Феба
Феба — далёкий спутник Сатурна диаметром около 213 км, движущийся вокруг планеты в обратном направлении по сравнению с её крупными регулярными спутниками. Орбита Фебы лежит далеко за орбитами Титана и Япета: один оборот занимает примерно 550 земных суток.[1][3]
Тёмная поверхность Фебы покрыта кратерами, стенки которых местами обнажают более светлый ледяной материал. Особенности орбиты и состава указывают на то, что спутник, вероятно, сформировался вне системы Сатурна и позднее был захвачен планетой. Феба также считается одним из основных источников огромного внешнего пылевого кольца.[6][7][8]
Размеры и физические характеристики
Средний объёмный радиус Фебы составляет 106,5 км, масса — около 8,31 × 1018 кг. Её диаметр примерно в 16 раз меньше лунного. При этом Феба примерно в полтора раза массивнее Гипериона, хотя заметно уступает ему по объёму.[1]
Причина — более высокая плотность: 1,64 г/см³ против примерно 0,54 г/см³ у Гипериона. В составе Фебы присутствуют водяной лёд и значительная доля более плотного каменного вещества. Она не обладает столь же высокой общей пористостью, какую предполагают для Гипериона.[1][7]
Феба близка по общим очертаниям к шару, но её фигура нарушена крупными кратерами и неровностями. Сферическая оценка ускорения свободного падения у поверхности — около 0,049 м/с², примерно в 200 раз меньше земного. Расчётная скорость убегания по массе и среднему радиусу составляет всего 102 м/с.[1][7]
Орбита и вращение
Большая полуось орбиты Фебы равна примерно 12,93 млн км. Это более чем в три с половиной раза дальше от Сатурна, чем орбита Япета, и почти в десять раз дальше орбиты Титана. Эксцентриситет составляет около 0,164: расстояние до планеты существенно меняется в течение оборота.[3]
Феба относится к нерегулярным спутникам. Её орбитальное движение обратное: спутник обращается вокруг Сатурна в направлении, противоположном движению Титана, Реи и других крупных регулярных лун. Такое движение — один из аргументов в пользу гравитационного захвата первоначально самостоятельного тела.[3][7]
Вращение вокруг собственной оси занимает 9,27365 часа, или около 9 часов 16 минут. Поэтому за один оборот вокруг Сатурна Феба успевает совершить более 1400 оборотов вокруг оси. Постоянно обращённого к планете полушария у неё нет.[4][3]
Кратеры и ледяные обнажения
Снимки Cassini показывают многочисленные перекрывающиеся кратеры, уступы и борозды. На некоторых стенках тёмное вещество смещается вниз, открывая более светлые участки. Небольшие яркие кратеры также вскрывают материал под тёмным поверхностным покровом.[6]
Одна из крупнейших ударных структур — Ясон, имеющая диаметр 101 км. Это почти половина среднего диаметра Фебы. Кратер назван в честь предводителя аргонавтов из древнегреческой мифологии.[9]
Повторный анализ спектральных наблюдений Cassini, представленный Уэсли Фрейзером и Майклом Брауном в 2018 году, выявил связь между крупными ударными бассейнами и повышенным содержанием водяного льда. Наиболее богатые водой участки связаны с Ясоном и южным полярным бассейном.[10]
Авторы предложили объяснение: удары пробили относительно бедный льдом верхний покров и обнажили более богатое водой вещество в глубине. В изученных спектральных картах не обнаружилось участков, полностью лишённых полос поглощения воды.[10]
Состав и температура поверхности
Приборы Cassini подтвердили наличие водяного льда и обнаружили углекислый газ, признаки гидратированных минералов и углеродсодержащих соединений. Состав неоднороден: разные компоненты распределены по поверхности неравномерно.[2]
Инфракрасные измерения во время пролёта 2004 года показали температуры освещённых участков порядка 110 К (−163 °C). Ночью поверхность остывает ещё сильнее. Быстрое охлаждение согласуется с наличием рыхлого, пористого поверхностного слоя, даже если основное тело существенно плотнее этого покрова.[2]
Происхождение и ранняя эволюция
Фебу рассматривают как сохранившуюся планетезималь — одно из небольших тел, из которых строились планеты внешней Солнечной системы. Её вещество сопоставляют с ледяными телами транснептуновой области. Захват Сатурном объясняет отличие орбиты Фебы от орбит спутников, сформировавшихся в околопланетном диске.[7]
Модели, представленные в 2012 году, допускают ранний нагрев Фебы короткоживущими радиоактивными изотопами. В этом сценарии первоначально пористое тело уплотнялось, приобретало более округлую форму, а каменное вещество концентрировалось ближе к центру. Возможно и существование жидкой воды на раннем этапе.[7]
