Спутники Урана

Сравнительные размеры шести самых известных спутников Урана. Слева направо: Пак, Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон.

Спутники Урана — естественные спутники планеты Уран. Известно 27 спутников. Все они получили названия в честь персонажей из произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Первые два спутника — Титанию и Оберон — в 1787 году открыл Уильям Гершель. Ещё два сферических спутника (Ариэль и Умбриэль) были открыты в 1851 году Уильямом Ласселом. В 1948 году Джерард Койпер открыл Миранду. Остальные спутники были открыты после 1985 года, во время миссии «Вояджера-2», или с помощью усовершенствованных наземных телескопов.

Открытие

Два первых известных спутника, Титания и Оберон, были обнаружены сэром Уильямом Гершелем 11 января 1787 года, через шесть лет после открытия им Урана. Позднее Гершель считал, что обнаружил шесть спутников, и, возможно, даже кольцо (см. ниже). В течение почти 50 лет инструмент Гершеля был единственным, в который можно было различить спутники Урана^[1]. В 1840-е гг. более совершенные инструменты наблюдений и благоприятное положение Урана позволили заметить спорадические признаки других спутников, помимо Титании и Оберона. В конечном счёте, два следующих спутника, Ариэль и Умбриэль, были открыты Уильямом Ласселом в 1851 году^[2].

В течение долгого времени римская схема нумерации спутников Урана была спорной и в публикациях колебалась между обозначениями Гершеля (где Титания и Оберон — Уран II и IV) и Уильяма Лассела (где они временами — I и II)^[3]. После того как существование Умбриэля и Ариэля было подтвержденно, Лассел пронумеровал спутники от I до IV в порядке удаления. С тех пор нумерация не менялась^[4]. В 1852 году сын У. Гершеля — Джон Гершель дал названия четырём известным тогда спутникам.

В течение почти столетия никаких новых открытий спутников Урана сделано не было. В 1948 г. Джерард Койпер обнаружил наименьший из пяти крупнейших, сферических спутников — Миранду. Несколько десятилетиями спустя, в январе 1986 космический зонд «Вояджер-2» открыл 10 внутренних спутников. «Вояджером» наблюдался ещё один спутник — Пердита, но тогда он не был опознан как спутник. Пердиту «повторно» открыли в 2001 году при изучении старых фотографий с «Вояджера-2».

Уран был единственной планетой-гигантом, у которой не было известно нерегулярных спутников, но с 1997 года наземными наблюдениями было обнаружено девять отдалённых нерегулярных спутников. Ещё два маленьких внутренних спутника, Купидон и Маб, были открыты в 2003 году с использованием Космического телескопа «Хаббл». Последний из обнаруженных на 2008 год спутников Урана — Маргарита — был открыт в 2003 году^[5].

Мнимые спутники

После открытия Гершелем Титании и Оберона 11 января 1787 г., он впоследствии полагал, что наблюдал ещё 4 спутника: два — 18 января и 9 февраля 1790 г. и ещё два — 28 февраля и 26 марта 1794 года. Таким образом, много последующих десятилетий считалось, что у Урана 6 спутников, хотя существование 4 из них не подтвердил ни один астроном. Наблюдения Лассела в 1851, когда он обнаружил Ариэль и Умбриэль, не подтвердили наблюдения Гершеля; Ариэль и Умбриэль, которые Гершель, конечно же, должен был видеть, если он видел спутники около Титании и Оберона, не соответствовали ни одному из дополнительных спутников, замеченных Гершелем, по орбитальным характеристикам. Поэтому пришли к выводу, что 4 спутника, замеченных Гершелем помимо двух, были иллюзорными — вероятно, результатом ошибочного опознания звёзд около Урана как спутников, и право Лассела на открытие Ариэля и Умбриэля получило признание^[6]. Как считалось, у четырёх мнимых спутников Гершеля были следующие сидерические периоды: 5,89 дней (ближе чем Титания к Урану), 10,96 дней (между Титанием и Обероном), 38,08 и 107,69 дней (дальше Оберона)^[7].

