Гиперион
Гиперион — спутник Сатурна неправильной формы, обращающийся между орбитами Титана и Япета. Его средний объёмный диаметр составляет около 270 км, а поверхность покрыта глубокими кратерами, из-за которых на снимках Cassini спутник напоминает губку.[1][3][6]
В отличие от большинства крупных спутников Сатурна, Гиперион не сохраняет постоянную ориентацию относительно планеты. Его сложное вращение стало классическим объектом исследований небесной механики, а низкая плотность указывает на значительную долю пустот внутри ледяного тела.[4][6]
Размеры и физические характеристики
Средний объёмный радиус Гипериона равен 135 км, масса — около 5,55 × 1018 кг. По объёму он соответствует шару диаметром 270 км, однако реальная поверхность сильно отклоняется от такой формы. В модели, построенной по изображениям Cassini, расстояние от центра фигуры до поверхности меняется примерно от 95 до 182 км.[1][6]
Гиперион примерно в семь раз менее массивен Мимаса. Сферическая оценка ускорения свободного падения составляет всего 0,020 м/с² — приблизительно в 480 раз меньше земного. Из-за вытянутой формы притяжение в разных точках поверхности неодинаково.[1]
Средняя плотность — около 0,54 г/см³, заметно меньше плотности сплошного водяного льда. Это одно из главных свидетельств пористого внутреннего строения спутника.[1][6]
Пористое строение
По результатам исследования 2007 года, если основное вещество Гипериона — водяной лёд, пустоты занимают приблизительно 42 ± 6 % его объёма. Примесь более плотного материала увеличивает требуемую пористость. Речь идёт об общей доле пустого пространства между частицами и фрагментами, а не об обнаруженной системе крупных пещер.[6]
Слабая собственная гравитация позволяет ледяному веществу сохранять рыхлое строение. Гиперион рассматривают как тело, которое могло собраться из отдельных фрагментов, не уплотнившихся до состояния сплошного льда. Подобная структура влияет и на то, как поверхность реагирует на столкновения.[4][6]
Орбита и резонанс с Титаном
Большая полуось орбиты Гипериона составляет около 1,48 млн км, а один оборот вокруг Сатурна занимает 21,28 земных суток. Эксцентриситет равен примерно 0,105: орбита существенно вытянута по сравнению с орбитами многих внутренних ледяных спутников.[3]
Гиперион и Титан находятся в орбитальном резонансе 4:3. Пока Титан завершает примерно четыре оборота, Гиперион совершает три. Повторяющиеся гравитационные возмущения связывают движение этих тел и помогают сохранять вытянутость орбиты меньшего спутника.[7]
Несмотря на неправильную форму, Гиперион движется по прямой орбите с небольшим наклонением. Его вытянутое тело и несинхронное вращение не означают, что сама орбита имеет случайную ориентацию или столь же нерегулярный характер.[3][7]
Вращение и его динамика
У Гипериона нет устойчивого режима, при котором одно полушарие постоянно обращено к Сатурну. Меняются и ориентация тела, и положение оси вращения относительно его поверхности. Поэтому спутнику нельзя приписать такую же постоянную длительность суток, как синхронно вращающимся Мимасу или Дионе.[4]
В 1984 году Джек Уиздом, Стэнтон Пил и Франсуа Миньяр разработали модель, предсказывающую хаотическое вращение Гипериона. Существенную роль играют неправильная форма и вытянутая орбита: вращающий момент со стороны Сатурна меняется по мере движения спутника. В этой модели близкие начальные состояния со временем дают сильно различающиеся ориентации тела.[8]
Наблюдения и расчёты последующих десятилетий закрепили за Гиперионом репутацию примера хаотической динамики. Однако работа Макса Голдберга и Константина Батыгина, представленная в 2024 году, предложила более упорядоченное объяснение: движение вблизи резонанса между нутацией — колебаниями ориентации тела — и обращением вокруг Сатурна. По оценке авторов, наиболее надёжные наблюдения допускают квазирегулярное вращение либо значительно более слабый хаос, чем предполагалось ранее.[5]
Таким образом, сложное несинхронное вращение установлено наблюдениями, а степень его хаотичности и наиболее точная динамическая модель продолжают обсуждаться.[5]
Ударные кратеры
На поверхности особенно многочисленны хорошо сохранившиеся кратеры диаметром 2–10 км. Их глубокие чаши, узкие гребни между соседними впадинами и тёмные днища создают характерный ячеистый рельеф.[6]
