Уральська BC (ГАІШ МГУ) Сагітовскіе читання-2007
Фізичні властивості карликових планет Доповідь
26-а Асамблея Міжнародного астрономічного союзу, яка відбулася в Празі в 2006 р прийняла рішення про введення нового класу небесних тіл, а саме, карликових планет. Сьогодні ми не будемо обговорювати питання про те, чи є це питання вирішеним остаточно або він буде переглядатися і уточнюватися, наскільки він опрацьований, тим більше він викликав заперечення багатьох астрономів з різних міркувань, історичного, концептуального характеру, по етичним міркувань і т.д. Але те, що це питання назріло не викликає сумнівів.
Плутон у своєму русі навколо Сонця іноді знаходиться ближче до Сонця, ніж Нептун (наприклад, з 1979 по 1999 р), тобто в проекції на площину екліптики ці орбіти перетинаються, хоча в дійсності цього не відбувається через велику нахилу орбіти Плутона до екліптики.
Однак статус великої планети за Плутоном був залишений. В кінці 20-го століття ситуація суттєво змінилася. Причини, що призвели до зміни статусу Плутона наступні:
1. За орбітою Нептуна відкрито другий пояс крижаних тіл - Пояс Койпера, або так звані транснептунние об'єкти
2. Відкрито безліч об'єктів, що рухаються на орбітах, подібних орбіті Плутона, тобто в резонансі 2: 3 з Нептуном, але менших розмірів.
3. Відкрито об'єкт, за розміром перевищує Плутон - Еріда
MAC організував Робочу групу Міжнародного Астрономічного Союзу (IAU Working Group: "Definition of a Planet"), очолювана І.Уільямсом (Iwan Williams). В Інтернеті була організована полеміка, яка дозволяла протягом декількох років висловлювати свої пропозиції та побажання.
Нові визначення класичних планет, карликових планет і малих тіл Сонячної системи наведені на слайді.
■ "Класична планета" - це небесне тіло, яке (а) обертається навколо Сонця,
(B) має достатню масу, для того, щоб самогравітація перевершувала твердотільні сили і тіло могло прийняти гідростатично рівноважну (близьку до сферичної) форму і
(C) очищає околиці своєї орбіти (тобто поруч з планетою немає інших порівнянних з нею тел)
Планети земної групи - Меркурій, Венера, Земля, Марс Газові гіганти - Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун
■ "Карликова планета" - небесне тіло, яке
(A) обертається навколо Сонця,
(B) має достатню масу, для того, щоб самогравітація перевершувала твердотільні сили і тіло могло прийняти гідростатично рівноважну (близьку до сферичної) форму,
(C) не очищати околиці своєї орбіти і
(D) не є супутником (планети).
Карликові планети Церера, Плутон, Еріда
■ Всі інші об'єкти, що обертаються навколо Сонця, охоплюються поняттям "Малі тіла Сонячної системи". Це астероїди, комети, майже всі транснептунние об'єкти, виключаючи супутники планет.
Ми розглянемо іншу сторону питання, наскільки гармонійним буде представлятися наша Сонячна система, чи є загальними фізичні властивості всіх трьох карликових планет, щоб їх об'єднати в один клас і чим цей клас відрізняється від інших об'єктів Сонячної системи.
1 янв.1801г. Пиацци (Piazzi) відкрив Цереру, яка відразу була визнана планетою, так як вона задовольняла правилом Тициуса-Боде г = 0.4 + 0.3х2п (а.о.), де n = 0 - Венера, п = 1 - Земля, п = 2 - Марс, п = 3 - Церера, п = 4 Юпітер, ... Через кілька років виявилося, що таких об'єктів багато і всі вони утворюють тор, який був названий Головним астероїдним поясом, а Церера - астероїдом. У 2006 р втретє був змінений статус Церери і вона була зарахована до карликових планет. Як уже сказано, її орбіта перебуває між Марсом і Юпітером на середній відстані а = 2.77 а.о. Ексцентриситет орбіти е = 0.08 призводить до того, що відстань змінюється від 2.5 до 3 а.о. Нахил орбіти становить i = 10 ° .6, період обертання 4.6 років. Цікава особливість орбіти полягає в тому, що перигелії і афелії Церери і Марса знаходяться на протилежних сторонах від Сонця. Така особливість орбіти присутній ще у деяких великих астероїдів Головного поясу.
Про фізичні властивості планети ще мало що відомо. Розмір Церери майже 1000 км, а саме, 975x909 км, тобто вона має майже сферичну форму, щільність 2.08 г / см. Альбедо 0.13. Маса 9.5 х10 кг
2 1
становить майже - 1/3 маси Головного поясу (3.0 ± 0.2) Хю. Поверхня Церери відносно тепла і вона може мати тонку атмосферу і лід. Температура на поверхні від 167 до 235 градусів Кельвіна, максимальна температура, зафіксована на поверхні дорівнює -38 ° С. Внутрішня будова передбачає диференційовану структуру - кам'яне ядро і крижану мантію товщиною 60 - 120 км, яка містить 200 млн.куб.км води, т . Е. кількість прісної води більша за земну. Космічний телескоп Хаббла HST відкрив два темних плями, один з загадково яскравою областю, природа якої невідома. Імовірно, ці особливості на поверхні є кратерами.
На телескопі Кека отримана карта відбиває (альбедо) в ближньому ІЧ-діапазоні. Помітні географічні об'єкти розміром від 40 до 160 км в поперечнику. Відображає здатність змінюється в межах 12%. На думку вчених, ці відмінності обумовлені і наявністю складного рельєфу, і неоднорідним хімічним складом порід поверхні Церери.
Напрямок осі обертання (на епоху 2000 року) - 287 ° прямого сходження і 69 ° відміни (точність ± 5 °).
Для вивчення фізичних властивостей Церери NASA планувало запуск космічної місії Світанок (Mission Dawn) в червні 2007 р За допомогою гравітаційного маневру у Марса в 2009 р зближення з вестою має відбутися у 2011 році, а з Церерой в 2015 р Зараз NASA оголосило про скасування цієї місії через фінансові труднощі та технічних проблем.
Спостереження Церери на великому телескопі Південної Європейської обсерваторії в Чилі намічені на листопад 2007 р
Друга карликова планета Плутон може розглядатися тільки як подвійна планета. MAC знайшов принципова відмінність поняття подвійний планети від системи планета-супутник, а саме, в подвійний планеті центр мас системи знаходиться у відкритому космосі (Плутон - Харон), в системі планета-супутник він знаходиться всередині планети (Земля - Місяць). Подвійна планета рухається на середній відстані 39.5294 (а.о.), на витягнутій орбіті з ексцентриситетом майже 0.25. Нахил орбіти 17.148 (град) (до екліптики). Орбітальний період 248.54 (років). Період обертання 6.38725 (на добу). Плутон і Харон рухаються навколо барицентра системи по кругових орбітах на відстані 19 640 км один від одного. Нахил орбіти до площини екватора Землі становить 98.1. Період обертання Харона по орбіті збігається з періодом обертання Плутона навколо осі і періодом обертання Харона, тобто Плутон і Харон завжди звернені один до одного одними своїми сторонами. Діаметр Плутона дорівнює 2306 км, Харона 1250 км.
Фізичні властивості Плутона. Температура на поверхні від -220 до -240 ° С. Поверхня вкрита льодом із замороженого азоту з невеликою кількістю метану. У деяких районах на поверхню виходить водяний лід і навіть трохи льоду монооксиду вуглецю (чадного газу). Жовтувато-рожевий відтінок надають осідають з атмосфери частинки складних органічних сполук, що утворюються з атомів вуглецю, азоту, водню і кисню під впливом сонячного світла.
Уздовж поверхні помічені сильні перепади яскравості. Візуальне геометричне альбедо змінюється від 0.49 до 0.66. Про внутрішню будову можна судити за низькою середньої щільності 1,7 г / смз, тобто Плутон складається на 1/3 з кам'яних гірських порід і на 2/3 з водяного льоду. Кам'яне ядро діаметром 1 500 км оточене шаром водяного льоду товщиною 400 км. Атмосфера виявлена в 1988 р Складається з азоту з домішкою метану і чадного газу. Тиск нікчемне 0,3 Паскаля. Слабке гравітаційне поле не в змозі утримувати атмосферу, і вона постійно випаровується в космос, на її місце приходять нові молекули, що випаровуються з крижаної поверхні, тобто для Плутона характерна «кометний» природа атмосфери. Найбільші зміни в атмосфері пов'язані з сезонами. У зимовий період - заморожування атмосфери. Збільшення температури азотного льоду на поверхні планети всього на 2 ° призводить до зростання маси атмосфери в 2 рази. «Літній» період збережеться і в 2015 р, коли КА «Нові горизонти» наблизиться до Плутона.
У 2006 р відкриті два нових супутників Плутона. Об'єкти, попередньо названі S / 2005 Р1 і S / 2005 Р2, отримали назви Нікс і Гідра спостерігалися за допомогою космічного телескопа Хаббла. За умови, що орбіти є круговими і розташовані в площині орбіти Харона, були обчислені їх розміри і періоди обертання супутників навколо Плутона. Для першого супутника велика піввісь кругової орбіти становить приблизно 64700 км, період Р = 38.2 доби. Для другого супутника S / 2005 Р2 велика піввісь кругової орбіти становить 49400 км, а період обертання 25.5 доби. Якщо припустити, що супутники мають відбивну здатність 4%, як у найтемніших ядер комет, то діаметр більшого з супутників Гідри становить 160 км. При альбедо, характерному для кентаврів, а саме 15%, розмір супутника - 80 км; якщо ж альбедо таке, як у Харона 38%, то діаметр супутника становить 52 км. Супутник Нікс на 25% слабкіше першого, і за умови, що відбивні здатності у них однакові, розмір другого супутника на 10% або 15% менше першого. Пошук невідомих супутників в зоні орбітальної стійкості, що становить (± 100 ") навколо Плутона, не показали будь-яких потенційних супутників яскравіше, ніж видима величина V = 27.1.
Харон вкритий водяним льодом, а не метано-азотним, як Плутон Супутники Нікс і Гідра нейтрально сірі як Харон, не мають фотометричні варіацій, очевидно сферичної форми (D РП = 170 км, DPIII = 110 км).
Передбачається спільне походження системи гігантським зіткненням з прото-Плутоном, в результаті якого Харон отримав ексцентричну орбіту. Надалі приливну взаємодію призвело до резонансних, компланарності і майже кругових орбітах Харона, Нікти і Гідри, а також синхронізації обертання Харона з орбітальним рухом і з обертанням Плутона.
У липні 2005 р М.Браун, Ч.Трухільо і Б.Рабіновіч повідомили про відкриття ще трьох великих транснептунних об'єктів 2003 UB 313, 2005 FY 9 і 2003 EL 61 (табл.2). Найбільший з них 2003 UB 313 має абсолютну величину H = -1.48, тобто він яскравіше Плутона, для якого H = -1.0
Виявилося, що це об'єкт розсипається пояса (Scattered - Belt object) з орбітою, має велику піввісь 67.66 а.о., ексцентриситет 0.44 і великий нахил 44 ° .2 до площини екліптики. Об'єкт був виявлений майже в афелії - на найдальшому відстані від Сонця 97 а.о. - і мав видиму величину V = 18.5. Період обертання об'єкта навколо Сонця становить 560 років, тому він досягне найближчого відстані від Сонця в перигелії 37.8 а.о. тільки в 2257 р
Видима фотометрия на 1.3-м SMARTS телескопі і інфрачервона фотометрія (Gemini North Observatory) показали дуже високу відбивну здатність. Космічний телескоп Хаббла уточнив геометричне альбедо і розмір Еріду. Відбивна здатність через замерзлого метану становить 0.85 ± 0.07. Розмір Еріду перевищує діаметр Плутона тільки на 5% і становить приблизно (2400 ± 100) км (діаметр Плутона 2306 км).
В спектрі ближній інфрачервоній області Еріду домінують лінії абсорбції метану, тобто об'єкт в значній мірі подібний до Плутона. Його поверхня покрита твердим замерзлим метаном і являє собою суміш каменю і льоду. В ближній інфрачервоній області присутні лінії азоту N 2 і окису вуглецю СО, властиві Плутону, а також лінії вуглекислого газу СО2, присутні на Тритоні.
Основною відмінністю у видимій частині спектру є те, що поверхня Плутона в середньому червона, в той час як новий об'єкт майже сірий. Різниця можна пояснити тим, що новий об'єкт на відстані в 3 рази більшому, ніж Плутон, є більш холодним, і метановий лід більш рівномірно покриває поверхню. Тому альбедо більш однорідно по поверхні і дорівнює або вище, ніж у Плутона. Відкриття об'єкта на такій великій відстані від Сонця (97 а.о.) представляє більш низькотемпературну лабораторію для вивчення явищ, властивих Плутону - заморожування атмосфери, хімію льоду, фазові переходи азоту. Температурні варіації від Офелія до перигелію навіть більш екстремальні, ніж у Плутона.
У вересні 2005 р на обсерваторії Кека за допомогою адаптивної оптики виявили слабкий супутник у об'єкта 2003 UB 313. Він знаходився на відстані 0 ".53 від головного тіла і мав видиму величину на 4Ш.43 менше, тобто в 60 разів слабкіше основного тіла. Приблизний діаметр супутника 350 км.
На телескопі Кека отримані зображення найбільших транснептунних об'єктів. Три з чотирьох мають супутники. Два об'єкти зараховані до карликових планет. Розглянемо, чи можуть інші два об'єкти також бути зараховані до карликових планет.
Наступний за яскравістю об'єкт 2005 FY 9 виявився класичним об'єктом пояса Койпера з велика піввісь орбіти 45.7 а.е., ексцентриситетом 0.15 і нахилом 29 °. Період обертання навколо Сонця становить 309 діб. Розмір 1500 км при альбедо Плутона. Спектр подібний Плутону. Домінують лінії твердого метану, причому лінії метанового льоду сильніше, ніж у Плутона. Червоний колір вказує на присутність органічних молекул. Присутність азоту і чадного газу. Можлива атмосфера, яку можна порівняти з атмосферою Плутона. Можливий кандидат в карликові планети.
Об'єкт 2003 EL 61 - четверте за яскравістю тіло після 2003 UB 313, Плутона і 2005 FY 9. Це типовий класичний об'єкт поясу Койпера з велика піввісь його орбіти 43.3 а.е., ексцентриситетом 0.19 і нахилом орбіти до площини екліптики 28 ° .2. Орбітальний період становить 286 років.
Однак період обертання тіла 2003 EL 61 близько чотирьох годин виявився дуже незвичайний для великого тіла розміром більше 100 км. Навіть тверде тіло середнього розміру істотно деформується при обертанні з такою високою швидкістю. Тіло є сильно витягнутим еліпсоїдом з найбільшою віссю 1960 км і альбедо 0.6 - 0.7. Об'єкт 2003 EL 61 є третім тілом після Плутона і Еріди, який покритий замерзлим метановим і водяним льодом і має відносно нейтральний колір, в якому є вкраплення більш темного і більш червоного матеріалу.
Спостереження на телескопі Кека показали присутність двох супутників об'єкта 2003 EL 61 на майже круговій орбіті з періодами
2 1
звернення 49 і 25 днів. Була визначена маса системи 4.21x10 кг, що становить 32% від маси Плутона. Супутники дуже малі, маса складають всього 1% від маси тіла. Спектри в інфрачервоній області, отримані на 8-му телескопі Джеміні і 10-м телескопі Кека, показали явне наявність ліній водяного льоду на супутнику. Однак вивчення орбіти супутника у астероїда 2003 EL 61 показало, що система знаходиться тільки в 4 градусах від положення, коли вона була ребром до спостерігача (Рис.7). Взаємні покриття і затемнення в системі відбувалися в 1999 р і не будуть відбуватися ще 133 року до 2138 р
Ще більш слабкий супутник Санти, який має тимчасове позначення S / 2005 (2003 EL 61) 2, знайдений на знімках, отриманих на обсерваторії Кека в червні 2005 р (IAUC 8636). Яскравість другого супутника транснептунного об'єкта 2003 EL 61 складає всього 1.5% від яскравості основного тіла. Був обчислений період обертання цього супутника навколо основного тіла в припущенні кругової орбіти. Він склав 34.7 діб. Цікаво, що два супутника обертаються навколо основного тіла не в одній площині, як можна було б припустити. Площини орбіт двох супутників нахилені один до одного під кутом (39 ± 6) градусів. Для більш точного визначення параметрів орбіти другого супутника потрібні додаткові спостереження.
КА Нові горизонти запущений в 2006 р, за допомогою гравітаційного маневру у Юпітера в 2007 році він досягне Плутона в 2015 р У його завдання входить вивчення складу атмосфери Плутона і процесів в ній відбуваються. Геологічні структури Плутона і Харона і хімічний склад матеріалу поверхні планети і її супутника. Взаємодія потоку заряджених частинок, викинутих Сонцем (сонячного вітру), з атмосферою Плутона і з якою швидкістю атмосферні гази випаровуються в космос.
Політ через пояс Койпера може зайняти ще від трьох до шести років, коли продовжиться вивчення інших тіл - залишків прадавнього матеріалу, який зберігся з часу утворення планет Сонячної системи.
Обробка наукових даних в двох оперативних наукових центрах - імені Томбо в Боулдері (Колорадо) і імені Крісті в Лорел (Меріленд), названих на честь першовідкривачів Плутона і його супутника Харона.
Отже, загальні властивості карликових планет йдуть з самого визначення - тіла володіють достатньою масою, щоб тіло могло прийняти гідростатічкі рівноважну форму. Нижня межа маси і розмір тіла не визначені, але для трьох зазначених тел вона порядку 10 21- 1022 кг.
За орбітальним характеристикам вони належать різним класам орбіт, а саме, Головному астероїдний пояс, поясу Койпера і розсіяному поясу, тобто тіла, які зазнали диференціації шарів і переробці на основі відбуваються всередині процесів, присутні у всіх областях Сонячної системи. Цим вони відрізняються від астероїдів та інших транснептунних об'єктів, які представляють собою залишки первинної матерії, що не піддався переробці і збережених в незмінному вигляді з часу утворення Сонячної системи. Вивчення процесів, кокторій могли привести до гідростатичного рівноваги при різних умовах освіти, освітленості, сонячного випромінювання і температур - виділяє ці об'єкти в один клас, число об'єктів якого може зрости в найближчі роки до 45 і більше членів.
вкладення: 3750808_carliki.pdf
