В астрономии внутренняя луна или внутренний естественный спутник — это естественный спутник, следующий прямой , малонаклонной орбите внутрь больших спутников родительской планеты. Обычно считается, что они были сформированы in situ в то же время, что и слияние исходной планеты. Спутники Нептуна являются исключением, поскольку они, вероятно, являются повторными агрегатами частей исходных тел, которые были разрушены после захвата большого спутника Тритона . [1] Внутренние спутники отличаются от других регулярных спутников своей близостью к родительской планете , короткими орбитальными периодами (обычно менее суток), малой массой, небольшими размерами и неправильной формой.
В настоящее время известно тридцать внутренних спутников, обнаруженных на орбитах всех четырех гигантских планет ( Юпитера , Сатурна , Урана и Нептуна ). Из-за их небольшого размера и яркого света от близлежащей планеты их очень трудно наблюдать с Земли. Некоторые из них, такие как Пан и Дафнис на Сатурне, когда-либо наблюдались только с помощью космических аппаратов.
Первым внутренним спутником, который был обнаружен, была Амальтея , открытая Э. Э. Барнардом в 1892 году. Затем были луны Сатурна Эпиметей и Янус , обнаруженные в 1966 году. Эти две луны имеют одну и ту же орбиту , и возникшая путаница относительно их статуса не была разрешена до пролета Вояджера-1 в 1980 году. Большинство оставшихся внутренних спутников были обнаружены космическими аппаратами Вояджер-1 и Вояджер-2 во время их пролетов мимо Юпитера (1979), Сатурна (1980), Урана (1986) и Нептуна (1989).
В последние годы космический аппарат «Кассини» с 2005 по 2009 год обнаружил еще несколько внутренних спутников на орбите Сатурна , а космический телескоп «Хаббл» обнаружил их на орбите Урана (2003 год) и Нептуна (2013 год) .
Все внутренние спутники следуют почти круговым, прямым орбитам. Медианный эксцентриситет составляет 0,0012, в то время как самый эксцентричный внутренний спутник — это Фива с e=0,0177. Их наклон к экваториальным плоскостям своих планет также очень мал. Все, кроме одного, имеют наклон менее одного градуса, медиана составляет 0,1°. Наяда, ближайший спутник Нептуна, является исключением, наклонившись на 4,75° к экватору Нептуна.
Внутренние спутники вращаются внутри планетарных колец, в пределах предела Роша жидкости , и только внутренняя прочность и трение их материалов не позволяют им быть разорванными приливными силами. Это означает, что если бы камешек был помещен в часть спутника, наиболее удаленную от планеты, приливная сила, направленная наружу, была бы сильнее, чем гравитация спутника по направлению к планете, поэтому камешек упал бы вверх. Вот почему фотографии этих спутников показывают, что они полностью очищены от гальки, пыли и камней.
Наиболее экстремальными случаями являются спутник Сатурна Пан , который вращается внутри колец всего на 70% от своего жидкого предела Роша, а также спутник Нептуна Наяда . Плотность Наяды неизвестна, поэтому ее точный предел Роша также неизвестен, но если бы ее плотность была ниже 1100 кг/м 3, она бы лежала на еще меньшей доле своего предела Роша, чем Пан.
Те спутники, у которых орбитальный период короче периода вращения их планеты, испытывают приливное замедление , вызывающее очень постепенное спиральное движение к планете. В отдаленном будущем эти луны столкнутся с планетой или проникнут достаточно глубоко в пределы своего предела Роша, чтобы быть приливно разрушенными на фрагменты. Луны, затронутые таким образом, - это Метис и Адрастея на Юпитере, а также большинство внутренних лун Урана и Нептуна - вплоть до Пердиты и Лариссы , соответственно. Однако ни одна из лун Сатурна не испытывает этого эффекта, поскольку Сатурн является относительно очень быстрым вращателем.
Внутренние спутники малы по сравнению с основными лунами соответствующих планет. Все они слишком малы, чтобы достичь сфероидальной формы в результате гравитационного коллапса. Многие из них сильно вытянуты, например, Амальтея, которая в два раза длиннее ширины. Самым крупным из внутренних спутников является Протей, который имеет около 440 км в поперечнике в самом длинном измерении и близок к сферической форме, но недостаточно сферичен, чтобы считаться гравитационно коллапсировавшим спутником. Протей больше Мимаса , самого маленького известного круглого спутника. Большинство известных внутренних спутников имеют поперечник от 50 до 200 км, а самый маленький подтвержденный — Дафнис размером от 6 до 8 км. ( Эгеон еще меньше в0,66 ± 0,12 км в поперечнике, но недостаточно велик, чтобы проложить канал в кольцах, как это делает Дафнис.) Неподтвержденные тела, вращающиеся вблизи кольца F Сатурна , такие как S/2004 S 6 , могут быть несколько меньшими лунами, если они не являются переходными сгустками пыли. Космический аппарат Кассини недавно обнаружил признаки (небольшие пылевые кольца), что еще меньшие луны могут вращаться в Щели Кассини . [2] Размер самых маленьких известных внутренних лун вокруг внешних планет увеличивается с расстоянием от Солнца, но эта тенденция, как полагают, связана с все более сложным освещением и условиями наблюдения, а не с какой-либо физической тенденцией. В конечном итоге могут быть обнаружены более мелкие внутренние луны.
Все внутренние спутники приливно заблокированы , то есть их орбита синхронна с их вращением, так что они показывают только одну сторону к своей родительской планете. Их длинные оси обычно выровнены так, чтобы указывать на свою планету.
Все внутренние спутники Юпитера, Урана и Нептуна имеют очень темные поверхности с альбедо от 0,06 ( Метида ) до 0,10 ( Адрастея ). Спутники Сатурна, напротив, имеют очень яркие поверхности с альбедо от 0,4 до 0,6. Считается, что это происходит потому, что их поверхности покрываются свежими частицами льда, выметенными из кольцевой системы, внутри которой они вращаются. Внутренние спутники вокруг других планет могли потемнеть из-за космического выветривания . Ни один из известных внутренних спутников не обладает атмосферой.
Внутренние спутники, которые были сфотографированы, показывают сильно кратерированные поверхности. Скорость образования кратеров для тел, вращающихся вблизи гигантских планет, выше, чем для главных и внешних лун из-за гравитационной фокусировки : вращающиеся вокруг Солнца тела, которые проходят в большую область вблизи гигантской планеты , предпочтительно отклоняются к планете ее гравитационным полем, так что частота потенциальных ударов, проходящих через заданную площадь поперечного сечения вблизи планеты, намного больше, чем в межпланетном пространстве. В результате было подсчитано, что очень маленькие тела на внутренних орбитах, как ожидается, будут разрушены внешними ударами в масштабе времени, намного короче возраста Солнечной системы. Это установило бы нижний предел размера оставшихся внутренних лун.
По крайней мере, два из внутренних спутников Сатурна (Атлас и Прометей) имеют экваториальные хребты. Хребет на Атласе особенно заметен. Кроме того, Пандора покрыта каким-то мелким осадком. Было высказано предположение, что эти особенности обусловлены аккрецией кольцевого материала на эти спутники. Дополнительным доказательством такого процесса может быть низкая плотность этих тел (возможно, из-за рыхлости материала, накопленного таким образом) и их высокое альбедо. Было замечено, что Прометей притягивает диффузный материал из кольца F во время периодических близких сближений.
У Юпитера наименьший набор внутренних спутников, включающий только следующие четыре:
Космический аппарат «Галилео» мог наблюдать несколько спутников вблизи орбиты Амальтеи. [3]
Девять известных внутренних спутников Сатурна тесно связаны с его кольцевой системой , и многие из них вращаются внутри колец, создавая между ними промежутки или «пастушьи» колечки.
S/2009 S 1 и Aegaeon недостаточно велики, чтобы прочистить собственные каналы в кольцах. То же самое касается и небольших лун Methone , Anthe и Pallene , которые вращаются между более крупными лунами Сатурна Mimas и Enceladus .
В окрестностях кольца F было замечено несколько локализованных объектов, таких как S/2004 S 3 , S/2004 S 4 и S/2004 S 6 , иногда окруженных пылевым гало , но в настоящее время неясно, являются ли они все временными скоплениями или некоторые из них могут включать небольшие твердые объекты (луны).
Уран имеет самую обширную систему внутренних спутников, включающую тринадцать известных лун:
У Нептуна есть семь известных внутренних спутников:
Считается, что это груды обломков, повторно аккрецированные из фрагментов первоначальных спутников Нептуна (внутренних или нет). Они были сильно возмущены Тритоном в период вскоре после захвата этой луны на очень эксцентричную начальную орбиту. Возмущения привели к столкновениям между спутниками, и та часть фрагментов, которая не была потеряна, повторно аккрецирована в нынешние внутренние спутники после того, как орбита Тритона стала круговой. [1]
Большинство внутренних спутников были получены с помощью космических аппаратов Voyager 1 и Voyager 2. Большинство из них были видны на снимках только в виде отдельных пикселей или разрешены до нескольких пикселей в поперечнике. Однако довольно подробные особенности поверхности были обнаружены на следующих лунах: