Арієль (супутник)
Арієль[1][2], або Аріель[3][2][4][5][6][7][8][9][10][11] (англ. Ariel) — четвертий за величиною супутник Урана. Відкритий 24 жовтня 1851 року Вільямом Ласселлом одночасно з Умбріелем, і названий на честь ведучого сильфа з поеми Александра Поупа «Викрадення локона»[en], а також духа, що служив Просперо у творі Вільяма Шекспіра «Буря». Майже всі наявні дані про Аріель отримані в ході прольоту космічного апарату «Вояджер-2» 1986 року. Знято лише 35 % його поверхні. Жоден інший космічний апарат із ним не зближувався; немає і затверджених планів їхнього запуску до системи Урана в майбутньому. Аріель — один із найменших кулястих супутників у Сонячній системі (14-й за розміром із 19). Серед супутників Урана він четвертий за розміром (із п'яти великих супутників менша від нього лише Міранда) і має рекордне альбедо. Він складається приблизно наполовину з льоду і наполовину з кам'янистих порід і, цілком можливо, диференційований на кам'яне ядро і крижану мантію. Як і всі великі супутники Урана, Аріель, ймовірно, утворився з акреційного диска, що оточував планету деякий час після її формування. У Аріеля складний рельєф поверхні — сильно кратеровані ділянки перетинаються обривами, каньйонами і гірськими хребтами. На ньому є молодші, ніж на інших супутниках Урана, сліди геологічної активності. Джерелом енергії для неї, швидше за все, було припливне нагрівання. Орбіта Аріеля, як і інших великих супутників Урана, лежить у площині екватора планети. Тому ці супутники піддаються екстремальним сезонним змінам освітленості. Відкриття і назваАріель (разом із Умбріелем) відкрив Вільям Ласселл 24 жовтня 1851 року[12][13]. Супутник названо на честь головної сильфіди з поеми Александра Поупа «Викрадення локона»[en][17]. Таке ж ім'я має дух, що прислужує Просперо в творі Шекспіра «Буря»[18]. Назву «Аріель» разом із назвами ще трьох супутників Урана, відомих на той час, запропонував Джон Гершель 1852 року на прохання Лассела[19]. Лассел підтримував схему Гершеля 1847 року для позначення семи відомих на той час супутників Сатурна та назвав відкритий ним 1848 року восьмий супутник Гіперіон згідно з цією схемою. Аріель також відомий як Уран І[13]. ОрбітаСеред п'яти великих супутників Урана Аріель другий за віддаленістю від планети.[a 1] Він рухається на відстані 190 000 км від планети. Ексцентриситет орбіти та її нахил до екватора Урана дуже малі[20]. Орбітальний період становить близько 2,5 земних днів і збігається з періодом обертання. Таким чином, Аріель завжди обернений до Урана одним боком[21]. Орбіта Аріеля цілком лежить всередині магнітосфери Урана[22]. Тому з його веденою півкулею постійно зіштовхуються частинки магнітосферної плазми, які рухаються по орбіті набагато швидше Аріеля (з періодом, що дорівнює періоду осьового обертання Урана). Мабуть, це й призводить до потемніння веденої півкулі[23]. Ця особливість спостерігається в усіх великих супутників Урана, крім Оберона[22]. Оскільки Уран обертається навколо Сонця «на боці», а орбіти його супутників лежать в екваторіальній площині планети, зміна пір року на них дуже своєрідна. Кожен полюс Аріеля 42 роки перебуває в темряві і 42 роки — неперервно освітлений, причому під час сонцестояння на полюсі Сонце майже досягає зеніту[22]. Проліт «Вояджера-2» 1986 року збігся з сонцестоянням у південній півкулі, і при цьому майже вся північна була в тіні. Раз на 42 роки — під час рівнодення на Урані — Земля перебуває поблизу його екваторіальної площини, і тоді з Землі можна спостерігати взаємні покриття його супутників. Декілька таких подій спостерігалося у 2007—2008 роках (зокрема, покриття Аріеля Умбріелем 19 серпня 2007 року)[24]. Наразі Аріель не перебуває в орбітальному резонансі з жодним іншим супутником Урана. У минулому, імовірно, був резонанс 5:3 із Мірандою, який міг бути причиною нагрівання останньої (хоча нагрівання надр Міранди