Підручник з Астрономії (рівень стандарту). 11 клас. Пришляк

§ 10. Супутники планет

Вивчивши цей параграф, ми:

• дізнаємося, які фізичні умови існують на поверхні супутників планет;

• побачимо, чи можливе там життя;

• довідаємося, чому навколо планет існують кільця.

1. Супутники Марса

Фобос (від грец.— страх) і Деймос (від грец.— жах) названі на честь вічних супутників бога війни Марса. Ці космічні тіла за формою нагадують величезні картоплини: найбільший діаметр Фобоса — 28 км, а Деймоса — 16 км. Їхня поверхня темного кольору має безліч кратерів (рис. 10.1). Космонавти на поверхні цих супутників змушені будуть прив’язуватися до корабля, бо маленька сила тяжіння завдасть клопоту при пересуванні — поштовх ноги може надати тілу достатньої швидкості для міжпланетних польотів.

Рис. 10.1. Деймос і Фобос мають тверду поверхню, яка вкрита шаром чорного пилу і «засіяна» кратерами. На Фобосі видно дивні борозни, що схожі на ріллю

Для допитливих

Існування супутників Марса передбачав ще Кеплер, який вірив у магічну силу цифр: Земля має 1 супутник, у Юпітера були відомі на той час 4 супутники, тому навколо розташованого посередині Марса мають обертатися 2 супутники. Потім цю ідею розвинув Свіфт, який у «Мандрах Ґуллівера» описує супутники Марса. Але тільки у 1877 р. А. Голл (США) відкрив Фобос і Деймос. Періоди їхніх обертань (7,7 год і 30,3 год) і відстань до планети виявилися майже такими, як описав Свіфт 150 років тому. Насправді, ніякої магії у цьому дивному передбаченні немає, бо Свіфт напевне знав, що за допомогою третього закону Кеплера можна визначити період обертання та відстань супутника від Марса.

Супутники Марса

Радіус,

Маса

км

1016 кг

Фобос

14

1,1

Деймос

8

0,2

2. Супутники Юпітера

Юпітер має принаймні 63 супутники, які були зареєстровані до 2011 р., і тьмяні кільця. Чотири найбільші супутники: Іо, Європа, Ганімед, Каллісто (рис. 10.2) — відкрив Галілей за допомогою свого першого телескопа, тому їх називають Галілеєві супутники. Іо має найбільшу геологічну активність з усіх тіл Сонячної системи — там зареєстровано 8 постійно діючих вулканів, із жерл яких викидаються розжарені гази і магма (рис. 10.3). Іо привертає увагу фантастичною гамою кольорів — жовтих, червоних і брунатних, що надають йому сполуки сірки, які містяться в продуктах виверження вулканів. Поверхня Іо зовсім рівна, бо рідка магма при температурі +400 °С заповнює будь-які западини.

Галілеєві супутники Юпітера

Назва

Радіус,

Маса

км

1022 кг

Іо

1815

8,9

Європа

1570

4,8

Ганімед

2630

14,9

Каллісто

2400

10,8

Рис. 10.2. Галілеєві супутники Юпітера: Європа, Ганімед, Каллісто — покриті снігом і льодом. Під льодовою корою може існувати океан рідкої води, у якій не виключена вірогідність життя

Три інші Галілеєві супутники — Європа, Ганімед і Каллісто — дуже схожі між собою: на їхній поверхні видно багато снігу та льоду (рис. 10.4). Під льодовою корою на цих супутниках може існувати океан рідкої води. Численні кратери свідчать про інтенсивне метеоритне бомбардування в минулому. Під час вибухів із кратерів витікала вода, яка заповнювала долини, тому на поверхні не видно ділянок із великими перепадами висоти. Правда, у деяких місцях помічені загадкові утворення, які нагадують жолобки та гребені гірських хребтів, що свідчить про можливу тектонічну діяльність у минулому. Ганімед є найбільшим супутником у Сонячній системі, який за розмірами навіть перевершує Меркурій.

Рис. 10.3. На Іо багато сірки і діючих вулканів

Рис. 10.4. Тріщини в льодовому панцирі Європи

Для допитливих

На поверхні Каллісто привертають увагу серія концентричних гребенів і гряди горбів, що оточують дві великі ділянки, які були названі басейнами. Гряди горбів дуже схожі на брижі — хвилі, які утворює кинутий у воду камінь. Напевно, енергія, що виділилася під час падіння гігантського метеорита, розтопила лід, але при сильному морозі (-150°С) вода миттєво замерзла.

