Спящая Титания
- 1 year ago
- 0
- 0
Тита́ния — крупнейший спутник Урана и восьмой по размеру спутник в Солнечной системе . Открыт Уильямом Гершелем 11 января 1787 года (через шесть лет после открытия им Урана). Назван в честь королевы фей из произведения Уильяма Шекспира « Сон в летнюю ночь ». Четвёртый по отдалённости от Урана среди пяти его крупных спутников . Орбита Титании полностью находится внутри магнитосферы Урана .
Как и все крупнейшие спутники Урана, Титания, вероятно, образовалась из аккреционного диска , окружавшего планету во времена её формирования. Титания состоит из примерно равного количества камня и льда и, вероятно, дифференцирована на каменное ядро и ледяную мантию. На их границе, возможно, есть слой жидкой воды .
Поверхность Титании относительно тёмная с красноватым оттенком. Её рельеф был сформирован как ударами астероидов и комет , так и эндогенными процессами. Спутник покрыт многочисленными кратерами , достигающими 326 километров в диаметре. Вероятно, на Титании произошло раннее эндогенное восстановление поверхности, которое стёрло её старую, сильно испещрённую кратерами, поверхность. Поверхность Титании прорезана системой огромных каньонов и обрывов, образовавшихся при растяжении коры в результате расширения недр на раннем этапе её истории .
Инфракрасная спектроскопия, проведённая в 2001-2005 годах, показала наличие на поверхности Титании водяного льда и замёрзшего углекислого газа . Это указывает на то, что спутник может обладать незначительной сезонной атмосферой , состоящей из углекислого газа с атмосферным давлением около 10 −13 бар .
Титанию, как и всю систему Урана, изучал с близкого расстояния только один космический аппарат — « Вояджер-2 » .
Титания была открыта Уильямом Гершелем 11 января 1787 года, в один день со вторым по величине спутником Урана — Обероном . Позднее Гершель сообщил об открытии ещё четырёх спутников , но эти наблюдения оказались ошибочными . В течение 50 лет после открытия Титанию и Оберон не наблюдал никто, кроме Гершеля , из-за слабой проницающей силы телескопов того времени. Сейчас эти спутники можно наблюдать с Земли с помощью любительских телескопов высокого класса .
Первоначально Титанию называли «Первым спутником Урана», а в 1848 году Уильям Лассел дал ей имя «Уран I» , хотя он иногда и использовал нумерацию Уильяма Гершеля, где Титания и Оберон именовались как Уран II и Уран IV соответственно . Наконец, в 1851 году Лассел переименовал четыре известные на тот момент спутника римскими цифрами в порядке их удалённости от планеты, и с тех пор Титания носит имя Уран III .
Впоследствии все спутники Урана были названы в честь персонажей произведений Вильяма Шекспира и Александра Поупа . Титания получила своё название в честь Титании — королевы фей из пьесы « Сон в летнюю ночь » . Наименования для всех четырёх известных на тот момент спутников Урана были предложены сыном Гершеля Джоном в 1852 году по просьбе Уильяма Лассела , который годом ранее обнаружил два других спутника — Ариэль и Умбриэль .
Титанию не следует путать со спутником Сатурна Титаном и одноимённым астероидом (593) Титания .
Титания находится на расстоянии около 436 000 км от Урана. Это второй по удалённости среди пяти его крупных спутников . Её орбита почти круговая и слабо наклонена к экватору Урана . Орбитальный период составляет примерно 8,7 дней и совпадает с периодом вращения . Другими словами, Титания — синхронный спутник (всегда повёрнутый к Урану одной и той же стороной) .
Орбита Титании полностью находится внутри магнитосферы Урана , и потому с её ведомым полушарием постоянно сталкиваются частицы магнитосферной плазмы , которая движется по орбите намного быстрее Титании (с периодом, равным периоду осевого вращения Урана) . Возможно, бомбардировка этими частицами и приводит к потемнению этого полушария, наблюдаемому у всех спутников Урана, кроме Оберона .
