Титания (луна) - Titania (moon)

Титания
Круглое сферическое тело почти полностью освещено.  Поверхность имеет пестрый вид с яркими пятнами на относительно темном фоне.  Терминатор находится у правого края.  На терминаторе в верхней половине изображения виден большой кратер.  На дне виден еще один яркий кратер.  Большой каньон тянется от темноты в правом нижнем углу к видимому центру тела.
Изображение южного полушария Титании с космического корабля "Вояджер-2 "
Открытие
Обнаружил Уильям Гершель
Дата открытия 11 января 1787 г.
Обозначения
Обозначение
Уран III
Произношение / Т ə т ɑː п я ə , т ə т п я ə /
Прилагательные Титана / т ə т ɑː п я ə п /
Орбитальные характеристики
435 910  км
Эксцентриситет 0,0011
8,706 234  д
3,64 км / с
Наклон 0,340 ° (до экватора Урана)
Спутник Уран
Физические характеристики
Средний радиус
788,4 ± 0,6 км (0,1235 Земли )
7 820 000  км 2
Объем 2 065 000 000  км 3
Масса (3,400 ± 0,061) × 10 21  кг
Средняя плотность
1,711 ± 0,005 г / см 3
0,365 м / с²
0,759 км / с
предполагаемый синхронный
Альбедо
Температура поверхности . мин значит Максимум
солнцестояние 60 К 70 ± 7  К 89 К
13,9
Атмосфера
Поверхностное давление
<1-2  мПа (10-20  нбар )
Состав по объему

Титания ( / т ə т ɑː п я ə , т ə т п я ə / ), также обозначаемый Уран III , является самой большой из спутников Урана , и восьмой по величине спутник в Солнечной системе с диаметром 1,578 километров (981 миль). Обнаруженный Уильямом Гершелем в 1787 году, он назван в честь королевы фей из сказки Шекспира « Сон в летнюю ночь» . Его орбита лежит внутри Урана «S магнитосферы .

Титания состоит примерно из равного количества льда и скалы и, вероятно, разделена на скалистое ядро и ледяную мантию . На границе ядро ​​– мантия может присутствовать слой жидкой воды . Его поверхность, которая относительно темная и имеет слегка красный цвет, по-видимому, сформировалась как в результате ударов, так и в результате эндогенных процессов. Он покрыт многочисленными ударными кратерами, достигающими в диаметре 326 километров (203 миль), но в меньшей степени покрыт кратерами, чем Оберон , самый дальний из пяти больших спутников Урана. Вероятно, он подвергся ранней эндогенной шлифовке, которая стерла его старую, сильно изрезанную кратерами поверхность. Его поверхность изрезана системой огромных каньонов и уступов , результатом расширения его внутренней части на более поздних этапах его эволюции. Как и все крупные спутники Урана, Титания, вероятно, образовалась из аккреционного диска, окружавшего планету сразу после ее образования.

Инфракрасная спектроскопия, проведенная с 2001 по 2005 год, выявила присутствие водяного льда, а также замороженного углекислого газа на поверхности Титании, предполагая, что это может иметь разреженную атмосферу углекислого газа с поверхностным давлением около 10 нанопаскалей (10 -13  бар). Измерения во время затмения звезды на Титании установили верхний предел поверхностного давления любой возможной атмосферы на уровне 1-2 мПа (10-20 нбар).

Система Урана была изучена вблизи только однажды, космическим кораблем " Вояджер-2" в январе 1986 года. Было сделано несколько снимков Титании, которые позволили нанести на карту около 40% ее поверхности.

Открытие и наименование

Титания была открыта Уильямом Гершелем 11 января 1787 года, в тот же день, когда он обнаружил второй по величине спутник Урана, Оберон . Позже он сообщил об открытии еще четырех спутников, хотя впоследствии они были признаны ложными. В течение почти следующих 50 лет Титания и Оберон не будут наблюдаться никаким другим инструментом, кроме Уильяма Гершеля, хотя Луну можно будет увидеть с Земли с помощью современного любительского телескопа высокого класса.

Сравнение размеров Земли , Луны и Титании.

