Япет ( / aɪ ˈ æ p ə t ə s / ) — спутник Сатурна . При предполагаемом диаметре 1469 км это третий по величине спутник Сатурна и одиннадцатый по величине в Солнечной системе . [b] Названная в честь Титана Япета , луна была открыта в 1671 году Джованни Доменико Кассини .
Тело относительно низкой плотности, состоящее в основном изо льда , Япет является домом для нескольких отличительных и необычных особенностей, таких как поразительная разница в окраске между его ведущим полушарием, которое темное, и задним полушарием, которое яркое, а также массивный экваториальный хребет , проходящий на три четверти пути вокруг Луны.
Япет был открыт Джованни Доменико Кассини , французским астрономом итальянского происхождения, в октябре 1671 года. Это первая луна, открытая Кассини; второй спутник Сатурна, открытый после того, как Кристан Гюйгенс заметил Титан 16 лет назад, в 1655 году; и шестая внеземная луна, обнаруженная в истории человечества.
Кассини обнаружил Япет, когда луна находилась на западной стороне Сатурна, но когда он несколько месяцев спустя попытался увидеть ее на восточной стороне, ему это не удалось. То же самое произошло и в следующем году, когда он снова смог наблюдать его на западной стороне, но не на восточной. Кассини наконец наблюдал Япет на восточной стороне в 1705 году с помощью улучшенного телескопа, обнаружив, что на этой стороне он на две звездные величины тусклее. [10] [11]
Кассини правильно предположил, что у Япета есть светлое и темное полушария, и что он приливно заблокирован , всегда обращенный к Сатурну одной и той же стороной. Это означает, что яркое полушарие видно с Земли, когда Япет находится на западной стороне Сатурна, и что темное полушарие видно, когда Япет находится на восточной стороне. [12]
Япет назван в честь титана Иапета из греческой мифологии . Название было предложено Джоном Гершелем (сыном Уильяма Гершеля ) в его публикации 1847 года « Результаты астрономических наблюдений, сделанных на мысе Доброй Надежды» , [13] в которой он выступал за название спутников Сатурна в честь титанов, братьев и сестер Титан Кронос (которого римляне приравнивали к своему богу Сатурну ); и Гиганты , массивные, но меньшие родственники Титанов, которые встали на сторону Титанов против Зевса и Олимпийских Богов . [14]
Имя имеет в значительной степени устаревший вариант, Japetus [13] [15] / ˈ dʒ æ p ɪ t ə s / , [16] с формой прилагательного Japetian . [15] Это произошло потому, что в латыни не было различия между буквами ⟨i⟩ и ⟨j⟩ , и авторы переводили их по-разному.
При первом открытии Япет входил в число четырех спутников Сатурна, названных их первооткрывателем Джованни Кассини в честь короля Людовика XIV Сидера Лодоицея (остальными тремя были Тефия , Диона и Рея ). Однако у астрономов появилась привычка называть их римскими цифрами, причем Япет — это Сатурн V, потому что это был пятый известный спутник Сатурна в порядке удаления от Сатурна в то время. После того, как в 1789 году были открыты Мимас и Энцелад , схема нумерации была расширена, и Япет стал Сатурном VII . С открытием Гипериона в 1848 году Япет стал Сатурном VIII , что до сих пор является его римским цифровым обозначением. [17] Геологические объекты на Япете обычно называются в честь персонажей и мест из французской эпической поэмы «Песнь о Роланде» . [17]
Орбита Япета несколько необычна. Хотя это третий по величине спутник Сатурна, он вращается гораздо дальше от Сатурна, чем следующий ближайший крупный спутник, Титан . У него также самая наклоненная орбитальная плоскость среди обычных спутников; только внешние спутники неправильной формы, такие как Феба, имеют более наклонные орбиты. Из-за своей далекой наклонной орбиты Япет — единственная большая луна, с которой были бы ясно видны кольца Сатурна; от других внутренних лун кольца будут видны с ребра, и их будет трудно увидеть. Причина такого сильного наклона орбиты неизвестна; однако Луна вряд ли была захвачена. Одним из предположений о причине наклона орбиты Япета является встреча Сатурна с другой планетой в далеком прошлом. [18]
Несмотря на то, что Япет находится в среднем в 2,4 раза дальше от Сатурна, чем Гиперион, следующая луна внутри, Япет приливно привязан к Сатурну, а Гиперион - нет. [19]
Обычно считается, что спутники Сатурна образовались в результате совместной аккреции , процесса, аналогичного тому, который, как полагают, сформировал планеты Солнечной системы. Когда сформировались молодые газовые гиганты, они были окружены дисками материала, которые постепенно слились в спутники. Однако предложенная модель формирования Титана предполагает, что Титан образовался в результате серии гигантских столкновений между ранее существовавшими спутниками. Считается, что Япет и Рея образовались из части обломков этих столкновений. [20] Однако более поздние исследования показывают, что возраст всех спутников Сатурна внутри Титана не превышает 100 миллионов лет; таким образом, Япет вряд ли образовался в результате той же серии столкновений, что и Рея и все другие спутники внутри Титана, и — наряду с Титаном — может быть первичным спутником. [21]
Низкая плотность Япета указывает на то, что он в основном состоит из льда и лишь с небольшим (~ 20%) количеством каменистых материалов. [22]
В отличие от большинства крупных спутников, его общая форма не является ни сферической , ни эллипсоидной , а имеет выпуклую талию и сплющенные полюса. [23] Его уникальный экваториальный хребет (см. ниже) настолько высок, что заметно искажает форму Япета, даже если смотреть на него издалека. Эти особенности часто приводят к тому, что его называют орехообразным .
Япет покрыт многочисленными кратерами , а изображения Кассини выявили большие ударные бассейны, по крайней мере пять из которых имеют ширину более 350 км (220 миль). Самый большой, Тургис , имеет диаметр 580 км (360 миль); [24] его край чрезвычайно крутой и включает уступ высотой около 15 км (9,3 мили). [25] Известно, что на Япете происходят длительные оползни или штурцстремы , возможно, поддерживаемые оползнем льда. [26]
Разница в окраске двух япетских полушарий поразительна. Переднее полушарие и бока темные ( альбедо 0,03–0,05) с легкой красновато-коричневой окраской, тогда как большая часть заднего полушария и полюсов светлые (альбедо 0,5–0,6, почти такие же яркие, как у Европы ). Таким образом, видимая величина ведомого полушария составляет около 10,2, а ведущего полушария — около 11,9, что превышает возможности лучших телескопов 17 века. Темная область называется Cassini Regio , а яркая область разделена на Терру Ронсево к северу от экватора и Терру Сарагосу к югу от него. Считается, что первоначальный темный материал пришел из-за пределов Япета, но теперь он состоит в основном из сублимации ( испарения) льда из более теплых участков поверхности Луны, еще более затемненных под воздействием солнечного света. [27] [28] [29] Он содержит органические соединения, подобные веществам, обнаруженным в примитивных метеоритах или на поверхности комет ; Наблюдения на Земле показали, что он углеродистый и, вероятно, включает в себя цианосоединения, такие как замороженные полимеры цианида водорода .
Снимки с орбитального аппарата Кассини , пролетевшего на расстоянии 1227 км (762 миль), показывают, что как Кассини Реджио, так и Терра покрыты многочисленными кратерами. [30] Цветовая дихотомия разбросанных пятен светлого и темного материала в переходной зоне между областью Кассини и яркими областями существует в очень малых масштабах, вплоть до разрешения изображения 30 метров (98 футов). Есть темный материал, заполняющий низменные области, и светлый материал на слабо освещенных склонах кратеров, обращенных к полюсам, но оттенков серого нет. [31] Темный материал представляет собой очень тонкий слой, толщиной всего несколько десятков сантиметров (около одного фута), по крайней мере, в некоторых областях, [32] согласно радиолокационным изображениям Кассини и тому факту, что очень небольшие метеоритные удары пробились сквозь него. ко льду внизу. [29] [33]
Из-за медленного вращения в 79 дней (равного его обороту и самого продолжительного в системе Сатурна), Япет имел самую высокую дневную температуру поверхности и самую низкую ночную температуру в системе Сатурна еще до появления цветового контраста; вблизи экватора поглощение тепла темным материалом приводит к тому, что дневная температура составляет 129 К (-144 ° C) в темной области Кассини по сравнению с 113 К (-160 ° C) в ярких областях. [29] [34] Разница в температуре означает, что лед преимущественно сублимируется из региона Кассини и откладывается в ярких областях и особенно на еще более холодных полюсах. В геологических временных масштабах это еще больше затемнит Кассини-Регио и осветлит остальную часть Япета, создавая процесс термического убегания с положительной обратной связью со все большим контрастом в альбедо, заканчивающийся потерей всего обнаженного льда из Кассини-Регио. [29] Подсчитано, что за период в один миллиард лет при нынешних температурах темные области Япета потеряют около 20 метров (70 футов) льда в результате сублимации, в то время как яркие области потеряют только 10 см (4 дюйма). не считая льда, перенесенного из темных регионов. [34] [35] Эта модель объясняет распределение светлых и темных областей, отсутствие оттенков серого и тонкость темного материала, покрывающего регион Кассини. Перераспределению льда способствует слабая гравитация Япета, а это означает, что при температуре окружающей среды молекула воды может мигрировать из одного полушария в другое всего за несколько прыжков. [29]
Однако для запуска тепловой обратной связи потребуется отдельный процесс разделения цветов. Предполагается, что первоначальный темный материал представлял собой обломки, выброшенные метеорами с небольших внешних лун, находившихся на ретроградных орбитах, и унесенные ведущим полушарием Япета. Ядру этой модели около 30 лет, и она была возрождена во время пролета в сентябре 2007 года. [27] [28]
Легкие обломки за пределами орбиты Япета, либо выброшенные с поверхности луны ударами микрометеороидов , либо образовавшиеся в результате столкновения, будут вращаться по спирали по мере спада ее орбиты . Он был бы затемнен под воздействием солнечного света. Часть любого такого материала, пересекшего орбиту Япета, была бы унесена его ведущим полушарием и покрыла бы его; как только этот процесс создал умеренный контраст в альбедо и, следовательно, контраст в температуре, описанная выше тепловая обратная связь вступила бы в игру и преувеличила бы контраст. [28] [29] В подтверждение этой гипотезы простые численные модели процессов экзогенного осаждения и перераспределения термальной воды могут точно предсказать двухцветный внешний вид Япета. [29] Тонкая цветовая дихотомия между ведущим и задним полушариями Япета, причем первое более красноватое, фактически можно наблюдать при сравнении светлых и темных областей двух полушарий. [28] В отличие от эллиптической формы Cassini Regio, цветовой контраст точно соответствует границам полушария; градация между разноцветными областями постепенная, в масштабе сотен километров. [28] Следующая луна внутрь от Япета, хаотично вращающаяся Гиперион , также имеет необычный красноватый цвет.
Самый большой резервуар такого падающего материала — Феба , самая большая из внешних лун. Хотя состав Фебы ближе к составу яркого полушария Япета, чем темного, [36] пыль Фебы понадобилась бы только для установления контраста в альбедо и, предположительно, была бы в значительной степени затемнена в результате более поздней сублимации. Об открытии тонкого диска материала в плоскости и внутри орбиты Фебы было объявлено 6 октября 2009 г. [37] в поддержку этой модели. [38] Диск простирается от 128 до 207 раз больше радиуса Сатурна, в то время как Феба вращается на среднем расстоянии 215 радиусов Сатурна. Его обнаружили с помощью космического телескопа Спитцер .
Текущие трехосные измерения Япета дают его радиальные размеры 746 × 746 × 712 км (464 × 464 × 442 мили) со средним радиусом 734,5 ± 2,8 км (456,4 ± 1,7 мили). [5] Однако эти измерения могут быть неточными в масштабе километра, поскольку вся поверхность Япета еще не была отображена в достаточно высоком разрешении. Наблюдаемое сжатие соответствовало бы гидростатическому равновесию, если бы период вращения Япета составлял примерно 16 часов, но это не так; его текущий период ротации составляет 79 дней. [39] Возможное объяснение этого состоит в том, что форма Япета была заморожена в результате образования толстой коры вскоре после его формирования, в то время как его вращение впоследствии продолжало замедляться из-за приливной диссипации , пока оно не стало приливно-запертым . [23]
Еще одна загадка Япета — это экваториальный хребет , проходящий вдоль центра региона Кассини, длиной около 1300 км (810 миль), шириной 20 км (12 миль) и высотой 13 км (8,1 мили). Он был обнаружен, когда космический корабль «Кассини» сделал снимок Япета 31 декабря 2004 года, хотя его существование было сделано на основе полярных изображений Луны, сделанных «Вояджером-2». [40] Пики хребта возвышаются более чем на 20 км (12 миль) над окружающими равнинами. , что делает их одними из самых высоких гор в Солнечной системе . Хребет образует сложную систему, включающую изолированные вершины, сегменты длиной более 200 км (120 миль) и участки с тремя почти параллельными хребтами. [41] В ярких областях нет хребта, но есть ряд изолированных пиков высотой 10 км (6,2 мили) вдоль экватора. [42] Система хребта сильно покрыта кратерами, что указывает на ее древность. Выдающаяся экваториальная выпуклость придает Япету вид, напоминающий грецкий орех .
