Neptuns måner

Af Sabine Stanley, Ph.D., Johns Hopkins University

Inden for få uger efter opdagelsen af Neptun blev der fundet en enkelt måne i 1846. Selvom Uranus og Neptun er meget ens i med hensyn til sammensætning og struktur er deres månesystemer meget forskellige. Neptun vides nu at have mindst 14 måner, men kun en af disse måner, Triton, er stor nok til at være sfærisk. Sammenlign det med fire runde måner ved Jupiter, syv ved Saturn og fem ved Uranus.

Lær mere om Merkur, den ekstreme lille planet.

Størrelsen af Triton

Med hensyn til størrelse er Triton den syvende største måne i solen system. Det er tæt på det dobbelte af diameteren af Titania (Uranus største måne), men mindre end Jordens måne; og den er ca. 10% mindre i diameter end Europa, den mindste af Jupiters fire runde måner. Triton er kun omkring halvdelen af diameteren af Jupiters Ganymedes eller Saturnus Titan. Triton er dog ca. 10% tættere end Saturns måne Titan, hvilket tyder på en større klippefraktion i Triton og en mindre isfraktion – måske sten og is.

Lær mere om Venus, den tilslørede drivhusplanet.

Triton, en uregelmæssig satellit

Isen er grunden til, at både Titan og Triton er meget mindre tætte end Jordens måne. Hvad der gør Triton virkelig ekstraordinær i forhold til alle de andre store runde måner i solsystemet er, at det er en uregelmæssig satellit. Det betyder, at det ikke dannede sig fra en akkretionsdisk, der omgiver Neptun. I stedet blev Triton fanget af Neptuns tyngdekraft på et eller andet tidspunkt i fortiden. Vi kender Tritons en fanget måne, fordi dens bane er retrograd.

Triton kredser om Neptun i den modsatte retning, som Neptun drejer om. Det er et nøgletegn på, at Triton ikke dannede fra en tiltrædelsesdisk omkring Neptun. Tritons bane er også tilbøjelig med ca. 23 ° i forhold til Neptuns ækvator – et andet tegn på, at Triton er et fanget objekt.

Hvor kom Triton fra?

Så hvor kom Triton fra? Mest sandsynligt kom det fra Kuiper-bæltet. Dette er regionen i solsystemet lige ud over Neptuns bane, der er hjemsted for mange andre kendte iskroppe, der ligner Triton i størrelse. Den mest berømte Kuiper-bælt er Pluto. Nogle Kuiper-bæltegenstande, inklusive Pluto, vides at have elliptiske baner, der krydser Neptuns bane. Det er derfor ikke så overraskende, at et af disse objekter muligvis har haft et møde med Neptun tidligere og var blevet fanget af Neptuns tyngdekraft.

Lær mere om at udforske jorden-månesystemet.

Virkningen af at fange Triton på Neptun

Nu ville fangst af Triton have taget sin vejafgift på både Triton og Neptune-systemet. Det er måske ikke tilfældigt, at Neptun ikke har nogen sfæriske regelmæssige måner.

Forestil dig, om Neptun oprindeligt havde et system med regelmæssige måner, der var dannet af en tilvænningsdisk. Derefter kommer Triton løbende ind, og tyngdekraftens interaktioner mellem Triton og disse måner ville sandsynligvis have forstyrret deres baner: måske give dem store excentriciteter eller tilbøjeligheder, hvilket får dem til at gå ned i Neptun eller undslippe Neptun-systemet helt.

Nereid, en lille Neptunsmåne kan være et bevis på dette. Faraway Nereid har en ekstremt excentrisk bane, der kan være resultatet af gravitationsinteraktioner under Tritons fangst.

Dette er et udskrift fra videoserien En feltguide til planeterne. Se det nu, på The Great Courses Plus.

Indfangningseffekten på Triton

Og hvordan gik det at gå fra et fritflyvende Kuiper bælte objekt til en fanget måne påvirke Triton? Siden fangsten har Neptuns tidevandsstyrker handlet for at bringe Tritons rotation ind i en spin-orbit-resonans. Triton holder nu hele tiden et ansigt mod Neptun, ligesom vores måne gør med Jorden og bevæger sig i en meget cirkulær bane.

Triton kredser meget tæt på Neptun – omkring 10% tættere end vores måne kredser om Jorden. Og da Neptun er omkring fire gange større i diameter end Jorden – i betragtning af at Triton er cirka 20% mindre i diameter end Jordens måne – betyder det, at Triton ser næsten ud til at være den samme størrelse på himlen fra Neptuns overflade som Jordens måne gør for os. Det er meget usædvanligt, at en uregelmæssig måne kredser så tæt på sin planetvært.

Forudsigelser for Tritons bane

Tidevandskræfterne, der virker på Triton så tæt på Neptun, har to vigtige virkninger på måne. For det første ændrer tidevandskræfterne Tritons bane.Triton spirer langsomt indad mod Neptun. Forudsigelser antyder, at det vil nå Neptuns Roche-grænse om cirka 3,5 milliarder år. På det tidspunkt begynder Triton at bryde adskilt fra Neptuns overvældende tidevandsstyrker.

Så om et par milliarder år, hvis du tænkte på at flytte til Triton omkring det tidspunkt, hvor vores sol bliver til en rød kæmpestjerne, og vores jord ikke længere er beboelig, skal du ikke blive overrasket, hvis du finder en nyt ringsystem omkring Neptun snarere end en måne.

Tritons overflade

Tidevandsstyrker trækker ikke kun Triton indad. Disse tidevandsinteraktioner strækker og bøjer også Tritons indre og forårsager opvarmning. Denne opvarmning har resulteret i geologisk aktivitet på Tritons overflade. Vores bedste udsigt over Triton kom fra Voyager 2 flyby. Den nærmeste tilgang var 40.000 kilometer fra månen, og Voyager var i stand til at afbilde 40% af Tritons overflade.

De øvrige 60% er forblevet et mysterium. Men de 40% afslører en verden, der er geologisk rig og varieret. Over halvdelen af overfladen er dækket af frossent kvælstof. Resten er en kombination af vandis og frossen kuldioxid – det er tøris.

Lyserød nuance eller Tholins of Triton

Overfladen har en lyserød nuance takket være tilstedeværelsen af organiske forbindelser på overfladen. Disse kan være tholins som vi så på Saturns måne Titan. De kan forårsages, når metan brydes fra hinanden af sollys, og dets komponenter derefter samles til større organiske molekyler.

Kratere og andre geologiske ændringer på Tritons overflade

Overfladen er dækket af tegn af geologisk forandring, men der er ikke mange kratere på Triton. Krateroptælling indikerer, at Tritons overflade er meget ung med de ældste regioner omkring 50 millioner år gamle. De yngste regioner anslås at være omkring seks millioner år gamle. Alligevel viser Triton højderyg, trug, klipper og vulkanske sletter, vi ser i andre verdener.

Cantaloupe som figurer på den vestlige halvkugle i Triton

Men der er også noget terræn, der ikke ses andre steder i solsystemet. På den del af den vestlige halvkugle, der er blevet afbildet, ligner Triton en cantaloupe! Et uregelmæssigt mønster af grober eller fordybninger, omkring 30 kilometer på tværs, og rygge flere hundrede meter høje dækker overfladen her. Nogle steder minder højderygge om overfladen af Jupiters måne Europa og indikerer isskallens tektoniske bevægelse.

Vi ved ikke, hvordan cantaloupeterrænet dannedes. En hypotese er, at rygge og grove dannes, hvor fjer af varmere fast is skubbes op mod overfladen, hvilket forårsager de hævede områder omkring groperne.

Det forskellige terræn i det sydlige Polar-område i Triton

Det sydlige polarområde i Triton viser et meget andet terræn. Her ser vi en frossen nitrogen-iskappe dækket af gejsere. Disse gejsere spyder kvælstofgas ind i Tritons atmosfære. Voyager 2 fangede endda udbrud i gang med fjer, der nåede otte kilometer høje! Disse kvælstofudbrud placerer Triton i en udvalgt gruppe af solsystemets verdener, hvor vi har observeret aktive udbrud. De andre er Jupiters måner Io, som bryder svovlrig magma ud; og Europa, der bryder ud med is og Saturns måne Enceladus, som bryder ud med vandis; og selvfølgelig Jorden, der bryder ud af magma.

Bevis for vind og skyer på Triton

Voyager 2 så også pletter af kvælstofskyer omkring en kilometer over Tritons overflade. Vi har også bevis for vind på Triton. Vi kan ikke måle vindene direkte, men kvælstofgas fra gejserne på Triton blæses af vinden.

Fårene samler støv og organiske partikler fra atmosfæren, blæses derefter af vinden og falder til sidst til overfladen. Vi kan se stier fra det vindblæste støv omkring 150 kilometer langt fra gejserne. Og stierne er alle på samme side af gejserne, hvilket betyder, at vi endda kan måle vindretningen på Triton.

Tritons årstider

Triton oplever også Neptuns meget lange årstider, hver omkring 40 jordår lange. Fordi Triton har en skrå bane om Neptun, fungerer geometrien således, at Tritons pol peger mod Solen i dele af Neptuns år. Dette holder den ene halvkugle i konstant dagslys og den anden i den konstante nat. Dette svarer til scenariet for Uranus og nogle af dets måner, men det fortsætter endnu længere.

Observationer af sæsonmæssige ændringer på Triton

Vi har allerede observeret antydninger til sæsonændringer på Triton. For det første ser månen ud til at blive lysere eller mindre rød. Dette kan skyldes, at nye frosne nitrogenlag falder og dækker tholinerne på overfladen.Der er også antydninger om, at atmosfæren bliver tykkere, måske på grund af opvarmningen af overfladen, der forårsager fordampning af mere kvælstof.

De andre måner i Neptun

Triton og Nereid var de eneste måner, der vides at kredser om Neptun, indtil Voyager 2 besøgte planeten. Voyager fandt yderligere seks små måner, så andre er blevet opdaget ved hjælp af jordbaserede teleskoper. De fire inderste måner af Neptun kredser inden for Neptuns ringe kan have nogle hyrdepåvirkninger på at holde nogle af ringene ret smalle, svarende til hvad der ses i nogle af ringene til Saturn og Uranus.

Neptuns ringe

Neptuns ringe er ret mørke, svarende til Uranus-ringene. Men partiklerne, der udgør Neptuns ringe, er støv i mikrometerstørrelse snarere end basketball til husstørrelsesringpartikler ved Uranus. Dette gør Neptuns ringe mere ens som hos Jupiter. Den utilsigtede opdagelse af Uranus ringe fra okkultationsstudier i 1977 motiverede forskere til at bruge en lignende metode til at forsøge at finde ringe omkring Neptun.

Men det at opdage ringe ved Neptun viste sig at være mere udfordrende for okkultationsstudierne. Til sidst fandt Voyager 2s flyby i 1989 endelig fem ringe omkring Neptun. Tre af ringene er smalle, og de to andre er meget bredere.

Almindelige spørgsmål om Neptuns måner