Янус
Янус — небольшой ледяной спутник Сатурна, обращающийся сразу за кольцом F. Его средний объёмный диаметр составляет около 178 км. Вместе с Эпиметеем Янус образует коорбитальную пару: спутники движутся почти на одинаковом расстоянии от планеты и примерно раз в четыре года меняются внутренней и внешней орбитами.[1][2][6]
Взаимное притяжение при сближении изменяет их движение так, что непосредственного столкновения не происходит. Эти перестройки отражаются и на кольцах Сатурна: положение резонансов Януса смещается, меняя характер возмущений в кольцевом веществе.[7]
Размеры и физические характеристики
Средний объёмный радиус Януса равен 89,2 км, масса — около 1,90 × 1018 кг. По диаметру он примерно в два с четвертью раза меньше Мимаса, а по массе уступает ему почти в 20 раз. Сам Янус примерно в 3,6 раза массивнее Эпиметея.[1]
Форма спутника вытянутая и неровная. Диаметр 178 км относится к шару того же объёма; реальные размеры в разных направлениях различаются. На изображениях хорошо видны крупные впадины и выступы, заметно меняющие очертания тела.[1][8]
Средняя плотность составляет всего 0,64 г/см³ — меньше плотности сплошного водяного льда. Вместе с высокой отражательной способностью это указывает на ледяной состав и значительную пористость. Янус может представлять собой совокупность фрагментов, удерживаемых общей гравитацией.[1][2]
Сферическая оценка ускорения свободного падения у поверхности — около 0,016 м/с², приблизительно в 620 раз меньше земного. Расчётная скорость убегания по массе и среднему радиусу равна примерно 53 м/с, или 192 км/ч. Местное притяжение зависит от неровной формы спутника.[1]
Орбита и вращение
Янус обращается вокруг Сатурна на расстоянии примерно 151,5 тыс. км от центра планеты. Его путь расположен между кольцами F и G. Один оборот занимает около 16,7 часа; орбита почти круговая и слабо наклонена к экваториальной области системы.[3][2]
Вращение в среднем синхронное: одна сторона обращена к Сатурну. Поверх этого движения накладываются небольшие колебания ориентации — физические либрации. Коорбитальные перестройки с Эпиметеем вносят дополнительные изменения в движение и вращение обоих тел.[4]
Совместная орбита с Эпиметеем
Янус и Эпиметей находятся в резонансе 1:1, то есть имеют почти одинаковые периоды обращения. Разность характерных орбитальных расстояний составляет всего около 50 км — меньше среднего радиуса каждого спутника. Однако эта величина описывает разницу орбит, а не расстояние между самими телами в момент сближения.[6]
На внутренней орбите спутник обращается немного быстрее и постепенно догоняет наружного соседа. По мере сближения взаимное притяжение передаёт энергию и угловой момент: внутренний спутник переходит на более высокую орбиту и начинает обращаться медленнее, наружный — на более низкую и обращается быстрее. После обмена тела снова удаляются друг от друга.[6][4]
Поскольку Янус примерно в 3,6 раза массивнее, его орбита изменяется меньше, чем орбита Эпиметея. Очередное сближение происходит приблизительно через четыре года, а полный цикл возвращения к прежней взаимной конфигурации занимает около восьми лет.[4][7]
В системе отсчёта, вращающейся вместе со средним орбитальным движением пары, относительная траектория имеет подковообразный вид. Такой режим отличается от движения троянских спутников, которые колеблются вблизи определённых точек впереди или позади более крупного тела.[9]
Поверхность и кратеры
Поверхность Януса густо покрыта кратерами. Некоторые из них превышают 30 км в диаметре — значительная величина для тела с поперечником менее двухсот километров. Края многих впадин выглядят сглаженными; отдельные участки могут быть покрыты мелким рыхлым ледяным материалом.[2][8]
На снимках Cassini видны светлые и более тёмные области, неровные гребни и пологие переходы между кратерами. При низком освещении длинные тени подчёркивают рельеф и позволяют различать структуры, которые теряются на изображениях при высоком Солнце.[10]
Официальные названия получили четыре кратера: Кастор, Идас, Линкей и Феба — Phoibe. Они связаны с мифологическим кругом Кастора и Поллукса. Название кратера Феба относится к дочери Левкиппа и не обозначает одноимённый далёкий спутник Сатурна.[11]
Пылевое кольцо Януса и Эпиметея
В области общей орбиты пары находится слабое пылевое кольцо. Мелкие частицы особенно хорошо рассеивают свет вперёд, поэтому кольцо становится заметным при определённом взаимном расположении Солнца, аппарата и кольцевой плоскости.[12]
Численные модели показывают, что отдельные частицы могут сохраняться в этой области менее нескольких десятилетий. Следовательно, для существования кольца требуется постоянное пополнение. Один из основных механизмов — выбивание пыли с поверхностей Януса и Эпиметея ударами микрометеороидов.[12]
Воздействие на кольцо A
Янус заметно влияет на внешний край кольца A через орбитальный резонанс 7:6. Приблизительно за шесть оборотов Януса частицы в резонансной области совершают семь. Повторяющиеся гравитационные воздействия формируют закономерные отклонения края кольца от окружности.[7]
Исследование более 5000 изображений и 170 покрытий за 2006–2014 годы показало, что в 2006–2010 годах, когда Янус занимал внутреннюю орбиту, край имел выраженную семилепестковую форму с амплитудой около 12,8 км. После обмена орбитами в 2010 году соответствующий резонанс сместился, и устойчивый семилепестковый рисунок исчез.[7]
Таким образом, кольцо сохраняет наблюдаемый отклик на перестройку движения спутников. Изменения его края дают независимые сведения о резонансном взаимодействии малых лун и частиц вокруг Сатурна.[7]
Открытие и исследования
Одуэн Дольфюс наблюдал Янус 15 декабря 1966 года. Спустя несколько дней были получены наблюдения другого близкого объекта, но первоначально их пытались объединить с Янусом в одну орбиту. Существование двух тел на почти одинаковом пути объяснило расхождения.[2]
В 1980 году Янус был подтверждён наблюдениями Дэна Паску; изображения Voyager 1 окончательно прояснили устройство коорбитальной пары. Название Януса происходит от римского двуликого бога начал и переходов.[5][2]
Cassini многократно снимал спутник и наблюдал его взаимные прохождения с Эпиметеем. Например, 14 февраля 2010 года аппарат получил последовательность, в которой Эпиметей проходил перед Янусом. Подобные наблюдения использовали для уточнения орбит.[13]
Во время пролёта 27 марта 2012 года Cassini получил подробные изображения кратеров Януса. Один из опубликованных видов был снят с расстояния около 45 тыс. км с масштабом примерно 272 м на пиксель. Эти данные позволили сопоставить форму спутника, его ударный рельеф и распределение поверхностного материала.[10]
См. также
Примечания
- ↑ 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 Planetary Satellite Physical Parameters // NASA JPL. Янус: гравитационный параметр по решению SAT415. Масса вычислена из GM с использованием G = 6,67430 × 10−11 м³/(кг·с²).
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 Janus // NASA Science.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Planetary Satellite Mean Elements // NASA JPL. Янус: средние элементы на 1 января 2000 года, 12:00 TDB.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Analytical description of physical librations of Saturnian coorbital satellites Janus and Epimetheus // Препринт arXiv:1003.0557. 2010.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Planet and Satellite Names and Discoverers: Saturn X (Janus) // USGS/IAU.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 Epimetheus // NASA Science.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 El Moutamid M. et al. How Janus’ Orbital Swap Affects the Edge of Saturn’s A Ring? // Препринт arXiv:1510.00434. 2015. DOI опубликованной работы: 10.1016/j.icarus.2015.10.025.
- ↑ 8,0 8,1 Janus against Saturn, PIA08296 // NASA/JPL/Space Science Institute. Снимок Cassini от 25 сентября 2006 года.
- ↑ Theoretical and computational models for Saturn’s co-orbiting moons, Janus and Epimetheus // Препринт arXiv:2312.13442. 2023.
- ↑ 10,0 10,1 Janus’ Craters // NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute. 7 мая 2012.
- ↑ Nomenclature Search Results: Janus // Gazetteer of Planetary Nomenclature. USGS/IAU.
- ↑ 12,0 12,1 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.
- ↑ Cruising Past Janus // NASA/JPL/Space Science Institute. 1 апреля 2010.
