Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Доклад на тему "Энцелад - загадочный спутник Сатурна"

Доклад на тему "Энцелад - загадочный спутник Сатурна"

  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Загадочный спутник Энцелад


    Имя гиганта Энцелада, погребенного, согласно древнегреческой мифологии, под вулканом Этна на средиземноморском острове Сицилия, получил в свое время один из спутников Сатурна, о котором и пойдет речь дальше. Среди характеристик Энцелада укажем, что его диаметр составляет 505 км, радиус его орбиты составляет 238 тыс. км и это второй спутник среди спутников планет солнечной системы, у которого есть атмосфера (первый - самый большой спутник Сатурна Титан) и магнитное поле. Атмосфера состоит преимущественно из воды (в виде частиц льда, пара и ионизированных молекул), а также добавки в виде молекулярного водорода, молекулярного азота, углекислого и угарного газов.


    С небольшим ледяным спутником Сатурна Энцеладом (Enceladus) связаны едва ли не самые захватывающие открытия, сделанные в ходе экспедиции американской АМС "Кассини" (Cassini). И еще больше открытий ожидают от Энцелада в будущем. Первые сведения о необычном с точки зрения земной геологии строении Энцелада появились еще в августе 1981 года, в ходе сближения с этим небесным телом "Вояджера-2" (Voyager 2). "Вояджер" передал на Землю снимки необычного гладкого ландшафта, который свидетельствовал о том, что эта луна была геологически активна по крайней мере 100 миллионов лет назад. Однако удовлетворительного объяснения тому обстоятельству, что крошечный Энцелад (поперечник которого около 500 километров) некогда был столь горяч, что плавился, дать никто не мог. Энцелад вряд ли может содержать достаточное количество радиоактивных материалов, чтобы разогреваться за их счет, его орбита недостаточно эксцентрична для того, чтобы нагрев объяснить приливно-отливными взаимодействиями с планетой-гигантом (орбита Энцелада - 237 378 километров от Сатурна, это две трети расстояния от Земли до Луны (384 400 км), и там нет даже достаточного количества аммиака, чтобы этим можно было обосновать пониженную температуру плавления поверхности луны. После "Вояджера" исследователи просто отложили проблему Энцелада на неопределенное время, сочтя ее на текущем этапе неразрешимой (некоторые планетологи, впрочем, считали и считают, что разогреть внутренности Энцелада и послужить причиной его "водного вулканизма" могли бы приливно-отливные взаимодействия между Энцеладом и Мимасом (Mimas) - соседним спутником Сатурна).


Модель Энцелада

На данном изображении показана одна из возможных моделей работы холодных гейзеров на Энцеладе, где разогрев идет за счет гравитационно - приливных сил. Подобные гейзеры выстреливают в высоту на 100 км.

Влияние приливных сил на Энцелад - АТМОСФЕРА


    Только в начале 2005 года "Кассини", направив на Энцелад свои более совершенные фотокамеры и приборы, смог сдвинуть изучение Энцелада с мертвой точки. Результаты, полученные в ходе пролетов этого спутника 17 февраля, 9 марта и 14 июля, ошеломили и восхитили ученых. Теперь по установленному графику следующий "контакт" с Энцеладом произойдет 12 марта 2008 года. И в очередной раз высоту этого пролета решено снизить до 100 километров - это станет новым рекордным сближением. Крошечная луна, может похвастаться разреженной атмосферой, состоящей из водяного пара с примесью азота, углекислого газа и т.д. Простейшие молекулы на основе углерода (то есть простейшая органика; простые органические соединения включают в себя углекислый газ и молекулы, содержащие водород и углерод, - вроде метана, этана и этилена) были обнаружены в районе его южного полюса. Сам южный полюс Энцелада представляет собой своего рода райское местечко в условиях ледяной пустыни - там царят более высокие (если сравнивать с ожидаемыми минус 203 градусами Цельсия) температуры - минус 183 градуса. Энцелад отражает почти 100% света, поскольку покрыт льдом (плотность Энцелада 1,1 г/см
3), поэтому температура там по идее должна быть очень низкой. Кроме всего прочего, южный полюс Энцелада - это средоточие геологической активности. Данная область исчерчена параллельными трещинами длиной около 81 мили (130 км), отстоящими одна от другой на 40 км. Эти трещины, получившие наименования "тигриных полос", изрыгают пар и крошечные капельки воды, которые кристаллизуются на поверхности Энцелада уже тысячу лет. Температура около этих полос на несколько десятков градусов выше, чем на окружающих равнинах. Мельчайшие ледяные осколки - это, вероятно, основной источник частиц, которые непрерывно пополняют наиболее удаленное и самое широкое кольцо Сатурна, кольцо "E", растянувшееся на 302 557 километров. "Кассини" тогда (июль 2005) так и не смог обнаружить никаких ледяных гейзеров или ледяных вулканов, но почти полное отсутствие аммиака и объемы покидающего спутник водяного пара позволяли предположить, что вулканические процессы на Энцеладе все-таки продолжаются, и все это может считаться своеобразным водным вулканизмом. 
    "Мы обнаружили простейшую органику в "тигриных полосах", - заявил на 37-й ежегодной встрече Отделения планетарных наук Американского астрономического общества, работающей в Кембридже, доктор Роберт Браун (Robert Brown), руководитель группы визуальных и инфракрасных спектрометрических исследований Аризонского университета (Тусон, США). - Метан был, вероятно, заперт в глубинах Энцелада со времен формирования Солнечной системы, и теперь он просачивается сквозь щели". Визуальный и инфракрасный спектрометры не смогли обнаружить азот, однако ионный масс-спектрометр "Кассини", похоже, все же зарегистрировал следы его присутствия в атмосфере Энцелада. Все остальные показания этих двух очень различных по принципу действия приборов (в одном случае регистрируется спектр излучения вещества, а в другом - его состав определяется путем разделения ионизованных частиц по массам в магнитном поле) полностью совместимы между собой, что позволяет поверить в надежность полученных результатов. "Так что мы имеем дело с подповерхностной жидкой водой, простейшей органикой и водяным паром. За долгие годы (а возраст Энцелада составляет приблизительно 4,5 миллиарда лет, точно так же как и у Земли и остальной части Солнечной системы) нагревание этого "коктейля" из простой органики, воды и азота могло породить некоторые из самых основных стандартных кирпичиков жизни, - фантазирует Браун. - Случилось ли нечто подобное на Энцеладе? Это пока не ясно, но Энцелад очень похож на юпитерианскую луну Европу (хотя Энцелад в 6 раз ее меньше) и планету Марс, и теперь он должен стать местом, где мы в конечном счете будем искать жизнь". 
    Ключевая информация может также поступить от магнитометров "Кассини". Во всяком случае, именно колебания магнитного поля Европы в свое время убедили специалистов в том, что ее подповерхностный океан - реальность. Возможно то же самое случится и с Энцеладом. В настоящее время данные анализируются учеными лондонского Имперского колледжа (Imperial College).


Даты сближения с Энцеладом и результаты


   
http://galspace.spb.ru/1.gif 17 февраля 2005 года Кассини пролетел на расстояниии около 17 тысяч километров от поверхности спутника Сатурна - Энцелада. Полученные данные указывают, что у этого спутника есть довольно динамичная атмосфера. Атмосфера у Энцелада была обнаружена с помощью магнетометра Cassini. С помощью масс-спектрометра и ультрафиолетового спектрографа удалось установить, что атмосфера Энцелада на 65% состоит из водяного пара, 20% приходятся на молекулярный водород, а остальные 15% - это углекислый газ, молекулярный азот и моноксид углерода (СО). Причем, характер распределения плотности водяного пара по высоте указывает на то, что он, скорее всего, выделяется из какого-то геотермального источника. Гравитационное притяжение Энцелада очень мало и его атмосфера должна была бы давно рассеяться в космосе. Это означает, что на поверхности Энцелада идет постоянное выделение водяного пара. Температура поверхности вблизи экватора Энцелада составляет -193°С. Она примерно совпадает с теоретической, рассчитанной на основе данных об интенсивности излучения Солнца в этой части солнечной системы. По идее на полюсах Энцелада должно быть холоднее, чем на экваторе, так как солнечные лучи здесь падают на поверхность почти по касательной. Однако средняя температура южной приполярной области составляет -188°, а на некоторых небольших участках вблизи большого разлома она еще выше - -163°. Ученые считают, что именно в этих местах под действием внутреннего тепла происходит испарение поверхностного льда с образованием облаков водяного пара. Подобные данные озадачивают ученых: ведь если нагрев недр происходит из-за приливной раскачки, то почему разогреву подвергается только область вокруг южного полюса, где расположены загадочные полосы. 
   
http://galspace.spb.ru/1.gif 14 июля 2005 станция "Кассини" прошла на рекордно близком расстоянии от поверхности спутника Сатурна (пролет на расстоянии 175 км от поверхности). Сделанные снимки повергли астрономов в изумление: оказалось, что ледовая поверхность Энцелада сплошь покрыта гигантскими валунами диаметром в 10-20 метров (а камера ISS способна различать предметы размером всего в четыре метра). Нигде больше в Солнечной системе ничего подобного не наблюдалось. Поверхность Энцелада испещрена трещинами, возникшими, вероятно, вследствие мощного воздействия гравитации Сатурна и других его спутников, однако, как ни парадоксально, вышеуказанные валуны имеют тенденцию располагаться где угодно, но только не в трещинах. Следовательно, трещины возникли уже после того, как эти "айсберги" окончательно сформировались. Учёные теряются в догадках относительно природы такого ландшафта. Есть, однако, и некоторые догадки. Геологи различают на поверхности Энцелада следы не менее 5 этапов его геологической эволюции. Бескратерные районы датируются возрастом менее 100 млн. лет. Это всего 2% продолжительности истории Энцелада. Теоретики в качестве возможного источника активности сейчас называют приливное рассеяние энергии, вызываемое Дионой и самим Сатурном, но для этого спутник должен был находиться на более вытянутой орбите. 

Наиболее впечатляющие изображения Энцелада полученные аппаратами Кассини (NASA/ESA)

 

Тигровые полосы Энцелада

Фонтаны Энцелада

Обработка фонтанов

Гейзеры

Энцелад

Энцелад

Энцелад

Энцелад

 

Энцелад

Энцелад

Энцелад

Энцелад

Энцелад

Энцелад

Энцелад

Энцелад

 

1 - Тигровые полосы Энцелада - области повышенной температуры. 2/3/4 - Конец 2005 года Кассини зарегистрировал гейзеры на Энцеладе. Солнце на этих снимках расположено позади спутника Сатурна. Область, в которой происходит выброс больших масс тончайшей ледяной пыли, это район вблизи южного полюса Энцелада, покрытый многокилометровыми разломами под названием "полосы тигра". Это, по всем признакам, геологически активный участок луны, а сами "полосы тигра" вполне могли образоваться всего 10-20 лет назад. Таким образом, гипотеза о прямой связи активной области "тигриных полос" и атмосферы спутника - блестяще подтвердилась. 5 - Энцелад 15 января расстояние около 367000 км с разрешением около 2 км на пиксель. 6 - Мозаика из снимков Энцелада с Вояджера. 7 - Трещины на "ледяной" поверхности Энцелада чем то напоминают Европу - спутник Юпитера, хотя снег здесь может быть из аммиака. 8 - Это изображение сделано в видимом свете узкоугольной камерой с расстояния 10 750 километров, разрешение оригинала составляет 60 метров на пиксель. 9 - Панорамный снимок Энцелада. 10 - Энцелад (Enceladus) заметно меньше нашей Луны, но помещённый на её место освещал бы Землю намного сильнее. 11/12/14/15/16 - Трещины и борозды на поверхности Энцелада. И температурная зависимость. 13 - Сравнение размеров Энцелада и Великобритании.

 

Наиболее впечатляющие изображения Энцелада полученные аппаратами Кассини (NASA/ESA)


   
http://galspace.spb.ru/1.gif В конце 2005 года зонд Cassini, который работает на орбите Сатурна, проводил съемку Энцелада, одного из спутников этой планеты. На снимках, сделанных в тот момент, когда Энцелад подсвечивался сзади Солнцем, ученые обнаружили нечто похожее на фонтаны. На поверхности Энцелада в его южной приполярной области, как оказалось, есть источники, выбрасывающие в окружающее пространство "фонтаны" мелких частиц. Таких фонтанов там несколько и они разных размеров. Для получения более надежной информации команда ученых провела обработку снимков, чтобы усилить слабый сигнал и сделать более наглядными контуры факелов выбрасываемой материи. На основе данных о рассеянии света выбрасываемыми частицами ученые определили, что частицы представляют собой главным образом маленькие кристаллики водяного льда и что высота этих фонтанов составляет не менее 100 км. Пока точно неизвестно, что вызывает такой выброс льда с поверхности Энцелада. Но есть две гипотезы. Первая состоит в том, что частички водяного льда - это замерзшие пары воды, образовавшиеся при нагревании поверхностного льда Солнцем. Вторая предполагает, что на некоторой глубине под поверхностью Энцелада температура породы достаточно высока для превращения льда в воду и эта вода под давлением выбрасывается на поверхность как в гейзере. Чтобы прояснить ситуацию, зонду Cassini нужно продолжить исследования Энцелада.


    В принципе, это будет несложно, поскольку Cassini должен довольно часто встречаться с Энцеладом, ведь период обращения Энцелада вокруг Сатурна составляет 1,4 земных дня. Об источнике постоянного пополнения атмосферы столь малой луны планетологи ранее могли только гадать, теперь же они разглядели его необычайно подробно: фонтаны из ледяной пыли поднимаются на более 100 километров вверх. Часть этого льда уже никогда не упадёт на Энцелад, а послужит пополнением кольца E вокруг Сатурна (в основном это частички размером не более 3х микрон, так как частички больших размеров падают обратно и обновляют поверхность Энцелада).



Автор
Дата добавления 23.10.2015
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров264
Номер материала ДВ-091660
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх