СПУТНИКИ НЕПТУНА

Рис. 8. Схема орбит спутников Нептуна

В отличие от спутников других планет-гигантов, система спутников Нептуна известна только из наземных наблюдений. Пока достоверно известны два члена этого-семейства: гигант Тритон и маленькая Нереида. Показать на одной и той же схеме (рис. 8) орбиты обоих спутников невозможно, так как большая полуось орбиты Нереиды составляет 5,5 млн. км, а на один оборот вокруг планеты она затрачивает почти ровно 1 земной год. Нереида - небольшое небесное тело, может быть, всего 100-200 км диаметром, и о ней известно мало.

Тритон - один из самых крупных в Солнечной системе спутников; он входит в группу таких гигантов, как Титан и Ганимед (табл. 7).

 

Таблица 7 

Спутники Нептуна и система Плутон- Харон

Название	Радиус орбиты, тыс.км	Орбитальный период, дней	Эксцентриситет	Наклонение орбиты к экватору планеты, град.	Радиус спутника, км	Год отрытия
Тритон	355,3	5,877	0,001	159	(1750)	1846
Нереида	5510	360,21	0,75	27,6	(200)	1949
Плутон					<1850	1930
Харон	19,3	6,387			>600	1978

 

Спутники Нептуна - одна из наименее понятных .систем. Некоторые ученые полагают, что ее особенности можно понять как следствие катастрофического воздействия массивного внешнего тела. Был проведен численный эксперимент. Его авторам удалось показать, что воздействие массивного Тела, сблизившегося с Нептуном, действительно, вполне могло перевести один из его спутников на орбиту, не зависимую от орбиты Нептуна. Сторонники 'катастрофической' гипотезы подчеркивают также, что Нереида имеет орбиту с фантастическим эксцентриситетом 0,75. (это более подходит для кометы) и что Тритон вращается в обратную сторону, а его орбита сильно наклонена к плоскости экватора Нептуна. Энтузиасты этой гипотезы даже называют вероятный продукт такой катастрофы: потерянный спутник, который известен нам как девятая планета, Плутон, и который, по имеющимся данным, очень похож на Тритон.

Предполагается, что реконструкция первичной орбиты Плутона могла бы даже указать, в какой точке орбиты Нептуна был потерян этот спутник (некоторые данные о Плутоне мы рассмотрим в следующем разделе). Отметим сразу же, что далеко не все специалисты согласны с предложенной гипотезой. Проблематично, например, что пересечение орбит Нептуна и Плутона вообще когда-либо имело место.

Но возможны ли такие катастрофы в поздний период, существования Солнечной системы? Наиболее доказательными были бы экспериментальные наблюдения небесных тел, которые могут вызвать подобные катастрофы. И такие примеры, хотя и в небольших масштабах, действительно существуют. Среди астероидов с необычной орбиты выделяется небесное тело Хирон, который в каталоге астероидов значится под ? 2060. Размеры его довольно велики, несколько сотен километров.

В афелии Хирон уходит за орбиту Урана, а в перигелии заходит внутрь орбиты Сатурна. Исследованиям показали, что в некоторых (очень редких) случаях астероид способен даже проходить сквозь систему спутников Сатурна, что может вызвать значительные изменения орбит небольших небесных тел. Есть предположение, что Хирон - далеко не единственное самостоятельное крупное тело в этой части Солнечной системы: не исключено, что где-то поблизости расположен второй пояс астероидов. Если будут обнаружены такие же объекты в окрестностях Нептуна, 'катастрофическая' гипотеза получит дополнительную поддержку. Но вопрос о первичной орбите Плутона еще не решен. Из-за большого эксцентриситета орбиты Плутон сейчас находится ближе к Солнцу, чем Нептун и его спутники. Последний остается внешней планетой на период с 1979 по 1999 г. Начиная с 1930 г. Плутон находится над плоскостью эклиптики (с ее северной стороны), причем сейчас его высота над нею близка к 8 а. е. Ныне возможность его встречи с Нептуном исключена.

Спутник Нептуна Тритон очень необычен. Эксцентриситета орбиты у него практически нет, но вращение вокруг планеты - обратное. Это единственный случай, когда обратное вращение имеет столь крупный (по размерам подобный нашей Луне) и близкий к планете спутник (от Нептуна он отстоит на то же расстояние, что и Луна от Земли). Тритон находится в синхронном вращении (постоянно обращен к Нептуну одной и той же стороной). Передняя по движению сторона спутника примерно на 25% темнее остальной его поверхности (как у некоторых спутников Сатурна).

Особенности в движении Тритона некоторые ученые пытаются увязать с удивительными различиями, обнаруженными в тепловом излучении Нептуна и Урана. Нептун получает от Солнца на единицу поверхности в 900 раз меньше энергии, чем Земля, а всего с учетом большой площади и высокого альбедо - в 100-150 раз. Та же характеристика для Урана выше в 2,4-2,5 раза. Однако обе планеты имеют практически одинаковые эффективные температуры, около 60 К. Уран излучает столько же тепла, сколько получает от Солнца, а Нептун имеет какой-то мощный внутренний источник энергии, который, кстати отметим, вызывает заметные метеорологические явления в его атмосфере. В качестве источника энергии рассматривались, например, постоянное выпадение более тяжелых элементов к центру планеты и фазовые переходы в недрах Нептуна, т. е. тот же источник, который 'работает' на Сатурне. Но. как объяснить, что этот механизм не действует на Уране, двойнике Нептуна?

Многие авторы склонны искать другой источник энергии, присущий только Нептуну; Им как раз и может быть достаточно большое рассеяние энергии в приливных взаимодействиях Тритона (с его обратным вращением) и Нептуна. Указывается, что эта энергия вполне может объяснять различия между Ураном и Нептуном. Но такого источника надолго не хватит.

По составу Тритон должен относиться к группе ледяных или силикатно-ледяных тел, типичных для планет-гигантов. В его спектре недавно была обнаружена полоса метана. Не исключено, что Тритон, как и Титан, имеет атмосферу. Но по другим оценкам, полоса метана настолько слаба, что может соответствовать только очень разреженной атмосфере, примерно в 25 тыс. раз более разреженной, чем земная. Конечно, атмосфера может включать и другие газы (вспомним Титан). Однако новые измерения показывают, что атмосферы может и не быть: наблюдения в полосах метана 620, 725, 790 и 890 нм не дали положительных результатов. Верхний предел толщины атмосферы, согласно измерениям, не может превосходить 1 м. атм (2,7х10²¹ молекул метана на 1 см² поверхности).

Вместе с тем обнаружены некоторые признаки полос метанового инея на поверхности, что привело авторов исследований к заключению, что поверхность Тритона состоит из каменных материалов с возможным присутствием незначительных количеств метанового инея, в основном в глубоких тенях. Наконец, недавно было показано, что метановый иней присутствует лишь на одной стороне Тритона.

В этих спектральных исследованиях было сделано еще более интересное открытие. Найдена спектральная полоса у длины волны 2,15 мкм, относящаяся к жидкому азоту! По-видимому, значительная часть поверхности Тритона покрыта неглубоким морем или океаном жидкого азота, по оценкам - всего в несколько метров глубиной. Жидкая поверхность находится где-то неподалеку от южного полюса Тритона, где ныне наблюдается .полярный день.

Таким образом, атмосфера Тритона может состоять в основном из азота, а метан образует лишь небольшую примесь к нему. Если размеры и масса Тритона того же порядка, что и у Плутона, гравитационные силы спутника вполне способны удержать такую атмосферу.

В последние годы благодаря оснащению наземных обсерваторий новыми физическими приборами вновь стали возможными открытия в телескопических исследованиях далеких гигантов. Так были открыты и исследованы кольца Урана. Можно ли ожидать сообщений о новых спутниках Нептуна еще до того, как с планетой в 1989 г. сблизится 'Вояджер'? Поиски таких спутников очень сложны из-за их отдаленности. Световой поток от тела на орбите Нептуна почти в миллион раз меньше, чем от того же тела на расстоянии Солнце - Земля. И все же задача не совсем безнадежна. За последние годы появилось уже несколько сообщений, что, кроме Нереиды и Тритона, вокруг Нептуна обращаются какие-то тела.

В 1968, 1981, 1983 и 1985 гг. наблюдались покрытия Нептуном звезд, при которых и отмечались интересные явления. Так, 22 июля 1985 г. Нептун прошел близко от звезды АО 186001. На расстоянии примерно двух радиусов планеты свет звезды ослабился на 35%. Явление продолжалось 2 с и было похоже на эффекты, отмеченные в прежних покрытиях. Например, в мае 1981 г. при сближении Нептуна со звездой в созвездии Змееносца, наблюдалось 8-секундное падение блеска звезды. Явление регистрировалось только с одной стороны от планеты, из чего сделан вывод, что причиной уменьшения блеска не может быть кольцо Нептуна, по скорее неизвестный спутник размером около 180 км на орбите с радиусом примерно 50 тыс. км. Можно было предположить, таким образом, что невероятное везение добавило еще два спутника к Нереиде и Тритону. Но дело оказалось сложнее.

Покрытие в 1985 г. наблюдалось из двух точек в Южной Америке, разнесенных на 100 км. Так как его видели обе группы наблюдателей, небесное тело должно быть очень большим, что противоречит 2-секундной. длительности явления. Вывод: наблюдались не спутники, а особое незамкнутое кольцо асимметричного типа, Ширина его 10-20 км, расстояние от центра планеты около 76 тыс. км. Кстати, похожее кольцо имеется и в системе Урана. Что же касается положения колец Нептуна, то для них были предсказаны расстояния 35, 58, 96 и 171 тыс. км, которые пока не подтвердились. Но может быть, на этих орбитах все же окажутся спутники? Ждать ответа осталось недолго.

В последние годы активизировалось исследование ледяных спутников далеких планет и Плутона. Несмотря на отмечавшиеся выше скептические нотки, касающиеся общего генезиса Тритона и Плутона, сходство их ныне представляется несомненным, а их различия, по-видимому, объясняются очень существенной ролью Нептуна, влияющего на Тритон. Но прежде чем перейти к Плутону, упомянем о предстоящей судьбе Тритона. Тритон обречен. Потери энергии в приливном взаимодействии с Нептуном не проходят для него бесследно, Тритон по спирали постепенно приближается к Нептуну. По оценкам, через 10-100 млн. лет он войдет внутрь границы Роша, и приливные силы разорвут его на части. Во что превратятся останки Тритона?

Далее...