Nepravidelný měsíc - Irregular moon


z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Nepravidelné satelity Jupiteru (červená), Saturn (žlutý), Uran (zelená) a Neptun (modře) (s výjimkou Triton). Vodorovná osa ukazuje jejich vzdálenost od planety ( hlavní poloosy ) vyjádřené jako zlomek planety Hill koule ‚s poloměrem. Svislá osa ukazuje jejich orbitální sklon . Body nebo kruhy představují jejich relativní velikost.

V astronomii , An nepravidelný měsíc , nepravidelný satelit nebo nepravidelný přirozený satelit je přirozený satelit po vzdálené, nakloněný , a často excentrické a retrográdní oběžné dráze . Byly zachyceny jejich mateřskou planetu, na rozdíl od běžných satelitů , které tvořily na oběžné dráze kolem nich.

Jak července 2018, 125 nepravidelných měsíců jsou známé, obíhající všechny čtyři vnější planety ( Jupiter , Saturn , Uran a Neptun ). Největší z každé planety jsou Himalia Jupiteru, Phoebe Saturn, Sycorax Uranu a Triton Neptuna. To je v současné době si myslel, že neregulérní satelity byly zachyceny od heliocentrických drahách blízko svých současných lokalitách, krátce po vzniku jejich mateřské planety. Alternativní teorie, že vznikl dále ven do Kuiperova pásu , není podporován aktuální pozorování.

Definice

Planeta R H , 10 6  km r min , km Počet znám
Jupiter 55 1.5 71
Saturn 69 3 58
Uran 73 7 9
Neptune 116 16 7 (včetně Triton)

Neexistuje žádná široce přijímaná přesná definice nepravidelného satelitu. Neformálně, satelity jsou považovány za nepravidelné, pokud jsou dostatečně daleko od planety, že precese jejich oběžné roviny je řízena primárně Slunce

V praxi satelitu semihlavní osa je ve srovnání s poloměrem planety Hill oblasti (to znamená, že oblast jejího vlivu gravitační) . Nepravidelné satelity mají semi-hlavní osy větší než 0,05 s apoapses zasahující až do 0,65 . Poloměr Hill koule je uveden v přilehlé tabulce.

Zemského Moon se zdá být výjimka: to není obvykle uvedena jako nepravidelný satelit, přestože její precese je řízen především Slunce a jeho hlavní poloosy je větší než 0,05 poloměru Země je Hillova sféra.

orbity

rozložení proudu

Oběžné dráhy známých nepravidelných satelitů jsou velmi různorodé, ale existují určité vzory. Retrográdní orbity jsou mnohem častější (83%), než prograde drahách. Žádné satelity jsou známé orbitální sklony vyšší než 55 ° C (nebo menší než 130 ° pro retrográdní družic). Kromě toho některé seskupení lze identifikovat, ve kterém jeden velký satelit sdílí podobné oběžné dráze s několika menších.

Vzhledem k tomu, jejich vzdálenost od planety orbity vnějších satelitů jsou velmi rozrušený Slunce a jejich orbitálních elementů měnit široce přes krátké intervaly. Semihlavní osa Pasiphae , například, se mění, stejně jako 1,5 g ve dvou let (jedno oběžné dráze), sklon okolo 10 °, a výstřednost stejně jako 0,4 do 24 let (dvakrát Jupiteru orbita období). V důsledku toho je střední okružní elementy (tato hodnota je průměrem v průběhu času), jsou použity k identifikaci seskupení, spíše než oskulační prvků v daném dni. (Podobně správné okružní elementy jsou použity k určení rodiny asteroidů ).

Původ

Nepravidelné satelity byly zachyceny od heliocentrických drah. (Ve skutečnosti se zdá, že nepravidelné měsíce obřích planet je planeta a Neptunian trojské koně , a šedé Kuiperův pás objekty mají podobný původ.) Aby se tak stalo, alespoň jeden ze tří věcí musí mít stalo:

  • pohlcování energie (například v interakci s prvotní mraku plynu)
  • podstatná (40%) rozšíření planety Hillova sféra v krátkém časovém období (tisíce let)
  • přenos energie v interakci se třemi body . To by mohlo zahrnovat:
    • kolize (nebo blízko setkání) příchozího těleso a satelit, což vede v příchozím těla poražených energie a je zachycen.
    • blízký setkání mezi příchozí binární objektem a planety (případně existující měsíc), což vede k jedné složky binární být zachycen. Taková cesta byla jako nejpravděpodobnější dobu navrhl Triton .

Po zachycení některé ze satelitů mohly rozbít vést k seskupení menších měsíců po podobných drahách. Rezonance by mohly dále modifikovat dráhy tvorby těchto seskupení méně rozpoznatelné.