Непонятно, как образовался хребет. Одна из трудностей состоит в том, чтобы объяснить, почему она почти идеально повторяет экватор. Существует множество гипотез, но ни одна не объясняет, почему хребет приурочен к области Кассини. Теории включают в себя то, что хребет является остатком сплюснутой формы Япета во время его ранней жизни, что он был создан в результате коллапса кольцевой системы, что он образовался в результате выброса ледяного материала из внутренней части Япета или что это результат конвективный переворот. [43]
Первый космический корабль, посетивший Сатурн, «Пионер-11» , не предоставил никаких изображений Япета и пролетел не ближе, чем в 1 030 000 км (640 000 миль) от Луны. [45] Тем не менее, «Пионер-11» был первой попыткой человечества получить прямые измерения объектов в системе Сатурна.
«Вояджер-1» прибыл к Сатурну 12 ноября 1980 года и стал первым зондом, получившим фотографии Япета, на которых четко виден двухцветный вид луны с расстояния 2 480 000 км (1 540 000 миль). [46] при выходе из системы Сатурна. [47]
«Вояджер-2» стал следующим зондом, посетившим Сатурн 22 августа 1981 года, и максимально приблизился к Япету на расстоянии 909 000 км (565 000 миль). Он сфотографировал северный полюс Япета, когда тот вошел в систему Сатурна — напротив направления подхода «Вояджера-1».
Последним зондом, посетившим Япет, был орбитальный аппарат Кассини , который вышел на орбиту вокруг Сатурна 1 июля 2004 года. [49] Япет много раз получал изображения Кассини с умеренных расстояний , но его большое расстояние от Сатурна затрудняет близкое наблюдение.
Кассини совершил свой первый целенаправленный облет Япета 31 декабря 2004 года на расстоянии 123 400 км (76 700 миль) примерно в то время, когда космический корабль находился на орбите вокруг Сатурна. [50] Кассини не пересек орбиту Япета, когда тот пролетал мимо, и остался внутри орбиты Луны. Последующие пролеты Кассини над Титаном уменьшит орбиту космического корабля, что не позволит Кассини летать близко к Япету в течение нескольких месяцев.
Кассини совершил второй облет Япета 12 ноября 2005 года на расстоянии 415 000 км (258 000 миль), [51] также не пересекая орбиту Луны.
Затем 22 января 2006 года Кассини совершил третий, более дальний облет Япета на расстоянии 1 300 000 км (810 000 миль). [52] [53]
Четвертый пролет произошел 8 апреля 2006 года на расстоянии примерно 866 000 км (538 000 миль), и на этот раз Кассини пересек орбиту Япета. [54] После этого орбита Кассини снова стала меньше, что на этот раз не позволило зонду приблизиться к Япету более года.
Ближайший пролет Кассини над Япетом произошел 10 сентября 2007 года на минимальной дальности 1227 км (762 мили). [30] Он приблизился к Япету с ночной стороны. [55]
После этой встречи Кассини больше не совершал целенаправленных облетов Япета.
Монолит, изображенный во время кульминации романа Артура Кларка 1968 года « 2001: Космическая одиссея» , расположен на Япете.
Группа учёных исследует Япет в научно-фантастической новелле Пола Андерсона «Игра Сатурна» (1981).
Япет также является местом действия рассказа чешской писательницы Юлии Новаковой «Долгая япетская ночь», опубликованного в ноябрьском выпуске журнала Asimov's Science Fiction Magazine за 2020 год . [56]
{{cite web}}
: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)