Тефия ( / ˈ t iː θ ɪ s , ˈ t ɛ θ ɪ s / ), или Сатурн III , — это спутник Сатурна среднего размера, около 1060 км (660 миль) в поперечнике. Он был открыт Г.Д. Кассини в 1684 году и назван в честь титана Тетиса из греческой мифологии .
Тетис имеет низкую плотность 0,98 г/см 3 , самую низкую из всех основных лун Солнечной системы, что указывает на то, что она состоит из водяного льда с небольшой долей горных пород. Это подтверждается спектроскопией его поверхности, которая определила водяной лед как доминирующий поверхностный материал. Также присутствует небольшое количество неопознанного темного материала. Поверхность Тефии очень яркая, она является вторым по яркости спутником Сатурна после Энцелада и имеет нейтральный цвет.
Тетис сильно покрыт кратерами и прорезан рядом крупных разломов/ грабенов . Самый большой ударный кратер Одиссей имеет диаметр около 400 км, тогда как самый большой грабен Итака-Касма имеет ширину около 100 км и длину более 2000 км. Эти две крупнейшие особенности поверхности могут быть связаны. Небольшая часть поверхности покрыта гладкими равнинами, возможно, криовулканического происхождения. Как и все другие регулярные спутники Сатурна, Тефия образовалась из сатурнианской субтуманности — диска газа и пыли, окружившего Сатурн вскоре после его образования.
В период с 2004 по 2017 год к Тефии приближалось несколько космических зондов, включая «Пионер-11» (1979 г.), «Вояджер-1 » (1980 г.), «Вояджер-2» (1981 г.), а также несколько раз « Кассини» .
Тефия была открыта Джованни Доменико Кассини в 1684 году вместе с Дионой , еще одним спутником Сатурна. Он также открыл две луны, Рею и Япет , ранее, в 1671–1672 годах. [14] Кассини наблюдал все эти спутники с помощью большого воздушного телескопа, который он установил на территории Парижской обсерватории . [15]
Кассини назвал четыре новых луны Сидера Лодоицеа («звезды Людовика») в честь короля Франции Людовика XIV . [16] К концу семнадцатого века астрономы привыкли называть их и Титан от Сатурна I до Сатурна V (Тетида, Диона, Рея, Титан, Япет). [14] После того, как Мимас и Энцелад были открыты в 1789 году Уильямом Гершелем , схема нумерации была расширена до Сатурна VII , подняв пять старых спутников на две позиции вверх. Открытие Гипериона в 1848 году изменило цифры в последний раз, подняв Япет до Сатурна VIII . Отныне схема нумерации останется 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 , сестер и братьев Кроноса (греческого аналога Сатурна). Тетис назван в честь титаницы Тетис . [14] Его также называют Сатурном III или S III Тефией .
Имя Тетис имеет два общепринятых варианта произношения: «длинное» или «короткое» e : / ˈ t iː θ ɪ s / [18] или / ˈ t ɛ θ ɪ s / . [19] (Это может быть разница между США и Великобританией.) [ нужна цитата ] Традиционная прилагательная форма имени — Тетиан , [20] опять же с длинным или коротким e .
Тетис вращается вокруг Сатурна на расстоянии около 295 000 км (около 4,4 радиуса Сатурна) от центра планеты. Эксцентриситет ее орбиты пренебрежимо мал, а наклонение орбиты составляет около 1°. Тетис находится в резонансе наклонения с Мимасом ; однако из-за низкой гравитации соответствующих тел это взаимодействие не вызывает заметного эксцентриситета орбит или приливного нагрева. [21]
Тетическая орбита лежит глубоко внутри магнитосферы Сатурна , поэтому плазма, вращающаяся вместе с планетой, ударяется о ведомое полушарие Луны. Тетис также подвергается постоянной бомбардировке энергичными частицами (электронами и ионами), присутствующими в магнитосфере. [22]
У Тетиса есть два соорбитальных спутника , Телесто и Калипсо , вращающиеся вокруг троянских точек Тетиса L 4 (60° вперед) и L 5 (60° позади) соответственно.
