Эпиметей
.jpg)
Эпиметей — небольшой ледяной спутник Сатурна со средним объёмным диаметром около 116 км. Он движется между кольцами F и G почти по той же орбите, что и Янус. Примерно раз в четыре года спутники меняются внутренней и внешней орбитами под действием взаимного притяжения.[1][3][6]
На снимках Cassini Эпиметей выглядит неровным, густо кратерированным телом. Южная полярная область заметно уплощена; её форму связывают с остатками крупного ударного бассейна. Тёмные гладкие участки соседствуют с более светлым, раздробленным ледяным рельефом.[7]
Размеры и физические характеристики
Средний объёмный радиус Эпиметея составляет 58,2 км, масса — около 5,27 × 1017 кг. По диаметру он примерно в полтора раза меньше Януса, а по массе уступает ему в 3,6 раза. В сравнении с Мимасом Эпиметей почти в 3,4 раза меньше и примерно в 71 раз менее массивен.[1]
Средняя плотность равна 0,64 г/см³ — существенно меньше плотности сплошного водяного льда. Такие свойства согласуются с ледяным телом, содержащим значительную долю пустот. Как и Янус, Эпиметей может быть рыхлым скоплением отдельных фрагментов, удерживаемых гравитацией.[1][2]
Форма спутника далека от шарообразной: вытянутый силуэт нарушен кратерами и обширными впадинами. Приблизительные размеры по трём направлениям составляют 135 × 108 × 105 км.[2]
Сферическая оценка ускорения свободного падения у поверхности — около 0,0104 м/с², почти в 950 раз меньше земного. Расчётная скорость убегания по массе и среднему радиусу составляет примерно 35 м/с, или 125 км/ч. Значения притяжения в отдельных точках зависят от формы тела.[1]
Орбита и вращение
Эпиметей обращается вокруг Сатурна на расстоянии около 151 тыс. км от центра планеты. Один оборот занимает приблизительно 16,7 часа. Его орбита слабо наклонена к экваториальной области системы и лежит снаружи узкого кольца F.[3]
Вращение в среднем синхронное: одна сторона обращена к Сатурну. При этом ориентация немного колеблется относительно равномерного вращения. Физические либрации и их изменение при обмене орбитами исследуют по изображениям поверхности и динамическим моделям.[4]
Параметры движения нельзя считать неизменными на десятилетиях: каждая коорбитальная перестройка меняет большую полуось и период обращения. Эпиметей попеременно оказывается то ближе к Сатурну, чем Янус, то дальше от него.[6][4]
Обмен орбитами с Янусом
Пара находится в орбитальном резонансе 1:1. Разница характерных орбитальных расстояний — около 50 км, что меньше среднего радиуса обоих спутников. Однако сами тела не проходят друг возле друга на таком расстоянии: разность орбитальных радиусов не равна дистанции сближения.[6]
Внутренний спутник обращается немного быстрее и постепенно догоняет внешний. При сближении взаимное притяжение меняет их энергию и угловой момент. Внутренний переходит на более высокую орбиту и начинает обращаться медленнее, а внешний — на более низкую и быстрее. Затем спутники снова расходятся.[6]
Из-за меньшей массы орбита Эпиметея перестраивается сильнее, чем орбита Януса. Такое взаимодействие повторяется приблизительно каждые четыре года; возвращение к прежней взаимной конфигурации занимает около восьми лет. В системе отсчёта, вращающейся со средним движением пары, относительная траектория имеет подковообразную форму.[4]
Во время работы Cassini обмены наблюдались в 2006, 2010 и 2014 годах. Они позволили сопоставить расчёты движения с непосредственными наблюдениями спутников и изменениями кольцевых структур.[8]
Поверхность и ударные структуры
Кратеры покрывают почти всю видимую поверхность Эпиметея. Крупные ударные образования занимают значительную долю его поперечника, а более мелкие накладываются на старый рельеф. В некоторых местах сглаженные участки соседствуют с яркими уступами и раздробленными поверхностями.[7][9]
Cassini особенно подробно снял южную полярную область во время пролёта в декабре 2007 года. Обширная впадина, занимающая большую часть этого полушария, может быть остатком древнего кратера. Такая интерпретация объясняет заметную уплощённость южной части спутника.[7]
На цветных изображениях различаются тёмные, относительно гладкие поверхности и более светлые, слегка желтоватые участки с трещинами. Тёмное вещество, вероятно, перемещается вниз по склонам и содержит меньше льда, чем обнажённый светлый материал. При этом оба типа поверхности считаются богатыми водяным льдом.[7]
Официально названы два кратера — Гилаира и Поллукс. Их имена относятся к мифологическому кругу Кастора и Поллукса, который используется и для названий деталей рельефа Януса.[10][2]
Пылевое кольцо
Общую орбитальную область Януса и Эпиметея окружает слабое пылевое кольцо. Его частицы особенно хорошо заметны при очень больших фазовых углах, когда геометрия наблюдений благоприятствует рассеянию света вперёд.[11]
В численных моделях время жизни отдельных частиц в этой области не превышает нескольких десятилетий. Поэтому пыль должна постоянно пополняться. Удары микрометеороидов по поверхностям двух спутников способны выбивать вещество и поддерживать существование кольца.[11]
Воздействие на основные кольца
Янус и Эпиметей вызывают резонансные возмущения в кольцах Сатурна. При обмене орбитами положения резонансов смещаются, и отклик кольцевого вещества меняется. Особенно подробно исследован внешний край кольца A, расположенный вблизи резонанса 7:6 с коорбитальной парой.[12]
Наблюдения 2006–2014 годов показали, что выраженная семилепестковая форма края, существовавшая при внутреннем положении Януса, исчезла после обмена 2010 года. Исследования также связали орбитальные перестройки пары с распространением одиночных волн в кольцевом веществе.[12][8]
Открытие и наименование
Ричард Уокер наблюдал объект в области орбиты Януса 18 декабря 1966 года. Первоначально наблюдения двух тел пытались отнести к одному спутнику, из-за чего возникали несоответствия при определении орбиты.[2]
В 1977 году Джон Фаунтин и Стивен Ларсон распознали отдельный спутник и определили подходящий орбитальный период. В 1980 году существование Эпиметея было подтверждено наблюдениями Дейла Крукшенка, а исследования Voyager 1 прояснили устройство пары.[5][2]
Название дано в честь Эпиметея, брата Прометея в древнегреческой мифологии. Спутник также известен как Сатурн XI и S/1980 S3.[5]
Исследования Cassini
3 декабря 2007 года Cassini получил изображения южной полярной области, использованные для составления цветного вида PIA09813. Снимки были сделаны с расстояния около 37 400 км с масштабом 224 м на пиксель.[7]
6 декабря 2015 года аппарат вновь подробно снял обращённое к Сатурну полушарие. Один из опубликованных кадров получен с расстояния примерно 35 тыс. км с масштабом 212 м на пиксель.[13]
Во время сближения 21 февраля 2017 года камеры исследовали противоположную Сатурну сторону. На одном из изображений масштаб достиг 89 м на пиксель при расстоянии около 15 тыс. км. Стали различимы мелкие кратеры и детали неровной поверхности, которые невозможно увидеть с Земли.[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. Эпиметей: гравитационный параметр по решению SAT415. 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 Epimetheus // NASA Science.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 Planetary Satellite Mean Elements // NASA JPL. Эпиметей: средние элементы на 1 января 2000 года, 12:00 TDB.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Robutel P., Rambaux N., Castillo-Rogez J. Analytical description of physical librations of Saturnian coorbital satellites Janus and Epimetheus // Препринт arXiv:1003.0557. 2010. DOI: 10.1016/j.icarus.2010.09.014.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 Planet and Satellite Names and Discoverers: Saturn XI (Epimetheus) // USGS/IAU.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 O’Neill S., Hay K., deMattos J. Theoretical and computational models for Saturn’s co-orbiting moons, Janus and Epimetheus // Препринт arXiv:2312.13442. 2023.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 Epimetheus Revealed // NASA/JPL/Space Science Institute. 11 января 2008.
- ↑ 8,0 8,1 Rehnberg M. E. et al. A Traveling Feature in Saturn’s Rings // Препринт arXiv:1607.05198. 2016; принят к публикации в Icarus.
- ↑ 9,0 9,1 Zoom-in on Epimetheus // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute. 3 июля 2017.
- ↑ Epimetheus: Nomenclature // Gazetteer of Planetary Nomenclature. USGS/IAU.
- ↑ 11,0 11,1 Winter O. C. et al. Particles co-orbital to Janus and Epimetheus: a firefly planetary ring // Препринт arXiv:1801.01909. 2018. DOI: 10.3847/1538-4357/aa9c7f.
- ↑ 12,0 12,1 El Moutamid M. et al. How Janus’ Orbital Swap Affects the Edge of Saturn’s A Ring? // Препринт arXiv:1510.00434. 2015. DOI: 10.1016/j.icarus.2015.10.025.
- ↑ Examining Epimetheus // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute. 8 декабря 2015.