stringtranslate.com

Естественный спутник

Земля и Луна , вращающиеся вокруг Земли (наблюдаются Климатической обсерваторией глубокого космоса )

Естественный спутник в наиболее распространенном использовании — это астрономическое тело , вращающееся вокруг планеты , карликовой планеты или небольшого тела Солнечной системы (или иногда другого естественного спутника). Естественные спутники в просторечии называются лунами , производными от Луны Земли .

В Солнечной системе имеется шесть планетарных спутниковых систем , в общей сложности содержащих 284 известных естественных спутника. Известно также , что восемь объектов, обычно считающихся астрономами карликовыми планетами, имеют естественные спутники: Оркус , Плутон , Салация , Хаумеа , Квавар , Макемаке , Гонгонг и Эрида . [1] По состоянию на ноябрь 2021 года известно о 442 других малых планетах, имеющих естественные спутники . [2]

Масса планеты обычно примерно в 10 000 раз превышает массу любого естественного спутника, вращающегося вокруг нее, и, соответственно, гораздо большего диаметра. [3] Система Земля -Луна является уникальным исключением в Солнечной системе; Луна имеет диаметр 3474 километра (2158 миль), что в 0,273 раза больше диаметра Земли и составляет около 1/80 ее массы. [4] Следующими по величине отношениями являются система Нептун - Тритон с 0,055 (с отношением масс около 1 к 4790), система Сатурн - Титан с 0,044 (со вторым после системы Земля-Луна отношением масс от 1 к 4220), системы Юпитер - Ганимед на 0,038 и системы Уран - Титания на 0,031. Из категории карликовых планет наибольшее соотношение имеет Харон : он составляет 0,52 диаметра и 12,2% массы Плутона .

Терминология

Первым известным естественным спутником была Луна , но она считалась «планетой» до тех пор, пока Коперник не представил De Revolutionibus orbium coelestium в 1543 году. До открытия галилеевых спутников в 1610 году не было возможности отнести такие объекты к классу . Галилей решил называть свои открытия Planetæ ( «планеты»), но более поздние первооткрыватели выбрали другие термины, чтобы отличить их от объектов, вокруг которых они вращались. [ нужна цитата ]

Первым, кто использовал термин « спутник» для описания тел, вращающихся вокруг орбиты, был немецкий астроном Иоганн Кеплер в своей брошюре « Narratio de Observatis a se quatuor Iouis satellitibus erronibus» («Повествование о четырех наблюдаемых спутниках Юпитера») в 1610 году. Он получил этот термин от латинского слова « спутник». Слово satelles означает «охранник», «помощник» или «спутник», потому что спутники сопровождали свою основную планету в ее путешествии по небесам. [5]

Таким образом , термин «спутник» стал обычным для обозначения объекта, вращающегося вокруг планеты, поскольку он избегал двусмысленности слова «луна». Однако в 1957 году запуск искусственного объекта «Спутник» создал потребность в новой терминологии. [5] От терминов «искусственный спутник» и «искусственная луна» очень быстро отказались в пользу более простого спутника , и, как следствие, этот термин стал ассоциироваться в первую очередь с искусственными объектами, летающими в космосе. [ нужна цитата ]

Из-за этого изменения значения термин « луна» , который продолжал использоваться в общем смысле в научно-популярных и художественных произведениях, вновь обрел респектабельность и теперь используется как синоним естественного спутника даже в научных статьях. Когда необходимо избежать как двусмысленности путаницы с естественным спутником Земли Луной и естественными спутниками других планет, с одной стороны, и искусственными спутниками, с другой, используется термин « естественный спутник » (используя «естественный» в смысле, противоположном к «искусственному»). Чтобы избежать двусмысленности, принято писать с заглавной буквы слово «Луна», когда речь идет о естественном спутнике Земли (имя собственное ), но не когда речь идет о других естественных спутниках ( нарицательные существительные ).