Тетис — 16-я по величине луна Солнечной системы с радиусом 531 км. [6] Его масса составляет около6,17 × 10 20 кг (0,000103 массы Земли), [7] что составляет менее 1% массы Луны . Несмотря на свою относительно небольшую массу, она массивнее всех известных спутников, меньших ее самой, вместе взятых. [23]
Плотность Тетиса составляет 0,98 г/см 3 , что указывает на то, что она почти полностью состоит из водяного льда. [24] Это также пятый по величине спутник Сатурна. Неизвестно, разделена ли Тетис на скалистое ядро и ледяную мантию . Однако если оно дифференцировано, то радиус ядра не превышает 145 км, а его масса — ниже 6% от общей массы. Из-за действия приливных и вращательных сил Тефия имеет форму трёхосного эллипсоида . Размеры этого эллипсоида соответствуют его однородной внутренней части. [24] Существование подземного океана — слоя жидкой соленой воды внутри Тефии — считается маловероятным. [25]
Поверхность Тефии является одной из самых отражающих (в видимых длинах волн) в Солнечной системе, с визуальным альбедо 1,229. Такое очень высокое альбедо является результатом пескоструйной обработки частиц E-кольца Сатурна, слабого кольца, состоящего из маленьких частиц водяного льда, генерируемых южными полярными гейзерами Энцелада . [9] Радиолокационное альбедо поверхности Тетия также очень велико. [26] Ведущее полушарие Тефии ярче заднего на 10–15%. [27]
Высокое альбедо указывает на то, что поверхность Тетиса состоит почти из чистого водяного льда с небольшим количеством более темных материалов. Видимый спектр Тетиса плоский и безликий, 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 Тетисе не было однозначно идентифицировано ни одно соединение, кроме кристаллического водяного льда. [28] (Возможные составляющие включают органику , аммиак и углекислый газ .) Темный материал во льду имеет те же спектральные свойства, что и поверхности темных спутников Сатурна — Япета и Гипериона . Наиболее вероятным кандидатом является нанофазное железо или гематит . [29] Измерения теплового излучения , а также радиолокационные наблюдения с помощью космического корабля «Кассини» показывают, что ледяной реголит на поверхности Тефии имеет сложную структуру [26] и имеет большую пористость, превышающую 95%. [30]
Поверхность Тефии имеет ряд крупномасштабных образований, отличающихся цветом, а иногда и яркостью. По мере приближения к анти-апексу движения заднее полушарие становится все более красным и темным. Это потемнение ответственно за упомянутую выше асимметрию альбедо полушарий. [31] Ведущее полушарие также слегка краснеет по мере приближения к вершине движения, хотя и без заметного потемнения. [31] Такой раздвоенный цветовой узор приводит к существованию голубоватой полосы между полушариями, следующей за большим кругом, проходящим через полюса. Такая окраска и затемнение поверхности Тетия характерны для спутников Сатурна средних размеров. Его происхождение может быть связано с отложением ярких частиц льда из Е-кольца на передние полушария и темных частиц, приходящих от внешних спутников, на замыкающие полушария. Потемнение задних полушарий также может быть вызвано воздействием плазмы из магнитосферы Сатурна , вращающейся вместе с планетой. [32]
На ведущем полушарии Тетиса наблюдения космического корабля обнаружили темно-голубоватую полосу, простирающуюся на 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 энергиями, превышающими примерно 1 МэВ . Эти частицы дрейфуют в направлении, противоположном вращению планеты, и преимущественно воздействуют на области ведущего полушария, близкие к экватору. [34] Температурные карты Тефии, полученные Кассини , показали, что в полдень эта голубоватая область прохладнее, чем прилегающие районы, что придает спутнику вид, похожий на «Пакмана», в средних инфракрасных длинах волн. [35]
