The Moons of Neptune

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

Binnen enkele weken na de ontdekking van Neptunus werd in 1846 een enkele maan gevonden. Hoewel Uranus en Neptunus erg op elkaar lijken in qua samenstelling en structuur zijn hun manenstelsel heel verschillend. Van Neptunus is nu bekend dat het minstens 14 manen heeft, maar slechts één van die manen, Triton, is groot genoeg om bolvormig te zijn. Vergelijk dat eens met vier ronde manen op Jupiter, zeven op Saturnus en vijf op Uranus.

Meer informatie over Mercurius, de extreem kleine planeet.

De grootte van Triton

Qua grootte is Triton de zevende grootste maan in de zon systeem. Het is bijna tweemaal de diameter van Titania (de grootste maan van Uranus) maar kleiner dan de maan van de aarde; en het is ongeveer 10% kleiner in diameter dan Europa, de kleinste van de vier ronde manen van Jupiter. Triton is slechts ongeveer de helft van de diameter van Jupiters Ganymedes of Saturnus Titan. Triton is echter ongeveer 10% dichter dan de maan Titan van Saturnus, wat duidt op een grotere steenfractie in Triton en een kleinere ijsfractie – misschien steen en ijs.

Lees meer over Venus, de gesluierde broeikasplaneet.

Triton, een onregelmatige satelliet

Vanwege het ijs zijn zowel Titan als Triton veel minder dicht dan de Maan van de Aarde. Wat Triton echt buitengewoon maakt in vergelijking met alle andere grote ronde manen in het zonnestelsel, is dat het een onregelmatige satelliet is. Dat betekent dat het niet is ontstaan uit een accretieschijf rond Neptunus. In plaats daarvan werd Triton ergens in het verleden gevangen genomen door de zwaartekracht van Neptunus. We weten dat Triton een veroverde maan is omdat zijn baan retrograde is.

Triton draait in een baan om Neptunus in de tegenovergestelde richting waarin Neptunus ronddraait. Dat is een belangrijk teken dat Triton niet is ontstaan vanuit een aanwasschijf rond Neptunus. De baan van Triton helt ook ongeveer 23 ° ten opzichte van de evenaar van Neptunus – een ander teken dat Triton een gevangen object is.

Waar kwam Triton vandaan?

Dus, waar komt Triton vandaan? Hoogstwaarschijnlijk kwam het uit de Kuipergordel. Dit is het gebied van het zonnestelsel net buiten de baan van Neptunus dat de thuisbasis is van vele andere bekende ijzige lichamen die qua grootte vergelijkbaar zijn met Triton. De bekendste inwoner van de Kuipergordel is Pluto. Van sommige objecten in de Kuipergordel, waaronder Pluto, is bekend dat ze elliptische banen hebben die de baan van Neptunus kruisen. Het is daarom niet zo verwonderlijk dat een van die objecten in het verleden een ontmoeting heeft gehad met Neptunus en is gevangen door de zwaartekracht van Neptunus.

Meer informatie over het verkennen van het aarde-maan-systeem.

De impact van het veroveren van Triton op Neptunus

Nu zou het veroveren van Triton zijn tol hebben geëist van zowel Triton als het Neptunus-systeem. Het is misschien geen toeval dat Neptunus geen regelmatige bolvormige manen heeft.

Stel je voor dat Neptunus oorspronkelijk een systeem van regelmatige manen had dat was gevormd uit een aanwasschijf. Dan komt Triton binnenstormen, en de zwaartekrachtsinteracties tussen Triton en deze manen zouden waarschijnlijk hun banen hebben verstoord: misschien hebben ze grote excentriciteiten of neigingen gegeven, waardoor ze in Neptunus zijn neergestort of helemaal aan het Neptunus-systeem zouden ontsnappen.

Nereid, een kleine maan van Neptunus, kan hiervan het bewijs zijn. Het verre Nereid heeft een extreem excentrische baan die het resultaat kan zijn van gravitatie-interacties tijdens het vangen van Triton.

Dit is een transcriptie uit de videoserie A Field Guide to de planeten. Bekijk het nu, op The Great Courses Plus.

The Capturing Impact on Triton

En hoe ging het met een vrij vliegende Kuipergordelobject tegen een veroverde maan van invloed op Triton? Sinds de vangst hebben de getijdekrachten van Neptunus de rotatie van Triton in een spin-baanresonantie gebracht. Triton houdt nu te allen tijde één gezicht richting Neptunus, net zoals onze maan dat doet met de aarde, en reist in een zeer cirkelvormige baan.

Triton draait heel dicht in de buurt van Neptunus – ongeveer 10% dichterbij dan onze maan om de aarde draait. En aangezien Neptunus ongeveer vier keer zo groot is in diameter dan de aarde – gezien het feit dat Triton ongeveer 20% kleiner is in diameter dan de maan van de aarde – betekent dit dat Triton vanaf het oppervlak van Neptunus bijna even groot aan de hemel lijkt als de maan van de aarde bij ons. Het is zeer ongebruikelijk dat een onregelmatige maan zo dicht bij de gastheer van zijn planeet draait.

Voorspellingen voor de baan van Triton

De getijdekrachten die zo dicht bij Neptunus op Triton inwerken, hebben twee belangrijke effecten op de maan. Ten eerste veranderen de getijdenkrachten de baan van Triton.Triton beweegt langzaam naar binnen in de richting van Neptunus. Voorspellingen suggereren dat het de Roche-limiet van Neptunus over ongeveer 3,5 miljard jaar zal bereiken. Op dat moment zal Triton beginnen los te breken van de overweldigende getijdenkrachten van Neptunus.

Dus als je over een paar miljard jaar overweegt naar Triton te verhuizen rond de tijd dat onze zon in een rode reuzenster verandert en onze aarde niet langer bewoonbaar is, wees dan niet verbaasd als je een nieuw ringsysteem rond Neptunus in plaats van een maan.

Het oppervlak van Triton

Getijdekrachten trekken niet alleen Triton naar binnen. Deze getijdeninteracties rekken en buigen ook het interieur van Triton uit en veroorzaken verwarming. Deze verwarming heeft geleid tot geologische activiteit op het oppervlak van Triton. Onze beste uitzichten op Triton kwamen van de Voyager 2-flyby. De dichtstbijzijnde nadering was op 40.000 kilometer van de maan, en de Voyager was in staat om 40% van het oppervlak van Triton in beeld te brengen.

De overige 60% is een mysterie gebleven. Maar die 40% onthult een wereld die geologisch rijk en gevarieerd is. Meer dan de helft van het oppervlak is bedekt met bevroren stikstof. De rest is een combinatie van waterijs en bevroren koolstofdioxide – dat is droogijs.

Rozeachtige tint of Tholins van Triton

Het oppervlak heeft een roze tint dankzij de aanwezigheid van organische verbindingen op het oppervlak. Dit kunnen tholins zijn zoals we zagen op Saturnusmaan Titan. Ze kunnen worden veroorzaakt wanneer methaan wordt afgebroken door zonlicht en de componenten ervan vervolgens weer worden samengevoegd tot grotere organische moleculen.

Kraters en andere geologische veranderingen op het oppervlak van Triton

Het oppervlak is bedekt met tekens van geologische verandering, maar er zijn niet veel kraters op Triton. Het tellen van kraters geeft aan dat het oppervlak van Triton erg jong is, met de oudste gebieden rond de 50 miljoen jaar oud. De jongste regios zijn naar schatting ongeveer zes miljoen jaar oud. Toch vertoont Triton ruggen, dalen, kliffen en vulkanische vlaktes die we op andere werelden zien.

Meloenachtige vormen op het westelijk halfrond van Triton

Maar er is ook een terrein dat nergens anders in het zonnestelsel te zien is. In het deel van het westelijk halfrond dat is afgebeeld, ziet Triton eruit als een meloen! Een onregelmatig patroon van putten of depressies, ongeveer 30 kilometer in doorsnee, en honderden meters hoge richels bedekken hier het oppervlak. Op sommige plaatsen doen de richels denken aan het oppervlak van Jupiters maan Europa en duiden ze op de tektonische beweging van de ijslaag.

We weten niet hoe het terrein van de meloen is ontstaan. Een hypothese is dat de richels en putten zich vormen waar pluimen van warmer vast ijs tegen het oppervlak worden gedrukt, waardoor de verhoogde gebieden rond de putten ontstaan.

Het andere terrein van het zuidpoolgebied van Triton

Het zuidpoolgebied van Triton laat een heel ander terrein zien. Hier zien we een bevroren stikstofijskap bedekt met geisers. Deze geisers spuwen stikstofgas in de atmosfeer van Triton. Voyager 2 ving zelfs uitbarstingen op, met pluimen tot acht kilometer hoog! Deze stikstofuitbarstingen plaatsen Triton in een selecte groep zonnestelselwerelden waar we actieve uitbarstingen hebben waargenomen. De andere zijn de manen Io van Jupiter, die zwavelrijk magma tot uitbarsting brengt; en Europa, dat waterijs uitbarst; en Saturnusmaan Enceladus die waterijs laat uitbarsten; en natuurlijk de aarde, die magma uitbarst.

Bewijs van wind en wolken op Triton

Voyager 2 zag ook vlekken van stikstofwolken ongeveer een kilometer boven het oppervlak van Triton. We hebben ook aanwijzingen voor winden op Triton. We kunnen de winden niet direct meten, maar de pluimen van stikstofgas van de geisers op Triton worden door de wind geblazen.

De pluimen verzamelen stof en organische deeltjes uit de atmosfeer, worden vervolgens door de wind geblazen en vallen uiteindelijk naar de oppervlakte. We kunnen sporen van dat door de wind waaiende stof zien op ongeveer 150 kilometer lang vanaf de geisers. En de paden zijn allemaal aan dezelfde kant van de geisers, wat betekent dat we zelfs de windrichting op Triton kunnen meten.

De seizoenen van Triton

Triton ervaart ook de zeer lange seizoenen van Neptunus, elk ongeveer 40 aardse jaren. Omdat Triton een hellende baan rond Neptunus heeft, werkt de geometrie zo dat gedurende delen van het jaar van Neptunus de pool van Triton naar de zon wijst. Hierdoor blijft het ene halfrond constant in daglicht en het andere in de constante nacht. Dit is vergelijkbaar met het scenario van Uranus en enkele van zijn manen, maar het duurt nog langer.

Observaties van seizoensveranderingen op Triton

We hebben al aanwijzingen voor seizoensveranderingen op Triton waargenomen. Ten eerste lijkt de maan bleker of minder rood te worden. Dit kan komen doordat nieuwe bevroren stikstoflagen vallen en de tholines op het oppervlak bedekken.Er zijn ook aanwijzingen dat de atmosfeer dikker wordt, misschien door de opwarming van het oppervlak waardoor er meer stikstof verdampt.

De andere manen van Neptunus

Triton en Nereid waren de enige manen waarvan bekend was dat ze in een baan om Neptunus cirkelden totdat Voyager 2 de planeet bezocht. Voyager heeft nog zes kleine manen gevonden, en andere zijn ontdekt met behulp van telescopen op aarde. De vier binnenste manen van de baan van Neptunus in de ringen van Neptunus kunnen enige herderlijke invloeden hebben op het vrij smal houden van sommige ringen, vergelijkbaar met wat wordt gezien in sommige ringen van Saturnus en Uranus.

De ringen van Neptunus

De ringen van Neptunus zijn vrij donker, vergelijkbaar met de ringen van Uranus. Maar de deeltjes waaruit de ringen van Neptunus bestaan, zijn stof ter grootte van een micrometer in plaats van de ringdeeltjes van basketbal naar huis op Uranus. Hierdoor lijken de ringen van Neptunus meer op die van Jupiter. De toevallige ontdekking van de ringen van Uranus tijdens occultatiestudies in 1977 motiveerde wetenschappers om een vergelijkbare methode te gebruiken om ringen rond Neptunus te vinden.

Maar het detecteren van ringen op Neptunus bleek een grotere uitdaging te zijn voor de occultatiestudies. Uiteindelijk vond de reis van de Voyager 2 in 1989 definitief vijf ringen rond Neptunus. Drie van de ringen zijn smal, en de andere twee zijn veel breder.

Veelgestelde vragen over de manen van Neptunus