D - Lnfm1
реклама
Современная Солнечная система В.С.Уральская Государственный Астрономический институт им. П.К.Штернберга [email protected] Солнечная система Солнце 100 крупных членов – 9 больших планет и 91 спутник свыше 175 тысяч астероидов свыше 1300 комет огромное множество метеорных тел Спутниковые системы планет Планеты земной группы Меркурий – нет Венера - нет Земля - 1 спутник Марс - 2 спутника Внешние планеты Юпитер - 28 спутников Сатурн - 30 спутников Уран - 21 спутник Нептун - 8 спутников Плутон - 1 спутник 66 спутников имеют названия, остальные - временные обозначения Классификация спутников Внутренние спутники неправ.формы, разм. неск. дес.км, расст. до 200000 км Юпитер - 4, Сатурн - 9, Уран - 11, Нептун - 6 Главные спутники регулярные орбиты - круговые, в плоскости экватора планеты размер от 500 до 5000 км, расст. от 200000 до 4 млн. км 4 галилеевых спутника, 8 классических спутников Сатурна, 5 главных спутников Урана Внешние спутники размер от неск. км до неск. дес. км, неправильная форма, нерегулярные орбиты, расст. от 4 до 25 млн.км Юпитер- вместо 8 стало 20, в системе Сатурна от 1 до 13, в системе Урана открыто 5, Нереида - у Нептуна искл. - Луна, спутники Марса, Тритон, Харон Двойная система Земля - Луна а = 384400 км, е = 0.0554, i = 5.16 Т(вращ )=Т(орб)=27.32сут -звездный или сидерический месяц Т(синод)= 29.53 сут -период смены лунных фаз Диаметр Луны 3474 км D(Луны)= 0.27 D(Земли) М(Луны)= 1/81М(Земли) Двойная система Центр масс (4750 км от центра планеты) Приливное трение вызывает вековое увеличение большой полуоси орбиты Луны, что приводит к ее удалению от Земли Спутники Марса Фобос и Деймос Спутник Фобос Деймос а е i T (тыс.км) (град) (сут) 9.4 0.0151 0.9 0.3125 23.5 0.0002 1.9 1.2625 Размеры (км) 27x22x18 15x12x10 Неправильная форма, поверхность изрыта кратерами, размер кратера Стикни на Фобосе сравним с размером спутника. Синхронное вращение. Фобос - единственный спутник, кот. в обращении вокруг Марса (за 7.5 час) обгоняет вращение планеты (24.6ч.). Наблюдения Фобоса показали, что он ускоряется в своем движении вокруг Марса. Так называемое вековое ускорение составляет c=0.001220 град/год². Высота орбиты уменьшается на 9 м за каждые 100 лет. Через 40 млн.лет период обращения уменьшится с 7.5 до 1.7.час и спутник неминуемо разрушится (уже сейчас он находится внутри предела Роша). Приливные, гравитационные и другие известные силы не объясняют это явление природы. Фобос и Деймос Фобос ( 27x22x18 км ) Деймос ( 15x12x10 км ) Система Юпитера Внутренние спутники Спутник Номер а(тыс.км) е Метида XVI 128.0 0.0 Адрастея XV 129.0 0.0 Амальтея V 181.4 0.002 Теба XIV 221.9 0.017 i 0.00 0.00 0.36 1.094 T(сут) D(км) 0.295 40 0.298 262016 0.498 262146134 0.675 11090 Связь с кольцами Юпитера Гало 1.3 - 1.71 R J (толщина 20 000 км) Главное кольцо 1.71 - 1.81 R J (толщина < 30 км) Внутренне паутинное кольцо 1.81 - 2.55 R J Внешнее паутинное кольцо 2.55 - 3.15 R J Галилеевы спутники Юпитера Спутник а (км) Ио 421800 Европа 671100 Ганимед 1 070400 Каллисто 1 882800 е 0.0041 0.0093 0.0016 0.0074 i (град) T (сут) 0.040 1.769 0.470 3.551 0.195 7.155 0.281 16.69 D (км) Ио-Европа-Ганимед тройной резонанс 1:2:4 3642 3130 Соотношение Лапласа 5268 Вековое ускорение Ио 4806 Внешние спутники Юпитера Группа Гималии Название Номер а тыс.