через її резонанс 1:3 з Умбріелем було приблизно втричі більшим)[25]. Аріель, ймовірно, колись був у резонансі 4:1 з Титанією, з якого пізніше вийшов[26]. Супутникам Урана набагато простіше вийти з орбітального резонансу, ніж аналогічним за масою супутникам Сатурна чи Юпітера, через менше полярне стиснення Урана[26]. Резонанс, в якому, імовірно, перебував Аріель 3,8 млрд років тому, збільшив ексцентриситет орбіти. Результатом цього стало тертя в надрах Аріеля через регулярну зміну величини припливних сил, що могло призвести до нагрівання надр супутника на 20°[26]. Склад і внутрішня будоваАріель — четвертий за величиною і, можливо, третій за масою супутник Урана.[a 2] Його густина становить 1,66 г/см3[27]; це вказує на те, що супутник складається приблизно з рівних частин водяного льоду і щільніших порід[28]. Останні можуть складатися з каменю та вуглецевого матеріалу, в тому числі з високомолекулярних органічних сполук, що називаються толінами[21]. З використанням інфрачервоної спектроскопії на поверхні виявлений водяний лід[22]. Його абсорбційні смуги сильніше виражені на ведучій півкулі (спрямованій у бік руху по орбіті)[22]. Причини такої асиметрії невідомі, але вважається, що вона викликана бомбардуванням поверхні зарядженими частинками з магнітосфери Урана, яке діє на задню півкулю[22]. Ці іони розпилюють лід, розкладаючи метан, який міститься в ньому (та утворює клатрат) і діють на інші органічні речовини, залишаючи темний залишок, багатий вуглецем[22]. Крім водяного льоду, з допомогою інфрачервоної спектроскопії на Аріелі був виявлений вуглекислий газ (CO2), який сконцентрований переважно на веденій півкулі. На цьому супутнику Урана він проглядається в ході таких спостережень краще (і був відкритий раніше), ніж на всіх інших[22]. Походження вуглекислого газу не зовсім зрозуміле. Він міг утворитися на поверхні з карбонатів чи органічних речовин під дією сонячного ультрафіолетового випромінювання чи іонів, що прибувають із магнітосфери Урана. Останнє може пояснити асиметрію в розподілі вуглекислого газу по поверхні супутника, тому що ці іони бомбардують саме ведену півкулю. Інше можливе джерело — дегазація водяного льоду в надрах Аріеля. В такому випадку вивільнення CO2 може бути наслідком колишньої геологічної активності супутника[22]. Враховуючи розмір Аріеля, співвідношення в ньому льоду і каменю та можлива наявність солі чи аміаку (які понижують температуру замерзання води), можна зробити висновок, що супутник може бути диференційований на кам'яне ядро і крижану мантію[28]. Якщо це так, то маса ядра становить приблизно 56 % маси Аріеля, а його радіус — 64 % от радіуса супутника (близько 372 км). Ці параметри розраховані виходячи зі складу Аріеля. Тиск у центрі супутника становить близько 0,3 ГПа (3 кбар)[28]. Поточний стан крижаної мантії незрозумілий, але існування підземного океану вважається малоймовірним[28]. Походження та еволюціяЯк і всі головні супутники Урана, Аріель, ймовірно, сформувався з акреційного диска газу і пилу, який або існував навколо Урана протягом якогось часу після формування планети, або з'явився при величезному зіткненні, яке, скоріш за все, і дало Урану дуже великий нахил осі обертання[29]. Точний склад туманності невідомий, однак вища густина супутників Урана у порівнянні з супутниками Сатурна вказує на те, що вона, ймовірно, містила менше води[21]. Значні кількості вуглецю та азоту можуть перебувати у вигляді оксиду вуглецю (CO) і молекулярного азоту (N2), а не метану та аміаку[29]. Супутник, що сформувався з такої туманності, повинен містити меншу кількість водяного льоду (з клатратами CO і N2) та більшу кількість кам'янистих порід, що пояснювало б його високу густину[21]. Утворення Аріеля шляхом акреції, ймовірно, тривало протягом кількох тисяч років[29]. Зіткнення, що супроводжували акрецію, викликали нагрівання зовнішніх шарів супутника. Максимальна температура (близько 195 K) була досягнута на глибині близько 31 км[30]. Після завершення формування зовнішній шар охолонув, а внутрішній почав нагріватися через розпад радіоактивних елементів[21]. Поверхневий шар за рахунок охолодження стискався, у той час як внутрішній за рахунок нагрівання розширювався. Це викликало сильні напруження в корі Аріеля (за оцінками, до 30 МПа), що, ймовірно, і призвело до утворення численних розломів[31], в тому числі, можливо, частини видимих сьогодні[32]. Цей процес мав тривати близько 200 млн років[31]. Тепла від початкової акреції та розпаду радіоактивних елементів могло вистачити для плавлення льоду, якщо в ньому є які-небудь антифризи — аміак чи сіль[30]. Танення могло призвести до відділення льоду від каменю й формування кам'яного ядра, оточеного крижаною мантією[28]. На їхній межі міг з'явитися шар рідкої води, насиченої аміаком. Евтектична температура їхньої суміші — 176 К[28]. Але, скоріш за все, цей підземний океан давно замерз. Розширення, яке супроводжувало замерзання, могло призвести до розтріскування кори, появи каньйонів і згладжування давніших деталей рельєфу[32]. До свого замерзання вода, можливо, виривалася на поверхню (процес, відомий як кріовулканізм) і затоплювала дно каньйонів[30]. Моделювання термічної історії супутника Сатурна Діони, яка схожа на Аріель за розмірами, густиною і поверхневою температурою, припускає, що конвекція в надрах Аріеля (попри їх твердий стан), імовірно, тривала протягом мільярдів років. Температура вище 173 К (точки плавлення розчину аміаку) біля поверхні супутника зберігалася протягом кількох сотень мільйонів років після його утворення, а ближче до ядра — протягом мільярда років[32]. Дослідження та спостереженняВидима зоряна величина Аріеля становить 14,4m[33] — така ж, як у Плутона в перигелії. Однак Плутон можна побачити в телескоп з апертурою 30 см[34], а Аріель через близькість до Урана часто не видно навіть у 40-сантиметровий[35]. Зображення Аріеля зблизька отримав лише «Вояджер-2» 1986 року під час прольоту біля Урана та його супутників. Мінімальна відстань між зондом та Аріелем — 127 000 км — була досягнута 24 січня 1986 року[36]. Із супутників Урана «Вояджер-2» тісніше зближувався лише з Мірандою[37]. Найкращі знімки Аріеля мають роздільність близько 2 км[32]. Зображення вкривають лише 40 % поверхні, і лише 35 % відзняті достатньо добре для геологічного картування та підрахунку кратерів[32]. Дослідити вдалося лише південну півкулю супутника (північна в той час перебувала в тіні)[21]. Жоден інший космічний апарат не відвідував Аріель і взагалі систему Урана; не планується відвідування й у найближчому майбутньому[38]. 26 липня 2006 року космічний телескоп «Габбл» зняв проходження Аріеля по диску Урана. При цьому було видно тінь від супутника на хмарах планети. Такі події рідкісні і можуть спостерігатися лише під час рівнодень на Урані, коли площина орбіти Аріеля перетинає внутрішню частину Сонячної системи, де розташована Земля[39]. Інше проходження (2008 року) було зареєстровано Європейською південною обсерваторією[40]. ПоверхняАріель вкритий звивистими каньйонами та долинами. Його каньйони є широкими грабенами[41]. Є великі ділянки, де дуже мало ударних кратерів. Це вказує на геологічну активність супутника, принаймні у відносно недавньому минулому. Поверхня супутника в багатьох місцях вкрита відкладами дуже світлої речовини, мабуть, водяного інею. Висота стінок рифтових долин досягає 10 км. Деякі ділянки гладенькі, ніби вкриті рідким брудом, що може свідчити про потоки рідини в геологічно недавньому минулому. Це може бути і пластичний лід (подібно до льодовиків на Землі, які повільно «течуть»), але при настільки низьких температурах для досягнення пластичності водяний лід має бути змішаний з іншими речовинами, наприклад, аміаком і метаном. Не виключена наявність кріовулканізму[42].
Альбедо та колірАріель — найсвітліший супутник Урана. Його альбедо Бонда становить 23 %, а геометричне альбедо — 53 %[44]. Поверхня Аріеля демонструє сильний опозиційний ефект: при збільшенні фазового кута з 0° до 1° відбивальна здатність зменшується з 53 % до 35 %[44]. Колір поверхні цього супутника майже сірий[45] і не залежить ні від альбедо, ні від рельєфу. Наприклад, у каньйонів такий самий колір, як і у кратерованих ділянок. Однак яскраві викиди зі свіжих кратерів трохи синіші[45][46]. Крім того, на поверхні є декілька трохи синіших плям. В рельєфі вони, мабуть, ніяк не виражені[46]. Ведена півкуля в цілому червоніша, ніж ведуча приблизно на 2 %[46]. Деталі рельєфуНа поверхні Аріеля є три основних типи ділянок: гладенькі, кратеровані та пересічені каньйонами[32]. Найбільш звичні деталі рельєфу — ударні кратери, каньйони, обриви зі зсувами, гірські хребти та западини[43]. Південний полюс Аріеля оточує сильно кратерована область, найбільша на цьому супутнику. Це найстаріша ділянка його поверхні[32]. Область покрита мережею обривів, каньйонів (грабенів) та вузьких гірських хребтів, переважно розташованих у середніх широтах[32]. Каньйони (лат. chasma, мн. chasmata)[47], ймовірно, є грабенами, які сформувалися при глобальному розтягові кори. Він був викликаний замерзанням води (ймовірно, з домішкою аміаку) в надрах супутника[21][32]. Каньйони переважно простягаються на схід або північний схід і досягають 15—50 км у ширину[32]. Дно багатьох каньйонів випукле і припідняте на 1—2 км[47]. Іноді дно відділене від стін каньйону розломами шириною близько 1 км[47]. По центрі найширших грабенів проходять канавки, названі долинами (лат. vallis, мн. valles)[21]. Найдовша система каньйонів Аріеля — каньйони Качіна: їхня протяжність становить понад 620 км (під час спостережень «Вояджера-2» вони виходили за термінатор, тому їхня повна довжина невідома)[43][48]. Інший основний тип ландшафту — місцевість, пересічена хребтами та западинами. Такі ділянки мають форму смуг, що обрамляють кратеровані області та ділять їх на багатокутні частини. Ширина цих смуг — 25—70 км. Хребти та розломи всередині кожної з них сягають довжини 200 км і розташовані один від одного на відстані 10—35 км. Смуги пересіченої місцевості часто продовжуються каньйонами і, ймовірно, можуть бути результатом іншої реакції кори на ту ж саму розривну напруженість[32]. Наймолодші ділянки Аріеля — гладенькі відносно низовинні рівнини. Вони розташовуються на дні каньйонів, а також у декількох низовинах всередині кратерованих областей[21]. В останньому випадку вони також мають різкі краї, іноді лопатеподібної форми[32]. Судячи з різного ступеня кратерованості таких рівнин, вони утворилися в різний час[32]. Їх походження, швидше за все, вулканічне: кратери на них нагадують щитові вулкани на Землі, а різкі краї вказують на те, що вивержена рідина була дуже в'язкою. Можливо, це була переохолоджена вода чи аміачний розчина, а можливо, і твердий лід[47]. Товщина цього гіпотетичного потоку кріолави оцінюється в 1—3 км[47]. Тому каньйони, ймовірно, були сформовані ще в період ендогенної активності на Аріелі[32]. Аріель покритий кратерами рівномірніше, ніж інші супутники Урана, а великих кратерів на ньому відносно мало. Найбільший кратер Аріеля — Янгур[en] — має всього 78 км в діаметрі[43]. Це вказує на те, що його поверхня набула сучасного вигляду відносно недавно: у якийсь період його історії вона суттєво оновилася[32]. Вважається, що джерелом енергії для тектонічної активності Аріеля було припливне нагрівання у той час, коли його орбіта була сильніше витягнута[26]. Усі великі кратери на Аріелі мають плоске дно і центральний пік, і лише небагато кратерів оточені яскравими викидами. Багато кратерів є багатокутними — мабуть, на їхню форму вплинула структура кори, що існувала раніше. На кратерованих ділянках є декілька великих (порядку сотень кілометрів у діаметрі) світлих плям, які можуть бути зруйнованими ударними кратерами. Якщо це так, вони подібні до палімпсестів[en] на супутнику Юпітера Ганімеді[32]. Зокрема, вважається, що кругла 245-кілометрова западина, розташована на 10° пд. ш., 30° сх. д., — це сильно зруйнований великий кратер[49]. ПриміткиДжерела
Література
|