В пористом материале часть энергии удара расходуется на сжатие и разрушение пустот. При этом выбросов образуется меньше, чем при столкновении с плотной мишенью. Слабое притяжение также позволяет значительной части выброшенного вещества покинуть спутник. Поэтому соседние кратеры реже оказываются погребены под мощными слоями обломков.[9]
На склонах видны следы осыпания и перемещения поверхностного материала. Некоторые впадины содержат тёмные участки, резко отличающиеся от более светлых стенок. Этот контраст усиливает впечатление глубины кратеров даже на изображениях всего диска.[10]
Состав и окраска поверхности
Спектрометры Cassini выявили на Гиперионе водяной лёд, углекислый газ и тёмный материал со спектральными признаками углеводородов. Среди светлых участков обнаружен кристаллический водяной лёд. CO₂ присутствует в сочетании с другими компонентами поверхности.[2]
Органическое вещество входит в смесь со льдом и участвует в затемнении поверхности. Его присутствие связано с химией углеродсодержащих соединений; свидетельств биологического происхождения этих веществ не получено.[2]
В естественных цветах Гиперион имеет красноватый оттенок. На широко известном изображении PIA07740 красный цвет ослаблен, а другие различия усилены. Мозаика составлена из снимков в инфракрасном, зелёном и ультрафиолетовом фильтрах и показывает условные цвета, помогающие различать участки поверхности.[10]
Электризация поверхности
Во время пролёта 26 сентября 2005 года Cassini зарегистрировал поток электронов, связанный с поверхностью Гипериона. Анализ, опубликованный в 2014 году, показал, что спутник способен накапливать значительный отрицательный электрический заряд.[11]
На короткое время аппарат оказался магнитно связан с поверхностью, и электроны поступали к нему вдоль магнитного поля. Исследователи оценили соответствующий электрический потенциал величиной порядка −200 В. Регистрация произошла, когда Cassini находился более чем в 2000 км от спутника.[11]
Заряд возникает при взаимодействии поверхности с солнечным ультрафиолетом и частицами магнитосферы Сатурна. Этот результат показал, что даже небольшой холодный спутник активно взаимодействует с окружающей плазмой.[11]
Открытие и исследования
Гиперион открыли в 1848 году. Открытие независимо выполнили Уильям Кранч Бонд и его сын Джордж Филлипс Бонд в США, а также Уильям Лассел в Великобритании; оно приписывается всем троим. Спутник получил обозначение Сатурн VII и имя титана Гипериона из древнегреческой мифологии.[4]
Наиболее подробные изображения передал Cassini. Самый близкий пролёт состоялся 26 сентября 2005 года на высоте около 505 км. Камеры раскрыли строение кратеров, спектрометры исследовали состав поверхности, а радиослежение помогло определить массу спутника.[9][2][6]
Последнее близкое сближение произошло 31 мая 2015 года на расстоянии примерно 34 тыс. км. Полученные снимки вновь показали глубокие кратеры с тёмным материалом на днищах и позволили сопоставить разные области необычного ледяного тела.[9]
См. также
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Planetary Satellite Physical Parameters // NASA JPL. Гиперион: гравитационный параметр по решению SAT441. Масса вычислена из GM с использованием G = 6,67430 × 10−11 м³/(кг·с²).
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 NASA Finds Hydrocarbons on Saturn’s Moon Hyperion // NASA/JPL. 4 июля 2007.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 Planetary Satellite Mean Elements // NASA JPL. Гиперион: средние элементы на 1 января 2000 года, 12:00 TDB.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Hyperion // NASA Science.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Goldberg M., Batygin K. Nutation-orbit resonances: The origin of the chaotic rotation of Hyperion and the barrel instability // Препринт arXiv:2410.19518. 2024; принят к публикации в Astronomy & Astrophysics.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 6,7 Thomas P. C. et al. Hyperion’s sponge-like appearance // Nature. 2007. Vol. 448. Текст статьи.
- ↑ 7,0 7,1 Luan J. Special mean motion resonance pairs: Mimas–Tethys and Titan–Hyperion // Препринт arXiv:1410.2648. 2014.
- ↑ Wisdom J., Peale S. J., Mignard F. The Chaotic Rotation of Hyperion // Icarus. 1984. Vol. 58. P. 137–152.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 Cassini Sends Final Close Views of Odd Moon Hyperion // NASA/JPL. 2 июня 2015.
- ↑ 10,0 10,1 Hyperion PIA07740.jpg; описание изображения Cassini // NASA/JPL/Space Science Institute.
- ↑ 11,0 11,1 11,2 Cassini Caught in Hyperion’s Particle Beam // NASA/JPL. 16 октября 2014.