Многие авторы определяют «спутник» или «естественный спутник» как вращающийся вокруг какой-либо планеты или малой планеты, что является синонимом слова «луна» - согласно такому определению все естественные спутники являются лунами, но Земля и другие планеты не являются спутниками. [6] [7] [8] Некоторые недавние авторы определяют «луну» как «спутник планеты или малой планеты», а «планету» как «спутник звезды» – такие авторы считают Землю «естественным спутник Солнца». [9] [10] [11]

Определение луны

Сравнение размеров Земли и Луны

Не существует установленного нижнего предела того, что считается «луной». Каждое естественное небесное тело с определенной орбитой вокруг планеты Солнечной системы (некоторые из них размером всего в километр в поперечнике) считалось луной, хотя объекты в десятую часть этого размера в кольцах Сатурна, которые непосредственно не наблюдались, назывались луной. лунники . Маленькие спутники астероидов (естественные спутники астероидов), такие как Дактиль , также называются лунными спутниками. [12]

Верхний предел также неясен. Два вращающихся тела иногда называют двойной планетой , а не основной и спутником. Астероиды , такие как 90 Антиопа, считаются двойными астероидами, но они не привели к четкому определению того, что представляет собой луна. Некоторые авторы считают систему Плутон–Харон двойной (карликовой) планетой. Самая распространенная разделительная линия того , что считается луной, основана на том, находится ли барицентр ниже поверхности большего тела, хотя это несколько условно, поскольку зависит от расстояния, а также от относительной массы.

Происхождение и орбитальные характеристики

Обычно считается , что естественные спутники, вращающиеся относительно близко к планете по прямым , ненаклонным круговым орбитам ( обычные спутники ), образовались из той же области коллапса протопланетного диска , которая создала его основную. [13] [14] Напротив, спутники неправильной формы (обычно вращающиеся на далеких, наклонных , эксцентрических и/или ретроградных орбитах) считаются захваченными астероидами, которые , возможно, еще больше фрагментируются в результате столкновений. Большинство крупных естественных спутников Солнечной системы имеют регулярные орбиты, тогда как большинство малых естественных спутников имеют неправильную орбиту. [15] Луна и спутники Плутона являются исключениями среди крупных тел, поскольку считается, что они возникли в результате столкновения двух крупных протопланетных объектов в начале истории Солнечной системы (см. гипотезу гигантского удара ). [16] [17] По прогнозам, материал, который должен был быть выведен на орбиту вокруг центрального тела, вновь образовал один или несколько орбитальных естественных спутников. Считается, что в отличие от тел размером с планету спутники астероидов обычно образуются в результате этого процесса. Тритон — еще одно исключение; Несмотря на то, что она большая и находится на близкой круговой орбите, ее движение ретроградное, и считается, что это захваченная карликовая планета .

Временные спутники

Захват астероида с гелиоцентрической орбиты не всегда перманентен. Согласно моделированию, временные спутники должны стать обычным явлением. [18] [19] Единственные наблюдаемые примеры: 1991 VG , 2006 RH 120 , 2020 CD 3 .

2006 RH 120 был временным спутником Земли в течение девяти месяцев в 2006 и 2007 годах. [20] [21]

Приливная блокировка

Большинство обычных лун (естественных спутников, движущихся по относительно близким и поступательным орбитам с небольшим наклоном орбиты и эксцентриситетом) в Солнечной системе приливно привязаны к своим основным основным элементам, а это означает, что одна и та же сторона естественного спутника всегда обращена к своей планете. Это явление возникает из-за потери энергии из-за приливных сил, поднятых планетой, замедляющих вращение спутника до незначительного уровня. [22] Исключения известны; Одним из таких исключений является естественный спутник Сатурна Гиперион , который хаотично вращается из-за гравитационного влияния Титана . Четыре маленьких спутника Плутона по окружности также вращаются хаотично из-за влияния Харона. [23]

Напротив, внешние естественные спутники планет-гигантов (неправильные спутники) находятся слишком далеко, чтобы их можно было заблокировать. Например, Гималия Юпитера , Феба Сатурна и Нереида Нептуна имеют периоды вращения в пределах десяти часов, тогда как периоды их обращения составляют сотни дней.

