Гипотезы образования аномальной структуры поверхности спутника Сатурна Япет

Гипотезы образования аномальной структуры поверхности спутника Сатурна Япет

Управление образования администрации Советского района г. Минска

ГУО «Политехническая гимназия № 6 г. Минска»

Гипотезы образования аномальной структуры поверхности спутника Сатурна Япет

Автор: Цвирко Валерий Александрович,

ГУО «Политехническая гимназия № 6 г. Минска»,

«Е» класс

Научные руководители:

Цыркун Константин Иванович,

Минск, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

.        Основная часть

.1      Система наиболее известных спутников Сатурна

.2      История исследований Япета

.3      Физические характеристики спутника Сатурна Япета

.4      «Загадки» Япета

.5      Известные гипотезы об образовании аномалий поверхности спутника

.6      Гипотеза автора об образовании аномалий Япета

.6.1   Горный хребет

.6.2   Наклон орбиты

Заключение

Приложение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы

Исследование проблемы формирования аномальной структуры поверхности спутника Сатурна Япет, его двуцветности и экстраординарности наклона орбиты.

Задачи

1.      Описание наиболее известных спутников Сатурна и условий их формирования.

.        Исследование данных о спутнике Япете.

.        Анализ существующих гипотез о формировании рельефа поверхности спутника.

.        Выдвижение и обоснование авторской гипотезы о формировании рельефа, возникновении оползней, происхождении двуцветности поверхности спутника, экстраординарности его орбиты.

Обоснование

Данная тема представляется нам весьма интересной с точки зрения познания процессов, происходивших на спутниках планет Солнечной системы много миллионов лет назад и происходящих в настоящее время. Исследование этих процессов позволяет открыть путь к пониманию истории развития нашей планетной системы в целом, а также других планетных систем.

Методы исследования

В данной работе используются следующие методы исследования:

.Изучение теории О.Ю. Шмидта о происхождении Солнечной системы в целом и спутников планет в частности.

. Анализ существующих гипотез Дж. Кастилло и Вин Хуэнь Ипа о происхождении аномалий Япета.

. Результаты наблюдений Дж. Д. Кассини.

. Исследование высококачественных снимков, сделанных АМС Cassini и Voyager 11.

Результаты

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

.1      Система наиболее известных спутников Сатурна

Планета Сатурн находится на расстоянии 1433,7 млн. км. от Солнца (9,6 ае). Сидерический период обращения 29,6 лет (10853 сут), синодический - 378 сут, за 10 часов - вокруг своей оси; среднеугловое движение 0,03 град/сут Его экваториальный диаметр 120000 км, наклон орбитальной плоскости 2,5⁰ . Средняя скорость 9,6 км/с. Масса Сатурна 586,5∙10²⁴ кг; плотность - 1,7 г./ см³ . Атмосфера состоит в основном из водорода и гелия.

На 2009 известно более 60 спутников Сатурна, вдобавок к которым открываются все новые и новые [7,стр197] . Рассмотрим некоторые из них[13].

Мимас (см. фотографию 1) необычен тем, что на нем обнаружили один огромный кратер, который имеет размер с треть спутника. Он покрыт трещинами, что, вероятно, вызвано приливным влиянием Сатурна: Мимас - ближайший к планете из крупных спутников. На фото можно увидеть огромный метеоритный кратер, названный Гершелем. Его размер - 130 километров. Гершель углублен в поверхность на 10 километров, с центральной горкой, почти такой же высокой, как и Эверест.

Энцелад (см. фотографию 2) имеет наиболее активную поверхность из всех спутников в системе (за возможным исключением Титана, чья поверхность не фотографировалась). На нём видны следы потоков, разрушивших прежний рельеф, поэтому предполагается, что недра этого спутника могут быть активными и в настоящее время. Кроме того, количество кратеров на одних участках поверхности спутника больше, чем на других хотя, что подразумевает разницу возрастов этих областей в несколько сотен миллионов лет. Это должно означать, что части поверхности на Энцеладе по-прежнему подвержены изменениям. Считается, что активность его кроется в воздействии приливных сил Сатурна, разогревающих Энцелад.