Названия

Основная статья: Названия спутников

См. также: Конфликты имён небесных тел

Первые два спутника Урана, открытые в 1787 г., были названы лишь в 1852 — год спустя после обнаружения ещё двух. Обязанность дать им названия взял на себя Джон Гершель, сын первооткрывателя Урана. Он решил не брать названия для спутников из греческой мифологии, назвав их в честь магических духов из английской литературы: царя и царицы фей и эльфов Оберона и Титании из «Сон в летнюю ночь» Уильяма Шекспира и сильфов Ариэля и Умбриэль из «Похищения локона» Александра Поупа (Ариэль также ещё и эльф из Шекспировской «Бури»). Причины такого выбора, по-видимому, кроются в том, что Уран, как бог неба и воздуха, сопровождается духами воздуха^[8]. Последующие названия, вместо того, чтобы продолжить новую традицию давать имена духов воздуха (только Пак и Маб продолжили эту традицию), сосредоточились на первоисточниках Гершеля. В 1949 г. пятый спутник, Миранда, был назван его первооткрывателем Джерардом Койпером в честь смертного персонажа из Шекспировской «Бури».

Текущая практика наименования спутников, принятая в МАС, включает в себя персонажей пьес Шекспира и «Похищения локона» (на настоящий момент лишь Ариэль, Умбриэль и Белинда имеют имена из последней поэмы; все остальные из Шекспира). Сначала наиболее удалённые от центра спутники называли в честь персонажей из одной пьесы («Буря»); но с Маргаритой, которой было дано имя из «Много шума из ничего», эта традиция прекратилась^[9].

Массы спутников Урана в сравнении. Пять сфероидальных спутников изменяются, начиная с Миранды, от 0,7 % до Титании с более чем 40 % от суммарной массы. Масса всех остальных спутников почти не превышает 0,1 % и едва различима на этой диаграмме.

• «Похищение локона» (поэма Александра Поупа):
  • Ариэль, Умбриэль, Белинда
• Пьесы Уильяма Шекспира:
  • «Сон в летнюю ночь»: Титания, Оберон, Пак
  • «Буря»: (Ариэль), Миранда, Калибан, Сикоракса, Просперо, Сетебос, Стефано, Тринкуло, Франциско, Фердинанд
  • «Король Лир»: Корделия
  • «Гамлет, принц датский»: Офелия
  • «Укрощение строптивой»: Бианка
  • «Троил и Крессида»: Крессида
  • «Отелло»: Дездемона
  • «Ромео и Джульетта»: Джульетта, Маб
  • «Венецианский купец»: Порция
  • «Как вам это понравится»: Розалинда
  • «Много шума из ничего»: Маргарита
  • «Зимняя сказка»: Пердита
  • «Тимон Афинский»: Купидон

Названия некоторых астероидов совпадают с названиями спутников Урана: 171 Офелия, 218 Бианка, 593 Титания, 666 Дездемона, 763 Купидон, 900 Розалинда и 2758 Корделия.

Особенности и группы

Спутники Урана можно разделить на три группы: тринадцать внутренних, пять крупных и девять нерегулярных спутников.

Внутренние спутники

Схема лун и колец Урана

См. также: Внутренние луны и Кольца Урана

По данным на 2008 год, Уран обладает 13 внутренними лунами. Внутренние спутники — это небольшие, тёмные объекты, сходные характеристиками и происхождением с кольцами планеты. Их орбиты лежат за внутренней стороной орбиты Миранды. Все внутренние луны глубоко связанны с Кольцами Урана, которые, возможно, представляют собой результат распада одной или нескольких маленьких внутренних лун. Две самые внутренние луны (Корделия и Офелия) служат кольцу ε «пастухами», а небольшая луна Маб, возможно, источник наиболее удалённого кольца μ. Пак кружит на орбите между Пердитой и Мабом, и, возможно, представляет собой нечто вроде переходного объекта между внутренними лунами и крупными спутниками Урана.