Поверхность Тетиса в основном представляет собой холмистую кратерную местность, на которой преобладают кратеры диаметром более 40 км. Меньшая часть поверхности представлена гладкими равнинами заднего полушария. Есть также ряд тектонических особенностей, таких как пропасти и впадины . [36]
В западной части ведущего полушария Тефии доминирует большой ударный кратер Одиссей , диаметр которого составляет 450 км, что составляет почти 2/5 диаметра самой Тефии. Кратер сейчас довольно плоский – точнее, его дно соответствует сферической форме Тетиса. Скорее всего, это связано с вязкой релаксацией тетической ледяной коры в течение геологического времени. Тем не менее, гребень края Одиссея возвышается примерно на 5 км над средним радиусом спутника. Центральный комплекс Одиссея представляет собой центральную яму глубиной 2–4 км, окруженную массивами, возвышающимися на 6–9 км над дном кратера, что само по себе примерно на 3 км ниже среднего радиуса. [36]
Второй важной особенностью Тетиса является огромная долина под названием Итака Кашма , шириной около 100 км и глубиной 3 км. Его длина составляет более 2000 км, что составляет примерно 3/4 длины окружности Тетиса. [36] Итака Касма занимает около 10% поверхности Тефии. Он примерно концентричен Одиссею — полюс Итака-Казмы лежит всего лишь примерно в 20° от кратера. [37]
Считается, что Итака Кашма образовалась в результате затвердевания внутренней жидкой воды Тетиса, в результате чего Луна расширилась и расколола поверхность, 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 эксцентриситету орбиты и приливному нагреву недр Тефии. Океан замерз бы после того, как спутники вышли из-под резонанса. [38] Существует еще одна теория образования Итакской каземы: когда произошел удар, вызвавший огромный кратер Одиссей, ударная волна прошла через Тефию и разрушила ледяную, хрупкую поверхность. В этом случае Итака Касма будет самым дальним кольцевым грабеном Одиссея. [36] Однако определение возраста на основе подсчета кратеров на изображениях Кассини с высоким разрешением показало, что Итака Кашма старше Одиссея, что делает гипотезу о столкновении маловероятной. [37]
Гладкие равнины заднего полушария примерно противоположны Одиссею, хотя простираются примерно на 60° к северо-востоку от точного антипода. Равнины имеют относительно резкую границу с окружающей кратерной местностью. Расположение этого подразделения вблизи антипода Одиссея свидетельствует о связи кратера с равнинами. Последнее может быть результатом фокусировки сейсмических волн , возникших при ударе, в центре противоположного полушария. Однако гладкий вид равнин вместе с их резкими границами (ударное сотрясение привело бы к образованию широкой переходной зоны) указывает на то, что они образовались в результате эндогенного вторжения, возможно, вдоль линий слабости тетической литосферы, созданной ударом Одиссея. [36] [39]
Большинство ударных кратеров Тетия имеют простой центральный пик. Те, диаметром более 150 км, имеют более сложную морфологию колец пиков. Только кратер Одиссей имеет центральное углубление, напоминающее центральную яму. Старые ударные кратеры несколько мельче молодых, что предполагает некоторую степень релаксации. [40]
Плотность ударных кратеров варьируется по всей поверхности Тефии. Чем выше плотность кратеров, тем старше поверхность. Это позволяет ученым установить относительную хронологию Тефии. Кратерная местность является старейшим образованием, вероятно, датируемым формированием 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] Итака Часма старше Одиссея. [42]
Считается, что Тетис образовался из аккреционного диска или субнебулы; диск газа и пыли, существовавший вокруг Сатурна некоторое время после его образования. [43] Низкая температура в месте расположения Сатурна в солнечной туманности означает, что водяной лед был основным твердым телом, из которого образовались все спутники. Вероятно, присутствовали и другие, более летучие соединения, такие как аммиак и углекислый газ , хотя их содержание недостаточно ограничено. [44]
