Япет
Япет — третий по величине спутник Сатурна после Титана и Реи. Его диаметр составляет около 1469 км. Одна сторона спутника покрыта очень тёмным веществом, другая сохраняет яркую ледяную поверхность. Вдоль экватора протянулся горный хребет с отдельными вершинами высотой около 20 км.[1][3][5]
Наблюдения Cassini связали контраст окраски с оседанием внешней пыли и последующим перераспределением водяного льда. Происхождение экваториальных гор остаётся предметом исследований: их объясняют как внутренними процессами, так и падением обломков из древнего кольца вокруг Япета.[6][7]
Размеры и физические характеристики
Средний радиус Япета составляет 734,3 км, масса — около 1,81 × 1021 кг. По диаметру он примерно в 2,4 раза меньше Луны, а по массе уступает ей почти в 41 раз. Средняя плотность — всего 1,09 г/см³: спутник состоит главным образом из водяного льда с меньшей долей каменного вещества.[1][3]
Ускорение свободного падения у поверхности равно примерно 0,224 м/с² — почти в 44 раза меньше земного. При этом Япет заметно отклоняется от шарообразной формы: у него выражено экваториальное утолщение, поверх которого поднимается узкий горный хребет.[1][8]
Орбита и вращение
Япет обращается вокруг Сатурна на среднем орбитальном расстоянии около 3,56 млн км. Один оборот занимает 79,33 земных суток. Его орбита значительно удалена от орбит Реи и Титана; эксцентриситет составляет около 0,028.[4]
Вращение синхронное: за один оборот вокруг планеты спутник совершает один оборот вокруг своей оси. Поэтому Сатурн постоянно находится над одним полушарием Япета. Ведущая сторона обращена вперёд по ходу орбитального движения, ведомая — назад.[3]
Орбита наклонена к плоскости колец Сатурна. В отличие от крупных спутников, движущихся почти в экваториальной плоскости планеты, с Япета кольца можно наблюдать под заметным углом.[3]
Светлые и тёмные области
Основная тёмная область, область Кассини — Cassini Regio, — занимает преимущественно ведущее полушарие. Её альбедо составляет около 0,03–0,05, тогда как светлые участки отражают примерно 50–60 % падающего света. Разница яркости достигает более чем десятикратной величины.[3]
Граница проходит не по ровному меридиану. Светлый материал сохраняется у полюсов и на некоторых склонах внутри тёмной области. На переходных участках соседствуют яркие ледяные поверхности и тёмные пятна, расположение которых зависит от освещённости и температуры рельефа.[6]
Небольшие кратеры местами вскрывают яркое вещество под тёмной поверхностью. Это показывает, что по крайней мере в таких местах затемнение связано с поверхностным покровом, а не с составом всей толщи спутника.[2]
Внешняя пыль и перенос льда
В 2009 году космический телескоп Spitzer обнаружил очень разреженное внешнее кольцо Сатурна, связанное со спутником Феба. Феба и частицы её кольца движутся в обратном направлении по отношению к Япету. Постепенно смещаясь внутрь системы, пыль может сталкиваться с его ведущей стороной.[9]
Динамические расчёты показывают, что пыль Фебы способна дать распределение осадков, близкое к расположению области Кассини. Вносить вклад могут и другие внешние нерегулярные спутники. Поэтому тёмное вещество не обязательно должно полностью повторять спектральные свойства одной Фебы.[10]
Первоначальное загрязнение усиливается температурными различиями. Тёмные участки поглощают больше солнечного света и прогреваются примерно до 127 К. Водяной лёд на них медленно сублимирует — переходит непосредственно в пар — и осаждается на более холодных поверхностях. После потери льда тёмный остаток становится ещё темнее, а холодные области накапливают светлый лёд.[2]
Такой перенос за длительное время способен резко усилить исходную разницу окраски. Модель сочетает внешний источник пыли с процессами на самом спутнике; её разработали на основе изображений и температурных измерений Cassini.[11]
Экваториальный хребет
Вдоль экватора Япета протянулась цепь гор длиной около 1300 км. Характерная высота хребта достигает примерно 10 км, а отдельные вершины поднимаются более чем на 20 км над окружающими равнинами. На спутнике диаметром менее полутора тысяч километров это особенно крупная форма рельефа.[5]
Хребет неоднороден: встречаются одиночные вершины, участки с несколькими гребнями и разрушенные фрагменты. Его связь с экватором требует объяснения, которое учитывает вращение спутника или движение вещества вокруг него.[7]
Среди внутренних механизмов рассматривают деформацию коры при изменении формы и замедлении вращения. Другая группа гипотез связывает горы с падением обломков из существовавшего прежде околоспутникового кольца. Исследование топографии выявило участки с треугольным поперечным профилем и склонами до 40°: такие формы согласуются с накоплением обломочного материала. Однако одних этих признаков недостаточно, чтобы окончательно установить происхождение хребта.[7]
Форма и ранняя эволюция
Экваториальное утолщение Япета слишком велико для его нынешнего медленного вращения. Согласно моделям ранней эволюции, оно могло сформироваться, когда оборот вокруг оси занимал приблизительно 5–16 часов. Затем наружные слои охладились и стали достаточно жёсткими, чтобы сохранить прежние очертания.[8]
Приливное взаимодействие с Сатурном продолжало замедлять вращение уже после затвердевания внешней оболочки. В этом объяснении нынешняя форма сохраняет следы раннего состояния спутника. Оценка древнего периода вращения зависит от принятой модели внутреннего строения и охлаждения.[8]
Ударные кратеры
Оба полушария Япета покрыты ударными кратерами. На светлой стороне Cassini снял бассейн диаметром около 450 км — почти треть диаметра спутника. Он частично перекрывает более древнюю ударную структуру сопоставимого размера.[12]
Наложение крупных бассейнов и меньших кратеров показывает последовательность ударов. На цветных изображениях хорошо различимы тёмное вещество на отдельных участках и светлый лёд на других. Поэтому одна и та же мозаика даёт сведения и о рельефе, и о распределении поверхностного материала.[12]
Открытие и исследования
Джованни Доменико Кассини открыл Япет 25 октября 1671 года. Сначала он наблюдал спутник только к западу от Сатурна. Кассини предположил, что одна сторона значительно темнее другой, а вращение синхронизировано с обращением. Эти особенности позднее подтвердили космические наблюдения.[3]
Аппараты Voyager 1 и Voyager 2 исследовали систему Сатурна в 1980–1981 годах и получили изображения контрастных полушарий. Гораздо более подробные данные передал Cassini. Его ближайший пролёт состоялся 10 сентября 2007 года на высоте около 1640 км: аппарат исследовал горы, кратеры и переходы между светлыми и тёмными областями.[13]
Мозаика светлого полушария, полученная в день этого сближения, составлена из 60 снимков с четырьмя спектральными фильтрами. Усиление цветовых различий позволило отчётливее показать неоднородности ледяного и тёмного материала.[12]
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. Япет: 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 Cassini Is on the Trail of a Runaway Mystery // NASA. 2007.
- ↑ 3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,10 3,11 Iapetus // NASA Science.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 Planetary Satellite Mean Elements // NASA JPL. Япет: средние элементы на 1 января 2000 года, 12:00 TDB.
- ↑ 5,0 5,1 Iapetus // Freie Universität Berlin, Planetary Sciences and Remote Sensing.
- ↑ 6,0 6,1 Saturnian satellite Iapetus is coated with foreign dust // Cornell University. 10 декабря 2009.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 Lopez Garcia E. et al. Topographic Constraints on the Origin of the Equatorial Ridge on Iapetus // Icarus. 2014. Vol. 237. P. 419–421. DOI: 10.1016/j.icarus.2014.04.025.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 Saturn’s Old Moon Iapetus Retains Its Youthful Figure // NASA. 2007.
- ↑ NASA Space Telescope Discovers Largest Ring Around Saturn // NASA/JPL. 6 октября 2009.
- ↑ 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.
- ↑ Spencer J. R., Denk T. Formation of Iapetus’ Extreme Albedo Dichotomy by Exogenically Triggered Thermal Ice Migration // Science. 2010. Опубликовано онлайн 10 декабря 2009.
- ↑ 12,0 12,1 12,2 The Other Side of Iapetus // NASA/JPL/Space Science Institute. 8 октября 2007.
- ↑ Saturn’s Moon Iapetus Is the Yin-and-Yang of the Solar System // NASA/JPL. 2007.