stringtranslate.com

Естественный спутник

Луна вращается вокруг Земли ( наблюдения проводились Обсерваторией климата глубокого космоса )

Естественный спутник — это, в наиболее общем смысле, астрономическое тело , вращающееся вокруг планеты , карликовой планеты или малого тела Солнечной системы (или иногда другого естественного спутника). Естественные спутники в разговорной речи называются лунами , производными от названия Луна Земли .

В Солнечной системе существует шесть планетарных спутниковых систем, содержащих в общей сложности 288 известных естественных спутников. Известно, что семь объектов, которые астрономы обычно считают карликовыми планетами , также имеют естественные спутники: Орк , Плутон , Хаумеа , Квавар , Макемаке , Гонггонг и Эрида . [1] По состоянию на январь 2022 года известно, что естественные спутники имеют 447 других малых планет . [2]

Планета обычно имеет массу, по крайней мере, в 10 000 раз превышающую массу любого естественного спутника, вращающегося вокруг нее, с соответствующим гораздо большим диаметром. [3] Система Земля-Луна является уникальным исключением в Солнечной системе; при поперечнике 3474 километра (2158 миль) Луна составляет 0,273 диаметра Земли и около 1 ⁄ 80 ее массы. [4] Следующими по величине соотношения являются система Нептун - Тритон с соотношением масс 0,055 (с соотношением масс примерно 1 к 4790), система Сатурн - Титан с соотношением масс 0,044 (со вторым соотношением масс после системы Земля-Луна, 1 к 4220), система Юпитер - Ганимед с соотношением масс 0,038 и система Уран - Титания с соотношением масс 0,031. Для категории карликовых планет наибольшее отношение имеет Харон , составляющий 0,52 диаметра и 12,2% массы Плутона .

Терминология

Первым известным естественным спутником была Луна , но она считалась «планетой» до введения Коперником De revolutionibus orbium coelestium в 1543 году. До открытия галилеевых спутников в 1610 году не было возможности называть такие объекты классом. Галилей предпочитал называть свои открытия Planetæ («планетами»), но более поздние первооткрыватели использовали другие термины, чтобы отличать их от объектов, вокруг которых они вращались. [ необходима цитата ]

Первым, кто использовал термин «спутник» для описания вращающихся по орбите тел, был немецкий астроном Иоганн Кеплер в своей брошюре Narratio de Observatis a se quatuor Iouis satellitibus erronibus («Рассказ о четырёх наблюдаемых спутниках Юпитера») в 1610 году. Он вывел этот термин из латинского слова satelles , означающего «охранитель», «сопровождающий» или «спутник», поскольку спутники сопровождали свою главную планету в её путешествии по небесам. [5]

Термин «спутник» таким образом стал обычным для обозначения объекта, вращающегося вокруг планеты, поскольку он избегал двусмысленности «луны». Однако в 1957 году запуск искусственного объекта «Спутник» создал необходимость в новой терминологии. [5] Термины «искусственный спутник» и «искусственная луна» были очень быстро отвергнуты в пользу более простого «спутник» , и, как следствие, этот термин стал в первую очередь ассоциироваться с искусственными объектами, запущенными в космос. [ требуется цитата ]

Из-за этого изменения значения термин луна , который продолжал использоваться в общем смысле в работах по популярной науке и художественной литературе, вновь обрел респектабельность и теперь используется взаимозаменяемо с естественным спутником , даже в научных статьях. Когда необходимо избежать как двусмысленности путаницы с естественным спутником Земли Луной и естественными спутниками других планет, с одной стороны, так и искусственными спутниками, с другой, используется термин естественный спутник (используя «естественный» в смысле, противоположном «искусственному»). Чтобы еще больше избежать двусмысленности, принято писать слово Луна с заглавной буквы, когда речь идет о естественном спутнике Земли (имя собственное ), но не при упоминании других естественных спутников ( имена нарицательные ).

Многие авторы определяют «спутник» или «естественный спутник» как вращающийся вокруг некоторой 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] Несколько современных авторов определяют «луну» как «спутник планеты или малой планеты», а «планету» как «спутник звезды» — такие авторы рассматривают Землю как «естественный 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 идентифицированной орбитой вокруг планеты Солнечной системы , некоторые размером всего в километр, считалось луной, хотя объекты размером в одну десятую часть от этого в пределах колец Сатурна, которые не были непосредственно обнаружены, назывались лунками . Небольшие астероидные луны (естественные спутники астероидов), такие как Дактиль , также назывались лунками. [12]

Верхний предел также неопределен. Два вращающихся тела иногда описываются как двойная планета, а не как основное и спутник. Такие астероиды , как 90 Антиопа, считаются двойными астероидами, но они не вынудили дать четкое определение того, что представляет собой луна. Некоторые авторы считают систему Плутон-Харон двойной (карликовой) планетой. Наиболее распространенная [ требуется ссылка ] разделительная линия на то, что считается луной, основана на том, находится ли барицентр под поверхностью большего тела, хотя это несколько произвольно, поскольку зависит от расстояния, а также от относительной массы.

