Современная Солнечная система В.С.Уральская Государственный Астрономический институт им. П.К.Штернберга ural@sai.msu.ru. - презентация

1 Современная Солнечная система В.С.Уральская Государственный Астрономический институт им. П.К.Штернберга

2 Солнечная система n Солнце n 100 крупных членов – 9 больших планет и 91 спутник n свыше 175 тысяч астероидов n свыше 1300 комет n огромное множество метеорных тел Спутниковые системы планет Планеты земной группы Внешние планеты Меркурий – нет Юпитер - 28 спутников Венера - нет Сатурн - 30 спутников Земля - 1 спутник Уран - 21 спутник Марс - 2 спутника Нептун - 8 спутников Плутон - 1 спутник 66 спутников имеют названия, остальные - временные обозначения

3 Классификацияспутников Классификация спутников n Внутренние спутники неправ.формы, разм. неск. дес.км, расст. до км Юпитер - 4, Сатурн - 9, Уран - 11, Нептун - 6 n Главные спутники регулярные орбиты - круговые, в плоскости экватора планеты размер от 500 до 5000 км, расст. от до 4 млн. км 4 галилеевых спутника, 8 классических спутников Сатурна, 5 главных спутников Урана n Внешние спутники размер от неск. км до неск. дес. км, неправильная форма, нерегулярные орбиты, расст. от 4 до 25 млн.км Юпитер- вместо 8 стало 20, в системе Сатурна от 1 до 13, в системе Урана открыто 5, Нереида - у Нептуна n искл. - Луна, спутники Марса, Тритон, Харон

4 Двойная система Земля - Луна а = км, е = , i = 5.16 Т(вращ )=Т(орб)=27.32сут - звездный или сидерический месяц Т(синод)= сут - период смены лунных фаз Диаметр Луны 3474 км D( Луны )= 0.27 D ( Земли ) М( Луны )= 1/81М ( Земли ) Двойная система Центр масс (4750 км от центра планеты) Приливное трение вызывает вековое увеличение большой полуоси орбиты Луны, что приводит к ее удалению от Земли

5 Спутники Марса Фобос и Деймос Спутник а е i T Размеры (тыс.км) (град) (сут) (км) Фобос x22x18 Деймос x12x10 Неправильная форма, поверхность изрыта кратерами, размер кратера Стикни на Фобосе сравним с размером спутника. Синхронное вращение. Фобос - единственный спутник, кот. в обращении вокруг Марса (за 7.5 час) обгоняет вращение планеты (24.6ч.). Наблюдения Фобоса показали, что он ускоряется в своем движении вокруг Марса. Так называемое вековое ускорение составляет c= град/год². Высота орбиты уменьшается на 9 м за каждые 100 лет. Через 40 млн.лет период обращения уменьшится с 7.5 до 1.7.час и спутник неминуемо разрушится (уже сейчас он находится внутри предела Роша). Приливные, гравитационные и другие известные силы не объясняют это явление природы.

6 Фобос и Деймос Фобос ( 27x22x18 км ) Деймос ( 15x12x10 км )

7 Система Юпитера Внутренние спутники Спутник Номер а(тыс.км) е i T(сут) D(км) Метида XVI Адрастея XV АмальтеяV Теба XIV

8 Связь с кольцами Юпитера Гало R J (толщина км) Главное кольцо R J (толщина < 30 км) Внутренне паутинное кольцо R J Внешнее паутинное кольцо R J

9 Галилеевы спутники Юпитера Спутник а е i T D (км) (град) (сут) (км) Ио Европа Ганимед Каллисто Ио-Европа-Ганимед тройной резонанс 1:2:4 Соотношение Лапласа Вековое ускорение Ио

10 Внешние спутники Юпитера Группа Гималии S/2000J1 был отождествлен со спутником, наблюдавшимся Ковалом в 1975 г., т.е. S/2000J1=S/1975J1

11 Внешние спутники Юпитера Группа Пасифе Спутник Номер а(тыс.км) е i T(год) D(км) Ананке XII Карме XI Пасифе VIII Синопе IX В 1999 г. по программе Spacewatch (Аризона) открыт спутник диаметром 10 км S/1999 J1. В 2000 г. открыты еще 11 спутников (Гавайи). Два спутника на прямых орбитах, 10 спутников с обратным движением

12 Новые обратные спутники Юпитера (10)

13 , орбиты обратных внешних спутников Юпитера Диаграмма, показывающая орбиты обратных внешних спутников Юпитера

14 Система Сатурна Внутренние спутники Янус (180 км) и Эпиметей (200 км) - коорбитальные спутники (резонанс 1:1) Прометей (100 км) и Пандора (80 км) спутники-пастухи внутреннего и внешнего края кольца F Атлас размером 40 км – спутник-пастух внешнего края кольца А Пан (20 км) - в кольце А внутри деления Энке

15 Классические спутники Сатурна Мимас 397 км Энцелад 500 км Тефия 1060 км Диона 1118 км Рея 1528 км Титан 5150 км Гиперион 280 км Япет 1436 км Резонансы Энцелад - Диона 2:1 Мимас – Тефия 2:1 Титан – Гиперион 3:4 Тефия - Телесто 1:1 Тефия - Калипсо 1:1 Диона - Елена 1:1 Янус – Эпиметей 1:1 2:1 с Энцеладом и 4:1 с Дионой

16 Главные спутники Сатурна с лагранжианами Спутник N а(тыс.км) е i T(сут) D(км) Мимас I Энцелад II Тефия III Телесто XIII Калипсо XIV x24x16 Диона IV Елена XII x30 Рея V Титан VI Гиперион VII Япет VIII

17 Лагранжевы или либрирующие спутники Тефия (1060 км) имеет два маленьких спутника Телесто (24 км) и Калипсо (30 км) в так называемых лагранжевых точках либрации - резонанс 1:1 с Тефией Диона имеет на своей орбите только один ведущий лагранжиан Елену в точке L4 (либрация - макс. удаление Елены от Дионы 76, а мин )

18 Кольца Сатурна Резонансы объясняют многие особенности тонкой структуры колец –спиральные волны плотности, острые края щелей и пустот и узкие колечки Кольцо А 5:3 с Мимасом Кольцо В 4:2 с Мимасом Кольцо С резонанс 4:1 с Мимасом Структура (от Сатурна) Кольца D, C, деление Максвелла, В, щель Кассини, A, деление Энке, деление Килера, F, G, E

19 Внешние спутники Сатурна ( 12 новых - 7 прямых и 5 обратных) Спутник а(тыс.км) е i T(сут) D(км) S/2000 S S/2000 S Феба (IX) S/2000 S S/2000 S S/2000 S S/2000 S S/2000 S S/2000 S S/2000 S S/2000 S S/2000 S S/2000 S

20 Видимое движение прямых внешних спутников Сатурна на г.г. Размер окна 7200 "= =2° (51.7 млн.км) Эфемериды всех новых спутников Юпитера, Сатурна и Урана на г.г. вычислены в отделе небесной механики ГАИШ и помещены на сайте Небесная механика msu.ru/neb

21 Кольца Урана Д евять основных колец, в порядке удаления от планеты 6, 5, 4, Alpha, Beta, Eta, Gamma, Delta и Epsilon. Вояджер в 1986г. (1986U1R и 1986U2R), девять основных колец окружены пылевым облаком. Офелия (30 км) и Корделия (26 км) расположены по обе стороны -кольца и являются спутниками-пастухами этого кольца Урана. Система Урана

22 Внутренние спутники Урана Спутник а(тыс.км) е i T(сут) D(км) Корделия Офелия Бианка Крессида Дездемона Джульетта Портия Розалинда Белинда S/1986 U Пак S/1986 U10 открыт в 1999 г. Каркошкой на снимках Вояджера 1986 г.

23 Главные спутники Урана Ариэль Умбриэль Титания Оберон Миранда 1158км 1169км 1580км 1522км 486км Открыты Ласселом, Гершелем и Койпером. Соотношение Лапласа, справедливое для галилеевых спутников, приближенно выполняется и для трех главных спутников Урана – Миранды (1), Ариэля(2) и Умбриэля (3). Хотя соизмеримость довольно острая, нет уверенности в том, что спутники находятся в состоянии устойчивого резонанса.

24 Внешние спутники Урана В 1997 г. на Паломарской обсерватории Б. Гледмен, Ф.Николсон, Дж. Бернс, Дж. Кавелаар на 5-м телескопе Хейла, в 1999 г. на 3.5-м телескопе Канада-Франция-Гавайи на горе Мауна-Кеа открыли 5 внешних спутников Урана Название Спутник Номер а е i T D (тыс.км) (град) (год) (км) Caliban Калибан XVI Stephano Стефано XX Sycorax Сикоракса XVII Prospero Просперо XVIII Setebos Сетебос XIX

25 Шекспир «Буря» Калибан - раб, уродливый дикарь. Тот самый Калибан, тупой и темный, Которого держу я для услуг. Сикоракса - мать Калибана. О, лживый дух, ты все забыл. Припомни Ужасную колдунью Сикораксу, Которая от старости и злобы В дугу согнулась! Помнишь ты ее?... За колдовство и разные злодейства, О коих мне и говорить противно, Изгнали Сикораксу из Алжира, Но все таки оставили ей жизнь - Не знаю, уж за что. Прoсперо, законный герцог Миланский, волшебник. В то время герцогство мое считалось Первейшим из владений италийских, А Просперо - первейшим из князей, В науках и в искусствах умудренным. Сетебoс - этим именем патагонцы называли своего «главного дьявола» О Сетебос! Как грозны эти духи!.. Пока смирюсь. Сильна его наука. Ему подвластен даже Сетебос, Бог матери моей... Стeфано, дворецкий, пьяница.

26 Система Нептуна Внутренние спутники Кольца Нептуна: n два узких кольца Адамса (1989N1R) и Леверье (1989N2R), n широкие кольца Галле (1989N3R) и Лассела (1989N4R) n внешнее кольцо Адамса содержит три дуги Спутник Номер а е i T D (тыс.км) (град) (сут) (км) Наяда III Таласса IV Деспина V Галатея VI Ларисса VII Протей VIII Вояджер (1989 г.) 4 спутника находятся внутри колец Нептуна Деспина и Галатея могут определять резкие границы кольца Леверье

27 Внутренние спутники Нептуна

28 Спутник Нептуна - Тритон D=2705 км а=354.8 тыс. км е = 0 i =157 T орб =Т вращ = 5.8 сут Обратное движение Приливное взаимодействие с Нептуном приведет к тому, что через млн.лет он попадет внутрь предела Роша Атмосфера - азот с примесью метана, водорода

29 Внешний спутник Нептуна Нереида а = тыс. км е = i = 27.6 T = сут D = 340 км Самая вытянутая орбита спутника в солнечной системе

30 Система Плутон - Харон Плутон а = 39.5 а.е. = 6 млрд.км е = 0.25, i =17, D=2274 км, Т=248 лет М( Харон )/M( Плутон ) = 0.15 – двойная система Харон a= км е = i = 94.3 D=1192 км, Т = 6.4 сут Тройной резонанс – синхронность вращения планеты и спутника с орбитальным движением Плутон открыт Томбо в 1930 г. Харон - в 1978 г. Кристи Взаимные события в системе Плутон - Харон в г.г. (раз в 124 года)

31 Плутон и большие планеты Плутон и транснептунные объекты Плутон n D=2274 км D(Харон) =1172 км n Альбедо Плутона 60 % Харона на 30% меньше n Двойная система Плутон - Харон n Атмосфера (азот, метан, аргон) Транснептунные объекты D (Варуна) =900 км, D(2001 KX76)=1200км n Альбедо TNOs 7% n 4 двойных объекта 1998WW31 а=46.4 а.е. (200 и 150 км, км) n Все внешние планеты - газовые гиганты, Плутон - твердое тело n Плутон - самая маленькая планета D=2274, D(Меркурия)=4480км n Все большие планеты движутся в плоскости эклиптики по круговым орбитам, орбита Плутона имеет i=17град, e = 0.25 n Орбита Плутона пересекает орбиту другой большой планеты

32 Размеры транснептунных объектов (20000)2000 WR106 Варуна (Varuna) 900 км (Н = 3.7) (28978) 2001 KX км (Н = 3.2) 14 объектов < 5 mag ( км) Распределение Распределение TNOs по размерам описывается степенным законом с индексом -4 Объектов размера Плутона должно быть 5-10

33 Пояс Койпера 525 транснептунных объектов (а ~30-50 а.е.) - классические объекты пояса Койпера (а ~ а.е., е ~ 0) - резонансные объекты - семейство Плутино (80 объектов) (а ~ 39 а.е., е ~ 0.2) – резонанс 3:2 с Нептуном неск. объектов в резонансе 2:1 (а ~ 48 а.е.) и в резонансах 4:3 и 5:3 с Нептуном Пояс Койпера ~ объектов > 100 км 1/10 массы Земли В 300 раз массивнее Главного пояса

34 Семейство Кентавров (Centaurs and Scattered -Disk Objects) TL 66 (а= 84 а.е., е= 0.58, q=35 а.е., Q=135 а.е., D=500 км) 103 объекта семейства Кентавров и рассыпающегося пояса - q > 5 а.е. - большие полуоси а ~ а.е. - cамый далекий объект 2000 ОО67 от 20 до 1102 а.е. (а=560 а.е., e=0.96) - размер - неск. сот км - свойства комет и размеры астероидов Общее число тел > 100км 3x10(4), масса ~ 0.05М(Земли) Хирон а=13.7 а.е., е=0.384, i=6.93, Т=50.8 лет q=8.46 а.е., Q=19 а.е., D=170 км 3 объекта одновременно принадлежат к классам комет и астероидов (2060)Chiron = 95P/Chiron (7968) Elst-Pizzaro = 133P/Elst-Pizzaro ( комета в астероидном поясе ) (4015)Wilson-Harrington = 107P/Wilson-Harrington ( малая планета идентифицирована с утерянной кометой)

35 Распределение астероидов по большим полуосям во внутренней области солнечной системы Троянцы Околоземныеастероиды Главный пояс Большая полуось (а.е.) Числообъектов К апрелю 2002 г. Общее количество астероидов из них нумерованных наблюдавшихся в М-оппозициях в 1- оппозиции имеют названия 9213 астероидов

36 Троянцы В 1906 г. открыт (588) Achilles на орбите Юпитера Резонанс 1:1 с Юпитером (треугольные точки либрации ограниченной задачи трех тел) Общее количество троянцев 1221 Юпитер , причем в точке L , в L (а=5.2 а.е., наклон до 40 град, размер до 330 км ) Сатурн, Уран, Нептун – трояно-подобные тела не открыты Марс - 6 (1 - в точке L4, 5 - в т. L5 ) (а=1.5 а.е., наклон до 30 град)

37 Околоземные астероиды. Эрос 1829 околоземных астероидов из них > 1 км (< 18 mag) Семейство Атона а

38 Потенциально опасные астероиды r < 0.05 а.е. (7.5 млн.км ~ 20 r Луны ) V 200м) Потенциально опасные астероиды - 415, из них 1 км Apollo (1932 ), Adonis (1936), Hermes (1937) - потерян Ближе всех на расст а.е.подошел к Земле 1996 JA1 (500 м )1996 May В 2001 г. 10 потенц.опасных астероидов ближе 0.01 а.е., в 2002 г янв г YB5 (r = 2.2 r Луны, D = м ) 25 мая 2001г KW4 (r = 12 r Луны, D = км ) В XXI веке ближе всех к Земле подойдут астероиды 1999 AN10 (D=1200 м) r= r Луны= 390 тыс.км 2027, авг.7, CU11 (D=730 м) r= 0.5 r Луны = 190 тыс.км 2014, авг.31,45, Вероятность столкновения с Землей в 2049 г. по туринской шкале 1, т.е. чрезвычайно мала (10 -4 )

39 Спутники астероидов ( (243) Ида (Ida) 58х23 км Дактиль (Dactyl) 1.6х1.2км a = 1.80 а.е. d = 90 км (45) Евгения (Eugenia) D = 215 км Маленький принц (Petit-Prince) 13 км a = 2.72 а.е., d = 1190 км, Т = 4.7 сут ) (762) Пулково (Pulcova) D = 68 км спутник 1/10 a = 3.16 а.е. d = 850 км, Т = 4 сут (22) Kalliope, (532)Herculina, (107)Camilla

40 Двойные астероиды (90)Антиопа (Antiope) а = 3.16 а.е., D 1 = 85км, D 2 = 85км d = 170 кмT = 16.5 час Троянец (617) Патрокл (Patrocle ) а= 5.2 а.е. D 1 = 105 км, D 2 = 95 км 2 NEO – околоземных астероида 4 TNO – транснептунных объекта 15 двойных астероидов Тройной астероид (87) Сильвия (Sylvia) а= 3.48 а.е. D 1 = 227 км, D 2 = 150 км, d = 250 км Спутник D = 13,5км, d = 1200 км, T = 4 сут система не синхронизована, возраст 6х10 (4) лет (216) Kleopatra -единичный астероид

41 Кометы Каталог кометных орбит 1999 г. содержит 1722 орбиты для 1688 кометных появлений, относящихся к 1036 различным кометам В 1999г.открыты 83 кометы, в (90 из них-SOHO) 20 комет приблизились к Земле на расстояние меньше 0,1020 а.е., что составляет примерно 15 млн. км. Ближе всех комета Лекселла (Lexell) в 1770г млн.км Известны 47 потенциально опасных комет перигелийные расстояния q < 1.3 а.е., Т < 200 лет (1P/Halley, 2P/Encke, 55P/Tempel-Tuttle) Комета Хиякутаки (Hyakutake) в 1996 г. подошла к Земле по почти параболической орбите (e=0.9996) на очень близкое расстояние 0,1а.е., примерно 15 млн.км (m=0)

42 Кометы - санграйзеры Санграйзеры - исчезающие кометы. 94 % слабых комет вблизи Солнца принадлежат группе Kreitz-sungrazers q= а.е., е=1.0, i = (R Солнца= а.е.) Ephorus ( Эфор) в 372 г.-распад кометы Марсден вычислил в1100г.- 2 кометы Еще два семейства комет-санграйзеров: 6 комет принадлежит одной группе C/2001 X8 q = 0.037a.e, w=56 W= 74 i = 72 4 кометы - группе C/1999 J6 q = 0.049а.е., w= 22, W= 82, i = 26 Две кометы в поле зрения коронографа

43 Комета Борелли (19P/Borrelly) Космический аппарат Deep Space-1 прошел 22 сент. 2001г. на расстоянии 2200 км (Джотто-585км) Кометное ядро имеет изрезанный ландшафт, гладкие долины со светлыми областями - источниками поступления пыли и газа в кометную оболочку, глубокие трещины и высокие гребни из крайне темного материала Комета открыта в 1904 г. Период обращения 7лет, q = 1.36 а.е., a=3.61 а.е., e=0.624, i=30°.3 Каменно-ледяное 10-км ядро кометы Борелли Снимок получен с расстояния 3417 км Разрешение на снимке 45 м

44 Комета Хейла-Боппа В среднем ежегодно появляется комета с абс. яркостью свыше 7 mag, т.е. D>15 км и а < 1 а.е. Hale-Bopp D = 40 км Т = 4000 лет q = 0.9 а.е. a = 250 а.е. e = 0.99 i = 89.4 m= - 0.8

45 Комета Икейа-Жанг Comet Ikeya-Zhang (m=2.9) - первая долгопериодическая комета с T>200лет, которая была отождествлена с наблюдавшейся ранее кометой во внутренней области солнечной системы в 1661 г. C/1661 C1 Яном Гевелием (J.Hevelius) q = 0.5 a.e., a = 51 a.e., e = 0.99, T=341год