Оберон / ˈ oʊ b ər ɒ n / , также обозначаемый Ураном IV , является самой дальней крупной луной планеты Уран . Это второй по величине спутник с площадью поверхности, сравнимой с площадью Австралии , второй по массе из спутников Урана и десятый по массе спутник в Солнечной системе . Обнаруженный Уильямом Гершелем в 1787 году, Оберон назван в честь мифического короля фей , который появляется как персонаж шекспировского « Сна в летнюю ночь» . Его орбита частично находится за пределами магнитосферы Урана .
Оберон, вероятно, образовался из аккреционного диска , окружавшего Уран, сразу после образования планеты. Луна состоит примерно из равного количества льда и камня и, вероятно, разделена на каменное ядро и ледяную мантию . На границе мантии и ядра может присутствовать слой жидкой воды. Поверхность Оберона, имеющая темный и слегка красный цвет, по-видимому, в первую очередь сформировалась в результате ударов астероидов и комет. Он покрыт многочисленными ударными кратерами , достигающими 210 км в диаметре. Оберон обладает системой трещин ( грабенов или уступов ), образовавшихся при растяжении земной коры в результате расширения ее недр в период ее ранней эволюции.
Система Урана изучалась вблизи только один раз: космический корабль «Вояджер-2» сделал несколько изображений Оберона в январе 1986 года, что позволило нанести на карту 40% поверхности Луны.
Оберон был открыт Уильямом Гершелем 11 января 1787 года; в тот же день он открыл самую большую луну Урана, Титанию . [1] [12] Позже он сообщил об открытии еще четырех спутников, [13] хотя впоследствии они были признаны ложными. [14] В течение почти пятидесяти лет после их открытия Титанию и Оберон нельзя было наблюдать ни с помощью какого-либо инструмента, кроме инструмента Уильяма Гершеля, [15] хотя Луну можно увидеть с Земли с помощью современного любительского телескопа высокого класса. [11]
Все спутники Урана названы в честь персонажей, созданных Уильямом Шекспиром или Александром Поупом . Имя Оберон произошло от имени Оберона , короля фей из «Сна в летнюю ночь» . [16] Названия всех четырех известных тогда спутников Урана были предложены сыном Гершеля Джоном в 1852 году по просьбе Уильяма Лассела , [17] который годом ранее открыл две другие луны, Ариэль и Умбриэль . [18] Прилагательная форма имени — Оберониан, / ˌ ɒ b ə ˈ r oʊ n i ə n / . [19]
Первоначально Оберон назывался «вторым спутником Урана», а в 1848 году Уильям Ласселл дал ему обозначение Уран II , [20] хотя иногда он использовал нумерацию Уильяма Гершеля (где Титания и Оберон — II и IV). [21] В 1851 году Лассел в конце концов пронумеровал все четыре известных спутника в порядке их расстояния от планеты римскими цифрами , и с тех пор Оберон получил обозначение Уран IV . [22]
Оберон вращается вокруг Урана на расстоянии около 584 000 км, будучи самым дальним от планеты среди пяти его основных спутников. [e] Орбита Оберона имеет небольшой эксцентриситет и наклон орбиты относительно экватора Урана. [4] Его орбитальный период составляет около 13,5 дней, что совпадает с периодом его вращения . Другими словами, Оберон приливно заблокирован , и одно лицо всегда направлено в сторону планеты. [8] Оберон проводит значительную часть своей орбиты за пределами магнитосферы Урана . [23] В результате на его поверхность напрямую воздействует солнечный ветер . [10] Это важно, потому что замыкающие полушария спутников, вращающихся внутри магнитосферы, подвергаются воздействию магнитосферной плазмы, которая вращается вместе с планетой. [23] Эта бомбардировка может привести к затемнению задних полушарий, что фактически наблюдается для всех спутников Урана, кроме Оберона (см. ниже). [10]
Поскольку Уран вращается вокруг Солнца почти на боку, а его спутники вращаются в экваториальной плоскости планеты, они (включая Оберон) подвержены экстремальному сезонному циклу. И северный, и южный полюса проводят 42 года в полной темноте и еще 42 года при непрерывном солнечном свете, при этом солнце поднимается близко к зениту над одним из полюсов в каждое солнцестояние . [10] Пролет « Вояджера -2» совпал с летним солнцестоянием южного полушария 1986 года, когда почти всё северное полушарие находилось во тьме. Раз в 42 года, когда на Уране происходит равноденствие и его экваториальная плоскость пересекает Землю, становятся возможными взаимные покрытия спутников Урана. Одно такое событие, продолжавшееся около шести минут, наблюдалось 4 мая 2007 года, когда Оберон затмил Умбриэль. [24]
Оберон — второй по величине и второй по массе спутник Урана после Титании и девятый по массе спутник Солнечной системы. [f] Однако это десятая по величине луна по размеру , поскольку Рея , вторая по величине луна Сатурна и девятая по величине луна, почти такого же размера, как Оберон, хотя она примерно на 0,4% больше, несмотря на то, что у Оберона больше массой, чем Рея. [26] Плотность Оберона 1,63 г/см 3 , [7] которая выше, чем типичная плотность спутников Сатурна , указывает на то, что он состоит примерно из равных пропорций водяного льда и плотного неледяного компонента. [27] Последние могли быть изготовлены из горных пород и углеродистого материала, включая тяжелые органические соединения . [8] Наличие водяного льда подтверждается спектроскопическими наблюдениями, которые выявили кристаллический водяной лед на поверхности Луны. [10] Полосы поглощения водяного льда сильнее в ведомом полушарии Оберона, чем в ведущем. Это противоположно тому, что наблюдается на других спутниках Урана, где ведущее полушарие демонстрирует более сильные признаки водяного льда. [10] Причина этой асимметрии неизвестна, но она может быть связана с воздействием саднения (созданием почвы посредством ударов) поверхности, которое сильнее в ведущем полушарии. [10] Удары метеорита имеют тенденцию разбрызгивать (выбивать) лед с поверхности, оставляя после себя темный неледный материал. [10] Сам темный материал мог образоваться в результате радиационной обработки клатратов метана или радиационного потемнения других органических соединений. [8] [28]
Оберон можно разделить на скалистое ядро , окруженное ледяной мантией . [27] Если это так, то радиус ядра (480 км) составляет около 63% радиуса Луны, а его масса — около 54% массы Луны — пропорции диктуются составом Луны. Давление в центре Оберона составляет около 0,5 ГПа (5 кбар ). [27] Современное состояние ледяной мантии неясно. Если лед содержит достаточно аммиака или другого антифриза , Оберон может обладать жидким слоем океана на границе ядра и мантии. Толщина этого океана, если он существует, достигает 40 км, а его температура около 180 К (близка к температуре эвтектики вода-аммиак 176 К). [27] Однако внутренняя структура Оберона во многом зависит от его термической истории, которая в настоящее время малоизвестна. Хотя более поздние публикации, похоже, говорят в пользу активных подземных океанов на больших спутниках Урана. [29]
Оберон — второй по темности большой спутник Урана после Умбриэля . [9] На его поверхности наблюдается сильный всплеск сопротивления : его отражательная способность снижается с 31% при фазовом угле 0° ( геометрическое альбедо ) до 22% при угле около 1°. Оберон имеет низкое альбедо Бонда , около 14%. [9] Его поверхность обычно красного цвета, за исключением свежих ударных отложений, которые имеют нейтральный или слегка синий цвет. [30] Оберон на самом деле является самым красным среди крупных спутников Урана. Его заднее и ведущее полушария асимметричны: последнее гораздо краснее первого, поскольку содержит больше темно-красного вещества. [28] Покраснение поверхностей часто является результатом космического выветривания , вызванного бомбардировкой поверхности заряженными частицами и микрометеоритами в течение возраста Солнечной системы. [28] Однако цветовая асимметрия Оберона, скорее всего, вызвана аккрецией красноватого материала, приближающегося по спирали из внешних частей системы Урана, возможно, от спутников неправильной формы , что происходит преимущественно в ведущем полушарии. [31]
Ученые выделили на Обероне два класса геологических особенностей: кратеры и каньоны («каньоны» — глубокие, удлиненные, крутые впадины [32] , которые на Земле, вероятно, можно было бы назвать рифтовыми долинами или откосами ). [8] Поверхность Оберона является наиболее густо кратерированной из всех лун Урана, с плотностью кратеров, приближающейся к насыщению – когда образование новых кратеров уравновешивается разрушением старых. Такое большое количество кратеров указывает на то, что Оберон имеет самую древнюю поверхность среди спутников Урана. [33] Диаметр кратера достигает 206 километров для самого большого известного кратера, [33] Гамлет . [34] Многие крупные кратеры окружены яркими ударными выбросами ( лучами ), состоящими из относительно свежего льда. [8] Самые большие кратеры, Гамлет, Отелло и Макбет, имеют полы из очень темного материала, отложенного после их образования. [33] На некоторых изображениях «Вояджера» вблизи юго-восточного лимба Оберона наблюдался пик высотой около 11 км , [35] который может быть центральным пиком большого ударного бассейна диаметром около 375 км. [35] Поверхность Оберона пересечена системой каньонов, которые, однако, менее распространены, чем те, что встречаются на Титании. [8] Стороны каньонов, вероятно, представляют собой уступы , образованные нормальными разломами [g] , которые могут быть как старыми, так и свежими: последние пересекают яркие отложения некоторых крупных кратеров, что указывает на то, что они образовались позже. [36] Самым известным Оберонианским каньоном является каньон Моммур . [37]
На геологию Оберона повлияли две конкурирующие силы: образование ударных кратеров и эндогенное обновление поверхности. [36] Первый действовал на протяжении всей истории Луны и в первую очередь ответственен за ее современный вид. [33] Последние процессы были активны в течение периода после формирования Луны. Эндогенные процессы носили преимущественно тектонический характер и привели к образованию каньонов, которые на самом деле представляют собой гигантские трещины в ледяной корке. [36] Каньоны стерли части старой поверхности. [36] Растрескивание коры было вызвано расширением Оберона примерно на 0,5%, [36] которое происходило в две фазы, соответствующие старому и молодому каньонам.
