать с водородом, образуя воду. [45] Одно из наиболее интересных предложенных объяснений заключается в том, что кольца и внутренние луны образовались из приливно-отслаивающейся ледяной коры луны, подобной Титану, до того, как она была поглощена Сатурном. [46]
Процесс аккреции, вероятно, продолжался несколько тысяч лет, прежде чем луна полностью сформировалась. Модели предполагают, что удары, сопровождающие аккрецию, вызвали нагрев внешнего слоя Тетиса, достигнув максимальной температуры около 155 К на глубине около 29 км. [47] После окончания формирования из-за теплопроводности подповерхностный слой остыл, а внутренняя часть нагрелась. [48] Остывший приповерхностный слой сжался, а внутренняя часть расширилась. Это вызвало сильные растягивающие напряжения в коре Тетиса, достигшие оценок 5,7 МПа , что, вероятно, привело к растрескиванию. [49]
Поскольку Тетис не содержит значительного количества горных пород, нагревание за счет распада радиоактивных элементов вряд ли сыграло значительную роль в его дальнейшей эволюции. [50] Это также означает, что Тетис, возможно, никогда не испытывал значительного плавления, если только его недра не нагревались приливами. Они могли происходить, например, во время прохождения Тетиса через орбитальный резонанс с Дионой или какой-либо другой луной. [21] Тем не менее, современные знания об эволюции Тетиса весьма ограничены.
В 1979 году «Пионер-11» пролетел мимо Сатурна, а 1 сентября 1979 года он приблизился к Тефии на расстояние 329 197 км. [51]
Год спустя, 12 ноября 1980 года, Voyager 1 пролетел в 415 670 км от Тефии. [52] Его близнец, Voyager 2 , пролетел на расстоянии 93 010 км от Луны 26 августа 1981 года. [53] [54] [12] Хотя оба космических аппарата сделали снимки Тефии, разрешение снимков Voyager 1 не превышало 15 км, и только снимки, полученные Voyager 2, имели разрешение до 2 км. [12] Первой геологической особенностью, обнаруженной в 1980 году Voyager 1, была каньон Итака. [52] Позже, в 1981 году, Voyager 2 показал, что он почти облетел Луну, пролетев 270°. Voyager 2 также обнаружил кратер Одиссей. [12] Тефия была спутником Сатурна, наиболее полно запечатленным Вояджерами . [ 36]
Космический аппарат «Кассини» вышел на орбиту вокруг Сатурна в 2004 году. Во время своей основной миссии с июня 2004 года по июнь 2008 года он совершил один очень близкий целевой пролет мимо Тефии 24 сентября 2005 года на расстоянии 1503 км. В дополнение к этому пролету космический аппарат совершил множество нецелевых пролетов во время своей основной и равноденственной миссий с 2004 года на расстоянии десятков тысяч километров. [53] [55] [56]
Еще один пролет Тефии состоялся 14 августа 2010 года (во время миссии по наблюдению за солнцестоянием) на расстоянии 38 300 км, когда был сфотографирован четвертый по величине кратер на Тефии, Пенелопа , ширина которого составляет 207 км. [57] Больше нецелевых пролетов было запланировано для миссии по наблюдению за солнцестоянием в 2011–2017 годах. [58]
Наблюдения Кассини позволили создать карты Тефии с высоким разрешением с разрешением 0,29 км. [59] Космический аппарат получил пространственно разрешенные ближние инфракрасные спектры Тефии, показывающие, что ее поверхность состоит из водяного льда, смешанного с темным материалом, [ 27] тогда как наблюдения в дальнем инфракрасном диапазоне ограничили болометрическое альбедо связи . [11] Радарные наблюдения на длине волны 2,2 см показали, что ледяной реголит имеет сложную структуру и очень пористый. [26] Наблюдения плазмы в окрестностях Тефии показали, что это геологически мертвое тело, не производящее новой плазмы в магнитосфере Сатурна. [60]
Будущие миссии к Тефии и системе Сатурна неясны, но одной из возможностей является миссия к системе Титан-Сатурн .
Тетис разделен на 15 четырехугольников :
