stringtranslate.com

Спутники Плутона

(Изображения не в масштабе)

У карликовой планеты Плутон есть пять естественных спутников . [1] В порядке удаления от Плутона это Харон , Стикс , Никс , Кербер и Гидра . [2] Харон, самый большой, находится во взаимном приливном захвате с Плутоном и достаточно массивен, поэтому Плутон и Харон иногда считаются двойной карликовой планетой . [3]

История

Самый внутренний и самый большой спутник, Харон, был открыт Джеймсом Кристи 22 июня 1978 года, почти через полвека после открытия Плутона. Это привело к существенному пересмотру оценок размера Плутона, которые ранее предполагали, что наблюдаемая масса и отраженный свет системы относятся только к Плутону.

Еще две луны были получены астрономами из группы поиска спутников Плутона, готовившимися к миссии New Horizons и работавшими с космическим телескопом Хаббл 15 мая 2005 года, и получили предварительные обозначения S/2005 P 1 и S/2005 P 2. Международный астрономический союз официально назвал эти луны Никс (Плутон II, внутренняя из двух лун, ранее P 2) и Гидра (Плутон III, внешняя луна, ранее P 1) 21 июня 2006 года. [4] Кербер, о котором было объявлено 20 июля 2011 года, был открыт во время поиска колец Плутона. Об открытии Стикса было объявлено 7 июля 2012 года во время поиска потенциальных опасностей для New Horizons . [5]

Маленькие луны, приблизительно соответствующие масштабу Харона.

Харон

Харон и Плутон, в масштабе. Фотография сделана аппаратом New Horizons при приближении.

Харон примерно в два раза меньше Плутона в диаметре и достаточно массивен (почти одна восьмая массы Плутона), так что барицентр системы находится между ними, примерно в 960 километрах (600 миль) над поверхностью Плутона. [6] [a] Харон и Плутон также приливно заблокированы, так что они всегда обращены друг к другу одной и той же стороной. Генеральная ассамблея МАС в августе 2006 года рассмотрела предложение о том, чтобы Плутон и Харон были переклассифицированы как двойная планета, но предложение было отклонено. [7] Как и Плутон, Харон является идеальной сферой с точностью до погрешности измерений. [8]

Циркумбринарные луны

Анимация спутников Плутона вокруг барицентра Плутона - плоскость эклиптики
   Плутон  ·    Харон  ·    Стикс  ·    Никс  ·    Керберос  ·    Гидра

Четыре малых двойных луны Плутона вращаются вокруг Плутона на расстоянии от двух до четырех расстояний Харона, от Стикса в 42 700 километрах до Гидры в 64 800 километрах от барицентра системы. Они имеют почти круговые прямые орбиты в той же орбитальной плоскости, что и Харон.

Все они намного меньше Харона. Никта и Гидра, два из них покрупнее, имеют длину примерно 42 и 55 километров по самой длинной оси соответственно [9] , а Стикс и Кербер — 7 и 12 километров соответственно. [10] [11] Все четыре имеют неправильную форму.

Характеристики

Система Плутона очень компактна и в значительной степени пуста: прямые луны могли бы стабильно вращаться вокруг Плутона вплоть до 53% радиуса Хилла (гравитационной зоны влияния Плутона) в 6 миллионов км, или вплоть до 69% для ретроградных лун. [12] Однако только внутренние 3% области, где прямые орбиты были бы стабильными, заняты спутниками, [13] а область от Стикса до Гидры упакована так плотно, что в этой области мало места для дополнительных лун со стабильными орбитами. [14] Интенсивный поиск, проведенный New Horizons, подтвердил, что на расстоянии до 180 000 км от Плутона (6% стабильной области для прямых лун) не существует лун размером более 4,5 км, предполагая, что альбедо, подобное альбедо Харона, составляет 0,38 (для меньших расстояний этот порог еще меньше). [15]

Подтверждено, что орбиты лун являются круговыми и копланарными, с наклонами, отличающимися менее чем на 0,4°, и эксцентриситетами менее чем на 0,005. [16]

Открытие Никты и Гидры предполагает, что у Плутона может быть кольцевая система . Удары малых тел могут выбрасывать обломки с малых лун, которые могут образовывать кольцевую систему. Однако данные глубокого оптического обзора с помощью Advanced Camera for Surveys на космическом телескопе Hubble , исследования затмений [17] и позднее New Horizons предполагают, что кольцевая система отсутствует.