Так как Уран вращается вокруг Солнца «на боку», а с плоскостью его экватора примерно совпадает плоскость экватора (и орбиты) его крупных спутников, смена сезонов на них очень своеобразна. Северный и южный полюса Титании 42 года находятся в полной темноте и 42 года непрерывно освещены, причём на каждом из полюсов при летнем солнцестоянии Солнце почти достигает зенита . Раз в 42 года, во время равноденствия на Уране, Солнце (и вместе с ним Земля) проходит через его экваториальную плоскость, и тогда можно наблюдать взаимные покрытия его спутников. Несколько таких явлений наблюдалось в 2007—2008 годах (в том числе покрытия Титании Умбриэлем 15 августа и 8 декабря 2007 года) .
Титания — самый большой и массивный спутник Урана и восьмой по массе спутник в Солнечной системе . Её плотность (1,71 г/см 3 ) намного выше типичной плотности спутников Сатурна , из чего можно сделать вывод, что спутник состоит примерно наполовину из водяного льда и наполовину из тяжёлых неледяных составляющих , которые могут включать камень и органику . С помощью инфракрасной спектроскопии , сделанной в 2001—2005 годах, наличие водяного льда на поверхности спутника было подтверждено . Его полосы поглощения сильнее выражены на ведущем полушарии (направленном в сторону движения по орбите), чем на ведомом. Эта ситуация обратна наблюдаемой на Обероне . Причины этой асимметрии неизвестны; предполагается, что они связаны с бомбардировкой поверхности заряженными частицами из магнитосферы Урана, которая воздействует именно на ведомое полушарие спутника . Ионы могут распылять водяной лёд, разлагать метан, образующий со льдом газовый гидрат (клатрат), и другие органические вещества, образовывая тёмную, богатую углеродом, смесь веществ .
Кроме водяного льда, при помощи инфракрасной спектроскопии на Титании был обнаружен замёрзший углекислый газ . Он находится главным образом на ведомом полушарии . Его происхождение не совсем понятно. Он мог образоваться на поверхности из карбонатов или органических веществ под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения или ионов, прибывающих из магнитосферы Урана. Последнее может объяснить асимметрию в распределении диоксида углерода по поверхности спутника, потому что эти ионы бомбардируют именно ведомое полушарие. Другой возможный источник — дегазация водяного льда на поверхности Титании. В таком случае высвобождение CO 2 могло бы быть связано с прошлой геологической активностью Титании .
Возможно, Титания дифференцирована на каменное ядро и ледяную мантию . Если это так, то с учётом состава этого спутника можно рассчитать, что масса ядра составляет 58 % массы Титании, а его радиус — 66 % радиуса спутника (около 520 км). Давление в центре Титании — около 0,58 ГПа (5,8 кбар ) . Состояние ледяной мантии остаётся неясным. Если лёд содержит достаточное количество аммиака или другого антифриза , то на границе ядра и мантии может быть жидкий океан. Если он действительно существует, то его толщина может достигать 50 километров, с температурой около 190 К . Однако модели внутренней структуры Титании сильно зависят от истории температурного режима спутника, которая плохо известна.
Среди крупных спутников Урана Титания по яркости находится посередине, между тёмными Обероном и Умбриэлем и светлыми Ариэлем и Мирандой . Поверхность Титании демонстрирует сильный оппозиционный эффект : при увеличении фазового угла с 0° до 1° отражательная способность уменьшается с 35 % до 25 %. У Титании относительно низкое альбедо Бонда — около 17 % . Она имеет красный оттенок, но менее сильный, чем у Оберона . Однако свежие следы ударов на поверхности более синие, а гладкие равнины, расположенные на ведущем полушарии вблизи и вдоль некоторых грабенов , немного краснее . Ведущее полушарие в целом краснее ведомого примерно на 8 % . Это различие может быть связано с гладкими равнинами и быть случайным . Вообще говоря, покраснение поверхности может быть следствием космической эрозии , вызванной бомбардировкой заряженными частицами и микро метеоритами на протяжении миллиардов лет . Но в случае Титании покраснение ведущего полушария, скорее всего, связано с оседанием на нём пыли, поступающей, возможно, с внешних спутников Урана .
На Титании три основных типа деталей рельефа: кратеры , каньоны и уступы . Она слабее испещрена кратерами, чем Оберон или Умбриэль, что говорит об относительной молодости её поверхности . Диаметр кратеров достигает приблизительно 330 км. Такой размер имеют кратер Гертруда (самый большой наименованный кратер на спутниках Урана) и один безымянный гипотетический кратер плохой сохранности (см. ниже) . Некоторые кратеры (например, Урсула или Джессика) окружены яркими лучами выбросов водяного льда . Все большие кратеры на Титании имеют плоское дно и центральную горку. Единственное исключение — кратер Урсула, в центре которого находится яма (возможно, меньший кратер) . К западу от кратера Гертруда расположена область со сложным неправильным рельефом, именуемая «безымянным бассейном», которая может быть сильно разрушенным кратером с диаметром около 330 км .
Изученная часть поверхности спутника изрезана системой разломов и обрывов, являющихся результатом относительно недавней геологической активности. На ней много каньонов , представляющих собой грабены — опущенные участки поверхности между двумя параллельными разломами коры . Грабены на Титании в среднем имеют ширину 20—50 км, глубину 2—5 км и, вероятно, являются самыми молодыми деталями рельефа — они пересекают и кратеры, и гладкие равнины . Самый большой из них — ( лат. Messina Chasma), достигающий без малого 1500 км в длину и тянущийся от экватора почти до южного полюса . Некоторые каньоны окружены светлыми лучевыми системами. По данным поляриметрических измерений, поверхность вокруг каньонов покрыта слоем пористого вещества. По одной из гипотез, это — водный иней , конденсировавшийся на поверхности после излияний жидкости из трещин. Обрывы, не связанные с каньонами, называют уступами ( лат. Rupes), как, например, , находящийся возле кратера Урсула .
На снимках, сделанных космическим аппаратом « Вояджер-2 », области вдоль некоторых обрывов и возле Урсулы на снимках с таким разрешением выглядят гладкими. Эти области, вероятно, появились гораздо позже большинства кратеров. Сглаживание ландшафта могло быть либо эндогенным (связанным с извержением жидкости — криовулканизмом ), либо обусловлено выбросами из близлежащих кратеров .
Рельеф Титании определяется двумя противодействующими процессами: образованием ударных кратеров и эндогенным сглаживанием поверхности . Первый процесс действовал на всей поверхности спутника в течение всей его истории. Второй процесс, тоже глобального характера, действовал не с самого начала . Он стёр изначальный сильно кратерированный ландшафт, чем объясняется сегодняшняя редкость ударных кратеров на этом спутнике . Позже, возможно, происходили дополнительные изменения поверхности, которые сформировали гладкие равнины . Возможно, эти равнины — участки, покрытые выбросами из близлежащих кратеров . Самые недавние эндогенные процессы были в основном тектоническими; они стали причиной появления каньонов — фактически гигантских трещин в ледяной коре. Растрескивание коры было вызвано глобальным расширением Титании примерно на 0,7 % .
Наименование | Названо в честь | Тип | Длина (диаметр), км | Координаты |
---|---|---|---|---|
Каньон Бельмонт | Бальмонт , Италия (« Венецианский купец ») | Каньон | 238 | |
Мессина , Италия (« Много шума из ничего ») | 1 492 | |||
Руссильон , Франция (« Всё хорошо, что хорошо кончается ») | Уступ | 402 | ||
Адриана | Адриана (« Комедия ошибок ») | Кратер | 50 | |
Бона | Бона (« Генрих VI, часть 3 ») | 51 | ||
Кальпурния | Кальпурния Пизонис (« Юлий Цезарь ») | 100 | ||
Элеонора | Элеонора Аквитанская (« Король Иоанн ») | 74 | ||
Гертруда | Гертруда (« Гамлет ») | 326 | ||
Имогена | Имогена (« Цимбелин ») | 28 | ||
Ира | Ира (« Антоний и Клеопатра ») | 33 | ||
Джессика | Джессика (« Венецианский купец ») | 64 | ||
Екатерина | Екатерина (« Генрих VIII ») | 75 | ||
Лючетта | Лючетта (« Два веронца ») | 58 | ||
Марина | Марина (« Перикл ») | 40 | ||
Мопса | Мопса (« Зимняя сказка ») | 101 | ||
Фрина | Фрина (« Тимон Афинский ») | 35 | ||
Урсула (« Много шума из ничего ») | 135 | |||
Валерия | Валерия (« Кориолан ») | 59 |
Инфракрасная спектроскопия , проведённая в 2001-2005 годах, показала наличие на поверхности Титании водяного льда и диоксида углерода . Это указывает на то, что спутник может обладать незначительной сезонной атмосферой , состоящей из углекислого газа с атмосферным давлением около 10 −13 бар , такой же как у спутника Юпитера Каллисто . Такие газы, как азот или метан , вряд ли могут присутствовать, потому что слабая гравитация Титании не может предотвратить их утечку в космическое пространство . При максимальной температуре в 89 К, достижимой во время летнего солнцестояния на Титании, давление насыщенных паров диоксида углерода составляет около 3 нбар .