Dlouhodobá stabilita

Phoebe , Saturnův největší nepravidelný satelit

Současné oběžné dráhy nepravidelných měsíců jsou stabilní, a to navzdory výraznému poruch v blízkosti apocenter . Příčinou tohoto stability v řadě nepravidelných je skutečnost, že obíhají s sekulární nebo Kozai rezonancí .

Kromě toho, simulace naznačují tyto závěry:

  • Oběžné dráhy se sklonem mezi 50 ° a 130 °, jsou velmi nestabilní: jejich výstřednosti zvyšuje rychle vedoucí k satelitu ztrátě
  • Retrográdní orbity jsou stabilnější než prograde (stabilní retrográdní orbity se nachází dále od planety)

Zvyšování výsledky výstřednost v menších a velkých pericenters apocenters. Satelity vstoupit do zóny pravidelných (větší) měsíců a dojde ke ztrátě nebo vysunout přes kolize a blízkých setkání. Alternativně rostoucí odchylky od Slunce při rostoucích apocenters tlačit je mimo Hill sféře.

Retrográdní satelity lze nalézt dále od planety než prograde ty. Detailní numerická integrace ukázaly asymetrii. Tyto limity jsou komplikovaná funkce sklonu a excentricity, ale obecně, prograde dráhy s semihlavní osy až do 0,47 r H (Hill poloměru koule) může být stabilní, zatímco u retrográdní orbity stabilita může rozšířit ven 0,67 r H .

Hranice pro semimajor osy je překvapivě ostrý pro prograde satelity. Satelitní na prograde, kruhová dráha (sklon = 0 °), umístěného na 0,5 r H opustí Jupiter za méně než čtyřicet let. Účinek lze vysvětlit tzv evection rezonance . Apocenter satelitu, kde grip planety na Měsíci je nejslabší, dojde k zablokování v rezonanci s polohou Slunce Účinky perturbace se hromadí v každé pasáži tlačí satelitu ještě dále směrem ven.

Asymetrie mezi prograde a retrográdní satelitů, lze vysvětlit velmi intuitivně podle Coriolis zrychlením v rámu otáčejícím se s planetou. Pro prograde satelitů zrychlení body ven a retrográdní odkazuje dovnitř, stabilizaci satelit.

dočasné zachytí

Zachycení asteroidu z heliocentrické oběžné dráze není vždy trvalý. Podle simulací, dočasné družice měla být běžným jevem. Jediné pozorované příkladem je 2006 RH 120 , což bylo dočasné družice na Zemi za devět měsíců v letech 2006 a 2007.

Fyzikální vlastnosti

Velikost

Ilustrace elektrického práva. Počet objektů, závisí na jejich velikosti.

Vzhledem k jejich větší vzdálenosti od Země, známé nepravidelné satelity Uranu a Neptunu jsou větší než Jupiter a Saturn; menších pravděpodobně existují, ale dosud nebyly pozorovány. Nicméně, s tímto pozorovací zaujatost v mysli, distribuce velikosti je podobný u všech čtyř obřích planet.

Obvykle je poměr vyjádřením počtu předmětů průměru menším nebo rovném je aproximován mocninné :

s q definující sklon.

Mělký mocninná ( q je pozorována ~ 2) pro velikosti deset až sto km ale strmější ( q ~ 3,5) pro objekty menší než 10 km .

Pro srovnání, distribuce Kuiperova pásu objektů je mnohem strmější ( q ~ 4), tedy pro jeden objekt 1000 km jsou tisíc objekty o průměru 100 km. Distribuce velikosti poskytuje vhled do možného původu (capture, kolizní / rozpadem nebo akrece).

Pro každý objekt 100 kilometrů, deset objekty 10 km lze nalézt.
U jednoho objektu 10 km, některé 140 objekty 1 km lze nalézt.

Barvy

Tento obrázek znázorňuje rozdíly barev v nepravidelných satelitů Jupiteru (červené etikety), Saturn (žlutá) a Uran (zelená). Jsou zobrazeny pouze nepravidelné se známými barevnými indexy. Pro srovnání Centaur Pholus a tři klasické Kuiper objekty pásů jsou také vyneseny (šedá štítky, velikost není v měřítku). Pro srovnání, viz také barvy kentaury a KBOs .