Такое внутреннее строение реконструируется по форме, плотности и тепловым расчётам. Оно не означает, что Феба сегодня обладает подтверждённым жидким океаном. Точное место её образования и обстоятельства захвата остаются предметом исследований.[7]
Кольцо Фебы
В 2009 году инфракрасный телескоп Spitzer обнаружил вокруг Сатурна гигантское разреженное пылевое кольцо, внутри которого движется Феба. Оно расположено далеко за яркими основными кольцами и состоит из очень редких мелких частиц. Феба считается вероятным источником значительной части этого материала: удары выбивают пыль с её поверхности.[8]
Последующие наблюдения Cassini позволили исследовать распределение пыли на расстояниях примерно 80–260 радиусов Сатурна. Это соответствует приблизительно 4,8–15,7 млн км от центра планеты. Приведённый диапазон относится к исследованному профилю, а не к окончательно установленным границам всего кольца.[11]
Феба не обязательно единственный поставщик пыли: вклад могут вносить и другие внешние нерегулярные спутники. Движение мелких частиц зависит не только от гравитации, но и от солнечного излучения, постепенно изменяющего их орбиты.[11]
Связь с тёмной стороной Япета
Пыль с обратных орбит способна постепенно смещаться внутрь системы и сталкиваться с ведущим полушарием Япета, движущегося в прямом направлении. Расчёты показывают, что такое осаждение может объяснить первоначальное загрязнение области Кассини — тёмной части его поверхности.[12]
В моделях участвует пыль не только Фебы, но и других внешних спутников. Это важно, поскольку спектр тёмного материала Япета не полностью совпадает со спектром поверхности Фебы. Связь между телами рассматривается как перенос смеси вещества, а не как простое копирование одного поверхностного состава.[12]
Открытие и исследования
Уильям Генри Пикеринг обнаружил Фебу на фотопластинках, полученных ДеЛайлом Стюартом в Арекипе, Перу. Первые изображения относятся к 16 августа 1898 года, а объявление об открытии было сделано 17 марта 1899 года. Спутник получил обозначение Сатурн IX и имя титаниды Фебы.[5]
11 июня 2004 года Cassini прошёл над Фебой на высоте около 2068 км. Это был первый целевой пролёт спутника Сатурна для аппарата, ещё до выхода на орбиту вокруг самой планеты. Изображения с разных направлений позволили восстановить форму Фебы, а измерения движения аппарата — определить её массу.[13][2]
Исследования продолжились и с Земли. 6 июля 2017 года было зарегистрировано покрытие звезды Фебой — первое наблюдённое звёздное покрытие нерегулярным спутником. Сопоставление последующих покрытий и кривых блеска с трёхмерной моделью Cassini позволило уточнить период вращения до 9,27365 ± 0,00002 часа.[4]
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. Феба: 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 Cassini Opens a Cosmic Time Capsule // NASA/JPL. 23 июня 2004.
- ↑ 3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 Planetary Satellite Mean Elements // NASA JPL. Феба: средние элементы на 1 января 2000 года, 12:00 TDB.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Gomes-Júnior A. R. et al. The first observed stellar occultations by the irregular satellite (Saturn IX) Phoebe and improved rotational period // Препринт arXiv:1910.12188. 2019. DOI опубликованной работы: 10.1093/mnras/stz3463.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Denk T. Phoebe: Designations and discovery circumstances // Сайт участника научной группы Cassini ISS; со ссылками на первоначальные сообщения Harvard College Observatory.
- ↑ 6,0 6,1 The Face of Phoebe // NASA/JPL/Space Science Institute. 13 июня 2004.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 Cassini Finds Saturn Moon has Planet-Like Qualities // NASA/JPL. 26 апреля 2012.
- ↑ 8,0 8,1 NASA Space Telescope Discovers Largest Ring Around Saturn // NASA/JPL. 6 октября 2009.
- ↑ Jason // Gazetteer of Planetary Nomenclature. USGS/IAU.
- ↑ 10,0 10,1 Fraser W. C., Brown M. E. Phoebe: a surface dominated by water // 2018. DOI: 10.3847/1538-3881/aac213.
- ↑ 11,0 11,1 Tamayo D. et al. Radial profiles of the Phoebe ring, a vast debris disk around Saturn // Icarus. 2016. Vol. 275. P. 117–131.
- ↑ 12,0 12,1 Tamayo D. et al. Finding the trigger to Iapetus’ odd global albedo pattern: Dynamics of dust from Saturn’s irregular satellites // Icarus. 2011. DOI: 10.1016/j.icarus.2011.06.027.
- ↑ Arrival and Departure at Phoebe // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.