8 сентября 2001 произошло покрытие Титанией яркой звезды (HIP 106829) с видимой величиной 7,2. Это событие позволило уточнить диаметр спутника и установить верхний предел плотности его атмосферы. Он оказался равным 10—20 нанобар. Таким образом, если атмосфера у Титании существует, то она намного разрежённее, чем у Тритона или Плутона . Однако эти измерения фактически не дали ничего нового, поскольку данный предел в несколько раз больше, чем максимально возможное давление углекислого газа у поверхности Титании .
Из-за специфической геометрии системы Урана полюса Титании получают больше солнечной энергии, чем её экватор . Так как летучесть CO 2 растёт с температурой , он может скапливаться в тропическом поясе Титании, где сможет стабильно существовать в виде льда на участках с высоким альбедо и в затенённых областях. Когда в одном полушарии лето, температура на полюсе достигает 85—90 К , диоксид углерода сублимируется и мигрирует на ночную сторону. Накопленный углекислый лёд может быть высвобожден частицами магнитосферной плазмы, которые распыляют его с поверхности. Считается, что Титания со времён своего формирования, произошедшего примерно 4,6 миллиардов лет назад, потеряла существенное количество диоксида углерода .
Как и все крупные спутники Урана, Титания, вероятно, сформировалась из аккреционного диска газа и пыли, который либо существовал вокруг Урана в течение какого-то времени после формирования планеты, либо появился при огромном столкновении, которое, скорее всего, и дало Урану очень большой наклон оси вращения . Точный состав диска неизвестен, однако относительно высокая плотность спутников Урана по сравнению со спутниками Сатурна указывает на то, что он содержал меньше воды . Значительные количества углерода и азота могут находиться в виде CO и N 2 , а не в виде метана и аммиака . Спутник, сформировавшийся из такого диска, должен содержать меньше водяного льда (с клатратами CO и N 2 ) и больше каменистых пород, что объясняло бы его высокую плотность .
Образование Титании, вероятно, продолжалось несколько тысяч лет . Её внешние слои разогревались под воздействием аккреции . Максимальная температура (около 250 K) была на глубине около 60 километров . После завершения формирования внешний слой остыл, а внутренний стал нагреваться из-за распада радиоактивных элементов в недрах . Поверхностный слой за счёт охлаждения сжимался, в то время как нагревающийся внутренний — расширялся. Это вызвало в коре Титании сильное механическое напряжение , которое могло привести к образованию разломов . Возможно, именно так появилась существующая сейчас система каньонов. Этот процесс длился около 200 миллионов лет и, следовательно, прекратился несколько миллиардов лет назад .
Тепла от изначальной аккреции и продолжавшегося далее распада радиоактивных элементов могло хватить для плавления льда в недрах, если в нём присутствовали какие-либо антифризы — аммиак или соль . Таяние могло привести к отделению льда от камня и формированию каменного ядра, окружённого ледяной мантией. На их границе мог появиться слой жидкой воды, содержащей аммиак. Эвтектическая температура их смеси — 176 К . Если температура океана опускалась ниже этого значения, то сейчас он замёрзший. Замерзание привело бы к его расширению, и это могло внести вклад в растрескивание коры и образование каньонов . Однако про геологическую историю Титании известно довольно мало.
Единственные имеющиеся изображения Титании крупным планом были получены « Вояджером-2 » во время исследований системы Урана в январе 1986 года. Он сближался с Титанией на 365 200 км и отснял её с разрешением около 3,4 километра (с лучшим были сняты только Миранда и Ариэль) . Изображения покрывают 40 % поверхности, но только 24 % её сняты с точностью, требуемой для геологического картирования . Во время полёта Солнце освещало южное полушарие Титании (как и других спутников Урана). Таким образом, северное полушарие было в тени и не могло быть изучено .
Никакой другой космический аппарат никогда не посещал Уран или Титанию. Рассматриваются проекты таких миссий .