Резонансы

Считается, что Стикс, Никс и Гидра находятся в трехчастичном орбитальном резонансе Лапласа с орбитальными периодами в соотношении 18:22:33. [18] [19] Соотношения должны быть точными, если принять во внимание орбитальную прецессию . Никс и Гидра находятся в простом резонансе 2:3. [b] [18] [20] Стикс и Никс находятся в резонансе 9:11, в то время как резонанс между Стиксом и Гидрой имеет соотношение 6:11. [c] Резонанс Лапласа также означает, что соотношения синодических периодов тогда таковы, что существует 5 соединений Стикс–Гидра и 3 соединения Никс–Гидра на каждые 2 соединения Стикса и Никс. [ d] [18] Если обозначает среднюю долготу и угол либрации , то резонанс можно сформулировать как . Как и в случае резонанса Лапласа галилеевых спутников Юпитера, тройные соединения никогда не происходят. совершает колебания около 180° с амплитудой не менее 10°. [18]

Все внешние кольцевые луны также близки к среднему резонансу движения с орбитальным периодом Харона-Плутона. Стикс, Никс, Кербер и Гидра находятся в последовательности близких резонансов 1:3:4:5:6 , причем Стикс находится примерно в 5,4% от своего резонанса, Никс — примерно в 2,7%, Кербер — примерно в 0,6% и Гидра — примерно в 0,3%. [21] Возможно, эти орбиты возникли как вынужденные резонансы, когда Харон был приливно поднят до своей текущей синхронной орбиты, а затем вышел из резонанса, когда эксцентриситет орбиты Харона был приливно затух. Пара Плутон-Харон создает сильные приливные силы, при этом гравитационное поле на внешних лунах меняется на 15% от пика к пику. [ требуется ссылка ]

Однако было подсчитано, что резонанс с Хароном может поднять либо Никс, либо Гидру на ее текущую орбиту, но не обе: для подъема Гидры потребовался бы почти нулевой эксцентриситет Харона 0,024, тогда как для подъема Никс потребовался бы больший эксцентриситет по крайней мере 0,05. Это говорит о том, что Никс и Гидра были захваченным материалом, сформированным вокруг Плутона-Харона, и мигрировали внутрь, пока не оказались в ловушке резонанса с Хароном. [22] Существование Кербера и Стикса может подтверждать эту идею. [ требуется пояснение ] [ необходима цитата ]

Вращение

Вращение малых лун Плутона
(анимация; 01:00; выпущено 10 ноября 2015 г.)

До миссии New Horizons предсказывалось , что Никс , Гидра , Стикс и Кербер будут вращаться хаотично или падать . [18] [23]

Однако, визуализация New Horizons показала, что они не были приливно-отливными до состояния, близкого к синхронному вращению, когда можно было бы ожидать хаотического вращения или кувырканий. [24] [25] Визуализация New Horizons показала, что все 4 луны имели высокий наклон. [24] Либо они родились такими, либо были наклонены резонансом прецессии спина. [25] Стикс может испытывать прерывистые и хаотические изменения наклона.

Марк Р. Шоуолтер предположил, что «Никс может перевернуть весь свой полюс. На самом деле, на Никсе можно провести день, когда солнце встает на востоке и садится на севере. Его вращение выглядит почти случайным». [26] Известно, что только один другой спутник, спутник Сатурна Гиперион , падает, [27] хотя вполне вероятно, что спутники Хаумеа делают то же самое. [28]

Источник

Формирование спутников Плутона. 1: объект пояса Койпера приближается к Плутону ; 2: он сталкивается с Плутоном; 3: вокруг Плутона образуется пылевое кольцо ; 4: обломки объединяются, образуя Харон; 5: Плутон и Харон распадаются на сферические тела.

Предполагается, что система спутников Плутона была создана в результате массивного столкновения , похожего на столкновение с Тейей, которое , как полагают, создало Луну . [29] [30] В обоих случаях высокие угловые моменты лун можно объяснить только таким сценарием. Почти круговые орбиты меньших лун предполагают, что они также образовались в этом столкновении, а не были захваченными объектами пояса Койпера. Это и их близкие орбитальные резонансы с Хароном (см. ниже) предполагают, что они сформировались ближе к Плутону, чем сейчас, и мигрировали наружу, когда Харон достиг своей нынешней орбиты. Их серый цвет отличается от цвета Плутона, одного из самых красных тел в Солнечной системе. Считается, что это связано с потерей летучих веществ во время столкновения или последующего слияния, в результате чего на поверхностях лун преобладает водяной лед. Однако такое столкновение должно было создать дополнительный мусор (больше лун), однако New Horizons не обнаружил ни лун, ни колец , что исключает возможность появления на орбите Плутона каких-либо других лун значительного размера. [1]

Список

Спутники Плутона перечислены здесь по орбитальному периоду, от самого короткого к самому длинному. Харон, который достаточно массивен, чтобы сжаться в сфероид под действием собственной гравитации, выделен светло-фиолетовым цветом. Поскольку барицентр системы находится намного выше поверхности Плутона, барицентрические орбитальные элементы Плутона также были включены. [18] [31] Все элементы указаны относительно барицентра Плутона-Харона. [18] Среднее расстояние между центрами Плутона и Харона составляет 19 596 км. [32]

Масштабная модель системы Плутона

Взаимные события

Смоделированное изображение транзита Харона по Плутону 25 февраля 1989 г.

Транзиты происходят, когда один из спутников Плутона проходит между Плутоном и Солнцем. Это происходит, когда один из узлов орбиты спутника (точки, где их орбиты пересекают эклиптику Плутона ) выстраивается в линию с Плутоном и Солнцем. Это может произойти только в двух точках орбиты Плутона; по совпадению, эти точки находятся вблизи перигелия и афелия Плутона. Затмения происходят, когда Плутон проходит перед одним из спутников Плутона и закрывает его.

Харон имеет угловой диаметр 4 градуса дуги , если смотреть с поверхности Плутона; Солнце кажется намного меньше, всего 39-65 угловых секунд . Для сравнения, Луна , если смотреть с Земли, имеет угловой диаметр всего 31 минуту дуги , или чуть больше половины градуса дуги. Таким образом, Харон будет казаться в восемь раз больше в диаметре или в 25 раз больше площади Луны; это связано с близостью Харона к Плутону, а не с размером, так как, несмотря на то, что его радиус составляет чуть более трети лунного, земная Луна находится в 20 раз дальше от поверхности Земли, чем Харон от Плутона. Эта близость дополнительно гарантирует, что большая часть поверхности Плутона может испытать затмение. Поскольку Плутон всегда обращен к Харону одной и той же стороной из-за приливного захвата, только полушарие, обращенное к Харону, испытывает солнечные затмения от Харона.

Меньшие луны могут отбрасывать тени в других местах. Угловые диаметры четырех меньших лун (видимых с Плутона) неопределенны. У Никты они составляют 3–9 угловых минут, а у Гидры — 2–7 минут. Они намного больше углового диаметра Солнца, поэтому полные солнечные затмения вызываются этими лунами.

Затмения Стиксом и Кербером оценить сложнее, так как обе луны очень нерегулярны, с угловыми размерами от 76,9 x 38,5 до 77,8 x 38,9 угловых секунд для Стикса и от 67,6 x 32,0 до 68,0 x 32,2 для Кербера. Таким образом, у Стикса нет кольцевых затмений, его самая широкая ось более чем на 10 угловых секунд больше, чем у Солнца в его наибольшем размере. Однако Кербер, хотя и немного больше, не может делать полные затмения, так как его самая большая малая ось составляет всего 32 угловых секунды. Затмения Кербером и Стиксом будут полностью состоять из частичных и гибридных затмений, при этом полные затмения будут крайне редки.