Все внутренние луны — тёмные объекты; их геометрическое альбедо не превышает 10 %. Внутренние луны состоят из водяного льда с примесью тёмного материала—возможно преобразованной радиацией органикой. Небольшие внутренние спутники постоянно выступают друг для друга в качестве возмущающих факторов. Система является хаотичной и, вероятно, непостоянной.

Расчёты показывают, что внутренние спутники выступают в роли возмущающих факторов друг для друга в случае, если их орбиты пересекаются; в конечном счёте, это может привести к столкновениям между ними. Дездемона может столкнуться с Крессидой или Джульеттой в последующие 100 миллионов лет^[10].

Крупные спутники

Пять крупных спутников достаточно массивны, чтобы гидростатическое равновесие придало им сфероидальную форму. На четырёх из них замечены признаки внутренней и внешней активности, такие, как формирование каньонов и предполагаемый вулканизм на поверхности. Наибольший из этих пяти, Титания, 1578 км в диаметре и восьмой по величине спутник в Солнечной Системе. Она в 20 раз менее массивна, чем земная Луна. Система спутников Урана наименее массивная среди систем спутников планет-гигантов; совокупная масса всех 5 крупнейших лун Урана не составит и половины от массы Тритона, седьмого крупнейшего спутника Солнечной системы (масса Тритона составляет около 2.14·10²² кг^[11], когда как совокупная масса спутников Урана составляет около 1·10²² кг. Крупнейший из спутников, Титания, обладает радиусом в 788,9 км, что меньше радиуса Земной Луны, но немного больше, чем у Реи, второго из крупных спутников Сатурна, что делает Титанию восьмым крупнейшим спутником в Солнечной системе. Уран приблизительно в 10000 раз массивнее, чем его спутники (масса Урана — 8,681·10²⁵ кг, масса четырёх самых крупных спутников — 8.82·10²¹ кг^[12], массой остальных спутников можно пренебречь). Среди спутников Урана выделяются пять самых крупных: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. По диаметру они различаются от 472 км для Миранды до 1578 км для Титании. Все крупные спутники Урана — относительно тёмные объекты: их геометрическое альбедо меняется в диапазоне 30—50 %, а по альбедо Бонда — между 10—23 %. Умбриэль — самый тёмный из этих спутников, а Ариэль — самый яркий. Массы спутников составляют от 6,7·10¹⁹ кг (Миранда) до 3,5·10²¹ кг (Титания). Для сравнения, масса земной Луны — 7,5·10²² кг.

Крупнейшие спутники Урана, как полагают, сформировались в аккреционном диске, который существовал вокруг Урана в течение некоторого времени после того, как он сформировался, или возник в результате столкновения Урана с другим небесным телом в ранний период его истории^[13].

Сравнительные размеры и яркость пяти самых крупных спутников Урана. Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон.

Все крупные спутники Урана состоят наполовину изо льда и горных пород, за исключением Миранды, состоящей преимущественно изо льда. Составляющими льда могут являться аммиак и углекислый газ.

Их поверхность испещрена кратерами, но все они (за исключением Умбриеля) демонстрируют признаки «обновления» поверхности, выражающиеся в форме образования каньонов и, в случае с Мирандой, яйцевидными, похожими на гоночные треки структурами, называемыми коронами. За образование «корон» как считают, ответственны резкие поднятия диапиров^[14]. Поверхность Ариэля, возможно, самая молодая, с наименьшим количеством кратеров. Поверхность Умбриэля же кажется самой старой.

Имевшие место в прошлом резонансы 3:1 между Мирандой и Умбриэлем и 4:1 между Ариэлем и Титанией, как считают, ответственны за нагревание, которое вызвало существенную эндогенную активность на Миранде и Ариэле^[15][16]. К такому выводу приводит наличие у Миранды высокого орбитального наклонения, несвойственного для столь близкого к планете тела^[17][18]. Крупнейшие спутники Урана состоят из ядра из горных пород в центре и ледяного покрова снаружи. Титания и Оберон могут иметь океан из жидкой воды на границе ядра/мантии.

