Księżyce Neptuna

Autor: Sabine Stanley, dr Sabine Stanley, Johns Hopkins University

W ciągu kilku tygodni od odkrycia Neptuna w 1846 roku znaleziono jeden księżyc. Chociaż Uran i Neptun są dość podobne w pod względem składu i struktury ich układy księżyców są bardzo różne. Obecnie wiadomo, że Neptun ma co najmniej 14 księżyców, ale tylko jeden z nich, Tryton, jest wystarczająco duży, aby był kulisty. Porównaj to z czterema okrągłymi księżycami na Jowiszu, siedmiu na Saturnie i pięciu na Uranie.

Dowiedz się więcej o Merkurym, ekstremalnej małej planecie.

Rozmiar Trytona

Pod względem wielkości Tryton jest siódmym co do wielkości księżycem w Słońcu system. Jest blisko dwukrotnie większa od średnicy Tytanii (największego księżyca Urana), ale mniejszy niż Księżyc na Ziemi; i ma około 10% mniejszą średnicę niż Europa, najmniejszy z czterech okrągłych księżyców Jowisza. Triton ma tylko około połowy średnicy Ganimedesa Jowisza lub Tytana Saturna. Jednak Triton jest około 10% gęstszy niż księżyc Saturna, Tytan, co sugeruje większą frakcję skał w Trytonie i mniejszą frakcję lodu – być może skały i lód.

Dowiedz się więcej o Wenus, zasłoniętej szklarniowej planecie.

Triton, nieregularny satelita

Lód jest powodem, dla którego zarówno Tytan, jak i Tryton mają znacznie mniejszą gęstość niż Księżyc. To, co czyni Tritona naprawdę niezwykłym w porównaniu ze wszystkimi innymi dużymi okrągłymi księżycami w Układzie Słonecznym, to fakt, że jest to nieregularny satelita. Oznacza to, że nie powstał z dysku akrecyjnego otaczającego Neptuna. Zamiast tego Triton został schwytany przez grawitację Neptuna w pewnym momencie w przeszłości. Wiemy, że Triton jest schwytany, ponieważ jego orbita jest wsteczna.

Tryton krąży wokół Neptuna w przeciwnym kierunku niż ten, który obraca się. To kluczowy znak, że Triton nie uformował się z dysku akrecyjnego wokół Neptuna. Orbita Tritona jest również nachylona o około 23 ° w stosunku do równika Neptuna – kolejny znak, że Triton jest przechwyconym obiektem.

Skąd się wziął Triton?

Skąd więc pochodzi Triton? Najprawdopodobniej pochodzi z pasa Kuipera. Jest to region Układu Słonecznego tuż za orbitą Neptuna, w którym znajduje się wiele innych znanych lodowych ciał podobnych do Trytona. Najbardziej znanym mieszkańcem pasa Kuipera jest Pluton. Wiadomo, że niektóre obiekty pasa Kuipera, w tym Pluton, mają eliptyczne orbity przecinające orbitę Neptuna. Dlatego nie jest zaskakujące, że jeden z tych obiektów mógł spotkać się z Neptunem w przeszłości i został przechwycony przez jego grawitację.

Dowiedz się więcej o badaniu układu Ziemia-Księżyc.

Wpływ zdobycia Trytona na Neptuna

Teraz schwytanie Trytona miałoby swoje żniwo w systemie Trytona i Neptuna. To może nie być przypadek, że Neptun nie ma żadnych regularnych, kulistych księżyców.

Wyobraź sobie, że Neptun pierwotnie miał układ regularnych księżyców, które uformowały się z dysku akrecyjnego. Potem wkracza Tryton, a oddziaływania grawitacyjne między Trytonem a tymi księżycami prawdopodobnie zakłóciłyby ich orbity: być może nadając im duże dziwactwa lub skłonności, powodując zderzenie z Neptunem lub całkowitą ucieczkę z systemu Neptuna.

Nereid, mały księżyc Neptuna może być tego dowodem. Faraway Nereid ma wyjątkowo ekscentryczną orbitę, która może być wynikiem oddziaływań grawitacyjnych podczas przechwytywania Tritona.

To jest zapis z serii filmów A Field Guide to planety. Obejrzyj teraz, w The Great Courses Plus.

The Capuring Impact on Triton

A jak wypadło z latania swobodnego Obiekt pasa Kuipera do przechwyconego księżyca wpływa na Trytona? Od czasu jego schwytania siły pływowe Neptuna działały, wprowadzając rotację Trytona w rezonans spinowo-orbitalny. Triton cały czas trzyma jedną twarz w kierunku Neptuna, tak jak robi to nasz Księżyc z Ziemią i porusza się po bardzo kołowej orbicie.

Tryton krąży bardzo blisko Neptuna – około 10% bliżej niż nasz Księżyc okrąża Ziemię. A ponieważ Neptun ma około cztery razy większą średnicę niż Ziemia – biorąc pod uwagę, że Tryton ma około 20% mniejszą średnicę niż Ziemski Księżyc – oznacza to, że Tryton wydaje się na niebie z powierzchni Neptuna prawie taki sam, jak Księżyc Ziemi. To bardzo niezwykłe, że nieregularny księżyc orbituje tak blisko swojej planety.

Prognozy dotyczące orbity Trytona

Siły pływowe działające na Trytona tak blisko Neptuna mają dwa ważne skutki dla księżyc. Po pierwsze, siły pływowe zmieniają orbitę Trytona.Triton powoli zbliża się do Neptuna. Prognozy sugerują, że osiągnie granicę Neptuna Roche za około 3,5 miliarda lat. W tym momencie Triton zacznie się odrywać od przytłaczających sił pływowych Neptuna.

Jeśli więc za kilka miliardów lat myślisz o przeniesieniu się do Trytona mniej więcej w czasie, gdy nasze Słońce zamieni się w czerwonego olbrzyma, a nasza Ziemia nie będzie już nadająca się do zamieszkania, nie zdziw się, jeśli znajdziesz nowy system pierścieni wokół Neptuna zamiast księżyca.

Powierzchnia Trytona

Siły pływowe nie tylko przyciągają Trytona do wewnątrz. Te oddziaływania pływowe również rozciągają i uginają wnętrze Tritona, powodując jego nagrzewanie. To ogrzewanie doprowadziło do aktywności geologicznej na powierzchni Triton. Nasze najlepsze widoki Trytona pochodzą z przelotu sondy Voyager 2. Najbliższe podejście było 40 000 kilometrów od Księżyca, a Voyager był w stanie sfotografować 40% powierzchni Trytona.

Pozostałe 60% pozostało tajemnicą. Ale te 40% ujawnia świat, który jest bogaty i zróżnicowany pod względem geologicznym. Ponad połowa powierzchni pokryta jest zamarzniętym azotem. Pozostała część to połączenie lodu wodnego i zamrożonego dwutlenku węgla – czyli suchego lodu.

Różowawy odcień lub Tholins of Triton

Powierzchnia ma różowawy odcień dzięki obecności związków organicznych na powierzchni. To mogą być tholiny, jakie widzieliśmy na księżycu Saturna, Tytanie. Mogą być spowodowane tym, że metan jest rozbijany przez światło słoneczne, a jego składniki są następnie ponownie składane w większe cząsteczki organiczne.

Kratery i inne zmiany geologiczne na powierzchni Triton

Powierzchnia jest pokryta znakami zmian geologicznych, ale na Trytonie nie ma wielu kraterów. Liczenie kraterów wskazuje, że powierzchnia Triton jest bardzo młoda, a najstarsze regiony mają około 50 milionów lat. Szacuje się, że najmłodsze regiony mają około sześciu milionów lat. Jednak Triton pokazuje grzbiety, doliny, klify i wulkaniczne równiny, które widzimy na innych światach.

Kantalupa jak kształty na zachodniej półkuli Trytona

Ale jest też teren, którego nie widać nigdzie indziej w Układzie Słonecznym. W części zachodniej półkuli, która została zobrazowana, Triton wygląda jak kantalupa! Tutejszą powierzchnię pokrywają nieregularne wgłębienia lub wgłębienia o średnicy około 30 kilometrów i grzbiety wysokości kilkuset metrów. W niektórych miejscach grzbiety przypominają powierzchnię księżyca Jowisza, Europy, i wskazują na ruchy tektoniczne skorupy lodowej.

Nie wiemy, jak ukształtował się teren kantalupa. Jedna z hipotez mówi, że grzbiety i wgłębienia tworzą się tam, gdzie smugi cieplejszego litego lodu wypychają się na powierzchnię, powodując wypukłe obszary otaczające doły.

Różne tereny w południowo-biegunowym regionie Trytonu

W południowym regionie polarnym Trytona jest zupełnie inny teren. Tutaj widzimy zamarzniętą czapę lodową azotu pokrytą gejzerami. Te gejzery wyrzucają azot do atmosfery Trytona. Voyager 2 uchwycił nawet trwające erupcje, a smugi sięgały ośmiu kilometrów! Te erupcje azotu umieściły Tritona w wybranej grupie światów Układu Słonecznego, gdzie obserwowaliśmy aktywne erupcje. Pozostałe to księżyce Jowisza, Io, z których wybucha magma bogata w siarkę; i Europa, która wyrzuca lód wodny; i księżyc Saturna Enceladus, który wybucha lodem wodnym; i oczywiście Ziemia, która wybucha magmą.

Dowody wiatru i chmur na Trytonie

Voyager 2 dostrzegł również plamy chmur azotu około kilometra nad powierzchnią Trytona. Mamy również dowody wiatrów na Trytonie. Nie możemy zmierzyć wiatrów bezpośrednio, ale smugi azotu z gejzerów na Trytonie są zdmuchiwane przez wiatry.

Smugi zbierają kurz i cząsteczki organiczne z atmosfery, a następnie są zdmuchiwane przez wiatr i ostatecznie opadają na powierzchnię. Z gejzerów możemy dostrzec ślady tego niesionego wiatrem pyłu o długości około 150 kilometrów. A wszystkie szlaki znajdują się po tej samej stronie gejzerów, co oznacza, że możemy nawet zmierzyć kierunek wiatru na Trytonie.

Pory Trytona

Triton doświadcza również bardzo długich sezonów Neptuna, z których każdy trwa około 40 ziemskich lat. Ponieważ Triton ma nachyloną orbitę wokół Neptuna, geometria działa tak, że w niektórych częściach roku Neptuna biegun Trytona jest skierowany w stronę Słońca. Dzięki temu jedna półkula pozostaje w ciągłym świetle dziennym, a druga w ciągłej nocy. Jest to podobne do scenariusza Urana i niektórych jego księżyców, ale trwa jeszcze dłużej.

Obserwacje zmian sezonowych na Trytonie

Zaobserwowaliśmy już zmiany sezonowe na Trytonie. Po pierwsze, księżyc wydaje się jaśniejszy lub mniej czerwony. Może to być spowodowane spadaniem nowych zamarzniętych warstw azotu i pokrywaniem tolin na powierzchni.Istnieją również wskazówki, że atmosfera gęstnieje, być może z powodu ocieplenia powierzchni, które powoduje parowanie większej ilości azotu.

Inne księżyce Neptuna

Tryton i Nereid były jedynymi znanymi księżycami krążącymi wokół Neptuna, dopóki Voyager 2 nie odwiedził planety. Voyager odkrył jeszcze sześć małych księżyców, a następnie inne zostały odkryte za pomocą teleskopów na Ziemi. Cztery najbardziej wewnętrzne księżyce Neptuna orbitujące w obrębie pierścieni Neptuna mogą mieć pewien pasterski wpływ na utrzymywanie niektórych z nich dość wąskich, podobnie jak na niektórych pierścieniach Saturna i Urana.

Pierścienie Neptuna

Pierścienie Neptuna są dość ciemne, podobnie jak pierścienie Urana. Ale cząsteczki tworzące pierścienie Neptuna to pył wielkości mikrometra, a nie cząsteczki koszykówki dla cząstek pierścienia wielkości domu na Uranie. To sprawia, że pierścienie Neptuna są bardziej podobne do tych na Jowiszu. Przypadkowe odkrycie pierścieni Urana podczas badań nad okultyzmem w 1977 roku zmotywowało naukowców do zastosowania podobnej metody w celu znalezienia pierścieni wokół Neptuna.

Ale wykrywanie pierścieni na Neptunie okazało się trudniejsze w badaniach okultystycznych. Ostatecznie przelot sondy Voyager 2 w 1989 roku bez wątpienia znalazł pięć pierścieni wokół Neptuna. Trzy z pierścieni są wąskie, a dwa pozostałe są znacznie szersze.

Częste pytania dotyczące księżyców Neptuna