Чрезвычайно богатый водой и льдом состав Тетиса остается необъяснимым. Условия в субтуманности Сатурна, вероятно, способствовали превращению молекулярного азота и монооксида углерода в аммиак и метан соответственно. [45] Это может частично объяснить, почему спутники Сатурна, включая Тефию, содержат больше водяного льда, чем внешние тела Солнечной системы, такие как Плутон или Тритон , поскольку кислород, освобожденный от окиси углерода, вступает в реакцию с водородом, образуя воду. [45] Одно из наиболее интересных предложенных объяснений состоит в том, что кольца и внутренние спутники образовались из богатой льдом коры, содранной приливами, с луны, похожей на Титан, до того, как она была поглощена Сатурном. [46]
Процесс аккреции, вероятно, длился несколько тысяч лет, прежде чем Луна полностью сформировалась. Модели предполагают, что удары, сопровождавшие 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 охлаждается, а внутренняя часть нагревается. [48] Охлаждающий приповерхностный слой сжался, а внутренняя часть расширилась. Это вызвало сильные напряжения растяжения в коре Тетиса, достигшие 5,7 МПа , что, вероятно, привело к растрескиванию. [49]
Поскольку на Тетисе отсутствует существенное содержание горных пород, нагрев за счет распада радиоактивных элементов вряд ли сыграл значительную роль в ее дальнейшей эволюции. [50] Это также означает, что Тетис, возможно, никогда не подвергался значительному таянию, если только его внутренняя часть не нагревалась приливами. Они могли произойти, например, во время прохождения Тефии через орбитальный резонанс с Дионой или какой-либо другой луной. [21] Тем не менее, нынешние знания об эволюции Тефии очень ограничены.
«Пионер-11» пролетел мимо Сатурна в 1979 году, а его максимальное сближение с Тефией 1 сентября 1979 года составило 329 197 км. [51]
Год спустя, 12 ноября 1980 года, «Вояджер-1» пролетел 415 670 км от Тефии. [52] Его космический корабль-близнец, «Вояджер-2» , прошёл на расстоянии 93 010 км от Луны 26 августа 1981 года. [53] [54] [12] Хотя оба космических корабля сделали снимки Тефии, разрешение изображений «Вояджера-1» было невысоким. не превышала 15 км, и только те, что были получены «Вояджером-2», имели разрешение до 2 км. [12] Первым геологическим объектом, обнаруженным в 1980 году «Вояджером-1», была каньон Итака. [52] Позже, в 1981 году, «Вояджер-2» обнаружил, что он почти облетел Луну на 270°. «Вояджер-2» также обнаружил кратер Одиссей. [12] Тетис был спутником Сатурна, наиболее полно изображенным «Вояджерами » . [36]
Космический корабль 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 облет Тефии 24 сентября 2005 года на расстоянии 1503 км. Помимо этого облета, начиная с 2004 года, космический корабль совершил множество нецелевых облетов во время своих основных миссий и миссий в период равноденствия на расстояниях в десятки тысяч километров. [53] [55] [56]
Еще один пролет Тетиса состоялся 14 августа 2010 года (во время миссии солнцестояния) на расстоянии 38 300 км, когда был сфотографирован четвертый по величине кратер на Тефии, Пенелопа , шириной 207 км. [57] В рамках миссии по исследованию солнцестояния в 2011–2017 годах было запланировано еще больше нецелевых облетов. [58]
Наблюдения Кассини позволили создать карты Тефии высокого разрешения с разрешением 0,29 км. [59] Космический корабль получил пространственно разрешенные спектры Тетиса в ближнем инфракрасном диапазоне, показывающие, что его поверхность состоит из водяного льда, смешанного с темным материалом, [27] тогда как наблюдения в дальнем инфракрасном диапазоне ограничили альбедо болометрической связи . [11] Радиолокационные наблюдения на длине волны 2,2 см показали, что ледяной реголит имеет сложную структуру и очень пористый. [26] Наблюдения за плазмой в окрестностях Тетиса 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 Титан-Сатурн .
Тетис разделен на 15 четырехугольников :
