Тритон (спутник Нептуна)

Тритон — естественный спутник планеты Нептун, входящий в систему спутников Нептуна и принадлежащий к группе самых крупных спутников планет Солнечной системы. Изучен мало, и его окрестности посетил только один космический аппарат — Вояджер-2. Это произошло 25 августа 1989 года. Почти всё, что мы знаем об этом спутнике, получено во время этого пролёта.

История открытияПравить

Тритон был открыт английским астрономом Уильямом Ласселом (William Lassell) в 1846 году, всего через 17 дней после открытия планеты. Название Тритон было предложено К.Фламмарионом в 1880 году, однако вплоть до середины XX века более употребительным было просто «спутник Нептуна» (второй спутник Нептуна был открыт только в 1949 году). Тритон — бог моря в греческой мифологии.

Особенности орбитального движенияПравить

Тритон единственный крупный спутник, движущийся в обратном направлении. Он движется в направлении, обратном вращению Нептуна, при этом его орбита сильно наклонена к плоскости экватора планеты и к плоскости эклиптики. Ещё одна особенность орбиты Тритона — она представляет собой идеально правильный круг (её эксцентриситет равен 10^-17). Так как Тритон находится на громадном расстоянии от Земли, то его невероятно трудно наблюдать даже в крупный телескоп. Все фотографии его поверхности получены с помощью зонда Вояджер-2.

Гипотеза захвата: Особенности орбитального движения Тритона привели к гипотезе о том, что некогда (миллиарды лет назад) Тритон был самостоятельным объектом Пояса Койпера, т. е. планетой, и был «захвачен» гравитационным полем Нептуна. Этой гипотезе способствует не только необычное орбитальное поведение Тритона (обратное вращение), но также наклон оси вращения Тритона, поведение малых спутников Нептуна (в частности Нереиды и Протея), а также необычно высокая (2,1 г/см3) плотность Тритона и дифференциация его вещества на ядро и внешние оболочки. Будущие экспедиции на Тритон будут способствовать прояснению этой гипотезы. В частности прямые лазерные измерения позволят уточнить особенности его движения, бурение выявит химический и изотопный состав его поверхности, а сейсморазведка прояснит структуру недр Тритона и его сейсмическую активность.

Тритон на фоне Нептуна

Вид Нептуна и Тритона в наземный телескоп (снимок Паломарской обсерватории)

Атмосфера и природные условияПравить

Основная статья: Атмосфера Тритона

Атмосфера Тритона весьма разряжённая, и состоит в основном из азота (~99 %) и метана (~1 %). Давление атмосферы у поверхности (давление на поверхности около 10 мм рт. ст.) в 70000 раз меньшее чем на Земле. Высота плотных слоёв атмосферы не превышает 20 −25 км, а максимальное распространение атмосферы в высоту до 100—600 км. Температура на Тритоне −235 °C, хотя в атмосфере на высоте порядка 600 км она достигает 100К. В тоже время в атмосфере Тритона дуют сильные ветры в западном направлении, разносящие азот криовулканов на значительное расстояние (150—200 км), что было хорошо замечено с борта Вояджера-2.

В атмосфере Тритона на высоте 5-10 км видны облака из кристаллов азота

Интересно также, что на высоте около 5 — 10 км над южной полярной областью Тритона были замечены тонкие облака, состоящие, по всей вероятности, также из кристаллов твёрдого азота. В целом Тритон представляет собой мир глубокого холода и тьмы, в котором многие свойства веществ сильно изменены и могут показаться необычными. Например, вода при столь низких температурах представляет собой прочную горную породу, способную образовывать горные хребты, и стенки криовулканов. Замёрзший метан, азот и другие газы на Тритоне представлены не только снегом и льдами, но и частицами песка.

Восход Солнца над горизонтом Тритона (фантазия художника)

Атмосфера Тритона динамична и в значительной степени меняет свой химический состав и плотность в зависимости от времени года, который длится 165 земных лет. Изменяются концентрации азота и метана в связи с плавными, но очень большими изменениями температуры. Летом и осенью 1998 г. Солнце стояло в зените над южным полюсом Тритона, и азот стал интенсивно испаряться, в результате объём атмосферы этого небесного тела увеличился за 10 лет в 2 с лишним раза. Помимо этого, были зарегистрированы быстрые события, которые, по всей видимости, связаны с геологическими причинами: в 1977 г. был замечен аномально красный цвет атмосферы, и предположительно из недр Тритона были выброшены красноцветные (вероятно гидросиликаты железа и др) тёмные породы. Это привело к значительному снижению альбедо Тритона, и в результате произошло глобальное потепление: с 1989 г. к 1997 г. средняя температура увеличилась на ~2°К.

ПоверхностьПравить

На поверхности Тритона мощные многометровые снежные сугробы из твёрдого азота и метана (фантазия художника)

Поверхность Тритона молодая в геологическом отношении, что заставляет полагать об значительной динамике недр этого небесного тела. На поверхности Тритона очень мало ударных кратеров, но довольно большое количество скал, трещин и впадин, своим видом напоминающих кожуру дыни («дынная корка»), имеются также долины и каньоны. «Вояджер-2» сделал снимки красного льда на Тритоне, на экваторе сфотографировал зелёно-голубой лёд из замерзшего метана и азота. Южная полярная шапка состоит из азотного льда, из нее на высоту в несколько километров бьют гейзеры.

Поверхность Тритона покрывают застывшие озёра (на снимке «Вояджера-2» застывшее озеро размером 200 на 400 км)

В экваториальной области поверхности Тритона обнаружены два необычных образования, напоминающих своим видом поверхность застывших озёр. Эти необычные озёра имеют террасы высотой порядка одного километра, и учёные предполагают их образование вследствие периодического таяния и замерзания в течении длительного времени. По химическому составу, террасы сложены водным льдом. Предполагается наличие гораздо большего количества таких образований на ещё слабоизученной поверхности этого небесного тела. В полярных областях Тритона расположены гигантские полярные шапки, состоящие преимущественно из твёрдого азота и метана, а под поверхностью полярных шапок — огромные объёмы водного льда. В целом поверхность Тритона светлая и отражает порядка 75-80 % солнечных лучей. Так как температура поверхности Тритона составляет всего 38 К, равнины Тритона покрывает 6-7-метровый слой снега из замершего азота, метана, этана и этилена.

Внутреннее строениеПравить

Тритон (внутреннее строение)

Представление о внутреннем строении Тритона было получено при пролете около Тритона космического аппарата «Вояджер-2», спутник оказал на аппарат небольшое гравитационное воздействие, с помощью которого было определено наличие у Тритона крупного ядра. В настоящее время считается, что Тритон состоит из каменного, металло-силикатного ядра (с преобладанием силикатов) диаметром порядка 1950 — 2 000 км, окруженного слоем водного льда толщиной около 350 км (на 25 % состоит из замороженной воды, остальная часть — горный материал), и тонкой криолитосферы, толщиной 12-30 км, состоящей из водного льда, змёрзшего метана и азота. Недра Тритона по всей видимости слабоактивны, и радиоактивный распад тяжёлых радиоактивных элементов (уран, торий, калий), вносит незначительный вклад в общий тепловой баланс Тритона. Исследование внутреннего строения Тритона очень важно для осмысления эволюции планет Солнечной системы, и будущие прямые исследования (бурение, сейсморазведка) принесут гораздо более исчерпывающую информацию об этом загадочном небесном теле. По некоторым другим данным строение Тритона несколько иное: Тритон имеет крупное (свыше 1000 км) металло-силикатное ядро, окруженное тонкой (20-35 км) мантией из водного льда, над которой простирается глобальный океан солёной воды, глубиной около 130—150 км, и прикрытый толстой ледяной корой (около 150—180 км).

Криовулканизм на поверхности ТритонаПравить

Азотные гейзеры на Тритоне (тёмные фонтаны)

Впервые явление криовулканизма было обнаружено КА «Вояджер-2» на пролётной траектории на поверхности приполярных областей спутника Нептуна Тритона. В частности на фотографиях полученных с борта «Вояджера-2» были обнаружены два действующих извержения криовулканов и десятки следов извержений недавнего происхождения. В районах прилегающих к южной полярной шапке, и на самой полярной шапке Тритона были обнаружены небольшие вытянутые тёмные пятна, и как оказалось при изучении последних, это мощнейшие газовые струи азота, истекающие из жерл криовулканов. Помимо азота криовулканы (гейзеры) Тритона выбрасывают значительное количество твёрдых минеральных частиц (силикаты и угольная пыль).

Азотный гейзер на Тритоне (фантазия художника)

Проявление криовулканизма на поверхности Тритона потрясают воображение: из поверхности, покрытой замерзшим азотом и метаном, имеющей температуру около 38 К, выбивается гейзер высотой около 8 — 12 км при толщине столба выброса от 20 м до 2 км. На высоте 8 −12 км струи изгибаются на угол в 90 градусов в западном направлении, и вытягиваются в широкие горизонтальные шлейфы, тянущиеся на 150—250 км и даже более. На фотоснимках поверхности Тритона удалось насчитать около 50 таких пятен-фонтанов. Причиной криовулканизма на Тритоне предположительно является солнечная энергия, и в меньшей степени приливное воздействие гравитационного поля Нептуна.