Все спутники Урана названы в честь персонажей, созданных Уильямом Шекспиром или Александром Поупом . Название Титания было взято от Королевы фей из «Сон в летнюю ночь» . Имена всех четырех известных тогда спутников Урана были предложены сыном Гершеля Джоном в 1852 году по просьбе Уильяма Лассела , который за год до этого открыл два других спутника, Ариэль и Умбриэль .

Первоначально Титания называлась «первым спутником Урана», а в 1848 году Уильям Лассел назвал ее Ураном I , хотя иногда он использовал нумерацию Уильяма Гершеля (где Титания и Оберон - II и IV). В 1851 году Лассел пронумеровал все четыре известных спутника в порядке их удаленности от планеты римскими цифрами , и с тех пор Титания стала называться Ураном III .

Имя персонажа шекспировского произносится / т ɪ т п J ə / , но луна часто произносится / т т п я ə / , по аналогии с известным химическим элементом титана . Форма прилагательного, Титаниан , является омонимом Титана, спутника Сатурна . Название Титания в переводе с древнегреческого означает «Дочь Титанов».

Орбита

Титания вращается вокруг Урана на расстоянии около 436 000 километров (271 000 миль), занимая второе место по удаленности от планеты среди пяти ее главных спутников. Орбита Титании имеет небольшой эксцентриситет и очень мало наклонена относительно экватора Урана. Его орбитальный период составляет около 8,7 дней, что совпадает с периодом его вращения . Другими словами, Титания - это синхронный спутник или спутник с приливной синхронизацией , одна сторона которого всегда направлена ​​в сторону планеты.

Орбита Титании полностью лежит внутри магнитосферы Урана . Это важно, потому что задние полусферы спутников, вращающихся внутри магнитосферы, поражаются магнитосферной плазмой, которая вращается вместе с планетой. Эта бомбардировка может привести к потемнению задних полушарий, что на самом деле наблюдается для всех спутников Урана, кроме Оберона (см. Ниже).

Поскольку Уран вращается вокруг Солнца почти на своей стороне, а его спутники вращаются в экваториальной плоскости планеты, они (включая Титанию) подвержены экстремальному сезонному циклу. И северный, и южный полюсы проводят 42 года в полной темноте и еще 42 года в непрерывном солнечном свете, при этом солнце встает близко к зениту над одним из полюсов в каждое солнцестояние . Voyager 2 Пролет совпал с 1986 летним солнцестоянием в южном полушарии, когда почти вся южная полусфера освещались. Раз в 42 года, когда Уран имеет равноденствие и его экваториальная плоскость пересекает Землю, становятся возможными взаимные затмения лун Урана. В 2007–2008 гг. Наблюдалось несколько таких событий, в том числе два затмения Титании Умбриэлем 15 августа и 8 декабря 2007 г.

Состав и внутреннее устройство

Круглое сферическое тело с освещенной левой половиной.  Поверхность имеет пестрый вид с яркими пятнами на относительно темном фоне.  Терминатор находится немного правее от центра и проходит сверху вниз.  У терминатора в верхней половине изображения виден крупный кратер с центральной ямой.  Еще один яркий кратер можно увидеть на дне, пересеченном каньоном.  Второй большой каньон тянется от темноты в правом нижнем углу к видимому центру тела.
На снимке Титании с высочайшего разрешения, сделанном " Вояджером-2 ", видны умеренно изрезанные кратерами равнины, огромные перекаты и длинные уступы . У дна область более гладких равнин, включая кратер Урсула , разделена грабеном Бельмонт-Часма.

Титания - самая большая и массивная луна Урана и восьмая по величине луна в Солнечной системе. Его плотность 1,71 г / см 3 , что намного выше, чем типичная плотность спутников Сатурна, указывает на то, что он состоит примерно из равных пропорций водяного льда и плотных не ледяных компонентов; последний мог состоять из горных пород и углеродистого материала, включая тяжелые органические соединения . Наличие водяного льда подтверждается данными инфракрасных спектроскопических наблюдений, проведенных в 2001–2005 годах, которые выявили кристаллический водяной лед на поверхности Луны. Полосы поглощения водяного льда в ведущем полушарии Титании немного сильнее, чем в заднем. Это противоположно тому, что наблюдается на Обероне, где заднее полушарие демонстрирует более сильные следы водяного льда. Причина этой асимметрии неизвестна, но она может быть связана с бомбардировкой заряженными частицами из магнитосферы Урана , которая сильнее на заднем полушарии (из-за совместного вращения плазмы). Энергичные частицы имеют тенденцию разбрызгивать водяной лед, разлагать захваченный льдом метан в виде гидрата клатрата и затемнять другие органические вещества, оставляя темный, богатый углеродом остаток .

За исключением воды, единственным другим соединением, идентифицированным на поверхности Титании с помощью инфракрасной спектроскопии, является углекислый газ , который сконцентрирован в основном в заднем полушарии. Происхождение углекислого газа до конца не выяснено. Он может производиться локально из карбонатов или органических материалов под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения или энергичных заряженных частиц, исходящих из магнитосферы Урана. Последний процесс мог бы объяснить асимметрию в его распределении, потому что заднее полушарие подвержено более интенсивному магнитосферному влиянию, чем ведущее полушарие. Другим возможным источником является газовыделение из изначального СО 2 захваченных водяного льда в интерьере Титании. Утечка CO 2 из недр может быть связана с прошлой геологической активностью на этой луне.

Титанию можно разделить на скалистое ядро, окруженное ледяной мантией . Если это так, радиус ядра 520 километров (320 миль) составляет около 66% радиуса Луны, а его масса составляет около 58% массы Луны - пропорции продиктованы составом Луны. Давление в центре Титании составляет около 0,58  ГПа (5,8  кбар ). Текущее состояние ледяной мантии неясно. Если лед содержит достаточно аммиака или другого антифриза , Титания может иметь подземный океан на границе ядра и мантии. Толщина этого океана, если оно существует, составляет до 50 км (31 миль) , а ее температура составляет около 190  К . Однако нынешнее внутреннее строение Титании сильно зависит от ее термической истории, которая малоизвестна.

Особенности поверхности

Титания с обозначенными элементами поверхности. Южный полюс расположен недалеко от неопознанного яркого кратера ниже и слева от кратера Джессика.

Среди спутников Урана Титания занимает промежуточное положение по яркости между темным Обероном и Умбриэлем и яркими Ариэлем и Мирандой . На его поверхности наблюдается сильный противодействующий всплеск : его отражательная способность снижается с 35% при фазовом угле 0 ° ( геометрическое альбедо ) до 25% при угле около 1 °. Титания имеет относительно низкое альбедо Бонда около 17%. Его поверхность обычно слегка красного цвета, но менее красного, чем у Оберона . Однако свежие ударные отложения имеют более синий цвет, а гладкие равнины, расположенные на ведущем полушарии у кратера Урсула и вдоль некоторых грабенов, несколько более красноватые. Может быть асимметрия между ведущим и задним полушариями; Первые кажутся краснее вторых на 8%. Однако эта разница связана с ровными равнинами и может быть случайной. Покраснение поверхности, вероятно, является результатом космического выветривания, вызванного бомбардировкой заряженными частицами и микрометеоритами в течение возраста Солнечной системы . Однако цветовая асимметрия Титании, скорее всего, связана с аккрецией красноватого вещества, поступающего из внешних частей Уранской системы, возможно, от неправильных спутников , которые будут откладываться преимущественно в ведущем полушарии.

Ученые выделили три класса геологических объектов на Титании: кратеры , хасматы ( каньоны ) и рупы ( уступы ). Поверхность Титании менее покрыта кратерами, чем поверхности Оберона или Умбриэля, что означает, что поверхность намного моложе. Диаметр кратера достигает 326 километров для самого большого известного кратера Гертруда (может быть и деградированный бассейн примерно такого же размера). Некоторые кратеры (например, Урсула и Джессика ) окружены яркими ударными выбросами ( лучами ), состоящими из относительно свежего льда. Все большие кратеры на Титании имеют плоское дно и центральные вершины. Единственное исключение - Урсула, у которой в центре есть яма. К западу от Гертруды есть область с неправильной топографией, так называемая «безымянная впадина», которая может быть еще одним сильно деградировавшим ударным бассейном диаметром около 330 километров (210 миль).

Поверхность Титании пересекается системой огромных разломов или уступов. В некоторых местах два параллельных уступа отмечают углубления в коре спутника, образующие грабены , которые иногда называют каньонами. Самым заметным среди каньонов Титании является Мессина Часма , протянувшаяся примерно на 1500 километров (930 миль) от экватора почти до южного полюса. Грабены на Титании имеют ширину 20–50 километров (12–31 миль) и рельеф около 2–5 км. Обрывы, не относящиеся к каньонам, называются рупами, например Руссильон Рупес возле кратера Урсула. Области вдоль некоторых обрывов и возле Урсулы кажутся гладкими при разрешении изображения " Вояджера ". Эти гладкие равнины, вероятно, снова появились позже в геологической истории Титании, после того, как образовалось большинство кратеров. Восстановление поверхности могло быть либо эндогенным по своей природе, включая извержение жидкого материала изнутри ( криовулканизм ), либо, альтернативно, оно могло быть вызвано гашением ударного выброса из близлежащих крупных кратеров. Грабены, вероятно, являются самыми молодыми геологическими образованиями на Титании - они прорезают все кратеры и даже гладкие равнины.

На геологию Титании повлияли две конкурирующие силы: образование ударных кратеров и эндогенное восстановление поверхности. Первые действовали на протяжении всей истории Луны и влияли на все поверхности. Последние процессы также носили глобальный характер, но были активны в основном в течение периода после образования Луны. Они стерли первоначальный сильно изрезанный кратерами ландшафт, что объясняет относительно небольшое количество ударных кратеров на современной поверхности Луны. Дополнительные эпизоды шлифовки могли произойти позже и привести к образованию гладких равнин. В качестве альтернативы гладкие равнины могут быть выбросами из близлежащих ударных кратеров. Самые недавние эндогенные процессы носили в основном тектонический характер и привели к образованию каньонов, которые на самом деле являются гигантскими трещинами в ледяной корке. Растрескивание коры было вызвано глобальным расширением Титании примерно на 0,7%.

Правая половина круглого сферического тела с подсветкой.  Терминатор проходит по правому краю.  У терминатора в верхней половине изображения виден крупный кратер с центральной ямой.  Большой каньон тянется от темноты в правом нижнем углу к видимому центру тела.
Мессина Часма - большой каньон на Титании.
Именованные элементы поверхности на Титании
Особенность Названный в честь Тип Длина (диаметр), км Координаты
Бельмонт Часма Бельмонт , Италия ( Венецианский купец ) Chasma 238 8 ° 30' ю.ш. 32 ° 36' в.д. / 8,5 ° ю.ш. 32,6 ° в.д. / -8,5; 32,6
Мессина Часмата Мессина , Италия ( Много шума из ничего ) 1,492 33 ° 18' ю.ш. 335 ° 00'E / 33,3 ° ю. Ш. 335 ° в. / -33,3; 335
Rousillon Rupes Руссильон , Франция ( Все хорошо, что хорошо кончается ) Rupes 402 14 ° 42' ю.ш. 23 ° 30'в.д. / 14,7 ° ю.ш. 23,5 ° в.д. / -14,7; 23,5
Адриана Адриана ( Комедия ошибок ) Кратер 50 20 ° 06'Ю.ш.3 ° 54'В. / 20,1 ° ю. Ш. 3,9 ° в. / -20,1; 3.9
Bona Бона ( Генрих VI, часть 3 ) 51 55 ° 48 'ю.ш. 351 ° 12' в.д. / 55,8 ° ю. Ш. 351,2 ° в. / -55,8; 351,2
Кальфурния Кальпурния Писонис ( Юлий Цезарь ) 100 42 ° 24' ю.ш. 291 ° 24'E / 42,4 ° ю. Ш. 291,4 ° в. / -42,4; 291,4 ( Кратер Кальфурнии )
Элинор Элеонора Аквитанская ( Жизнь и смерть короля Иоанна ) 74 44 ° 48'S 333 ° 36'E / 44,8 ° ю. Ш. 333,6 ° в. / -44,8; 333,6
Гертруда Гертруда ( Гамлет ) 326 15 ° 48' ю.ш. 287 ° 06'E / 15,8 ° ю.ш. 287,1 ° в.д. / -15,8; 287,1
Имоджен Имоджен ( Цимбелин ) 28 год 23 ° 48 'ю.ш. 321 ° 12' в.д. / 23,8 ° ю.ш. 321,2 ° в.д. / -23,8; 321,2
Ирас Ирас ( Антоний и Клеопатра ) 33 19 ° 12 'ю.ш. 338 ° 48' в.д. / 19,2 ° ю. Ш. 338,8 ° в. / -19,2; 338,8
Джессика Джессика ( Венецианский купец ) 64 55 ° 18 'ю.ш. 285 ° 54' в.д. / 55,3 ° ю. Ш. 285,9 ° в. / -55,3; 285,9
Кэтрин Катерина ( Генрих VIII ) 75 51 ° 12' ю.ш. 331 ° 54' в.д. / 51,2 ° ю. Ш. 331,9 ° в. / -51,2; 331,9
Люсетта Люсетта ( Два джентльмена из Вероны ) 58 14 ° 42' ю.ш. 277 ° 06 ' в.д. / 14,7 ° ю.ш. 277,1 ° в.д. / -14,7; 277,1
Марина Марина ( Перикл, принц Тира ) 40 15 ° 30 'ю.ш. 316 ° 00' в.д. / 15,5 ° ю.ш. 316 ° в.д. / -15,5; 316
Мопса Мопса ( Зимняя сказка ) 101 11 ° 54 'ю.ш. 302 ° 12' в.д. / 11,9 ° ю.ш.302,2 ° в. / -11,9; 302,2
Фриния Фриния ( Тимон Афинский ) 35 год 24 ° 18 'ю.ш. 309 ° 12' в.д. / 24,3 ° ю. Ш. 309,2 ° в. / -24,3; 309,2
Урсула Урсула ( Много шума из ничего ) 135 12 ° 24' ю.ш. 45 ° 12'E / 12,4 ° ю.ш.45,2 ° в. / -12,4; 45,2
Валерия Валерия ( Кориолан ) 59 34 ° 30' ю.ш. 4 ° 12'E / 34,5 ° ю.ш. 4,2 ° в. / -34,5; 4.2
Элементы поверхности на Титании названы в честь женских персонажей из произведений Шекспира.

Атмосфера

Присутствие углекислого газа на поверхности предполагает, что Титания может иметь разреженную сезонную атмосферу CO 2 , очень похожую на атмосферу юпитерианской луны Каллисто . Другие газы, такие как азот или метан , вряд ли будут присутствовать, потому что слабая гравитация Титании не могла помешать им уйти в космос. При максимальной температуре, достижимой во время летнего солнцестояния Титании (89 К), давление паров углекислого газа составляет около 300 мкПа (3 нбар).

8 сентября 2001 г. Титания закрыла яркую звезду ( HIP 106829 ) с видимой величиной 7,2; это была возможность как уточнить диаметр и эфемериды Титании , так и обнаружить любую сохранившуюся атмосферу. Данные показали отсутствие атмосферы при давлении на поверхности 1-2 мПа (10-20 нбар); если он существует, он должен быть намного тоньше, чем у Тритона или Плутона . Этот верхний предел все еще в несколько раз превышает максимально возможное давление двуокиси углерода на поверхности, а это означает, что измерения практически не накладывают ограничений на параметры атмосферы.

Необычная геометрия системы Урана заставляет полюса лун получать больше солнечной энергии, чем их экваториальные области. Поскольку давление паров CO 2 резко зависит от температуры, это может привести к накоплению углекислого газа в низкоширотных регионах Титании, где он может стабильно существовать на участках с высоким альбедо и затененных областях поверхности в форме льда. Летом, когда полярные температуры достигают 85–90 К, углекислый газ сублимируется и мигрирует к противоположному полюсу и в экваториальные области, вызывая своего рода углеродный цикл . Накопленный лед из углекислого газа может быть удален из холодных ловушек с помощью частиц магнитосферы, которые разбрызгивают его с поверхности. Считается, что Титания потеряла значительное количество углекислого газа с момента своего образования 4,6 миллиарда лет назад.

Происхождение и эволюция

Считается, что Титания образовалась из аккреционного диска или субнебулы; диск из газа и пыли, который либо существовал вокруг Урана в течение некоторого времени после его образования, либо был создан гигантским ударом, который, скорее всего, дал Урану его большой наклон . Точный состав субнебулы неизвестен; однако относительно высокая плотность Титании и других спутников Урана по сравнению со спутниками Сатурна указывает на то, что она могла быть относительно бедной водой. Значительные количества азота и углерода могли присутствовать в форме окиси углерода и N 2 вместо аммиака и метана. Спутники, образовавшиеся в такой субтуманности, будут содержать меньше водяного льда (с CO и N 2, захваченными в виде клатратов) и больше горных пород, что объясняет их более высокую плотность.

Возникновение Титании, вероятно, длилось несколько тысяч лет. Удары, сопровождавшие аккрецию, вызвали нагрев внешнего слоя Луны. Максимальная температура около 250 К (-23 ° C) была достигнута на глубине около 60 километров (37 миль). После окончания формирования подповерхностный слой охладился, в то время как внутренняя часть Титании нагрелась из-за распада радиоактивных элементов, присутствующих в его породах. Охлаждающий приповерхностный слой сузился, а внутренний расширился. Это вызвало сильные растяжения в лунной коре, что привело к растрескиванию. Некоторые из современных каньонов могут быть результатом этого. Процесс длился около 200 миллионов лет, что означает, что любая эндогенная активность прекратилась миллиарды лет назад.

Первоначальный аккреционный нагрев вместе с продолжающимся распадом радиоактивных элементов, вероятно, был достаточно сильным, чтобы растопить лед, если присутствовал антифриз, такой как аммиак (в форме гидрата аммиака ) или соль . Дальнейшее таяние могло привести к отделению льда от горных пород и образованию каменного ядра, окруженного ледяной мантией. Слой жидкой воды (океан), богатый растворенным аммиаком, мог образоваться на границе ядро ​​– мантия. Температура эвтектики этой смеси составляет 176 К (-97 ° С). Если бы температура упала ниже этого значения, океан впоследствии замерз бы. Замерзание воды привело бы к расширению внутренней части, что могло быть причиной образования большинства каньонов. Однако современные знания о геологической эволюции Титании весьма ограничены.

Исследование

Пока что единственные изображения Титании крупным планом были получены с зонда « Вояджер-2» , который сфотографировал Луну во время пролета мимо Урана в январе 1986 года. Поскольку ближайшее расстояние между « Вояджером-2» и Титанией составляло всего 365 200 км (226 900 миль), Лучшие изображения этой луны имеют пространственное разрешение около 3,4 км (только Миранда и Ариэль были получены с лучшим разрешением). Изображения покрывают около 40% поверхности, но только 24% были сфотографированы с точностью, необходимой для геологического картирования . Во время пролета южное полушарие Титании (как и другие спутники) было направлено в сторону Солнца , поэтому северное (темное) полушарие не могло быть изучено.

Ни один другой космический корабль никогда не посещал систему Урана или Титанию, и в настоящее время не планируется никаких миссий. Одна из возможностей , теперь отвергнутая, заключалась в том, чтобы отправить Кассини с Сатурна на Уран в расширенной миссии. Другой предложенной концепцией миссии была концепция орбитального аппарата и зонда « Уран» , оценка которой проводилась примерно в 2010 году. Уран также исследовался как часть одной траектории для предшествующей концепции межзвездного зонда, Innovative Interstellar Explorer .

Орбитальный аппарат Урана был указан в качестве третьего приоритета для флагманской миссии НАСА в обзоре NASA Planetary Science Decadal Survey , и концептуальные проекты такой миссии в настоящее время анализируются.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

внешняя ссылка