Тефия (см. фотографию 3) знаменита своей огромной трещиной-разломом, протяженностью 2000 км - три четверти длины экватора спутника! Фотографии Тефии, полученные от зонда Voyager 2, показали большой гладкий кратер с треть диаметра самого спутника, названный Одиссеем. Он больше, чем Гершель на Мимасе. О происхождении расщелины существуют несколько гипотез, в том числе и предполагающая такой период в истории Тефии, когда она была жидкой. При замерзании могла образоваться расщелина. Температура поверхности Тефии ≈ -187°C.

Следующие два спутника Калипсо и Телесто были прозваны Троянскими Тефиями, по аналогии с Троянцами, астероидами двигающимися вокруг Солнца по орбите Юпитера. Один из них отстает, а другой опережает Тефию на ее орбите на 60 градусов. Эти 60 градусов неслучайны. Расчеты показывают, что в случае обращения двух тел вокруг третьего, такая система устойчива, когда все три тела расположены в углах равностороннего треугольника, угол которого и равен 60-ти градусам. Например, один из таких треугольников составляют Сатурн, Диона и Елена. Оба спутника обнаружены с Земли в 1980-м году, причем отыскали их на снимках несколько месяцев спустя, после самих наблюдений.

Один из новых спутников, Елена (см. фотографию 4), обнаружена на наземных фотографиях, также движется на 60 градусов впереди своего большего соседа по орбите - Дионы. На поверхности Дионы видны следы выброса светлого материала в виде инея, множество кратеров и извилистая долина.

Есть ещё три неподтвержденных открытия спутников. Один из них близок к орбите Дионы, второй располагаться между орбитами Тефии и Дионы, и третий - между Дионой и Реей. Все три были обнаружены на фотографиях «Вояджера 2».

Рея (см. фотографию 5) - имеет старую, сплошь усыпанную кратерами, поверхность. На ней, как и у Дионы, выделяются яркие тонкие полосы. Эти образования - предположительно, состоят изо льда, заполняющего разломы в коре спутников. Диаметр Реи 1530 км, а плотность 1,29 г/см³. Ее геометрическое альбедо равно 0,6.

Мимас, Энцелад, Тефия, Диона и Рея приблизительно сферические по форме, и, скорее всего, состоят, по большей части, из водяного льда. Энцелад отражает почти 100 процентов солнечного света, что подтверждает такое предположение. Мимас, Тефия, Диона, и Рея полностью покрыты кратерами.

Титан (см. фотографию 6), диаметр которого 5150 км - один из наиболее интересных спутников Сатурна. Он является вторым по величине спутником в Солнечной Системе. Считается, что состав и процессы, происходящие в атмосфере этого спутника схожи с теми, что миллиарды лет назад можно было бы обнаружить в Земной атмосфере. Его поверхность неразличима сквозь плотную атмосферу, состоящую на 85% из азота, около 12% аргона и менее 3% метана. Также наблюдается небольшое количество этана, пропана, ацетилена, этилена, водорода, кислорода и других составляющих. Давление у поверхности Титана 1.6 атмосферы. Температура верхних слоев атмосферы этого спутника близка к ≈ -123°C, а поверхности ≈ -179°C. Поверхность Титана состоит изо льда с примесью силикатных пород. Средняя плотность вещества, слагающего спутник - 1,9 г/см³. Предполагается, что у Титана может быть океан из этана, метана и азота глубиной до 1 км, ниже которого находится слой ацетилена толщиной до 300 м. Метан на Титане, под действием света, превращается в этан, ацетилен, этилен, и (в соединении с азотом) в соли цианистой кислоты. Последние - особенно интересные молекулы: это строительные кирпичики для аминокислот. Низкая температура, безусловно, тормозит образование более сложных органических веществ. У Титана нет магнитного поля, однако он взаимодействует с полем Сатурна, которое создаёт за ним магнитный хвост. Удивительным свойством верхней атмосферы являются УФ-эмиссии, приуроченные к дневной стороне, но слишком яркие, чтобы их могла возбудить поступающая солнечная энергия. Водород быстро диссипирует, пополняя наблюдаемый тор, вместе с некоторым количеством азота, выбиваемого при диссоциации N₂ электронными ударами. На основе наблюдаемого расщепления температуры можно построить глобальную систему ветров.

Гиперион (см. фотографию 7) - никак не подтверждает свою внутреннюю деятельность. Неправильная форма спутника вызывает необычное явление: Каждый раз, когда гигантский Титан и Гиперион сближаются, Титан гравитационными силами меняет ориентацию Гипериона, что по изменяющемуся блеску спутника можно отследить с Земли. Неправильная форма Гипериона и следы давней бомбардировки метеоритами позволяют назвать Гиперион старейшим в системе Сатурна.

Феба (см. фотографию 8) вращается вокруг планеты в направлении, обратном направлению вращения всех других спутников и Сатурна вокруг оси. Она имеет, в общих чертах, сферическую форму и отражает около 6 процентов солнечного света. Кроме Гипериона, это единственный спутник, не повернутый к Сатурну вечно одной стороной. Все эти особенности весьма обосновано позволяют сказать, что Феба - захваченный в гравитационные сети астероид.

Однако в данной работе пойдет речь об одном из самых удивительных спутнике Сатурна - Япете.

1.2    История исследований Япета

октября 1671 года, три с лишним столетия назад, французский астроном Джованни Доминико Кассини обнаружил спутник Сатурна Япет. Тогда же были открыта и первая «загадка» Япета - двухцветность его полушарий.

В 1981 году, более чем через 200 лет после открытия Япета, зонд Voyager 2 впервые сфотографировал самый странный по внешнему виду спутник Сатурна.

июля 2004 года автоматическая станция Cassini (названа в честь Джованни Доминико) с расстояния 3 млн. км сфотографировала спутник Сатурна - Япет. Это расстояние в 10 раз меньше, чем то, на которое подошел к Япету зонд Voyager 2 в 1981 году. Разрешение некоторых его снимков составляет 18 км. Была сфотографирована темная сторона Япета[13].

Во время последнего самого близкого прохождение Cassini мимо Япета (в 2007 году.) были получены фотографии обратной стороны спутника.

1.3    Физические характеристики спутника Сатурна Япета

Япет(Iapetus) третий по величине спутник Сатурна после Титана и Реи[5стр.89,8стр.145]. Средний диаметр Япета - 1436 км. Среднее расстояние от Сатурна 3,561,300 км. Орбита Япета проходит от Сатурна дальше, чем орбита Титана и ближе чем орбита Реи. Сидерический период обращения Япета 79.33018 земных суток. Большая полуось орбиты равна 3560,8 тыс. км Возраст Япета равен 4,564 миллиарда лет. Плотность Япета 1.21 г/см³ .Он имеет меньшую плотность, чем большинство спутников Сатурна. Поверхность состоит большей частью из водяного льда. Однако отражательные свойства темного вещества позволяют предположить его органический состав. Масса Япета 1.6 x10²¹ кг, а сила гравитации на поверхности равна 0.235 м/с²

В честь первооткрывателя спутника его темная часть названа Областью Кассини.

1.4    «Загадки» Япета

Первая загадка Япета - необычное горное образование. В декабре 2004г. космический корабль Cassini передал снимки Япета, на которых отчетливо просматривается горное образование протяженностью свыше 1300 км, высотой до 20км. Его природа и происхождение, остается неизвестно. Возможно это складчатые горы, образованные из-за подвижек участков поверхности, возможно горная цепь маркирует трещину, через которую на поверхность было выброшено вещество из недр спутника, но не очень понятно, как могла в таком маленьком небесном теле произойти дифференциация вещества и образоваться жидкая магма (да и плотность спутника маловата). Стоит заметить, отклонение же хребта от собственно экватора - очень незначительно[10].

Из-за этого хребта Япет напоминает грецкий орех или целлулоидный мячик, склеенный из двух одинаковых половинок.

Самое известное изображение стены Япета (см. фотографию 13), сделанное Cassini 31 декабря 2004-го. Странный хребет поднимается на 13 километров над окружающей местностью и тянется едва ли не на полторы тысячи километров. Тайна его происхождения не разгадана до сих пор, хотя предположений достаточно.

На фотографиях (см. фотографии 14,15,16,17,18) также изображен хребет Япета с более близких и дальних расстояний: (снимки сделаны Cassini в 2007 году).

Наклон орбиты Япета (см. рисунок 1) составляет 14.72° по отношению к экваториальной плоскости Сатурна, что больше наклона орбит других спутников.

Кассини обнаружил древний ландшафт, покрытый кратерами. Видны пологие холмы и горы, достигающие 10-километровой высоты. Таким образом, они превосходят самую высокую гору на Земле - Эверест, высота которого - 8.8 километров. На Япете были обнаружены так же впечатляющие оползни: на фотографиях видна обвалившаяся стенка (15-километровой высоты,60-километровой ширины) древнего ударного кратера. Часть булыжников докатилась до середины более позднего кратера диаметром 120 км.

На фотографии (см. фотографию 19), виден древний ландшафт Япета. (Снимок сделан Cassini в 2007 году).

На снимке (см. фотографию 20) , сделанном 3 июля 2004 года аппаратом Cassini, видны гигантский кратер и оползни на Япете.

Вторая загадка Япета [3] - резко отличающаяся окраска его полушарий.

Еще в 1671 году Джованни Доминико Кассини заметил, что Япет виден, когда он находится с одной стороны Сатурна, и не виден, когда находится с другой стороны. Наблюдая за ним, Кассини обнаружил, что Япет виден в телескоп только тогда, когда находится по одну, строго определенную, сторону от Сатурна. Это позволило ему сделать вывод, который подтвердился в дальнейшем - Япет имеет, светлую и тёмную стороны, и повернут к Сатурну всегда одной и той же стороной. Соответственно, одна сторона смотрит в направлении движения спутника по орбите, и именно она - чёрная, как копоть (альбедо 0,03 - 0,05). Противоположное ему, заднее полушарие (альбедо 0,5), блестит почти столь же ярко, как свежевыпавший снег, и соперничает с одним из самых ярких объектов в Солнечной системе - спутником Юпитера Европой. Яркая сторона спутника отражает почти 50% света, что типично для ледяных спутников Солнечной системы. Светлая область спутника покрыта длинными тонкими полосами. Темная сторона покрыта темно-красным веществом, которое отражает лишь 3-4% света. Оно покрывает всю поверхность спутника, включая кратеры, а это значит, что оно распределилось по поверхности спутника уже после образования кратеров. Инфракрасные <#"562092.files/image001.jpg">

Рисунок 1

Рисунок 2.

1.      Одесский астрономический календарь.205.- Одесса: Астропринт, 2004.

.        Б.И. Силкин. В мире множества лун. - Москва: Главная редакция физико-математической литературы, 1982.

3.      Sky and telescope #6, 2004 стр. 36.

4.      Засов А. В., Кононович Э.В. Астрономия: Учеб для 11кл. шк. - М.: Просвещение, 1993.-160с.

.        Крамаровский Я.М., Чечерев В.П. Синтез Элементов во вселенной.- М.: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит., 1987.-160с.

.        Зигель Ф. Ю. Вещество Вселенной. - М.: Химия, 1982.-176с., ил.

.        Воронцов-Вельяминов Б.А. Лаплас.- 2-е изд., доп. И перераб. - М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1985 г.- 288с.

.        Астрономия: век XXI / Ред.-сост. В.Г. Сурдин.- Фрязино: «Век2», 2007.- 608с.

.        Метеоры, метеориты, метеороиды.- М.: Наука,1987.-176с., ил.

Интернет-ресурсы

10.    <http://solarsystem.nasa.gov>

11.    <http://www.meta-evolutions.de/pages/science_ corner_ssdc.htlm>

.        <http://infm1.sai.msu.ru/neb/rw/natsat/index.htm>

.        <http://astronet.ru>