Природа темных пятен, которые в основном встречаются в переднем полушарии и внутри кратеров, неизвестна. Некоторые учёные выдвинули гипотезу, что они имеют криовулканическое происхождение (аналоги лунных морей ), [33] тогда как другие полагают, что удары раскопали тёмный материал, погребённый под чистым льдом ( коркой ). [30] В последнем случае Оберон должен быть хотя бы частично дифференцирован, при этом ледяная корка должна лежать поверх недифференцированной внутренней части. [30]
Считается, что Оберон образовался из аккреционного диска или субтуманности: диска газа и пыли, который либо существовал вокруг Урана в течение некоторого времени после его образования, либо был создан в результате гигантского удара, который, скорее всего, придал Урану его большое наклонение . [40] Точный состав субнебулы неизвестен; однако относительно высокая плотность Оберона и других спутников Урана по сравнению со спутниками Сатурна указывает на то, что он мог быть относительно бедным водой. [h] [8] Значительные количества углерода и азота могли присутствовать в виде монооксида углерода и N 2 вместо метана и аммиака . [40] Спутники, образовавшиеся в такой субнебуле, содержали бы меньше водяного льда (с CO и N 2 , захваченными в виде клатрата) и больше горных пород, что объясняет более высокую плотность. [8]
Аккреция Оберона, вероятно, продолжалась несколько тысяч лет. [40] Удары, сопровождавшие аккрецию, вызвали нагрев внешнего слоя Луны. [41] Максимальная температура около 230 К была достигнута на глубине около 60 км. [41] После окончания формирования подповерхностный слой остыл, а недра Оберона нагрелись из-за распада радиоактивных элементов , присутствующих в его породах. [8] Охлаждающий приповерхностный слой сжался, а внутренний расширился. Это вызвало сильные напряжения растяжения в лунной коре, что привело к растрескиванию. Современная система каньонов может быть результатом этого процесса, который длился около 200 миллионов лет, [42] подразумевая, что любая эндогенная деятельность по этой причине прекратилась миллиарды лет назад. [8]
Первоначальный аккреционный нагрев вместе с продолжающимся распадом радиоактивных элементов, вероятно, был достаточно сильным, чтобы растопить лед [42] , если бы присутствовало некоторое количество антифриза, такого как аммиак (в форме гидрата аммиака ) или немного соли . [27] Дальнейшее таяние могло привести к отделению льда от горных пород и образованию скалистого ядра, окруженного ледяной мантией. На границе ядра и мантии мог образоваться слой жидкой воды («океан»), богатый растворенным аммиаком. [27] Эвтектическая температура этой смеси составляет 176 К. [27] Если бы температура упала ниже этого значения, океан уже замерз бы. Замерзание воды привело бы к расширению внутренней части, что, возможно, также способствовало образованию каньоноподобных грабонов . [33] Тем не менее, нынешние знания об эволюции Оберона очень ограничены. Хотя недавний анализ пришел к выводу, что более вероятно, что на более крупных спутниках Урана имеются активные подземные океаны. [43]
До сих пор единственные изображения Оберона крупным планом были получены с зонда « Вояджер- 2» , который сфотографировал Луну во время пролета мимо Урана в январе 1986 года . этой луны имеют пространственное разрешение около 6 км. [33] Изображения покрывают около 40% поверхности, но только 25% поверхности было получено с разрешением, позволяющим геологическое картирование . [33] Во время пролета южное полушарие Оберона было направлено к Солнцу , поэтому темное северное полушарие не могло быть изучено. [8] Ни один другой космический корабль никогда не посещал систему Урана.