км 7507 XIII Гималия Элара км 0.24 i T град сут 43.1 130.0 11070 0.15 26.7 238.5 10 VI 11369 0.16 30.2 247.9 170 VII 11668 0.22 28.9 259.8 80 X 11818 0.10 27.8 260.2 24 S/2000J11 12555 0.25 28.3 286.9 4 S/2000J1 Леда Лиситея е D 8 S/2000J1 был отождествлен со спутником, наблюдавшимся Ковалом в 1975 г., т.е. S/2000J1=S/1975J1 Внешние спутники Юпитера Группа Пасифе Спутник Номер а(тыс.км) е Ананке Карме Пасифе Синопе XII XI VIII IX 20943 22140 23337 23636 0.252 0.263 0.380 0.370 i 147.0 166.3 140.0 158.0 T(год) D(км) 1.70 1.84 2.00 2.04 20 40 36 28 В 1999 г. по программе Spacewatch (Аризона) открыт спутник диаметром 10 км S/1999 J1. В 2000 г. открыты еще 11 спутников (Гавайи). Два спутника на прямых орбитах, 10 спутников с обратным движением Новые обратные спутники Юпитера (10) Номер a (тыс.км) S/2000 J3 20216 S/2000 J7 20964 S/2000 J5 21132 S/2000 J6 23078 S/2000 J4 23168 S/2000 J9 23312 S/2000J10 23387 S/2000 J2 23745 S/2000 J8 23911 е 0.217 0.220 0.227 0.261 0.270 0.251 0.238 0.243 0.425 i (град) 149.7 148.7 148.7 165.0 164.9 165.2 165.3 165.2 152.7 T (сут) 585 617 624 719 723 730 734 751 758 D (км) 5.2 6.8 4.4 3.8 3.2 5.0 3.8 5.2 5.4 Диаграмма, показывающая орбиты обратных внешних спутников Юпитера Система Сатурна Внутренние спутники Янус (180 км) и Эпиметей (200 км) коорбитальные спутники (резонанс 1:1) Прометей (100 км) и Пандора (80 км) спутники-пастухи внутреннего и внешнего края кольца F Атлас размером 40 км – спутник-пастух внешнего края кольца А Пан (20 км) - в кольце А внутри деления Энке Классические спутники Сатурна Мимас 397 км Энцелад 500 км Тефия 1060 км Диона 1118 км Рея 1528 км Титан 5150 км Гиперион 280 км Япет 1436 км Резонансы Энцелад - Диона 2:1 Мимас – Тефия 2:1 Титан – Гиперион 3:4 Тефия - Телесто 1:1 Тефия - Калипсо 1:1 Диона - Елена 1:1 Янус – Эпиметей 1:1 2:1 с Энцеладом и 4:1 с Дионой Главные спутники Сатурна с лагранжианами Спутник N а(тыс.км) е i T(сут) D(км) Мимас I 174.3 0.0206 1.53 0.942 397.2 Энцелад II 238.0 0.0001 0.02 1.370 498.8 Тефия III 294.6 0.0001 1.09 1.888 1059.6 Телесто XIII 294.7 0.0010 0.0 1.888 24 Калипсо XIV 294.7 0.0005 0.0 1.888 30x24x16 Диона IV 377.4 0.0002 0.02 2.737 1118 Елена XII 377.4 0.0001 0.2 2.737 36x30 Рея V 527.1 0.0009 0.35 4.518 1528 Титан VI 1221.9 0.0288 0.33 15.95 5150 Гиперион VII 1464.1 0.0175 0.43 21.28 350280220 Япет VIII 3560.8 0.0284 14.72 79.33 1436 Лагранжевы или либрирующие спутники Тефия (1060 км) имеет два маленьких спутника Телесто (24 км) и Калипсо (30 км) в так называемых лагранжевых точках либрации резонанс 1:1 с Тефией Диона имеет на своей орбите только один ведущий лагранжиан Елену в точке L4 (либрация - макс. удаление Елены от Дионы 76, а мин. - 46) Кольца Сатурна Структура (от Сатурна) Кольца D, C, деление Максвелла, В, щель Кассини, A, деление Энке, деление Килера, F, G, E Резонансы объясняют многие особенности тонкой структуры колец –спиральные волны плотности, острые края щелей и пустот и узкие колечки Кольцо А 5:3 с Мимасом Кольцо В 4:2 с Мимасом Кольцо С резонанс 4:1 с Мимасом Внешние спутники Сатурна (12 новых - 7 прямых и 5 обратных) Спутник а(тыс.км) е S/2000 S5 11368 0.3330 S/2000 S6 11465 0.3191 Феба (IX) 12944 0.1644 S/2000 S2 15197 0.3651 S/2000 S8 15676 0.2702 S/2000 S11 16404 0.4779 S/2000 S10 17452 0.4692 S/2000 S3 17826 0.2747 S/2000 S4 18241 0.5359 S/2000 S9 18486 0.2214 S/2000 S12 19747 0.1199 S/2000 S7 20144 0.4458 S/2000 S1 23117 0.3335 i 45.848 46.642 173.213 44.960 153.007 34.019 34.742 45.816 33.513 167.424 175.826 175.862 173.118 T(сут) D(км) 449.20 453.05 548.21 687.03 730.84 783.86 860.03 868.98 925.55 939.90 1038.11 1068.06 1314.08 14 10 220 19 6.4 26 8.6 32 13 5.6 7 7 17 Видимое движение прямых внешних спутников Сатурна на 2001-02 г.г. Размер окна 7200 "= =2° (51.7 млн.км) Эфемериды всех новых спутников Юпитера, Сатурна и Урана на 2001-02 г.г. вычислены в отделе небесной механики ГАИШ и помещены на сайте “Небесная механика” http://lnfm1.sai. msu.ru/neb Система Урана Кольца Урана Девять основных колец, в порядке удаления от планеты 6, 5, 4, Alpha, Beta, Eta, Gamma, Delta и Epsilon. Вояджер в 1986г. (1986U1R и 1986U2R), девять основных колец окружены пылевым облаком. Офелия (30 км) и Корделия (26 км) расположены по обе стороны -кольца и являются спутниками-пастухами этого кольца Урана. Внутренние спутники Урана Спутник а(тыс.км) е Корделия 49.8 0.003 Офелия 53.8 0.099 Бианка 59.2 0.009 Крессида 61.8 0.004 Дездемона 62.7 0.001 Джульетта 64.4 0.007 Портия 66.1 0.001 Розалинда 69.9 0.001 Белинда 75.3 0.001 S/1986 U10 76.4 0 Пак 86.0 0.001 i 0.085 0.104 0.193 0.006 0.113 0.065 0.059 0.279 0.031 0 0.319 T(сут) 0.33 0.37 0.43 0.46 0.47 0.49 0.51 0.56 0.62 0.63 0.76 D(км) 26 30 42 62 54 84 108 54 66 40 170 S/1986 U10 открыт в 1999 г. Каркошкой на снимках Вояджера 1986 г. Главные спутники Урана Ариэль Умбриэль 1158км 1169км Титания 1580км Оберон Миранда 1522км 486км Открыты Ласселом, Гершелем и Койпером. Соотношение Лапласа, справедливое для галилеевых спутников, приближенно выполняется и для трех главных спутников Урана – Миранды (1), Ариэля(2) и Умбриэля (3). Хотя соизмеримость довольно острая, нет уверенности в том, что спутники находятся в состоянии устойчивого резонанса. Внешние спутники Урана В 1997 г. на Паломарской обсерватории Б. Гледмен, Ф.Николсон, Дж. Бернс, Дж. Кавелаар на 5-м телескопе Хейла, в 1999 г. на 3.5-м телескопе Канада-Франция-Гавайи на горе Мауна-Кеа открыли 5 внешних спутников Урана Название Спутник Номер Caliban Stephano Sycorax Prospero Setebos Калибан XVI Стефано XX Сикоракса XVII Просперо XVIII Сетебос XIX а е (тыс.км) 7168.8 0.082 7942.4 0.145 12213.6 0.509 16113.4 0.327 18205.1 0.494 i (град) 139.6 141.5 152.6 146.3 148.8 T (год) 1.58 1.85 3.5 5.3 6.4 D (км) 80 20 160 30 30 Шекспир «Буря» Калибан - раб, уродливый дикарь. Тот самый Калибан, тупой и темный, Которого держу я для услуг. Сикоракса - мать Калибана. О, лживый дух, ты все забыл. Припомни Ужасную колдунью Сикораксу, Которая от старости и злобы В дугу согнулась! Помнишь ты ее?... За колдовство и разные злодейства, О коих мне и говорить противно, Изгнали Сикораксу из Алжира, Но все таки оставили ей жизнь Не знаю, уж за что. Прoсперо, законный герцог Миланский, волшебник. В то время герцогство мое считалось Первейшим из владений италийских, А Просперо - первейшим из князей, В науках и в искусствах умудренным. Сетебoс - этим именем патагонцы называли своего «главного дьявола» О Сетебос! Как грозны эти духи!.. Пока смирюсь. Сильна его наука. Ему подвластен даже Сетебос, Бог матери моей... Стeфано, дворецкий, пьяница. Система Нептуна Внутренние спутники Кольца Нептуна: два узких кольца Адамса (1989N1R) и Леверье (1989N2R), широкие кольца Галле (1989N3R) и Лассела (1989N4R) внешнее кольцо Адамса содержит три дуги а е i T D (тыс.км) (град) (сут) (км) Наяда III 48.2 0.0003 4.74 0.294 54 Таласса IV 50.1 0.0002 0.21 0.311 80 Деспина V 52.5 0.0001 0.07 0.335 150 Галатея VI 62.0 0.0001 0.05 0.429 180 Ларисса VII 73.5 0.0014 0.20 0.555 190 Протей VIII 117.6 0.0004 0.04 1.122 400 Вояджер (1989 г.) 4 спутника находятся внутри колец Нептуна Деспина и Галатея могут определять резкие границы кольца Леверье Спутник Номер Внутренние спутники Нептуна Спутник Нептуна - Тритон D=2705 км а=354.8 тыс.км е=0 i =157 Tорб =Твращ = 5.8 сут Обратное движение Приливное взаимодействие с Нептуном приведет к тому, что через 10-100 млн.лет он попадет внутрь предела Роша Атмосфера - азот с примесью метана, водорода Внешний спутник Нептуна Нереида а = 5513.4 тыс. км е = 0.7512 i = 27 .6 T = 360.14 сут D = 340 км Самая вытянутая орбита спутника в солнечной системе Система Плутон - Харон Плутон открыт Томбо в 1930 г. Харон - в 1978 г. Кристи Плутон Взаимные события в системе Плутон - Харон в 1985-1990 г.г. (раз в 124 года) а = 39.5 а.е. = 6 млрд.км е = 0.25, i =17, D=2274 км, Т=248 лет М(Харон)/M(Плутон) = 0.15 – двойная система Харон a=19 130 км е = 0.0002 i = 94.3 D=1192 км, Т = 6.4 сут Тройной резонанс – синхронность вращения планеты и спутника с орбитальным движением Плутон и большие планеты Плутон и транснептунные объекты Все внешние планеты - газовые гиганты, Плутон - твердое тело Плутон - самая маленькая планета D=2274, D(Меркурия)=4480км Все большие планеты движутся в плоскости эклиптики по круговым орбитам, орбита Плутона имеет i=17град, e = 0.25 Орбита Плутона пересекает орбиту другой большой планеты Плутон D=2274 км D(Харон) =1172 км Альбедо Плутона 60 % Харона на 30% меньше Двойная система Плутон - Харон Атмосфера (азот, метан, аргон) Транснептунные объекты D (Варуна) =900 км, D(2001 KX76)=1200км Альбедо TNO’s 7% 4 двойных объекта 1998WW31 а=46.4 а.е. (200 и 150 км, 40000 км) Размеры транснептунных объектов (20000)2000 WR106 Варуна (Varuna) 900 км (Н = 3.7) (28978) 2001 KX76 14 объектов < 5 mag (600-1200 км) 1200 км (Н = 3.2) Распределение TNO’s по размерам описывается степенным законом с индексом -4 Объектов размера Плутона должно быть 5-10 Пояс Койпера 525 транснептунных объектов (а ~30-50 а.