3. «Сім'я» Сатурна

«Сім’я» Сатурна складається із системи кілець і 62 супутників, які були відкриті до 2011 р., але більшість із них мають невеликі розміри (рис. 10.5, 10.6). Найбільший супутник Титан оточений густою азотною атмосферою, і його поверхня захована під хмарами з метану. Попри малу силу тяжіння (1/7 земної) атмосферний тиск на поверхні Титана складає 1,6 атм., бо маса стовпа повітря над одиницею поверхні у 10 разів більша, ніж на Землі.

Великі супутники Сатурна

Назва

Радіус, км

Титан

2575

Рея

765

Япет

720

Діона

560

Тефія

525

Енцелад

251

Мімас

197

Янус

100

Рис. 10.5. Найбільший супутник Титан має густу азотну атмосферу з домішками метану. Можливо, там падають метанові дощі, а на поверхні існують моря з рідкого метану

Рис. 10.6. Супутники Сатурна Енцелад (ліворуч) і Діона. Безліч кратерів на льодовій поверхні свідчать, що там давно не відбувалася будь-яка тектонічна діяльність

Для допитливих

На поверхні Титана навіть удень морок, бо крізь 100-кілометровий шар туману пробивається дуже мало світла, тому там пекучий мороз (-180°С). Саме така низька температура і спричиняє існування досить густої атмосфери, у той час як на Меркурії та на супутнику Юпітера Ганімеді атмосфера практично відсутня, хоча вони мають більшу масу. Фантасти стверджують, що на Титані може навіть існувати життя, бо в атмосфері виявлено багато компонентів органічних сполук.

4. Кільця Сатурна

Кільця Сатурна (рис. 10.7) уперше побачив Галілей у 1610 р., але за допомогою невеликого телескопа він не зміг розпізнати справжню суть спостереження. Він виявив, що з боків Сатурн має дві ґулі, які зливаються, якщо дивитися на них із великої відстані. Тільки у 1659 р. датський астроном X. Гюйгенс довів, що ґулі є тонким плоским кільцем навколо Сатурна. Під час спостережень із поверхні Землі у великі телескопи видно три концентричних кільця, але за допомогою АМС було виявлено, що ці кільця складаються ще з тисяч окремих вузьких кілець (рис. 10.8).

Рис. 10.7. Залежно від того, як зорієнтований Сатурн щодо Землі, його кільця видно максимально розкритими або, коли Земля лежить у площині кілець, вони стають невидимими, тому що ми їх бачимо з ребра

Дослідження показують, що діаметр частинок у кільцях коливається в межах від міліметра до десятків метрів і складаються ці маленькі супутники зі снігу та льоду. Товщина кілець дуже мала в порівнянні з їхньою шириною — усього кілька десятків метрів.

Рис. 10.8. На знімках АМС «Вояджер» видно тисячі концентричних кілець Сатурна, які дивно переплетені між собою

Для допитливих

У 1848 р. французький астроном Рош довів, що існує межа у відстані до планети, і супутники планет не можуть до неї наближатися, бо гравітаційні сили розірвуть їх на частини. Якщо середня густина супутника така сама, як планети, то ця межа Роша дорівнює 2,4 радіуса планети. Є гіпотеза: колись існував супутник Сатурна, який увійшов за межу Роша і був розірваний припливними силами. Згідно з іншою гіпотезою, кільця — це залишки того будівельного матеріалу, з якого утворилася Сонячна система 5 млрд років тому. Цю гіпотезу підтверджують невеликі тьмяні кільця навколо інших планет-гігантів.

5. Супутники Урана

Уран має темні кільця і 27 супутників, які були зареєстровані до 2011 р. За допомогою телескопів відкриті тільки 5 великих супутників: Аріель, Умбріель, Титанія, Оберон і Міранда, а всі інші вперше сфотографовані у 1986 р. АМС «Вояджер-2». Супутники повернені до Урана однією півкулею, а їхні орбіти лежать у площині екватора, внаслідок чого на всіх супутниках відбувається така ж дивна зміна пір року, як і на Урані (див. §9).

