Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 10. Супутники планет

Станом на березень 2019 р. у Сонячній системі відкрито 185 супутників великих планет і 9 супутників карликових планет. Також відомі супутники деяких астероїдів. Сім супутників, включаючи Місяць, мають діаметр більше як 2500 км, а Титан (супутник Сатурна) і Ганімед (3-й супутник Юпітера) у 1,5 раза більші, ніж Місяць, і трохи більші, ніж Меркурій. Титан — єдиний супутник з потужною атмосферою, яка здебільшого складається з азоту.

Невеликі супутники розміром десятки кілометрів є кам’яними або крижаними тілами неправильної форми. Їхні поверхні засіяні кратерами та вкриті дрібним пилом. Середні супутники (кілька сотень кілометрів) в основному кулясті й мають малу густину. За зовнішнім виглядом їхня поверхня нагадує місячну. Відрізняються розмаїтістю 7 найбільших супутників. За своєю будовою вони більше схожі на планети земної групи. Найбільші супутники Юпітера відкрив ще в 1610 р. Галілей. Однак основні відомості про природу великих супутників планет-гігантів отримано в результаті досліджень за допомогою космічних апаратів. За допомогою автоматичних міжпланетних станцій вдалося отримати чіткі фото супутників Марса та багатьох супутників планет-гігантів з близької відстані. На них добре видно численні деталі поверхні: кратери, тріщини, нерівності. Супутники Юпітера і більш віддалених планет вкриті шаром льоду з пилом завтовшки десятки кілометрів. На супутнику Юпітера — Іо (мал. 2.26) — було сфотографовано кілька діючих вулканів. Усі супутники вкриті кратерами ударного (метеоритного) походження. Багато супутників, зокрема і Місяць, повернуті до своєї планети одним боком. Зоряні періоди їхнього обертання дорівнюють періодам обертання навколо своїх планет. Чотири найбільших супутники Юпітера ми можемо побачити у призматичний бінокль. Якщо дивитися в телескоп, то за кілька годин можна помітити, як вони переміщуються, іноді проходять між Юпітером і Землею, а іноді відходять за диск Юпітера чи в його тінь.

Мал. 2.26

Модель внутрішньої будови великих супутників передбачає наявність у них трьох оболонок: кори, мантії і ядра. Ядра, що містять сполуки заліза і становлять 0,3-0,6 радіуса супутника, мають Іо, Європа (мал. 2.27) та Ганімед.

Мал. 2.27

У Тритона й Каллісто (мал. 2.28) кам’янисті ядра такого самого або навіть більшого розмірів. Силікатна (кам’яниста) кора Іо завтовшки 30 км. Під нею на глибині 100 км є рідка магма, температура якої сягає 2000 К. Магма живить численні вулкани Іо. Інші супутники вкриті крижаною оболонкою різної товщини, під якою є кам’яниста мантія.

Мал. 2.28

На поверхні Тритона і Ганімеда видно сліди тектонічної діяльності: розлами, стиски, тріщини, дрібні хребти. Каллісто відрізняється від них наявністю численних кратерів ударного походження. Крижану оболонку Європи перетинає мережа світлих і темних вузьких смуг. Це тріщини в товстій крижаній корі, спричинені приливними впливами Юпітера. Багаторічні спостереження за тріщинами показали, що крижані маси незначно зміщуються одна відносно одної. Це значить, що під льодом є вода. У деяких місцях крижаного панцира Європи космічний апарат «Галілео» сфотографував дивні хаотичні накопичення старих крижин, уморожених у свіжий лід. Ці структури називають хаосами (мал. 2.29). Вони свідчать про те, що час від часу лід тане, але потім знову замерзає. Не встигнувши розтанути, крижини вморожуються в новий лід. Крижана поверхня Європи — молода, про це свідчить майже повна відсутність на ній ударних кратерів.

Мал. 2.29

На Іо немає ознак існування значної кількості води і всередині, і на поверхні супутника. На ньому відбулися численні вулканічні виверження. Сполуки сірки, викинуті вулканами, які осідають на поверхні, надають супутникові кольори від білого до яскраво-червоного і чорного. При цьому кольори залежать від температури речовини. З жерла вулканів гази викидаються на висоту близько 200 км зі швидкістю приблизно 1 км/с. Газові гейзери помічено над полярною шапкою Тритона. Струмені темної речовини вириваються нагору з його поверхні і сягають висоти 8 км.

Найпотужнішу атмосферу має супутник Сатурна — Титан (мал. 2.30). Вона на 60 % густіша, ніж на Землі, і приблизно на 85 % складається з азоту. Тиск на поверхні в 1,5 раза перевищує земний. Метанові хмари й туман не дають змоги розглянути поверхню Титана.

Мал. 2.30

Розріджену атмосферу з азоту й метану має супутник Нептуна — Тритон (10-5 земної). Слабка атмосфера з молекулярного кисню огортає супутники Юпітера — Ганімед та Європу (10-9 і 10-11 земної).

Утворюється вона так: сонячне світло, космічні промені та мікрометеорити вибивають з крижаної поверхні молекули води, які під дією ультрафіолетового випромінювання розпадаються на атоми Гідрогену й Оксигену. Атоми Гідрогену відразу залишають атмосферу, а атоми Оксигену об’єднуються в молекули. Розріджена атмосфера з вуглекислого газу існує в Каллісто, розріджену атмосферу з оксидів сірки й вулканічних газів має Іо (10-9 земної).

У кількох великих супутників виявлено власні магнітні поля. З планет земної групи, крім Землі, тільки Марс має 2 супутники. Їх відкрив у 1877 р. американський астроном Асаф Холл (1829-1907). Це невеликі кам’янисті тіла неправильної форми розміром 27 х 19 км — Фобос (мал. 2.31) і 16 х 11 км — Деймос (мал. 2.32).

Мал. 2.31

Мал. 2.32

Деякі супутники планет Сонячної системи зображено на малюнку 2.33: а — Міранда — супутник Урана, б — Мімас — супутник Сатурна, в — Енцелад — супутник Сатурна.

Мал. 2.33

Супутники планет рухаються по-різному. Наприклад, Фобос обертається навколо Марса втричі швидше, ніж сама планета обертається навколо своєї осі. Тому, якщо спостерігати з Марса, він двічі на добу буде сходити на заході й двічі повністю змінює всі фази, проносячись по небосхилу назустріч добовому обертанню зір. Супутники Марса розміщені близько до поверхні планети. Фобос — на відстані меншій за діаметр планети. Далекі супутники Юпітера й Сатурна дуже малі і мають неправильну форму. Деякі з них обертаються в протилежний бік до обертання самої планети. Площини орбіт супутників Урана лежать близько до площини екватора планети і майже перпендикулярні до площини орбіти Урана.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Назвіть найбільші супутники планет Сонячної системи. Розкажіть про деякі характерні риси кожного з них.
  • 2. Чим пояснюється дивовижне забарвлення Іо?
  • 3. Про що свідчать численні кратери на супутниках Юпітера?
  • 4. Які супутники планет мають атмосферу?
  • 5. Що спричиняє існування досить густої атмосфери на Титані?

Дослідіть, на яких супутниках можливе життя.