Barvy nepravidelných satelitů mohou být studovány pomocí barevných indexů : jednoduché opatření rozdílů na zdánlivé velikosti objektu pomocí modré (B), mohou tedy zelenožlutá (V), a červená (R) filtry . Pozorované barvy nepravidelných satelitů se liší od neutrální polohy (šedavě) až načervenalé (ale ne červené jako barvy některých objektů Kuiperova pásu).

albedo neutrální načervenalý Červené
nízký C 3-8% P 2-6% D 2-5%
střední M 10-18% 13-35%
vysoký E 25-60%

Systém zobrazí každá planeta mírně odlišné vlastnosti. Jupiterovy nepravidelné jsou šedé mírně červená, v souladu s C , P a typu D asteroidů . Některé skupiny družic jsou sledovány pro zobrazení podobné barvy (viz níže sekce). Saturnovy irregulars jsou mírně červenější než Jupiter.

Velké Uranian nepravidelné satelity ( Sycorax a Caliban ) jsou světle červené, zatímco menší Prospero a Setebos jsou šedé, stejně jako Neptunian satelity Nereid a halimede .

Spectra

S aktuálním rozlišením, viditelné a blízké infračervené oblasti spektra většiny satelitů objeví beztvaré. Doposud voda led byla odvozena na Phoebe a Nereid a vlastnosti přisuzované k vodné změny byly nalezeny na Himalia.

Otáčení

Pravidelné satelity jsou obvykle tidally uzamčen (to znamená, že jejich oběžná dráha je synchronní s jejich otáčení tak, že vykazují pouze jednu plochu směrem k své mateřské planety). Naproti tomu, slapové síly na nepravidelných satelitů jsou zanedbatelné vzhledem k jejich vzdálenost od planety, a doby otáčení v rozsahu pouze deset hodin byly měřeny pro největší měsíců Himalia , Phoebe , Sycorax a Nereid (pro porovnání s jejich oběžných dob o stovky dní). Takové rychlosti otáčení jsou ve stejném rozsahu, který je typický pro asteroidy .

Rodiny s společný původ

Některé neregulérní satelity zdají oběžnou dráhu do ‚skupin‘, ve kterém několik satelitů sdílejí podobné oběžné dráhy. Vedoucí teorie je, že tyto objekty představují kolizní rodiny , částí většího tělesa, která se rozpadla.

dynamické seskupení

Jednoduché modely kolize mohou být použity pro odhad možného rozptýlení orbitálních parametrů daných rychlostí impuls ó objem . Uplatnění těchto modelů se známými orbitálních parametrů umožňuje odhadnout delta V potřebnou k vytvoření pozorovanou disperze. Δ v řádu desítek metrů za sekundu (5-50 m / s), může mít za následek z rozpadu. Dynamické seskupení nepravidelných satelitů mohou být identifikovány pomocí těchto kritérií a pravděpodobnost, že společný původ z rozpadu vyhodnocuje.

Když disperze oběžných drah je příliš široká (to znamená, že by vyžadoval delta V v řádu stovek m / s)

  • buď více než je třeba předpokládat jeden kolize, tj clusteru by měl být dále rozděleny do skupin
  • nebo významné změny po kolizi, například vyplývající z rezonancí, musí být postuloval.

Barevné seskupení

Jsou-li známy barvy a spektra satelitů, homogenita těchto údajů pro všechny členy dané seskupení je podstatný argument pro společný původ. Nicméně, nedostatek přesnosti dostupných údajů často ztěžuje čerpat statisticky významných závěrů. Kromě toho, pozorované barvy nejsou nutně reprezentativní objemové složení satelitu.

Pozorované seskupení

Nepravidelné satelity Jupiteru

Oběžné dráhy nepravidelných satelitů Jupiteru, které ukazují, jak se shlukovat do skupin. Satelity jsou reprezentovány kruhy, které označují jejich relativní velikost. Pozice objektu na vodorovné ose je jeho vzdálenost od Jupiteru. Jeho poloha na vertikální ose ukazuje na jeho oběžnou sklon . Žluté čáry ukazují jeho okružní výstřednosti (tj, do jaké míry jeho vzdálenost od Jupiteru se mění v průběhu jeho oběžné dráze).

Typicky, tyto skupiny jsou uvedeny (dynamicky těsné skupiny vykazující homogenní barvy jsou uvedeny v tučný )

  • prograde satelity
    • Tyto rodina himalia sdílí průměr sklonu 28 °. Jsou omezeny dynamicky (Δ v ≈ 150 m / s). Jsou homogenní u viditelných vlnových délek (s neutrální barvy podobné těm z C-typu planetky ) a v blízkosti infračervené vlnové délky
    • Themisto není součástí žádné skupiny.
    • Carpo není součástí žádné skupiny.
    • Valetudo není součástí žádné skupiny.
Animace orbity Himalia je.
   Jupiter  ·    Himalia  ·   Callisto
  • retrográdní satelity
    • Tyto skupiny Carme sdílí průměrně sklonu 165 °. Je dynamicky těsný (5 <Δ v <50 m / s). Je velmi homogenní v barvě, každý světelný prvek zobrazování červená barviva v souladu s asteroidem D-typu předka.
    • Tyto skupiny Ananke sdílí průměrně sklonu 148 °. To ukazuje malý rozptyl orbitálních parametrů (15 <Δ v <80 m / s). Ananke sám se objeví světle červený, ale ostatní členové skupiny jsou šedé.
    • Skupina Pasiphae je značně rozptýlen. Pasiphae sám se zdá být šedé, zatímco ostatní členové ( Callirrhoe , megaclite ) jsou světle červené.

Sinópé , někdy se do skupiny zahrnout Pasiphae, je červená a vzhledem k rozdílu ve sklonu, to může být zachycen samostatně. Pasiphae a Sinope jsou uvězněni v sekulární rezonancí s Jupiterem.

Nepravidelné satelity Saturn

Nepravidelné satelity Saturn, které ukazují, jak se clusteru do skupin. Pro vysvětlení viz schéma Jupiter

Tyto skupiny jsou obyčejně uvedeny na Saturnových satelitů:

  • prograde satelity
    • Tyto skupiny Galské sdílí průměr sklonu 34 °. Jejich oběžné dráhy jsou dynamicky těsné (Δ v ≈ 50 m / s), a jsou světle červené barvy; zbarvení je homogenní na obou viditelné a blízké infračervené vlnové délky.
    • Tyto skupiny Inuit sdílí průměr sklonu 46 °. Jejich oběžné dráhy jsou široce rozptýleny (A V ≈ 350 m / s), ale jsou fyzicky homogenní, sdílení světle červené zbarvení.
  • retrográdní satelity
    • Skandinávský skupina je definována především pro pojmenování účely; Orbitální parametry jsou velmi široce rozptýlené. Pododdíly byly zkoumány, včetně
      • Tyto Phoebe akcie skupiny průměrně sklonu 174 °; Tato podskupina příliš je široce rozptýleny, a mohou být dále rozděleny do nejméně dvou dílčích podskupin
      • Skathi skupina je možné podskupina norštiny skupiny

Nepravidelné satelity Uran a Neptun

Nepravidelné satelity Uran (zelená) a Neptun (modře) (s výjimkou Triton). Pro vysvětlení viz schéma Jupiter
Planeta r min
Jupiter 1,5 km
Saturn 3 km
Uran 7 km
Neptune 16 km

Podle současných znalostí, počet nepravidelných satelitů obíhajících Uran a Neptun je menší než Jupiter a Saturn. Nicméně, to je si myslel, že to je prostě výsledkem pozorování obtíží kvůli větší vzdálenosti Uranu a Neptunu. Tabulka vpravo znázorňuje minimální poloměr (r min ) ze satelitů, které mohou být detekovány se současnou technologií, přičemž se předpokládá albedo 0,04; Takto existuje téměř jistě malé Uranian a Neptunian měsíce, které ještě nemohou být vidět.

Vzhledem k menším počtu, statisticky významné závěry o seskupení je obtížné. Jediný původ pro retrográdní nepravidelných Uranu se zdá nepravděpodobné, že vzhledem k tomu, disperze orbitálních parametrů, které by vyžadovaly vysokou impuls (Δ V ≈ 300 km), což znamená velký průměr nárazového tělesa (395 km), která je neslučitelná zase s distribuce velikosti fragmentů. Namísto toho existence dvou skupin bylo spekuloval:

Tyto dvě skupiny jsou odlišné (s jistotou 3σ) v jejich vzdálenosti od Uran a jejich excentricity. Nicméně, tato seskupení nejsou přímo podporovány pozorovaných barev: Caliban a Sycorax objeví světle červený, zatímco menší měsíce jsou šedé.

Za Neptunem, možný společný původ Psamathe a NESO byl zaznamenán. Vzhledem k tomu, že podobné (šedé) barvy, to bylo také navrhl, že halimede mohl být fragment Nereid. Dva satelity měly velmi vysokou pravděpodobnost (41%) kolize ve věku nad sluneční soustavy.

Průzkum

Distant Cassini obraz Himalia

K dnešnímu dni pouze nepravidelné satelity k byli navštívil kosmické lodi jsou Triton a Phoebe , největší Neptuna a Saturnových irregulars resp. Triton byl zobrazen od Voyager 2 v roce 1989 a Phoebe, které Cassini sondou v roce 2004. Cassini také zachytil vzdálený, s nízkým rozlišením obrazu Jupiterova Himalia v roce 2000. Tam jsou žádná kosmická loď hodlal navštívit nějaké nepravidelných satelitů v budoucnu.

Reference

externí odkazy