Путешествие на ТритонПравить

Космические путешественники на Тритоне (фантазия художника)

Спутник Нептуна Тритон давно интригует учёных не только своими странностями (высокая плотность, большой размер и др) и вызывает повышенный интерес как ближайший объект сформировавшийся в Поясе Койпера, и наиболее достижимый для посещения его в будущем исследовательскими аппаратами. Так например Берни Бинсток (Bernie Bienstock), менеджер проектов робототехнических систем фирмы Boeing, и профессор Дэвид Аткинсон (David Atkinson) из университета Айдахо (University of Idaho) представили свой проект миссии к Нептуну. Они полагают, что настало время задуматься над следующим полётом к Нептуну. Вояджер-2 изучал его с пролётной траектории и потом отправился дальше. Новый, проектируемый корабль должен был бы осуществить миссию к Нептуну и Тритону исключительно для обследования синего газового гиганта и впервые, надеются авторы идеи, высадил бы на него посадочные модули, как и на поверхность его огромного спутника — Тритона. По замыслу разработчиков полноценная посадка 500-килограммового аппарата предполагается только на Тритон, а два исследовательских зонда, которые будут спускаться на Нептун, смогут лишь передавать данные по мере своего спуска в атмосфере, но в какой-то момент будут разрушены атмосферным давлением.

Межпланетные зонды в системе Нептуна (фантазия художника)

Корабль массой 36 тонн с ядерной силовой установкой планируется собрать на орбите Земли. После старта в январе 2016 года он спустя 4 года, в 2020 году, достигнет Юпитера и совершит гравитационный маневр в его поле. Это позволит существенно сократить длительность перелета (до 12,9 лет). Системы Нептуна корабль достигнет в 2029 году. В январе и июле на Нептун будут последовательно сброшены два зонда — по направлению вращения и против него соответственно. Отделение первого зонда произойдет за 62 дня до его вхождения в атмосферу Нептуна. Ориентировочная продолжительность функционирования зондов в атмосфере Нептуна — 5 часов. Масса каждого зонда составляет 300 кг, в том числе 19,4 кг научной аппаратуры. Сам корабль при этом будет находиться на расстоянии соответственно 355 тыс. км и 500 тыс. км от Нептуна. После этого корабль направится к Тритону и достигнет его в октябре 2033 года, перейдя на орбиту, с которой будет произведен сброс спускаемого аппарата на Тритон. Одновременно детальное исследование этого загадочного спутника будет проводиться с орбиты. Масса спускаемого аппарата составит 500 кг, из которых 23,2 кг будет составлять научная аппаратура. Масса научной аппаратуры, установленной на самом корабле, составит 171,1 кг. На Тритоне тоже есть атмосфера, но чрезвычайно разряжённая, так что парашюты не могут быть применены, а посадочный аппарат спустится на поверхность Тритона с помощью торможения своим реактивным двигателем (~65 % массы зонда составят двигательная установка и топливо). Все три спускаемых аппарата должны прибыть к Нептуну на борту большого материнского корабля общим весом около 36 тонн. В движение его должны приводить мощные ионные двигатели, питаемые миниатюрной атомной электростанцией, либо радиоизотопными источниками энергии. Если руководство NASA и Конгресс согласятся с мечтой Бинстока и Аткинсона, такой аппарат мог бы быть построен и запущен в 2016 году (двумя пусками со сборкой на околоземной орбите), возможно, при техническом и финансовом участии других стран. В 2029 году он достиг бы цели и высадил бы два зонда на Нептун, а в 2033 году выпустил бы исследовательский аппарат и на поверхность Тритона^[1]

Будущее ТритонаПравить

Основная статья: Будущее Солнечной системы

Существует гипотеза, о том что приливное взаимодействие Нептуна и Тритона сильно разогревают Нептун, благодаря чему Нептун выделяет намного больше тепла, чем Уран, и в результате этого процесса Тритон, имеющий ретроградную орбиту, постепенно приближается к Нептуну. По приблизительным расчётам Тритон войдёт в предел Роша Нептуна через 1,4-3,5 млрд лет, и его разорвёт на части — в результате образовавшееся из обломков Тритона кольцо вокруг Нептуна будет намного более мощным, чем кольца Сатурна. В тоже время существуют и противоположные гипотезы о судьбе Тритона в отдалённом будущем. Так например, точно известно что с расширением Солнца, и вхождением его в фазу красного гиганта, уровень солнечной радиации в пределах орбиты Тритона возрастёт через 3 млрд лет до такой степени, что на Тритоне установятся на несколько сотен миллионов лет температуры как на Земле в нынешнее время. В настоящее время Тритон получает от Солнца 1,47 Вт/м² (в 900 раз меньше, чем Земля). Так как Тритон обладает значительными запасами азота, воды и углеводородов, то на его поверхности могут образоваться глубокие океаны, азотная атмосфера (более мощная чем на Земле), и условия для начала предбиологического синтеза.

ПримечанияПравить

↑ В 2033 году — исследовательский аппарат на Тритон!.

См. такжеПравить

СсылкиПравить

[1] В 2033 году — исследовательский аппарат на Тритон!.

[1]