Нерегулярные спутники

Нерегулярные спутники Урана имеют эллиптические и сильно наклонённые (в большинстве своём ретроградные) орбиты на большом расстоянии от планеты.

Параметры спутников Урана

Ранжированы по степени удалённости от планеты, крупнейшие выделены, знак вопроса отражает приблизительность цифры.

Параметры спутников Урана^[19]

Номер	Название (сфероидальные спутники выделены жирным шрифтом)		Средний диаметр (км)	Масса (кг)	Большая полуось (103 км)	Орбитальный период (в днях)	Наклон (°) (к экватору)	Дата открытия	Изображения
1	Уран VI	Корделия	42 ± 6	5.0·1016?	49,751	0.335034	0,08479°	1986
2	Уран VII	Офелия	46 ± 8	5.1·1016?	53,764	0.376400	0,1036°	1986
3	Уран VIII	Бианка	54 ± 4	9.2·1016?	59,165	0.434579	0,193°	1986
4	Уран IX	Крессида	82 ± 4	3.4·1017?	61,766	0.463570	0,006°	1986
5	Уран X	Дездемона	68 ± 8	2.3·1017?	62,658	0.473650	0,11125°	1986
6	Уран XI	Джульетта	106 ± 8	8.2·1017?	64,360	0.493065	0,065°	1986
7	Уран XII	Порция	140 ± 8	1.7·1018?	66,097	0.513196	0,059°	1986
8	Уран XIII	Розалинда	72 ± 12	2.5·1017?	69,927	0.558460	0,279°	1986
9	Уран XXVII	Купидон	~ 18	3.8·1015?	74,800	0.618	0,1°	2003
10	Уран XIV	Белинда	90 ± 16	4.9·1017?	75,255	0.623527	0,031°	1986
11	Уран XXV	Пердита	30 ± 6	1.8·1016?	76,420	0.638	0,0°	1986
12	Уран XV	Пак	162 ± 4	2.9·1018?	86,004	0.761833	0,3192°	1985
13	Уран XXVI	Маб	~ 25	1.0·1016?	97,734	0.923	0,1335°	2003
14	Уран V	Миранда	471.6 ± 1.4	(6.6 ± 0.7)·1019	129,390	1.413479	4,232°	1948
15	Уран I	Ариэль	1157.8 ± 1.2	(1.35 ± 0.12)·1021	191,020	2.520379	0,260°	1851
16	Уран II	Умбриэль	1169.4 ± 5.6	(1.17 ± 0.13)·1021	266,300	4.144177	0,205°	1851
17	Уран III	Титания	1577.8 ± 3.6	(3.53 ± 0.09)·1021	435,910	8.705872	0,340°	1787
18	Уран IV	Оберон	1522.8 ± 5.2	(3.01 ± 0.07)·1021	583,520	13.463239	0,058°	1787
19	Уран XXII	Франциско	~ 12	1.3·1015?	4,276,000	−267.12**	147,459°	2001
20	Уран XVI	Калибан	~ 98	7.3·1017?	7,231,000	−579.39**	139,885°	1997
21	Уран XX	Стефано	~ 20	6·1015?	8,004,000	−677.48**	141,873°	1999
22	Уран XXI	Тринкуло	~ 10	7.5·1014?	8,504,000	−748.83**	166,252°	2001
23	Уран XVII	Сикоракса	~ 190	5.4·1018?	12,179,000	−1285.62**	152,456°	1997
24	Уран XXIII	Маргарита	~ 11	1.3·1015?	14,345,000	+1654.32	51,455°	2003
25	Уран XVIII	Просперо	~ 30	2.1·1016?	16,256,000	−1962.95**	146,017°	1999
26	Уран XIX	Сетебос	~ 30	2.1·1016?	17,418,000	−2196.35**	145,883°	1999
27	Уран XXIV	Фердинанд	~ 12	1.3·1015?	20,901,000	−2805.51**	167,346°	2001

Примечания

1. ↑ Herschel, John (1834). «On the Satellites of Uranus». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 3 (5): 35–36.
2. ↑ Lassell, W. (1851). «On the interior satellites of Uranus». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 12: 15–17.
3. ↑ Lassell, W. (1848). «Observations of Satellites of Uranus». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 8 (3): 43–44.
4. ↑ Lassell, W. (1851). «Letter from William Lassell, Esq., to the Editor». Astronomical Journal 2 (33): 70. DOI:10.1086/100198.
5. ↑ .Green, Daniel W. E. IAUC 8217: S/2003 U 3; 157P; AG Dra. IAU Circular (9 октября 2003).(недоступная ссылка — история) Проверено 21 декабря 2008.
6. ↑ Denning, W.F. (October 22, 1881). «The centenary of the discovery of Uranus». Scientific American Supplement (303).
7. ↑ Hughes, D. W. (1994). «The Historical Unravelling of the Diameters of the First Four Asteroids». R.A.S. Quarterly Journal 35 (3): 334–344.
8. ↑ William Lassell (1852). «Beobachtungen der Uranus-Satelliten». Astronomische Nachrichten 34. Проверено 2008-12-18.
9. ↑ Kuiper, Gerard P. (1949). «The Fifth Satellite of Uranus». Publications of the Astronomical Society of the Pacific 61 (360): 129. DOI:10.1086/126146.
10. ↑ Duncan, Martin J.; Jack J. Lissauer (1997). «Orbital Stability of the Uranian Satellite System». Icarus 125 (1): 1–12. DOI:10.1006/icar.1996.5568. Проверено 2008-05-10.
11. ↑ Tyler, G.L.; Sweetnam, D.L.; Anderson, J.D. et al (1989). «Voyager radio science observations of Neptune and Triton». Science 246: 1466–73. DOI:10.1126/science.246.4936.1466. PMID 17756001.
12. ↑ Mass of four largest moons
13. ↑ Hunt Garry E. Atlas of Uranus. — Cambridge University Press. — P. 78—85. — ISBN 0521343232
14. ↑ Pappalardo, R. T.; Reynolds, S. J., Greeley, R. (1996). «Extensional tilt blocks on Miranda: Evidence for an upwelling origin of Arden Corona». Journal of Geophysical Research 102 (E6): 13,369–13,380. DOI:10.1029/97JE00802.
15. ↑ Tittemore, W. C.; Wisdom, J. (1990). «Tidal evolution of the Uranian satellites III. Evolution through the Miranda-Umbriel 3:1, Miranda-Ariel 5:3, and Ariel-Umbriel 2:1 mean-motion commensurabilities». Icarus 85 (2): 394–443. DOI:10.1016/0019-1035(90)90125-S.
16. ↑ Tittemore, W.C. (1990). «Tidal Heating of Ariel». Icarus 87: 110–139. DOI:10.1016/0019-1035(90)90024-4.
17. ↑ Tittemore, W. C.; Wisdom, J. (1989). «Tidal Evolution of the Uranian Satellites II. An Explanation of the Anomalously High Orbital Inclination of Miranda». Icarus 78: 63–89. DOI:10.1016/0019-1035(89)90070-5.
18. ↑ Malhotra, R., Dermott, S. F. (1990). «The Role of Secondary Resonances in the Orbital History of Miranda». Icarus 85: 444–480. DOI:10.1016/0019-1035(90)90126-T.
19. ↑ NASA/NSSDC

См. также

• Спутники Юпитера
• Спутники Сатурна
• Спутники Нептуна
• Спутники Плутона

Ссылки

• О спутниках Урана
• Параметры спутников Урана