Спутники спутников

Впечатление художника от предложенных Реей колец

Никаких «спутников лун» или субспутников (естественных спутников, вращающихся вокруг естественного спутника планеты) в настоящее время не известно. В большинстве случаев приливные воздействия планеты сделают такую ​​систему нестабильной.

Однако расчеты, выполненные после обнаружения в 2008 году [24] возможной системы колец вокруг спутника Сатурна Реи , показывают, что спутники, вращающиеся вокруг Реи, могут иметь стабильные орбиты. Кроме того, предполагаемые кольца считаются узкими, [25] явление, обычно связанное с пастушескими лунами . Однако целевые изображения, сделанные космическим кораблем Кассини , не смогли обнаружить кольца вокруг Реи. [26]

Также было высказано предположение, что у спутника Сатурна Япета в прошлом был спутник; это одна из нескольких гипотез, выдвинутых для объяснения его экваториального хребта . [27]

Анализ кривой блеска показывает, что неправильный спутник Сатурна Кивиук чрезвычайно вытянут и, вероятно, является контактной двойной звездой или даже двойной луной. [28]

Троянские спутники

Известно, что у двух естественных спутников есть небольшие спутники в точках Лагранжа L4 и L5 , на шестьдесят градусов вперед и назад от тела на его орбите. Эти спутники называются троянскими лунами , так как их орбиты аналогичны троянским астероидам Юпитера . Троянские спутники — Телесто и Калипсо , которые являются соответственно ведущим и последующим спутниками сатурнианской луны Тефии ; и Елена и Полидевк , ведущие и последующие спутники сатурнианской луны Дионы .

Спутники астероидов

Открытие в начале 1990-х годов естественного спутника 243 Иды «Дактиль» подтвердило, что у некоторых астероидов есть естественные спутники; действительно, у 87 Сильвии их двое. Некоторые из них, такие как 90 Антиопа , представляют собой двойные астероиды с двумя компонентами сравнимого размера.

Форма

Относительные массы естественных спутников Солнечной системы . Мимас , Энцелад и Миранда слишком малы, чтобы их можно было увидеть в таком масштабе. Все естественные спутники неправильной формы, даже сложенные вместе, также будут слишком малы, чтобы их можно было увидеть.

Спутник Нептуна Протей — крупнейший естественный спутник неправильной формы; формы луны Эриды Дисномии и луны Оркуса Вант неизвестны. Все другие известные естественные спутники размером не менее Миранды Урана превратились в округлые эллипсоиды в условиях гидростатического равновесия , т.е. являются «круглыми/округлыми спутниками» и иногда классифицируются как спутники планетарной массы . (Известно, что плотность Дисномии достаточно высока, поэтому она, вероятно, также представляет собой сплошной эллипсоид.) Более крупные естественные спутники, будучи заблокированными приливами, имеют тенденцию к овоидной (яйцеобразной) форме: приземистые на полюсах и с более длинными экваториальными осями в направлении их праймериз (их планет), чем в направлении их движения. Спутник Сатурна Мимас , например, имеет большую ось на 9% больше, чем его полярная ось, и на 5% больше, чем его другая экваториальная ось. Мефона , еще один спутник Сатурна, имеет диаметр всего около 3 км и имеет явно яйцевидную форму . Эффект меньше на крупнейших естественных спутниках, где их собственная гравитация выше по сравнению с эффектами приливных искажений, особенно на тех, которые вращаются вокруг менее массивных планет или, как в случае с Луной, на больших расстояниях.