Происхождение и орбитальные характеристики

Естественные спутники, вращающиеся относительно близко к планете по прямым , ненаклонным круговым орбитам ( регулярные спутники ), как правило, считаются образованными из той же коллапсирующей области протопланетного диска , которая создала его первичную. [13] [14] Напротив, нерегулярные спутники (обычно вращающиеся по далеким, наклонным , эксцентричным и/или ретроградным орбитам) считаются захваченными астероидами, возможно, дополнительно фрагментированными столкновениями. Большинство основных естественных спутников Солнечной системы имеют регулярные орбиты, в то время как большинство малых естественных спутников имеют нерегулярные орбиты. [15] Луна и луны Плутона являются исключениями среди крупных тел , поскольку они, как полагают, возникли в результате столкновения двух крупных протопланетных объектов в начале истории Солнечной системы (см. гипотезу гигантского удара ). [16] [17] Предполагается, что материал, который был бы помещен на орбиту вокруг центрального тела, повторно аккрецировался, образуя один или несколько орбитальных естественных спутников. В отличие от тел планетарного размера, считается, что астероидные луны обычно формируются в результате этого процесса. Тритон — еще одно исключение; хотя он большой и находится на близкой круговой орбите, его движение ретроградное, и его считают захваченной карликовой планетой .

Временные спутники

Захват астероида с гелиоцентрической орбиты не всегда является постоянным. Согласно моделированию, временные спутники должны быть обычным явлением. [18] [19] Единственными наблюдаемыми примерами являются 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 регулярных лун (естественных спутников, следующих по относительно близким и прямым орбитам с небольшим наклоном и эксцентриситетом орбиты) в Солнечной системе приливно заблокированы относительно своих основных планет, что означает, что одна и та же сторона естественного спутника всегда обращена к своей планете. Это явление происходит из-за потери энергии из-за приливных сил, поднимаемых планетой, замедляя вращение спутника до тех пор, пока оно не станет пренебрежимо малым. [22] Известны исключения; одним из таких исключений является естественный спутник Сатурна Гиперион , который вращается хаотично из-за гравитационного влияния Титана . Четыре малых луны Плутона, вращающиеся вокруг своей оси, также хаотично вращаются из-за влияния Харона. [23]

Напротив, внешние естественные спутники планет-гигантов (неправильные спутники) находятся слишком далеко, чтобы заблокироваться. Например, Гималия Юпитера, Феба Сатурна и Нептун Нереида имеют периоды вращения в диапазоне десяти часов, тогда как их орбитальные периоды составляют сотни дней.

Спутники спутников

Художественное представление колец, предложенных Реей

Никаких "луны лун" или субспутники (естественные спутники, вращающиеся вокруг естественного спутника планеты) в настоящее время не известны. В большинстве случаев приливные эффекты планеты сделали бы такую ​​систему нестабильной.

Однако расчеты, проведенные после обнаружения в 2008 году [24] возможной системы колец вокруг спутника Сатурна Реи, указывают на то, что спутники, вращающиеся вокруг Реи, могут иметь стабильные орбиты. Кроме того, предполагаемые кольца считаются узкими, [25] явление, обычно связанное с пастушьими лунами . Однако целевые изображения, полученные космическим аппаратом 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 нерегулярный спутник Сатурна Кивиук чрезвычайно вытянут и, вероятно, является контактной двойной звездой или даже двойной луной. [28]

Троянские спутники

Известно, что два естественных спутника имеют небольших спутников в обеих точках Лагранжа L 4 и L 5 , на шестьдесят градусов впереди и позади тела на его орбите. Эти спутники называются троянскими лунами , поскольку их орбиты аналогичны троянским астероидам Юпитера . Троянские луны — Телесто и Калипсо , которые являются ведущим и ведомым спутниками, соответственно, сатурнианской луны Тетис ; и Елена и Полидевк , ведущий и ведомый спутники сатурнианской луны Дионы .

Спутники астероидов

Открытие естественного спутника 243 Иды Дактиля в начале 1990-х годов подтвердило, что некоторые астероиды имеют естественные спутники; действительно, у 87 Сильвии их два. Некоторые, такие как 90 Антиопа , являются двойными астероидами с двумя сравнительно большими компонентами.

Форма

Относительные массы естественных спутников Солнечной системы . Мимас , Энцелад и Миранда слишком малы, чтобы быть видимыми в этом масштабе. Все естественные спутники неправильной формы, даже сложенные вместе, также были бы слишком малы, чтобы быть видимыми.

Спутник Нептуна Протей является крупнейшим естественным спутником неправильной формы; формы спутника Эриды Дисномии и спутника Оркуса Ванта неизвестны. Все другие известные естественные спутники, которые по крайней мере размером с Миранду Урана , превратились в округлые эллипсоиды при гидростатическом равновесии , т. е. являются «круглыми/округлыми спутниками» и иногда классифицируются как спутники планетарной массы . (Известно, что плотность Дисномии достаточно высока, чтобы она, вероятно, также была сплошным эллипсоидом.) Более крупные естественные спутники, будучи приливно заблокированными, имеют тенденцию к овальной (яйцевидной) форме: приземистые на своих полюсах и с более длинными экваториальными осями в направлении своих главных планет (их планет), чем в направлении своего движения. Например, у спутника Сатурна Мимаса большая 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 явно яйцевидную форму . Эффект меньше на самых крупных естественных спутниках, где их гравитация больше по сравнению с эффектами приливного искажения, особенно тех, которые вращаются вокруг менее массивных планет или, как в случае Луны, на больших расстояниях.

Геологическая активность

Из двадцати известных естественных спутников в Солнечной системе, которые достаточно велики, чтобы быть гравитационно округленными, несколько остаются геологически активными сегодня. Ио является самым вулканически активным телом в Солнечной системе, в то время как Европа , Энцелад , Титан и Тритон демонстрируют свидетельства продолжающейся тектонической активности и криовулканизма . В первых трех случаях геологическая активность поддерживается приливным нагревом, возникающим в результате наличия эксцентричных орбит, близких к их первичным планетам-гигантам. (Этот механизм также действовал на Тритоне в прошлом, до того, как его орбита стала круговой .) Многие другие естественные спутники, такие как Луна Земли, Ганимед , Тетис и Миранда, демонстрируют свидетельства прошлой геологической активности, вызванной такими источниками энергии, как распад их первичных радиоизотопов , большие прошлые орбитальные эксцентриситеты (в некоторых случаях из-за прошлых орбитальных резонансов ) или дифференциация или замораживание их недр. Энцелад и Тритон оба имеют активные особенности, напоминающие гейзеры , хотя в случае Тритона солнечное тепло, по-видимому, обеспечивает энергию. Титан и Тритон имеют значительные атмосферы; Титан также имеет углеводородные озера . Все четыре галилеевых спутника имеют атмосферы, хотя они чрезвычайно тонкие. [29] [30] [31] Четыре из крупнейших естественных спутников, Европа, Ганимед, Каллисто и Титан, как полагают, имеют подповерхностные океаны жидкой воды, в то время как меньший Энцелад также поддерживает глобальный подповерхностный океан жидкой воды.

Появление в Солнечной системе

Крупнейшие луны по сравнению с их родительскими планетами и карликовыми планетами

Помимо планет и карликовых планет, в нашей Солнечной системе известны 76 объектов, имеющих естественные спутники, в поясе астероидов (пять с двумя спутниками у каждого), четыре троянца Юпитера , 39 околоземных объектов (два с двумя спутниками у каждого) и 14 объектов, пересекающих Марс . [2] Также известно 84 естественных спутника транснептуновых объектов . [2] Около 150 дополнительных малых тел были обнаружены в кольцах Сатурна , но только несколько из них отслеживались достаточно долго, чтобы установить орбиты. Планеты вокруг других звезд, вероятно, также имеют спутники, и хотя на сегодняшний день было обнаружено множество кандидатов, ни один из них пока не был подтвержден.

Из внутренних планет Меркурий и Венера не имеют естественных спутников; у Земли есть один большой естественный спутник, известный как Луна; а у Марса есть два крошечных естественных спутника, Фобос и Деймос . Гигантские планеты имеют обширные системы естественных спутников, включая полдюжины, сопоставимых по размеру с Луной Земли: четыре Галилеевых спутника , Титан Сатурна и Тритон Нептуна . У Сатурна есть еще шесть средних по размеру естественных спутников, достаточно массивных, чтобы достичь гидростатического равновесия , а у Урана их пять. Было высказано предположение, что некоторые спутники могут потенциально быть пристанищем жизни . [32]

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 более мелких естественных спутника: Стикс , Никс , Кербер и Гидра . [33] У Хаумеи два естественных спутника; у Орка , Квавара , Макемаке , Гонггона и Эриды по одному. Система Плутон-Харон необычна тем, что центр масс находится в открытом пространстве между ними, что иногда ассоциируется с системой из двух планет .

Семь крупнейших естественных спутников в Солнечной системе (более 2500 км в поперечнике) — это галилеевы луны Юпитера (Ганимед, Каллисто , Ио и Европа ), луна Сатурна Титан, луна Земли и захваченный естественный спутник Нептуна Тритон. Тритон, самый маленький из них, имеет большую массу, чем все меньшие естественные спутники вместе взятые. Аналогично в следующей по размеру группе из девяти средних по размеру естественных спутников, от 1000 км до 1600 км в поперечнике, Титания , Оберон , Рея , Япет , Харон, Ариэль , Умбриэль , Диона и Тефия, самый маленький, Тефия, имеет большую массу, чем все меньшие естественные спутники вместе взятые. Помимо естественных спутников различных планет, также 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 приведена сравнительная таблица, классифицирующая естественные спутники Солнечной системы по диаметру. В столбце справа для сравнения приведены некоторые известные планеты, карликовые планеты, астероиды и транснептуновые объекты. Естественные спутники планет названы в честь мифологических персонажей. Они в основном греческие, за исключением естественных спутников Урана , которые названы в честь шекспировских персонажей. Двадцать спутников, достаточно массивных, чтобы быть круглыми, выделены жирным шрифтом в таблице ниже. Малые планеты и спутники, по которым в литературе существуют разногласия относительно круглости, выделены курсивом в таблице ниже.

Смотрите также

Луны планет

Спутники карликовых планет и малых тел Солнечной системы

Ссылки

  1. ^ "Planet and Satellite Names and Discoverers". Рабочая группа Международного астрономического союза (МАС) по номенклатуре планетных систем (WGPSN) . Получено 27 января 2012 г.
  2. ^ abc Wm. Robert Johnston (30 сентября 2018 г.). "Астероиды со спутниками". Архив Джонстона . Получено 22 октября 2018 г.
  3. ^ Кэнап, Робин М .; Уорд, Уильям Р. (июнь 2006 г.). «Общее масштабирование масс для спутниковых систем газообразных планет». Nature . 441 (7095): 834–839. Bibcode : 2006Natur.441..834C. doi : 10.1038/nature04860. ISSN  1476-4687. PMID  16778883. S2CID  4327454.
  4. ^ Глендей, Крейг (2014). Книга рекордов Гиннесса 2014. Guinness World Records Limited. стр. 186. ISBN 978-1-908843-15-9.
  5. ^ ab "Early History – First Satellites". www.jpl.nasa.gov . Архивировано из оригинала 7 февраля 2018 года . Получено 8 февраля 2018 года .
  6. ^ Кеннет Р. Лэнг. «Кембриджский путеводитель по Солнечной системе». Архивировано 4 января 2023 г. в Wayback Machine . 2011. стр. 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 г. на Wayback Machine . 2014. стр. 18.
  9. ^ Дэвид Эндрю Вайнтрауб. «Является ли Плутон планетой?: историческое путешествие по Солнечной системе». стр. 65 цитата: «... общая концепция «луны» как спутника планеты и «планеты» как спутника звезды».
  10. ^ "Satellite". www.merriam-webster.com . Merriam Webster . Получено 16 ноября 2015 г. .
  11. ^ Стиллман, Дэн (16 июня 2015 г.). «Что такое спутник?». www.nasa.gov . NASA . Получено 16 ноября 2015 г. .
  12. ^ F. Marchis, et al. (2005). «Открытие тройной астероидной системы 87 Сильвия». Nature . 436 (7052): 822–824. Bibcode :2005Natur.436..822M. doi :10.1038/nature04018. PMID  16094362. S2CID  4412813.
  13. ^ Кэнап, Робин М.; Уорд, Уильям Р. (2008). Происхождение Европы и галилеевых спутников . Издательство Университета Аризоны. стр. 59. arXiv : 0812.4995 . Bibcode : 2009euro.book...59C. ISBN 978-0-8165-2844-8.
  14. ^ D'Angelo, G.; Podolak, M. (2015). «Захват и эволюция планетезималей в циркумювиальных дисках». The Astrophysical Journal . 806 (1): 29–. arXiv : 1504.04364 . Bibcode :2015ApJ...806..203D. doi :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. ^ Canup, RM & Asphaug, E (2001). «Происхождение Луны в результате гигантского удара в конце формирования Земли». Nature . 412 (6848): 708–712. Bibcode :2001Natur.412..708C. doi :10.1038/35089010. PMID  11507633. S2CID  4413525.
  17. ^ Stern, SA; Weaver, HA; Steffl, AJ; Mutchler, MJ; et al. (2006). «Гигантское ударное происхождение малых естественных спутников Плутона и множественность спутников в поясе Койпера». Nature . 439 (7079): 946–49. Bibcode :2006Natur.439..946S. doi :10.1038/nature04548. PMID  16495992. S2CID  4400037.
  18. ↑ Камилла М. Карлайл (30 декабря 2011 г.). «Псевдолуны вращаются вокруг Земли». Sky & Telescope .
  19. ^ Федорец, Григорий; Гранвик, Микаэль; Джедик, Роберт (15 марта 2017 г.). «Распределение орбит и размеров астероидов, временно захваченных системой Земля-Луна». Icarus . 285 : 83–94. Bibcode :2017Icar..285...83F. doi :10.1016/j.icarus.2016.12.022.
  20. ^ "2006 RH120 ( = 6R10DB9) (Вторая луна для Земли?)". Great Shefford Observatory. 14 сентября 2017 г. Архивировано из оригинала 6 февраля 2015 г. Получено 13 ноября 2017 г.
  21. ↑ Roger W. Sinnott (17 апреля 2007 г.). "Earth's "Other Moon"". Sky & Telescope . Архивировано из оригинала 2 апреля 2012 г. . Получено 12 марта 2018 г. .
  22. ^ Барнс, Рори, ред. (2010). Формирование и эволюция экзопланет. John Wiley & Sons. стр. 248. ISBN 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. ^ Jones, GH; et al. (2008). "Пылевое гало крупнейшей ледяной луны Сатурна, Реи – Jones et al. 319 (5868): 1380 – Science" (PDF) . Science . 319 (5868): 1380–1384. Bibcode :2008Sci...319.1380J. doi :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». New Scientist .
  26. ^ Тискарено, Мэтью С.; Бернс, Джозеф А.; Куцци, Джеффри Н.; Хедман, Мэтью М. (2010). «Поиск изображений Кассини исключает кольца вокруг Реи – Тискарено – 2010». Geophysical Research Letters . 37 (14): n/a. arXiv : 1008.1764 . Bibcode : 2010GeoRL..3714205T. doi : 10.1029/2010GL043663. S2CID  133143673.
  27. ^ «Как Япет, самый удаленный спутник Сатурна, получил свой хребет». 13 декабря 2010 г.
  28. ^ Денк, Т.; Моттола, С. (2019). Наблюдения Кассини за нерегулярными лунами Сатурна (PDF) . 50-я конференция по лунной и планетарной науке. Институт Луны и планет.
  29. ^ "Луна с атмосферой | Планетарное общество". Архивировано из оригинала 24 декабря 2019 года . Получено 24 декабря 2019 года .
  30. ^ "Hubble Finds Oxygen Atmosphere on Jupiter's Moon, Europa". HubbleSite.org . Архивировано из оригинала 16 апреля 2023 года . Получено 13 мая 2022 года .
  31. ^ «Hubble Finds Thin Oxygen Atmosphere on Ganymede». Jet Propulsion Laboratory . NASA. 23 октября 1996 г. Архивировано из оригинала 4 мая 2009 г. Получено 17 февраля 2017 г.
  32. ^ Woo, Marcus (27 января 2015 г.). «Почему мы ищем инопланетную жизнь на лунах, а не только на планетах». Wired . Получено 27 января 2015 г.
  33. ^ "Hubble Discovers New Pluto Moon". Пресс-релиз ESA/Hubble . Получено 13 июля 2012 г.
  34. ^ «Насколько велик Плутон? New Horizons разрешает многолетние дебаты». NASA . 13 июля 2015 г. Архивировано из оригинала 1 июля 2017 г. Получено 16 июля 2015 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Естественные спутники Земли .

Все луны

Спутники Юпитера

Спутники Сатурна