Следующий период взаимных событий, вызванных Хароном, начнется в октябре 2103 года, достигнет пика в 2110 году и закончится в январе 2117 года. В течение этого периода солнечные затмения будут происходить один раз в каждый плутонианский день, с максимальной продолжительностью 90 минут. [38] [39]

Исследование

Система Плутона была посещена космическим аппаратом New Horizons в июле 2015 года. Были получены изображения с разрешением до 330 метров на пиксель Никты и до 1,1 километра на пиксель Гидры. Изображения с более низким разрешением были получены для Стикса и Кербера. [40]

Примечания

  1. ^ "P1P2_motion.avi". Архивировано из оригинала (AVI) 4 ноября 2005 г.и барицентр для анимации
  2. ^ Соотношение 18:22:33 в резонансе трех тел соответствует резонансу двух тел с соотношением 2:3 между Гидрой и Никтой.
  3. ^ Соотношение 18:22:33 в резонансе 3 тел соответствует резонансу 2 тел с соотношением 9:11 между Стиксом и Никсом . По аналогии, соотношение 18:22:33 в резонансе 3 тел соответствует резонансу 2 тел с соотношением 6:11 между Стиксом и Гидрой.
  4. ^ Это вычисляется следующим образом: для каждой орбиты Гидры существуют орбиты Никс и орбиты Стикса. Соединения происходят с относительной частотой для Стикса-Гидры, для Никс-Гидры и для Стикс-Никс. Умножение всех трех частот на (чтобы сделать их целыми числами) дает, что существуют соединения Стикс-Гидра и соединения Никс-Гидра для каждого соединения Стикс-Никс.
  5. ^ Метка относится к римским цифрам, присвоенным каждой луне в порядке их открытия. [33]
  6. ^ ab Эксцентриситет и наклонение орбит Плутона и Харона равны, поскольку они относятся к одной и той же задаче двух тел (гравитационное влияние меньших спутников здесь не учитывается).
  7. ^ Многие астрономы используют это произношение, произношение Кристи, а не классическое / ˈ k ɛər ɒ n / , но оба варианта считаются приемлемыми.

Ссылки

  1. ^ ab Kenyon, Scott J.; Bromley, Benjamin C. (28 января 2019 г.). "Соната Плутона-Харона: динамическая архитектура циркумбинарной спутниковой системы". The Astrophysical Journal . 157 (2): 79. arXiv : 1810.01277 . Bibcode :2019AJ....157...79K. doi : 10.3847/1538-3881/aafa72 . S2CID  119091388.
  2. ^ "Луны танцуют вокруг Плутона". Смитсоновский институт. 9 июня 2015 г. Получено 9 апреля 2016 г.
  3. ^ "Луны Плутона | Пять спутников Плутона". Space.com . Получено 27 октября 2018 г. .
  4. ↑ Грин, Дэниел У. Э. (21 июня 2006 г.). «Спутники Плутона». Циркуляр МАС . 8723. Получено 26 ноября 2011 г.«NASA's Hubble Discovers Another Moon Around Pluto». NASA. 20 июля 2011 г. Получено 20 июля 2011 г.
  5. ^ "Hubble Discovers a Fifth Moon Orbiting Pluto". hubblesite.org . 29 июля 2012 г. Архивировано из оригинала 17 ноября 2012 г. Получено 29 июля 2015 г.
  6. ↑ Сотрудники (30 января 2014 г.). "Barycenter". Education.com . Получено 4 июня 2015 г. .
  7. ^ «Проект определения терминов «планета» и «плутоны» МАС». Международный астрономический союз. 16 августа 2006 г. Получено 4 июня 2015 г.
  8. ^ Ниммо, Фрэнсис; и др. (2017). «Средний радиус и форма Плутона и Харона по изображениям New Horizons». Икар . 287 : 12–29. arXiv : 1603.00821 . Бибкод : 2017Icar..287...12N. дои :10.1016/j.icarus.2016.06.027. S2CID  44935431.
  9. ^ "New Horizons 'Capatures' Two of Pluto's Smaller Moons". New Horizons . Получено 29 июля 2015 г. .
  10. ^ Новые горизонты подбирают Стикс
  11. ^ Последняя из лун Плутона – Таинственный Кербер – Раскрыт New Horizons
  12. ^ Steffl, AJ; Mutchler, MJ; Weaver, HA; Stern, SA; Durda, DD; Terrell, D.; Merline, WJ; Young, LA; Young, EF; Buie, MW; Spencer, JR (2006). «Новые ограничения на дополнительные спутники системы Плутона». The Astronomical Journal . 132 (2): 614–619. arXiv : astro-ph/0511837 . Bibcode : 2006AJ....132..614S. doi : 10.1086/505424. S2CID  10547358.
  13. ^ Стерн, С. Алан; Уивер, Гарольд А. младший; Стеффл, Эндрю Дж.; и др. (2005). «Характеристики и происхождение четверной системы на Плутоне». arXiv : astro-ph/0512599 .
  14. ^ Кеньон, SJ (3 июня 2015 г.). «Астрономия: Плутон лидирует в формировании планет». Nature . 522 (7554): 40–41. Bibcode :2015Natur.522...40K. doi : 10.1038/522040a . PMID  26040888. S2CID  205085254.
  15. ^ Stern, SA; Bagenal, F.; Ennico, K.; et al. (2015). «Система Плутона: начальные результаты ее исследования New Horizons». Science . 350 (6258): aad1815. arXiv : 1510.07704 . Bibcode :2015Sci...350.1815S. doi :10.1126/science.aad1815. PMID  26472913. S2CID  1220226.(Добавки)
  16. ^ "Орбиты 4 тел в системе Плутона относительно барицентра, как видно с Земли". Сайт Хаббла . Получено 21 июня 2006 г.
  17. ^ Пасачофф, Джей М.; Бабкок, Брайс А.; Соуза, Стивен П.; и др. (2006). «Поиск колец, лун или обломков в системе Плутона во время затмения 12 июля 2006 года». Бюллетень Американского астрономического общества . 38 (3): 523. Bibcode : 2006DPS....38.2502P.
  18. ^ abcdefg Шоуолтер, MR ; Гамильтон, DP (3 июня 2015 г.). «Резонансные взаимодействия и хаотическое вращение малых лун Плутона». Nature . 522 (7554): 45–49. Bibcode :2015Natur.522...45S. doi :10.1038/nature14469. PMID  26040889. S2CID  205243819.
  19. ^ Королевский кодекс (2016). Плутон и Харон. СиньXii. п. 197. ИСБН 9781534633520. Получено 13 марта 2018 г.
  20. ^ Witze, Alexandra (2015). «Спутники Плутона движутся синхронно». Nature . doi :10.1038/nature.2015.17681. S2CID  134519717.
  21. ^ Мэтсон, Дж. (11 июля 2012 г.). «Новолуние Плутона: телескоп Хаббл обнаружил пятый спутник Плутона». Веб-сайт Scientific American . Получено 12 июля 2012 г.
  22. ^ Литвик, Й.; Й. Ву (2008). «О происхождении малых спутников Плутона, Никты и Гидры». arXiv : 0802.2951 [astro-ph].
  23. ^ Correia, ACM; Leleu, A.; Rambaux, N.; Robutel, P. (2015). "Связь спин-орбиты и хаотическое вращение для двойных тел. Применение к малым спутникам системы Плутон-Харон". Astronomy and Astrophysics . 580 : L7. arXiv : 1506.06733 . Bibcode :2015A&A...580L..14C. doi :10.1051/0004-6361/201526800. S2CID  119098216.
  24. ^ ab Weaver, HA (2016). «Малые спутники Плутона, наблюдаемые New Horizons». Science . 351 (6279): 1281. arXiv : 1604.05366 . Bibcode :2016Sci...351.0030W. doi :10.1126/science.aae0030. PMID  26989256. S2CID  206646188.
  25. ^ ab Quillen, AC; Nichols-Fleming, F.; Chen, Y.-Y.; Noyelles, B. (2017). «Эволюция наклонения малых спутников Плутона и Харона». Icarus . 293 : 94–113. arXiv : 1701.05594 . Bibcode :2017Icar..293...94Q. doi :10.1016/j.icarus.2017.04.012. S2CID  119408999.
  26. ^ Чанг, Кеннет (3 июня 2015 г.). «Астрономы описывают хаотический танец лун Плутона». New York Times . Получено 4 июня 2015 г.
  27. ^ Мудрость, Дж.; Пил, С.Дж.; Миньяр, Ф. (1984). «Хаотическое вращение Гипериона». Икар . 58 (2): 137–152. Бибкод : 1984Icar...58..137W. CiteSeerX 10.1.1.394.2728 . дои : 10.1016/0019-1035(84)90032-0. 
  28. ^ Ragozzine, Darin (17 октября 2016 г.). «Быстро вращающиеся регулярные спутники и приливы». Planetary Society . Получено 12 сентября 2017 г. .
  29. ^ Canup, RM (8 января 2005 г.). "Происхождение Плутона-Харона в результате гигантского удара" (PDF) . Science . 307 (5709): 546–550. Bibcode :2005Sci...307..546C. doi :10.1126/science.1106818. PMID  15681378. S2CID  19558835.
  30. ^ Stern, SA ; Weaver, HA; Steff, AJ; Mutchler, MJ; Merline, WJ; Buie, MW; Young, EF; Young, LA; Spencer, JR (23 февраля 2006 г.). "A giant impact origin for Pluto's small moons and satellite multiplecy in the Kuiper belt" (PDF) . Nature . 439 (7079): 946–948. Bibcode :2006Natur.439..946S. doi :10.1038/nature04548. PMID  16495992. S2CID  4400037. Архивировано из оригинала (PDF) 19 января 2012 г. . Получено 20 июля 2011 г. .
  31. ^ Элементы орбиты малых спутников из Шоуолтера и Гамильтона, 2015; масса и величина из Буи и Гранди, 2006
  32. ^ ab Данные о Плутоне от DR Williams (7 сентября 2006 г.). "Pluto Fact Sheet". NASA . Получено 24 марта 2007 г..
  33. ^ "Planet and Satellite Names and Discoverers". Gazetteer of Planetary Nomenclature . USGS Astrogeology . Получено 23 июня 2022 г.
  34. ^ "Планетарные названия". planetarynames.wr.usgs.gov . Получено 6 января 2023 г. .
  35. ^ "(134340) Плутон, Харон, Никс, Гидра, Кербер и Стикс". www.johnstonsarchive.net . Получено 22 июня 2018 г. .
  36. ^ ab "Специальная сессия: Планета 9 из внешнего космоса - Геология и геохимия Плутона". YouTube . Институт Луны и планет . 25 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. Получено 27 мая 2019 г.
  37. ^ ab Verbiscer, AJ; Porter, SB; Buratti, BJ; Weaver, HA; Spencer, JR; Showalter, MR; Buie, MW; Hofgartner, JD; Hicks, MD; Ennico-Smith, K.; Olkin, CB; Stern, SA; Young, LA; Cheng, A. (2018). "Фазовые кривые Никты и Гидры с камер визуализации New Horizons". The Astrophysical Journal . 852 (2): L35. Bibcode :2018ApJ...852L..35V. doi : 10.3847/2041-8213/aaa486 .
  38. ^ "Начало затмения". JPL Solar System Simulator. 12 декабря 1987 г. Архивировано из оригинала 24 марта 2017 г. Получено 29 июля 2014 г.(Плутон, видимый с Солнца во время середины затмения)
  39. ^ "Конец затмения". JPL Solar System Simulator. 12 декабря 1987 г. Архивировано из оригинала 24 марта 2017 г. Получено 29 июля 2014 г.
  40. ^ "New Horizons flyby timeline". Архивировано из оригинала 15 июля 2015 года . Получено 25 июля 2015 года .

Источники

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Спутники Плутона» .