е.) - классические объекты пояса Койпера (а ~ 41- 47 а.е. , е ~ 0) - резонансные объекты - семейство Плутино (80 объектов) (а ~ 39 а.е., е ~ 0.2) – резонанс 3:2 с Нептуном неск. объектов в резонансе 2:1 (а ~ 48 а.е.) и в резонансах 4:3 и 5:3 с Нептуном Пояс Койпера ~ 70000 объектов > 100 км 1/10 массы Земли В 300 раз массивнее Главного пояса Семейство Кентавров (Centaurs and Scattered -Disk Objects) TL 66 (а= 84 а.е., е= 0.58, q=35 а.е., Q=135 а.е., D=500 км) 103 объекта семейства Кентавров и рассыпающегося пояса - q > 5 а.е. - большие полуоси а ~ 8 - 560 а.е. - cамый далекий объект 2000 ОО67 от 20 до 1102 а.е. (а=560 а.е., e=0.96) - размер - неск. сот км - свойства комет и размеры астероидов Общее число тел > 100км 3x10(4), масса ~ 0.05М(Земли) Хирон а=13.7 а.е., е=0.384, i=6.93, Т=50.8 лет q=8.46 а.е., Q=19 а.е., D=170 км 3 объекта одновременно принадлежат к классам комет и астероидов (2060)Chiron = 95P/Chiron (7968) Elst-Pizzaro = 133P/Elst-Pizzaro (комета в астероидном поясе) (4015)Wilson-Harrington = 107P/Wilson-Harrington (малая планета идентифицирована с утерянной кометой) Распределение астероидов по большим полуосям во внутренней области солнечной системы Число объектов К апрелю 2002 г. Главный пояс Общее количество астероидов 175753 из них нумерованных 39462 наблюдавшихся в М-оппозициях 85831 в 1- оппозиции 50460 имеют названия 9213 астероидов Околоземные астероиды Троянцы Большая полуось (а.е.) Троянцы В 1906 г. открыт (588) Achilles на орбите Юпитера Резонанс 1:1 с Юпитером (треугольные точки либрации ограниченной задачи трех тел) Общее количество троянцев 1221 Юпитер - 1215, причем в точке L4 - 696, в L5 - 519 (а=5.2 а.е., наклон до 40 град, размер до 330 км ) Сатурн, Уран, Нептун – трояно-подобные тела не открыты Марс - 6 (1 - в точке L4, 5 - в т. L5 ) (а=1.5 а.е., наклон до 30 град) Околоземные астероиды. Эрос 1829 околоземных астероидов из них > 1 км (< 18 mag) - 576 Семейство Атона а<1 а.е.- 141 Апполона q<1 а.е.- 854 Амура q<1.3а.е.-834 Эрос (Eros) 331313 км а=1,46 а.е., е= 0,22, i=11 Посадка NEAR 14 февраля 2001 г. (Near Earth Asteroid Rendezvous) Эрос не имеет атмосферы и воды Дневная температура 100 С, ночная (-150С) Это каменный астероид S-типа из силикатов (пироксены и оливины) с металлическим никелем и железом Потенциально опасные астероиды r < 0.05 а.е. (7.5 млн.км ~ 20 r Луны) V < 22 зв.велич. (>200м) Потенциально опасные астероиды - 415, из них < 18 зв.велич., т.е. > 1 км - 114 Apollo (1932 ), Adonis (1936), Hermes (1937) - потерян Ближе всех на расст. 0.003 а.е.подошел к Земле 1996 JA1 (500 м )1996 May 19.69 В 2001 г. 10 потенц.опасных астероидов ближе 0.01 а.е., в 2002 г. - 4 7 янв. 2002 г. 2001 YB5 (r = 2.2 r Луны , D = 190 - 440 м) 25 мая 2001г. 1999 KW4 (r = 12 r Луны , D = 1.4 -3.2 км) В XXI веке ближе всех к Земле подойдут астероиды 1999 AN10 (D=1200 м) r= r Луны=390 тыс.км 2027, авг.7,30 2002 CU11 (D=730 м) r= 0.5 r Луны = 190 тыс.км 2014, авг.31,45, Вероятность столкновения с Землей в 2049 г. по туринской шкале 1, т.е. чрезвычайно мала (10-4) Спутники астероидов (243) Ида (Ida) 58х23 км Дактиль (Dactyl) 1.6х1.2км a = 1.80 а.е. d = 90 км (45) Евгения (Eugenia) D = 215 км Маленький принц (Petit-Prince) 13 км a = 2.72 а.е., d = 1190 км, Т = 4.7 сут (762) Пулково (Pulcova) D = 68 км спутник 1/10 a = 3.16 а.е. d = 850 км, Т = 4 сут (22) Kalliope, (532)Herculina, (107)Camilla Двойные астероиды (90)Антиопа (Antiope) а = 3.16 а.е., D1 = 85км, D2 = 85км d = 170 км T = 16.5 час Троянец (617) Патрокл (Patrocle ) а= 5.2 а.е. D1 = 105 км, D2 = 95 км 2 NEO – околоземных астероида 4 TNO – транснептунных объекта 15 двойных астероидов (216) Kleopatra -единичный астероид Тройной астероид (87) Сильвия (Sylvia) а= 3.48 а.е. D1 = 227 км, D2 = 150 км, d = 250 км Спутник D = 13,5км, d = 1200 км, T = 4 сут система не синхронизована, возраст 6х10 (4) лет Кометы Каталог кометных орбит 1999 г. содержит 1722 орбиты для 1688 кометных появлений, относящихся к 1036 различным кометам В 1999г.открыты 83 кометы, в 2001-132 (90 из них-SOHO) 20 комет приблизились к Земле на расстояние меньше 0,1020 а.е., что составляет примерно 15 млн. км. Ближе всех комета Лекселла (Lexell) в 1770г. - 2.25 млн.км Известны 47 потенциально опасных комет перигелийные расстояния q < 1.3 а.е., Т < 200 лет (1P/Halley, 2P/Encke, 55P/Tempel-Tuttle) Комета Хиякутаки (Hyakutake) в 1996 г. подошла к Земле по почти параболической орбите (e=0.9996) на очень близкое расстояние 0,1а.е., примерно 15 млн.км (m=0) Кометы - санграйзеры Две кометы в поле зрения коронографа Санграйзеры - исчезающие кометы. 94 % слабых комет вблизи Солнца принадлежат группе Kreitz-sungrazers q=0.0051 а.е., е=1.0, i = 144.6 (R Солнца=0.00465 а.е.) Ephorus (Эфор) в 372 г.-распад кометы Марсден вычислил в1100г.- 2 кометы Еще два семейства комет-санграйзеров: 6 комет принадлежит одной группе C/2001 X8 q = 0.037a.e, w=56 W= 74 i = 72 4 кометы - группе C/1999 J6 q = 0.049а.е., w= 22, W= 82, i = 26 Комета Борелли (19P/Borrelly) Каменно-ледяное 10-км ядро кометы Борелли Снимок получен с расстояния 3417 км Разрешение на снимке 45 м Космический аппарат Deep Space-1 прошел 22 сент. 2001г. на расстоянии 2200 км (Джотто-585км) Кометное ядро имеет изрезанный ландшафт, гладкие долины со светлыми областями - источниками поступления пыли и газа в кометную оболочку, глубокие трещины и высокие гребни из крайне темного материала Комета открыта в 1904 г. Период обращения 7лет, q = 1.36 а.е., a=3.61 а.е., e=0.624, i=30°.3 Комета Хейла-Боппа В среднем ежегодно появляется комета с абс. яркостью свыше 7 mag, т.е. D>15 км и а < 1 а.е. Hale-Bopp D = 40 км Т = 4000 лет q = 0.9 а.е. a = 250 а.е. e = 0.99 i = 89 .4 m= - 0.8 Комета Икейа-Жанг Comet Ikeya-Zhang (m=2.9) - первая долгопериодическая комета с T>200лет, которая была отождествлена с наблюдавшейся ранее кометой во внутренней области солнечной системы в 1661 г. C/1661 C1 Яном Гевелием (J.Hevelius) q = 0.5 a.e., a = 51 a.e., e = 0.99, T=341год
