Уран: лежа на боку вокруг Солнца
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Уран
Исследователи
Страница: Космические исследователи, Voyager-2: 24 января 1986 г. (Part #1, Part #2, Part #3);
Уран - третий из гигантов
Космические исследователи

"Вояджер-2": спутники Урана


    Титания, вопреки данным наземных наблюдений, оказалась чуть-чуть больше Оберона. Два крупных кратера, диаметром 200 и 300 км, были видны на краях освещенного диска. Остальная поверхность была испещрена ударными кратерами диаметром 10-50 км и «пропахана» разломами длиной до 1500 км, шириной до 75 км и глубиной 2-5 км - явными свидетельствами геологических процессов. Очень яркие склоны, обращенные к Солнцу, соблазнительно было приписать свежим ледяным отложениям. К сожалению, разрешение при съемке с 369000 км было невысоким - около 13 км, и снимки не позволяли сделать твердых выводов.

Титания, 24 января 1986 г. с расстояния в 369 000 км. Изображение составлено из 2х снимков узко угольной камеры Вояджера-2. Разрешение 13 км. Титания является крупнейшим спутником Урана. Для нее характерна древняя поверхность с протяженными разломами, достигающими в длину 1500 км и до 75 км в ширину.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

Полный диск Титании. 24 января 1986 с расстояния в 500 000 км. Многие круговые впадины - это кратеры на поверхности. Кратеры с расходящимися лучами являются более свежими. Каньоны справа свидетельствуют о некотором техтоническом растяжении коры Титании.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Ариэль, наиболее яркий из спутников Урана с альбедо 0.40, удалось заснять с дистанции 130000 км с деталями до 2.4 км, но в кадр вошло только около 3/4 диска. Здесь тоже было обилие кратеров диаметром 5-10 км при почти полном отсутствии 50- и 100-километровых, множество уступов и долин (грабенов). Планетологи предположили, что разломы сформировались в результате расширения и коры спутника. Часть видимого полушария была покрыта относительно молодым материалом с меньшей плотностью ударных кратеров, и уже в нем сформировались извилистые уступы и долины - возможно, в результате течения жидкости. Три характерные линейные структуры очень напоминали земные ледники, но перекрывающие их крупные кратеры говорили о том, что соответствующие процессы происходили достаточно давно.

Ариэль, 24 января 1986 г. Мозаика из 4х изображений, сделанных узкоу гольной камерой Вояджера-2 с расстояния в 130 000 км (разрешение 2,4 км на пк). Большая часть поверхности покрыта кратерами размером от 5 до 10 км. Большие разломы скорее всего образовались в результате растяжения и сжатия коры Ариэль.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

Долины на Ариэль были затоплены отложениями сразу после образования разломов под действием тектонических процессов, сделав их гладкими и ровными. Извилистая борозда образовалась позднее.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

Ариэль во время максимального сближения Вояджера. Детальный снимок Ариэля с расстояния 130000 км. Желоба считаются свидетельствами тектонической активности, а гладкие участки - местами отложения материала.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    В отличие от остальных «классических» спутников, Умбриэль оказался малоконтрастным и очень темным: его поверхность отражала лишь 16-19% солнечного света, примерно как лунные плоскогорья. Сходство дополняло большое количество ударных деталей, среди которых выделялся 110-километровый кратер с ярким центральным пиком, и непонятное белое кольцо диаметром до 140 км на экваторе - быть может, слой инея у свежего кратера. Следов геологической активности замечено не было, и вообще поверхность Умбриэля представлялась очень древней - быть может, наиболее древней в Солнечной системе. «Умбриэль - это такое место, о котором очень трудно судить, - заметил Л.Содерблом. - Между очень активными объектами, как внутри сэндвича, затесался объект очень темный, очень старый и неактивный. Мы не знаем, почему».

Умбриэль был сфотографирован с дистанции 557000 км, так что снимок оказался наименее детальным, с разрешением около 10 км
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Единственная фотография шестого спутника была потеряна при первой попытке передачи на Землю из-за сбоя на принимающей наземной станции. Процесс считывания удалось повторить, и со второй попытки снимок был получен. Стало ясно, что при обнаружении размер спутника был сильно занижен из-за очень темной поверхности (альбедо 7%). Реальный диаметр тела составил 170±30 км, а не 75 км, как считалось до этого. Более крупный из двух видимых кратеров имел около 45 км в диаметре.

Спутник 1985 U1, или Пак, с расстояния 492600 км при разрешении около 10 км. Этот представитель семейства малых лун Урана отражает всего 7% падающего света.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Масса Миранды была определена по гравитационному влиянию на КА, проявившемуся дополнительным допплеровским смещением частоты сигнала. Массы Ариэля, Умбриэля, Титании и Оберона нашли путем подстройки моделей их движения по большой серии навигационных снимков. Независимое определение размеров спутников (по фотографиям) позволило установить их среднюю плотность.
    Казалось бы, по мере удаления от Солнца должна была снижаться доля силикатов и расти процент летучих веществ. Тем не менее спутники Урана оказались в среднем более плотными, чем спутники Сатурна. Титания, Оберон и Ариэль имели среднюю плотность от 1.63 до 1.71 г/см3, Умбриэль -1.39 г/см3 и Миранда - 1.20 г/см3. Это означало, что большие луны Урана на 50-60% состоят из силикатов и материалов на базе углерода и азота, и лишь на 40-50% из водяного льда. У пяти классических спутников вращение и обращение оказались синхронизованы, как и ожидалось.
    Кольца Урана на фотографиях получились немного разного оттенка, что могло свидетельствовать о неоднородном составе. В частности, кольцо ε оказалось серого цвета; ширина его менялась от 20 км в перицентре до 96 км в апоцентре, а толщина края не превышала 150 м. Альбедо колец оказалось очень низким, порядка 5%, поэтому они и выглядели такими тусклыми.

Кольцо ε 23 января 1986 г. с расстояния в 1,12 млн. км.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Всего по кольцам фотополяриметр сделал 1.5 млн измерений, а радиокомплекс дал 5 млрд точек данных. Радиопросвечивание показало, что кольцо ε состоит из достаточно крупных объектов, порядка 1 м, а по данным фотополяриметра их средний размер был близок к 0.2 м. Более мелких фрагментов между ними почти не было - очевидно, они быстро покидают кольцо и выпадают на поверхность Урана. В то же время снимки «на просвет» широкоугольным объективом с большой экспозицией выявили на фоне основной системы сложные пылевые структуры из малоразмерных частиц, вероятно, образующихся в результате столкновений более крупных фрагментов.
    При пересечении плоскости колец на расстоянии более 60000 км от внешнего кольца ε, в 115 000 км от центра планеты, инструмент PWS зарегистрировал множественные попадания пылевых частиц. Картина соответствовала прохождению через диффузное облако толщиной около 4000 км.
    Voyager 2 обнаружил два новых кольца Урана. Первое находилось между кольцами δ и ε и получило временное обозначение 1986 U1R, а впоследствии за ним закрепили букву λ. Обнаружили его в ходе УФ-наблюдений, и уже позже нашли на снимках, так как при прямом солнечном освещении оно выглядело очень узким, всего 1-2 км, и слабым. А вот «с тыла», в проходящем свете, новое кольцо сияло исключительно ярко, затмевая даже главное кольцо ε. Этот факт и сильная зависимость оптической плотности от длины волны заставили сделать вывод, что кольцо U1R - пылевое и состоит из частиц микронного размера. Детальный анализ данных «Вояджера» выявил азимутальную вариацию яркости кольца, напоминающую стоячую волну.

Десятое кольцо Урана, или U1R, было найдено на снимках, сделанных 23 января с расстояния 1.12 млн км. На этом изображении, составленном из двух кадров ISS, видны все они - от яркой полоски кольца ε вверху до внутреннего кольца 6 внизу.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Второе, очень слабое кольцо 1986 U2R было найдено лишь на одном снимке, сделанном менее чем за час до пролета: оно располагалось внутри кольца 6 на расстоянии 37000-39500 км от центра планеты. «Это диффузная полоса материала, - объявил 29 января Джеффри Куцци (Jeffrey N.Cuzzi) из фотометрической команды. - Я бы назвал его кольцом». Буквенное обозначение ζ, так и не стало общепринятым, да и само существование кольца удалось подтвердить лишь в 2003-2004 гг. наблюдениями на телескопе имени Кека, причем оно «мигрировало» наружу от первоначального положения и теперь занимало зону 37850-41350 км. Слабая концентрация пылевого материала наблюдается и между внутренним краем кольца и границей видимой атмосферы Урана. В 2007 г. при пересечении Землей плоскости колец Урана именно оно стало самой яркой деталью системы.