Рис. 10.9. На поверхні Міранди видно дивні яри і долини, що нагадують трекові доріжки на стадіонах

Великі супутники складені з льоду та скелястих порід. Міранда (рис. 10.9) е найцікавішим супутником, на якому видно терени з долинами, проваллями та пасмами гір. Це все свідчить про періоди катастроф у її геологічній історії, коли кілька разів невідомі космічні фактори змінювали поверхню супутника. Титанія і Оберон (рис. 10.10) мають безліч кратерів. Сірий колір поверхні свідчить про те, що сніг на ній брудний.

Рис. 10.10. Оберон (ліворуч), Титанія (праворуч)

6. Супутники Нептуна

У наш час (2011 р.) відомо 13 супутників Нептуна та виявлено тонкі тьмяні кільця. За допомогою телескопів було відкрито 2 супутники — Тритон і Нереїду, а інші сфотографувала АМС «Вояджер-2» у 1989 р. Найбільший супутник Нептуна Тритон (радіус — 1380 км) має кілька загадкових утворень. Світла поверхня Тритона поглинає мало сонячної енергії, тому температура там не піднімається вище ніж -236 °С. Це найнижча денна температура, яку зареєстрували на супутниках планет Сонячної системи. Поверхня Тритона тверда (рис. 10.11).

Тритон — єдиний великий супутник серед тіл Сонячної системи, який рухається навколо планети у зворотному напрямку в порівнянні з обертанням Нептуна навколо осі. Це свідчить, що Тритон, можливо, був колись захоплений гравітаційним полем Нептуна, і він по спіралі наближується до планети. Коли відстань між Нептуном і Тритоном зменшиться до 65000 км (межа Роша), припливні сили зруйнують супутник, і навколо Нептуна утвориться величезне кільце, подібне до кілець Сатурна.

Рис. 10.11. Південний полюс Тритона. Поверхня вкрита льодом і снігом, а в полярній шапці, можливо, є замерзлий азот

Висновки

Супутники планет Сонячної системи мають різноманітні фізичні характеристики. Поверхня більшості супутників покрита снігом і льодом, а на супутниках Юпітера Європі, Ганімеді й Каллісто, можливо, існують океани рідкої води. Найбільший супутник Сатурна Титан оточений густою атмосферою, і на його поверхні можуть бути океани метану. У метанових морях при низьких температурах органічні сполуки могли б утворити форми життя, які не схожі на земні,— там замість води розчинником міг би служити рідкий метан. Супутники планет у майбутньому можуть стати космічними базами для освоєння Сонячної системи.

Тести

1. Чому інколи кільця Сатурна зникають?

А. Випаровуються. Б. Ховаються за Сатурн. В. Закриваються іншими планетами. Г. Площина кільця збігається з променем зору спостерігача. Д. Закриваються хмарами.

2. Який із великих супутників рухається навколо планети у зворотному напрямку?

А. Європа. Б. Іо. В. Каллісто. Г. Ганімед. Д. Тритон.

3. На поверхні яких супутників може існувати життя?

А. На Фобосі. Б. На Іо. В. На Ганімеді. Г. На Європі. Д. На Титані.

4. Який із супутників має густу азотну атмосферу з домішками метану?

А. Фобос. Б. Європа. В. Титан. Г. Оберон. Д. Тритон.

5. На яких супутниках виявлені постійно діючі вулкани?

А. На Місяці. Б. На Деймосі. В. На Ιο. Г. На Тритоні. Д. На Хароні.

6. Чим пояснюється дивовижне забарвлення Іо?

7. Про що свідчать численні кратери на супутниках Юпітера?

8. Які супутники планет мають атмосферу?

9. Що спричиняє існування досить густої атмосфери на Титані?

10. Визначте свою вагу на поверхні одного із супутників планет, радіуси яких наведені у цьому параграфі, якщо його густина дорівнює 2 г/см3.

11. На поверхні якого супутника ваша вага буде найбільшою?

Диспути на запропоновані теми

12. Поверхню яких супутників можна використати для побудови космічних поселень?

Завдання для спостережень

13. За допомогою бінокля або шкільного телескопа можна спостерігати Галілеєві супутники Юпітера. Визначте моменти затемнення одного з цих супутників — коли він зникає за диском Юпітера.

Ключові поняття і терміни:

Галілеєві супутники, кільця навколо планет, межа Роша.