Геологическая деятельность

Из двадцати известных естественных спутников Солнечной системы, которые достаточно велики, чтобы их можно было округлить под действием гравитации, несколько остаются геологически активными и сегодня. Ио — самое вулканически активное тело в Солнечной системе, тогда как Европа , Энцелад , Титан и Тритон демонстрируют свидетельства продолжающейся тектонической активности и криовулканизма . В первых трех случаях геологическая активность вызвана приливным нагревом , возникающим из-за эксцентрических орбит , близких к основным планетам-гигантам. (Этот механизм также действовал бы на Тритоне в прошлом, до того, как его орбита стала круглой .) Многие другие естественные спутники, такие как Луна Земли, Ганимед , Тефия и Миранда, демонстрируют свидетельства прошлой геологической активности, возникшей в результате источников энергии, таких как распад их первичных радиоизотопов , больший эксцентриситет прошлых орбит (в некоторых случаях из-за прошлых орбитальных резонансов ) или дифференциация или замораживание их внутренностей. Энцелад и Тритон имеют активные функции, напоминающие гейзеры , хотя в случае с Тритоном энергию, по-видимому, обеспечивает солнечное отопление. Титан и Тритон имеют значительную атмосферу; На Титане также есть углеводородные озера . Также на Ио и Каллисто есть атмосфера, хотя она и очень тонкая. [29] Считается , что четыре крупнейших естественных спутника Европы, Ганимеда, Каллисто и Титана имеют подземные океаны жидкой воды, в то время как меньший Энцелад может иметь локализованную подповерхностную жидкую воду.

Происхождение в Солнечной системе

Самые большие спутники в масштабе своих родительских планет и карликовой планеты.

Помимо планет и карликовых планет, в нашей Солнечной системе известно, что у объектов, имеющих естественные спутники, 76 объектов в поясе астероидов (пять по два спутника каждый), четыре трояна Юпитера , 39 околоземных объектов (два по два спутника каждый) и 14 кораблей, пересекших Марс. . [2] Также известно 84 естественных спутника транснептуновых объектов . [2] В кольцах Сатурна наблюдалось еще около 150 малых тел , но лишь некоторые из них отслеживались достаточно долго, чтобы установить орбиты. Планеты вокруг других звезд, вероятно, также имеют спутники, и хотя на сегодняшний день обнаружено множество кандидатов, ни один из них еще не подтвержден.

Из внутренних планет Меркурий и Венера не имеют естественных спутников; У Земли есть один большой естественный спутник, известный как Луна; У Марса есть два крошечных естественных спутника: Фобос и Деймос . Планеты -гиганты имеют обширные системы естественных спутников, в том числе полдюжины сопоставимых по размеру с Луной Земли: четыре галилеевых спутника , Титан Сатурна и Тритон Нептуна . У Сатурна есть еще шесть естественных спутников среднего размера, достаточно массивных, чтобы достичь гидростатического равновесия , а у Урана — пять. Было высказано предположение, что некоторые спутники потенциально могут содержать жизнь . [30]

Среди объектов, которые астрономы обычно считают карликовыми планетами, Церера и Седна не имеют известных естественных спутников. У Плутона есть относительно большой естественный спутник Харон и четыре естественных спутника меньшего размера; Стикс , Никс , Керберос и Гидра . [31] У Хаумеа есть два естественных спутника; У Оркуса , Квавара , Макемаке , Гонгонга и Эрис есть по одному. Система Плутон-Харон необычна тем, что центр масс находится в открытом пространстве между ними, что иногда ассоциируется с системой двух планет .

Семью крупнейшими естественными спутниками Солнечной системы (размером более 2500 км) являются галилеевы спутники Юпитера (Ганимед, Каллисто , Ио и Европа ), спутник Сатурна Титан, спутник Земли и захваченный естественный спутник Нептуна Тритон. Тритон, самый маленький из них, имеет большую массу, чем все меньшие естественные спутники вместе взятые. Точно так же в следующей группе размеров из девяти естественных спутников среднего размера, между 1000 и 1600 км в поперечнике, Титания , Оберон , Рея , Япет , Харон, Ариэль , Умбриэль , Диона и Тефия, самый маленький из них, Тефия, имеет большую массу, чем все меньшие естественные спутники вместе. Помимо естественных спутников различных планет, известно более 80 естественных спутников карликовых планет , малых планет и других малых тел Солнечной системы . По оценкам некоторых исследований, до 15% всех транснептуновых объектов могут иметь спутники.

Ниже приводится сравнительная таблица, классифицирующая естественные спутники Солнечной системы по диаметру. В столбце справа приведены некоторые известные планеты, карликовые планеты, астероиды и транснептуновые объекты для сравнения. Естественные спутники планет названы в честь мифологических персонажей. Это преимущественно греческие спутники, за исключением естественных спутников Урана , названных в честь шекспировских персонажей. Двадцать спутников, достаточно массивных, чтобы быть круглыми, в таблице ниже выделены жирным шрифтом. Малые планеты и спутники, по поводу округлости которых в литературе существуют разногласия, в таблице ниже выделены курсивом.

Смотрите также

Луны планет

Спутники карликовых планет и малых тел Солнечной системы

Рекомендации

  1. ^ «Названия планет и спутников и первооткрыватели» . Рабочая группа Международного астрономического союза (МАС) по номенклатуре планетных систем (WGPSN) . Проверено 27 января 2012 г.
  2. ^ abc Wm. Роберт Джонстон (30 сентября 2018 г.). «Астероиды со спутниками». Архив Джонстона . Проверено 22 октября 2018 г.
  3. ^ Кануп, Робин М .; Уорд, Уильям Р. (июнь 2006 г.). «Общее масштабирование массы спутниковых систем газообразных планет». Природа . 441 (7095): 834–839. Бибкод : 2006Natur.441..834C. дои : 10.1038/nature04860. ISSN  1476-4687. PMID  16778883. S2CID  4327454.
  4. ^ Глендей, Крейг (2014). Книга рекордов Гиннеса 2014. Guinness World Records Limited. п. 186. ИСБН 978-1-908843-15-9.
  5. ^ ab «Ранняя история - Первые спутники». www.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 7 февраля 2018 года . Проверено 8 февраля 2018 г.
  6. ^ Кеннет Р. Лэнг. «Кембриджский путеводитель по Солнечной системе». Архивировано 4 января 2023 года в Wayback Machine . 2011. с. 15. цитата: «Любой объект, вращающийся вокруг планеты, теперь называется спутником, а естественный спутник теперь также называется луной».
  7. ^ Тереза ​​Энкрена и др. "Солнечная система". 2004. с. 30.
  8. ^ Тилман Спон, Дорис Брейер, Торренс Джонсон. «Энциклопедия Солнечной системы». Архивировано 4 января 2023 года в Wayback Machine . 2014. с. 18.
  9. ^ Дэвид Эндрю Вайнтрауб. «Является ли Плутон планетой?: историческое путешествие по Солнечной системе». п. 65 цитата: "...общее понятие о "Луне" как спутнике планеты и "планете" как спутнике звезды."
  10. ^ «Спутник». www.merriam-webster.com . Мерриам Вебстер . Проверено 16 ноября 2015 г.
  11. ↑ Стиллман, Дэн (16 июня 2015 г.). «Что такое спутник?». www.nasa.gov . НАСА . Проверено 16 ноября 2015 г.
  12. ^ Ф. Марчис и др. (2005). «Открытие тройной астероидной системы 87 Сильвия». Природа . 436 (7052): 822–824. Бибкод : 2005Natur.436..822M. дои : 10.1038/nature04018. PMID  16094362. S2CID  4412813.
  13. ^ Кануп, Робин М.; Уорд, Уильям Р. (2008). Происхождение Европы и галилеевых спутников . Издательство Университета Аризоны. п. 59. arXiv : 0812.4995 . Бибкод : 2009euro.book...59C. ISBN 978-0-8165-2844-8.
  14. ^ Д'Анджело, Г.; Подолак, М. (2015). «Захват и эволюция планетезималей в околозвездных дисках». Астрофизический журнал . 806 (1): 29–. arXiv : 1504.04364 . Бибкод : 2015ApJ...806..203D. дои : 10.1088/0004-637X/806/2/203. S2CID  119216797.
  15. ^ Энциклопедия Солнечной системы, стр. 366, Academic Press, 2007, Люси-Энн Адамс Макфадден, Пол Роберт Вайсман, Торренс В. Джонсон
  16. ^ Кануп, Р.М. и Асфауг, Э. (2001). «Происхождение Луны в результате гигантского удара ближе к концу формирования Земли». Природа . 412 (6848): 708–712. Бибкод : 2001Natur.412..708C. дои : 10.1038/35089010. PMID  11507633. S2CID  4413525.
  17. ^ Стерн, SA; Уивер, штат Ха; Штеффл, Эй Джей; Мутчлер, MJ; и другие. (2006). «Гигантское происхождение удара небольших естественных спутников Плутона и множества спутников в поясе Койпера». Природа . 439 (7079): 946–49. Бибкод : 2006Natur.439..946S. дои : 10.1038/nature04548. PMID  16495992. S2CID  4400037.
  18. ↑ Камилла М. Карлайл (30 декабря 2011 г.). «Псевдолуны вращаются вокруг Земли». Небо и телескоп .
  19. ^ Федорец, Григорий; Гранвик, Микаэль; Джедике, Роберт (15 марта 2017 г.). «Распределение орбит и размеров астероидов, временно захваченных системой Земля-Луна». Икар . 285 : 83–94. Бибкод : 2017Icar..285...83F. дои : 10.1016/j.icarus.2016.12.022.
  20. ^ «2006 RH120 (= 6R10DB9) (Вторая луна для Земли?)» . Большая Шеффордская обсерватория. 14 сентября 2017 года. Архивировано из оригинала 6 февраля 2015 года . Проверено 13 ноября 2017 г.
  21. ↑ Роджер В. Синнотт (17 апреля 2007 г.). «Другая Луна Земли». Небо и телескоп . Архивировано из оригинала 2 апреля 2012 года . Проверено 12 марта 2018 г.
  22. ^ Барнс, Рори, изд. (2010). Формирование и эволюция экзопланет. Джон Уайли и сыновья. п. 248. ИСБН 978-3527408962.
  23. ↑ Нортон, Карен (3 июня 2015 г.). «Хаббл НАСА обнаружил, что спутники Плутона рушатся в абсолютном хаосе». НАСА . Проверено 25 октября 2015 г.
  24. ^ Джонс, GH; и другие. (2008). «Пылевой ореол крупнейшей ледяной луны Сатурна, Реи – Джонса и др. 319 (5868): 1380 – Наука» (PDF) . Наука . 319 (5868): 1380–1384. Бибкод : 2008Sci...319.1380J. дои : 10.1126/science.1151524. PMID  18323452. S2CID  206509814. Архивировано из оригинала (PDF) 8 марта 2018 г.
  25. ^ Джефф Хехт (6 марта 2008 г.). «Спутник Сатурна обнаружил первые лунные кольца». Новый учёный .
  26. ^ Тискарено, Мэтью С.; Бернс, Джозеф А.; Куцци, Джеффри Н.; Хедман, Мэтью М. (2010). «Поиск изображений Кассини исключает кольца вокруг Реи – Тискарено – 2010». Письма о геофизических исследованиях . 37 (14): н/д. arXiv : 1008.1764 . Бибкод : 2010GeoRL..3714205T. дои : 10.1029/2010GL043663. S2CID  133143673.
  27. ^ «Как Япет, самый дальний спутник Сатурна, получил свой хребет» . 13 декабря 2010 г.
  28. ^ Денк, Т.; Моттола, С. (2019). Наблюдения Кассини неправильных спутников Сатурна (PDF) . 50-я конференция по науке о Луне и планетах. Лунно-планетарный институт.
  29. ^ "Луна с атмосферой | Планетарное общество" . Архивировано из оригинала 24 декабря 2019 года . Проверено 24 декабря 2019 г.
  30. ↑ Ву, Маркус (27 января 2015 г.). «Почему мы ищем инопланетную жизнь на лунах, а не только на планетах». Проводной . Проверено 27 января 2015 г.
  31. ^ «Хаббл открывает новую луну Плутона». Пресс-релиз ЕКА/Хаббла . Проверено 13 июля 2012 г.
  32. ^ «Насколько велик Плутон? Новые горизонты разрешают дебаты, длившиеся десятилетиями» . НАСА . 13 июля 2015 года. Архивировано из оригинала 1 июля 2017 года . Проверено 16 июля 2015 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с естественными спутниками .

Все луны

Спутники Юпитера

Спутники Сатурна