Это изображение силуэта колец Урана получено всего за 27 минут до максимального сближения с планетой. Экспозиция составила всего 1/2 секунды. Показаны 9 ранее известных колец Урана в виде темных линий на фоне ярких облаков планеты. Наиболее крупное кольцо справа это ε, едва видимые 3 кольца слева это 4, 5, 6.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Данные фотополяриметра говорили о том, что еще несколько колец, возможно, неполных, лежат снаружи от кольца ε. Кольца α и β оказались непостоянной ширины - от 5 до 12 км. Ширина колец δ и γ также менялась более чем в два раза, а узкая компонента кольца η местами просто пропадала. Все это указывало на относительную молодость системы колец Урана.
    Атмосфера Урана оказалась не столь интересна, как у Юпитера и Сатурна. В ней были представлены широтные полосы и при съемке в полосе поглощения метана 619 нм - просматривались отдельные облачные структуры. Облака из метанового конденсата фиксировались на уровне, соответствующем давлению 0.9-1.3 атм, причем их распределение указывало на множественные источники и малую степень широтной диффузии. Общая динамика атмосферы характеризовалась выраженными зональными течениями. Ветры Урана в средних широтах дули в направлении вращения планеты со скоростями от 40 до 160 м/с, а в экваториальных - до 110 м/с в противоположном направлении.

Уран, слева в видимом спектре, справа в ложных цветах от 17 января 1986 г., с расстояния в 9,1 млн. км от планеты. Изображение слева показывает Уран так как увидел бы его человек. Более темные оттенки в верхней правой части диска соответствуют границе дня и ночь. За этой границей лежит скрытое северное полушарие Урана, которое в то время было в полной темноте. Сине-зеленый цвет диска Урана из-за поглощения части спектра метанов в атмосфере планеты. Фото справа в ложных цветах с экстремальным усилением контраста, это было сделано для того что бы помочь ученым выявить тонкие детали в полярной области Урана. Темная полярная область окружена серией концентрических полос. Одно из объяснений такой окраски связывают с возможным коричневым туманом или смогом над полярной областью планеты.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    В атмосфере был найден гелий, но его оказалось не 40% по объему, как предсказывали, а лишь 15±5%, немного больше, чем на Юпитере, при 85% водорода. Метан почти отсутствовал выше облачного слоя, но под ним этого газа было до 2% - в пересчете на углерод в 20 раз больше, чем на Солнце, и в 10-11 раз больше, чем на Юпитере и Сатурне. В глубине атмосферы УФ-спектрометр зафиксировал слой углеводородов, включая ацетилен. Высотная туманная дымка над полюсом, по представлениям ученых, могла состоять из полиацетиленовых углеводородов, синтезированных фотохимическим способом.
    Удалось получить профиль температуры и давления до глубины, соответствующей 2.5 атм. Минимум температуры - тропопауза - пришелся на отметку 0.11 атм по давлению и составил 52 К. В тропосфере ниже метановых облаков было порядка 80 К, а в стратосфере на 50 км выше тропопаузы - около 60 К. Далее температура росла, и верхняя атмосфера была разогрета до 750 К.
    В полосе между 15° и 40° широты освещенного полушария температуры были на 2-3 К ниже, но в целом температура полярных и экваториальных районов на глубине 0.6 атм не различалась, что указывало на внутренние механизмы перераспределения энергии, поступающей главным образом в полярную зону. Интересно, что у неосвещенного («зимнего») полюса оказалось теплее, чем на «летней» стороне - около 90 К на уровне 0.001 атм.
    Ионосфера имела слоистую структуру с двумя хорошо определенными слоями на высотах 2000 и 3500 км и простиралась как минимум до 10000 км. Разреженная водородная оболочка планеты на дневной стороне светилась в ультрафиолете.
    Масса Урана оказалась равна 86.84*1024 т, в соответствии с имеющимися представлениями, а средняя плотность - 1.285 г/см3. Период обращения планеты был определен по радиоизлучению сначала в 16.8±0.3 час, но позднее было принято уточненное значение 17.24±0.01 час. Сходные результаты дали измерения магнитного поля (17.3±0.1 час) и частиц магнитосферы (17.4 час).
    Исходя из этих данных пришлось отчасти пересмотреть модель строения Урана. Ученые отказались от представления о выраженном силикатном ядре и решили, что в центре планеты силикаты, аммиак, вода и метан почти равномерно перемешаны с водородом и гелием, и это плотное «варево» разогрето примерно до 11000 К. Именно его признали в итоге ответственным за формирование магнитного поля планеты.

Данные по системе Урана по состоянию на июнь 1992 года
Объект Расстояние от центра Урана, км Диаметр или ширина, км
Кольцо 1986 U2R
38500
2500
Кольцо 6
41837
1-3
Кольцо 5
42235
2-3
Кольцо 4
42571
2-3
Кольцо α
44718
7-12
Кольцо β
45661
7-12
Кольцо η
47176
0-2
Кольцо γ
47627
1-4
Кольцо δ
48299
3-9
1986 U7 (VI Корделия)
49752
40
Кольцо 1986 U1R
50024
1-2
Кольцо ε
51149
22-93
1986 U8 (VII Офелия)
53764
50
1986 U9 (VIII Бьянка)
59165
50
1986 U3 (IX Крессида)
61767
60
1986 U6 (X Дездемона)
62658
60
1986 U2 (XI Джульетта)
64358
80
1986 U1 (XII Порция)
66097
80
1986 U4 (XIII Розалинда)
69927
60
1986 U5 (XIV Белинда)
75255
60
1985 U1 (XV Пак)
86004
170
V Миранда
129850
472
I Ариэль
190950
1158
II Умбриэль
266010
1172
III Титания
436340
1580
IV Оберон
583510
1524

    Радиоизлучение Урана было впервые зарегистрировано лишь 16 января на расстоянии 6 млн км (намного позже, чем ожидалось), а магнитное поле - 19 января. Ударную волну Voyager 2 встретил 24 января в 07:28, за 10.5 час до максимального сближения с планетой на расстоянии 23.7 радиуса Урана (RU). За следующие три часа аппарат преодолел турбулентный магнитослой и в 10:08 на отметке 18.0 RU вошел собственно в магнитосферу. Максимум магнитного поля был отмечен в 17:56, вблизи максимального сближения, и составил 413 нТ. Voyager 2 входил в нейтральный слой 25 января в 06:59, 12:31 и 22:09. Он вышел из магнитосферы 26 января в 07:15 и по крайней мере пять раз на протяжении 27-29 января проходил ударную волну в направлении наружу и внутрь. КА окончательно вышел в поток солнечного ветра со скоростью 430 км/с 29 января около 06:00.
    В результате обработки данных выяснилось, что Уран обладает магнитным полем примерно такой же напряженности, как Сатурн и Земля, причем северный магнитный полюс отстоит от южного географического на 60° (на Земле - всего 12°), а магнитная ось смещена от центра на треть радиуса планеты. В качестве объяснения такой странности было высказано предположение, что на Уране мы застали смену магнитных полюсов, которая время от времени происходит и на Земле.

При съемке «на просвет» с расстояния 236000 км оказалось, что пылевые частицы довольно равномерно распределены между яркими кольцами. Вертикальные штрихи - следы движения звезд за время 96-секундной экспозиции.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    Следствием большого наклона магнитной оси является весьма интересная структура магнитосферы планеты: ее отклоненный в сторону хвост вращается наподобие винта, и в районах позади Урана магнитное поле дважды за оборот меняет свое направление. Что же касается частиц, то основное население внешней магнитосферы - ионизированный водород и электроны. Радиационные пояса Урана имеют примерно ту же интенсивность, что и земные, и температура плазмы в них превышает 500 млн К. Добавим, что в радиусе 7-10° от магнитного полюса ночной стороны наблюдались полярные сияния.
    Сначала казалось, что кольца и спутники до Умбриэля включительно движутся в пределах магнитосферы, а Титания и Оберон - снаружи. Поэтому выдвигалось предположение, что темный оттенок колец и поверхностей спутников - результат разложения метанового льда протонами с энергией 28 кэВ на уходящий водород и остающийся углерод. В более поздних публикациях границу магнитосферы провели в 590000 км на солнечной стороне и в 10 раз дальше на теневой, и в результате в ее пределах оказались все спутники, вплоть до Оберона.

Финальное изображение Урана, 25 января 1986 г. Вояджер-2 был уже в 1 млн. км от планеты когда сделал это прощальное изображение.
"ВОЯДЖЕР-2": УРАН

    19 сентября 1986 г. в JPL награждали участников экспедиции «Вояджера». Ричард Лезер (Richard Р. Laeser), менеджер проекта с 1981 г., был удостоен медали NASA «За выдающиеся заслуги». Медалью «За выдающееся лидерство» были награждены его заместитель Джордж Текстор, менеджер по техническим вопросам Уилльям МакЛафлин, по управлению полетом Дуглас Гриффит, по планированию Чарлз Колхейз, глава группы бортовых программ Реймонд Моррис, менеджер системы наземных данных Аллан Сакс и научный руководитель проекта Эдвард Стоун. Медаль «За исключительные инженерные достижения» досталась руководителю группы КА Voyager Говарду Мардернессу и главному инженеру Отдела связи и приема данных JPL Робертсону Стивенсу. Медалью «За исключительные научные достижения» наградили научных руководителей всех экспериментов, и еще 35 человек получили медали «За исключительные заслуги».
Автор: И. ЛИСОВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru