Мимас
Мимас — спутник Сатурна диаметром около 396 км, известный огромным кратером Гершель. Этот кратер занимает примерно треть поперечника спутника и при определённом освещении придаёт ему сходство с вымышленной «Звездой Смерти» из «Звёздных войн».[1][6]
Густо кратерированная поверхность Мимаса долго считалась признаком холодных, почти неподвижных недр. Однако анализ наблюдений Cassini, опубликованный в 2024 году, дал сильные аргументы в пользу глобального подповерхностного океана под ледяной оболочкой толщиной 20–30 км.[7][8]
Размеры и физические характеристики
Средний радиус Мимаса составляет 198,2 км, масса — около 3,75 × 1019 кг. По диаметру он почти в девять раз меньше Луны, а по массе уступает ей примерно в 1960 раз. Среди крупных округлых спутников Сатурна Мимас — самый маленький.[1]
Средняя плотность равна 1,15 г/см³, что соответствует большой доле водяного льда. При этом Мимас не является правильным шаром: вращение и приливное воздействие Сатурна деформируют его фигуру.[1][3]
Ускорение свободного падения у поверхности составляет примерно 0,064 м/с² — почти в 154 раза меньше земного. Расчётная скорость убегания по массе и среднему радиусу — всего около 159 м/с, или 572 км/ч. Такие небольшие значения связаны с малой массой спутника.[1]
Орбита и вращение
Мимас обращается вокруг Сатурна на орбите с большой полуосью около 186 тыс. км. Один оборот длится 22 часа 37 минут — меньше земных суток. Его орбита расположена внутри орбит Энцелада, Тефии и Дионы.[4]
Эксцентриситет составляет около 0,020: расстояние до планеты заметно меняется в течение оборота. Вращение в среднем синхронное, но положение спутника немного колеблется относительно равномерного движения. Эти либрации стали одним из основных способов исследования его внутреннего строения.[4][5]
Мимас и Тефия связаны резонансом 4:2: за два оборота Тефии Мимас совершает примерно четыре. Этот резонанс связан с наклонениями их орбит и отличается по характеру от резонанса Энцелада и Дионы.[9]
Кратер Гершель
Гершель — крупнейшая ударная структура Мимаса. Его диаметр оценивают примерно в 130–140 км. Внешние стенки возвышаются приблизительно на 5 км, а центральная горка поднимается примерно на 6 км над дном. При диаметре самого спутника менее 400 км такой рельеф занимает значительную часть видимого диска.[3][6]
Кратер назван в честь Уильяма Гершеля, открывшего Мимас. На снимках Cassini хорошо видны его центральная вершина, уступы и многочисленные меньшие кратеры вокруг. Освещение резко меняет облик этой области: при низком Солнце длинные тени подчёркивают высоту стенок и горки.[6]
Форма Гершеля также ограничивает модели внутреннего строения. Расчёты образования бассейна, представленные в 2023 году, показали, что для сохранения наблюдаемой структуры ледяная оболочка во время удара должна была быть толще, чем предполагается в моделях современного океана. В этих расчётах её толщина составляла не менее 55 км. Это согласуется со сценарием последующего таяния части льда и роста океана.[10]
Поверхность и ударная история
Кратеры покрывают почти всю поверхность Мимаса. Помимо Гершеля, встречаются многочисленные ударные структуры размером в десятки километров. В южной полярной области преобладают меньшие кратеры, что может указывать на отличия её геологической истории от других участков.[3]
При этом на спутнике не наблюдается такой системы активных выбросов и обширных молодых трещин, как у Энцелада. Сохранность старого ударного рельефа стала важным условием для моделей океана: они должны объяснять существование жидкой воды без масштабного разрушения наружной коры.[8][10]
Температура и свойства поверхностного льда
Во время сближения 13 февраля 2010 года инфракрасный спектрометр CIRS составил карту температуры Мимаса. Вместо плавного перехода между более тёплыми и холодными участками прибор обнаружил резкую границу. В одной области характерная температура составляла около 92 К (−181 °C), в другой — примерно 77 К (−196 °C).[2]
На карте тёплая область напоминала персонажа игры Pac-Man. Сам Гершель оказался внутри более холодной зоны, хотя был на несколько градусов теплее ближайших окрестностей. Этот рисунок относится к распределению температуры во время наблюдения, а не к обычной видимой окраске спутника.[2]
Различия связывают с неодинаковыми теплофизическими свойствами поверхностного материала. Там, где энергия быстрее уходит в глубину, освещённая поверхность нагревается слабее. Наблюдения показали, что даже внешне сходные ледяные участки Мимаса могут по-разному поглощать и передавать тепло.[2]
Подповерхностный океан
В 2014 году исследователи обнаружили, что измеренные либрации Мимаса оказались значительно больше ожидаемых для простой модели его недр. Тогда рассматривали два основных объяснения: сильно вытянутое каменное ядро либо жидкий водный слой, отделяющий наружную ледяную оболочку от внутренних областей.[5]
В работе Валери Лэне и коллег, опубликованной в 2024 году, были проанализированы тонкие изменения орбиты, прежде всего смещение её перицентра. Совместное объяснение орбитального движения и либраций потребовало глобального океана под ледяной оболочкой толщиной 20–30 км. В рамках использованных моделей вариант полностью твёрдых недр с вытянутым ядром не воспроизводил наблюдения.[7][8]
Оценки эволюции указывают на геологически молодой океан: в статье его возраст ограничен величиной менее 25 млн лет, а наиболее вероятный интервал, приведённый исследовательской группой, составляет 5–15 млн лет. Эти числа относятся к времени образования жидкого слоя, а не к возрасту самого Мимаса.[7][8]
Предложенный механизм связан с приливным нагревом при изменении эксцентриситета орбиты. Молодость океана может объяснять, почему поверхность ещё сохраняет древний кратерный рельеф. Толщина льда и время появления воды получены из динамических и тепловых моделей; прямых измерений глубины океана пока нет.[8]
Влияние на кольца Сатурна
Гравитационное воздействие Мимаса заметно в структуре колец Сатурна. Внешний край кольца B, рядом с внутренней границей деления Кассини, находится у орбитального резонанса 2:1 с Мимасом: частицы в этой области успевают обойти Сатурн примерно дважды за один оборот спутника.[11]
Повторяющиеся возмущения участвуют в формировании края кольца и его волнообразных отклонений. Само деление Кассини содержит тонкие кольца и промежутки; его сложную структуру связывают с сочетанием воздействий спутников и массивного края кольца B.[11]
Открытие и исследования
Уильям Гершель открыл Мимас 17 сентября 1789 года с помощью большого телескопа-рефлектора. С Земли спутник долго оставался почти точечным объектом. Первые подробные космические изображения получили аппараты Voyager, а Cassini исследовал рельеф, температуры и движение Мимаса.[3]
13 февраля 2010 года Cassini прошёл примерно в 9500 км от Мимаса. По снимкам того дня составили мозаику с отчётливо видимым Гершелем; одновременно инфракрасные измерения выявили необычное распределение температуры.[12][2]
Последнее близкое сближение Cassini с Мимасом состоялось 30 января 2017 года на расстоянии около 41 230 км. За всю миссию аппарат семь раз проходил ближе 50 тыс. км. После завершения полёта накопленные измерения продолжили использоваться для уточнения орбиты и поиска океана.[13][7]
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. Мимас: 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 2,4 Bizarre Temperatures on Mimas // NASA/JPL/GSFC/SwRI/SSI. 29 марта 2010.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 Mimas // NASA Science.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Planetary Satellite Mean Elements // NASA JPL. Мимас: средние элементы на 1 января 2000 года, 12:00 TDB.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Saturn Moon May Hide a ‘Fossil’ Core or an Ocean // NASA/JPL. 16 октября 2014.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 Mimas’ Mountain // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute. 19 декабря 2016.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 Lainey V. et al. A recently formed ocean inside Saturn’s moon Mimas // Nature. 2024. Vol. 626. P. 280–282.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Présence d’un « jeune » océan sous la couche de glace de Mimas // Observatoire de Paris — PSL. 7 февраля 2024.
- ↑ Special mean motion resonance pairs: Mimas–Tethys and Titan–Hyperion // Препринт arXiv:1410.2648. 2014.
- ↑ 10,0 10,1 SwRI investigations reveal more evidence that Mimas is a stealth ocean world // Southwest Research Institute. 31 января 2023.
- ↑ 11,0 11,1 The Architecture of the Cassini Division // Препринт arXiv:0911.2438. 2009.
- ↑ Mimas Cassini.jpg; описание мозаики PIA12570 // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.
- ↑ Farewell to Mimas // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute. 2017.
