Диона
Диона — ледяной спутник Сатурна диаметром около 1123 км. По размерам она немного превосходит Тефию, но почти в полтора раза уступает Рее. Её поверхность покрыта кратерами и протяжёнными светлыми разломами, особенно заметными на одном из полушарий.[1][6]
Аппарат Cassini обнаружил возле Дионы ионы молекулярного кислорода и измерил её гравитационное поле. Эти исследования показали, что даже сравнительно небольшой спутник обладает разреженной газовой оболочкой, а под его ледяной корой может сохраняться океан жидкой воды.[3][4]
Размеры и физические характеристики
Средний радиус Дионы составляет 561,4 км, масса — около 1,10 × 1021 кг. Её диаметр примерно в 3,1 раза меньше лунного, а масса уступает массе Луны почти в 67 раз. Средняя плотность равна 1,48 г/см³: в составе спутника присутствуют и водяной лёд, и более плотное каменное вещество.[1][4]
На поверхности ускорение свободного падения составляет примерно 0,232 м/с² — в 42 раза меньше земного. Диона лишь ненамного крупнее Тефии, однако примерно в 1,8 раза массивнее. Разница связана с более высокой средней плотностью.[1]
Характерная температура поверхности — около 87 К, или −186 °C. При таком холоде водяной лёд образует прочную наружную оболочку, на которой сохраняются следы ударов и тектонических деформаций.[2][6]
Орбита и вращение
Диона движется вокруг Сатурна по почти круговой орбите с большой полуосью около 377 700 км. Это расстояние близко к среднему расстоянию от Земли до Луны. Однако из-за гораздо большей массы Сатурна один оборот Дионы занимает всего 2,74 земных суток.[5]
Вращение синхронизировано с обращением: одно полушарие постоянно повёрнуто к планете. Ведущее полушарие обращено вперёд по направлению орбитального движения, ведомое — назад. Именно на ведомой стороне особенно хорошо заметна сеть ярких разломов.[2][6]
Диона связана с Энцеладом орбитальным резонансом 2:1: за один её оборот внутренний спутник совершает примерно два. Гравитационное взаимодействие поддерживает эксцентриситет орбиты Энцелада и тем самым участвует в сохранении приливного нагрева его недр.[7]
Троянские спутники
По орбите Дионы движутся ещё два небольших спутника — Елена и Полидевк. Они обращаются вокруг Сатурна, занимая области вблизи устойчивых точек Лагранжа системы Сатурн — Диона. Елена опережает Диону примерно на 60°, а Полидевк следует за ней.[8]
Эти тела называют троянскими спутниками. Их движение связано с Дионой общим орбитальным периодом; они не являются спутниками самой Дионы.[9]
Ударные кратеры и равнины
На Дионе соседствуют густо кратерированные области и равнины с меньшим количеством ударных структур. Различия отражают неодинаковую историю поверхности: некоторые участки дольше накапливали следы столкновений, другие подвергались переработке.[2]
Одна из крупнейших ударных структур — Эвандр, многокольцевой бассейн диаметром около 350 км. Его поперечник составляет почти треть диаметра Дионы. Cassini получил подробный вид бассейна во время последнего близкого пролёта в августе 2015 года.[10]
Пересечения кратеров и разломов позволяют восстанавливать последовательность геологических событий. В исследовании Наоюки Хираты большинство изученных кратеров, совпадающих по положению с разломами, оказалось рассечено ими. Следовательно, значительная часть тектонических деформаций произошла уже после образования этих кратеров.[11]
Ледяные разломы и уступы
На снимках Voyager светлые полосы Дионы выглядели как тонкие дымчатые нити. Их природа оставалась неясной: среди объяснений рассматривали отложения инея на поверхности. Камеры Cassini показали, что многие полосы представляют собой яркие ледяные стенки разломов.[6]
Тёмный рыхлый материал осыпается со склонов, обнажая более чистый водяной лёд. Поэтому уступы резко выделяются на фоне окружающих кратерированных равнин. Системы трещин пересекают поверхность на больших расстояниях и местами образуют сложные сети.[2][6]
Такие структуры свидетельствуют о растяжении и разрушении ледяной оболочки в прошлом. Приливные напряжения и изменение орбиты могли участвовать в их формировании. Абсолютный возраст разломов определить сложнее, чем их положение относительно кратеров: он зависит от модели частоты ударов.[6][11]
Внутреннее строение и возможный океан
Данные о плотности, форме и гравитационном поле согласуются со строением, включающим каменную внутреннюю область и внешнюю водно-ледяную оболочку. При этом распределение массы нельзя однозначно восстановить из предположения о полностью расслабленном равновесном теле: измеренная гравитация Дионы заметно отклоняется от такой модели.[4]
В 2016 году Микаэль Бёте и его коллеги предложили модель, в которой ледяная оболочка толщиной 99 ± 23 км лежит над глобальным океаном толщиной 65 ± 30 км. Такая структура объясняла сочетание наблюдаемой формы и гравитационных данных.[12]
Последующий анализ, опубликованный в 2020 году, подтвердил неоднозначность интерпретации. Среди допустимых вариантов присутствует жидкая вода под толстой ледяной корой; лучше согласующиеся с данными модели тяготели к более толстой оболочке и меньшей толщине океана. Поэтому наличие и размеры современного океана Дионы пока нельзя считать установленными с той же уверенностью, что у Энцелада.[4]
Кислородная экзосфера
Во время пролёта 7 апреля 2010 года плазменный спектрометр Cassini зарегистрировал возле Дионы ионы молекулярного кислорода O₂⁺. Результат, объявленный в 2012 году, стал свидетельством существования крайне разреженной кислородной экзосферы.[3]
Концентрация зарегистрированных ионов оценивалась примерно в 90 тысяч на кубический метр. Это величина для ионизированной составляющей в области измерений, а не плотность всей нейтральной газовой оболочки у поверхности.[3]
Кислород связывают с воздействием солнечного излучения и энергичных частиц на водяной лёд. При разрушении молекул воды и последующих реакциях кислород высвобождается с поверхности. Для этого процесса не требуется биологическая активность.[3]
Открытие и исследования
Джованни Доменико Кассини открыл Диону 21 марта 1684 года. Спутник получил обозначение Сатурн IV; название «Диона» связано с древнегреческой мифологией и системой имён, предложенной Джоном Гершелем.[2]
Voyager передал первые изображения светлых полос, а Cassini раскрыл их строение с близкого расстояния. За время работы в системе Сатурна Cassini выполнил пять близких пролётов Дионы. На трёх из них радиослежение вблизи максимального сближения позволило определить гравитационное поле спутника.[6][4]
Самый тесный пролёт состоялся в декабре 2011 года на высоте около 100 км. Последнее близкое сближение произошло 17 августа 2015 года: аппарат прошёл примерно в 474 км над поверхностью. Часть деталей на снимках удалось увидеть благодаря солнечному свету, отражённому Сатурном и осветившему теневые участки Дионы.[13]
См. также
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 Planetary Satellite Physical Parameters // NASA JPL. Диона: гравитационный параметр по решению SAT441. Масса вычислена из GM с использованием G = 6,67430 × 10−11 м³/(кг·с²).
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 Dione // NASA Science.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Cassini Detects Hint of Fresh Air at Dione // NASA/JPL. 2 марта 2012.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 Zannoni M. et al. The gravity field and interior structure of Dione // Icarus. 2020. DOI: 10.1016/j.icarus.2020.113713.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 Planetary Satellite Mean Elements // NASA JPL. Диона: средние элементы на 1 января 2000 года, 12:00 TDB.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 Chasms on Dione // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute. 17 августа 2015.
- ↑ Ćuk M. et al. Long-Term Evolution of the Saturnian System // Space Science Reviews. 2024.
- ↑ Dione’s Companion // NASA/JPL/Space Science Institute.
- ↑ Robutel P. et al. Influence of the coorbital resonance on the rotation of the Trojan satellites of Saturn // Препринт arXiv:1111.1076. 2011; обновлённая версия 2012.
- ↑ Imminent Approach to Dione // NASA. 20 августа 2015.
- ↑ 11,0 11,1 Hirata N. Timing of the faulting on the Wispy Terrain of Dione based on stratigraphic relationships with impact craters // Journal of Geophysical Research: Planets. 2016. Vol. 121. P. 2325–2334. DOI: 10.1002/2016JE005176.
- ↑ Beuthe M., Rivoldini A., Trinh A. Enceladus’s and Dione’s floating ice shells supported by minimum stress isostasy // Geophysical Research Letters. 2016. Vol. 43. P. 10088–10096. DOI: 10.1002/2016GL070650.
- ↑ Cassini’s Final Breathtaking Close Views of Dione // NASA/JPL. 20 августа 2015.