Спутник Урана Миранда

Миранда — спутник Урана, седьмой по счету планеты Солнечной системы. Он был исследован в начале 1986 г. космическим аппаратом «Вояджер 2».

Во время пролета Миранда находилась к нему ближе других сателлитов планеты, что позволило детально заснять ее южное полушарие и передать информацию на Землю. Северная часть в то время была направлена в темную сторону.

Обнаружение и имя спутника Миранда

Миранду обнаружил в 1948 году астроном Дж. Койпер, работавший в обсерватории Макдоналд (США). Ученый проводил измерение блеска открытых на тот момент сателлитов седьмой планеты: Умбриэля, Ариэля, Оберона и Титании.

16 февраля он заметил новое небесное тело на фото, полученном из телескопа, а 1 марта смог воспроизвести его траекторию.

Согласно традиции, положенной сыном Уильяма Гершеля (первооткрывателя сателлитов Оберона и Титании), спутники Урана называют так же, как персонажей произведений У. Шекспира.

Открытый Койпером объект был назван в честь героини пьесы «Буря» — юной герцогини. Элементы ее рельефа позднее получили названия по аналогии с местами, где развиваются события в произведениях драматурга.

Происхождение и эволюция

Миранда образована из древней газопылевой туманности, существовавшей с момента зарождения планеты или образованной при столкновении с крупным космическим объектом. После медленного охлаждения на ее поверхности образовались трещины, разделившие мантию на грабены (опущенные участки).

Процесс дальнейшего образования рельефа шел 3 млрд. лет. В нем чередовались фазы нагрева и охлаждения, в недрах шли процессы конвекции. Сдвиги орбиты стали причиной формирования уступов, а изменение эксцентриситета привело к угасанию геологической активности.

Изучая сателлит, астрономы расходятся во мнении, какие процессы ответственны за его образование и формирование поверхности.

Доминируют две основные эволюционные версии:

1. По первой. Объект изначально имел гораздо большие размеры. В результате столкновений с другими небесными телами он постоянно раскалывался, а затем «собирался» заново. Однако эта гипотеза не объясняет наличия старых и крупных кратеров.
2. По другой версии. Текущий ландшафт образовался в результате внутренних процессов. Воздействие гравитации Урана стало причиной вращения и нагревания ядра Миранды. Эти процессы шли неравномерно и вызывали подобие геологической активности. Этим объясняется выраженный рельеф поверхности сателлита.

Спутник отражает не более трети солнечного света. Это свидетельство того, что на его поверхности присутствуют углеродистые материалы. Миранда является почти такой же яркой, как и Ариэль (наиболее крупная луна Урана).

Ее блеск возрастает во время оппозиции, когда наблюдатели с Земли находятся между спутником и Солнцем. Астрономы сделали вывод о пористости поверхности сателлита, что является результатом столкновений с большим количеством микрометеоритов.

Размер масса и орбита

Миранда является наиболее близким спутником Урана. Расстояние от него до планеты 129900 км, что в два раза ближе, чем от Луны до Земли.

В диаметре сателлит достигает 480 км и считается одним из самых маленьких объектов Солнечной системы, которому удалось достичь гидростатического баланса.

По расчетам астрономов, он не менее 5 раз за свое существование менял очертания. Раз в 42 земных года на нем отмечается смена сезонов.

Параметры сателлита:

• значение радиуса — 235,8 ед. (3,69% земного);
• размеры — 240,4×234,2×232,9 км;
• массовая величина — 6,59±0,75⋅1019 кг;
• показатель наклонения оси к экватору — 4,338º;
• среднее орбитальное ускорение — 6,66 м/с;
• отсутствие магнитного поля.

Орбитальный период сателлита составляет 1,41 земных суток и совпадает с периодом ротации. Вращение по траектории синхронизируется с осевым, что ведет к гравитационному блоку сателлита и планеты.

Миранда повернута к Урану только одной стороной, и ее путь лежит только в магнитосфере планеты. Собственной атмосферы у сателлита не обнаружено.

Ведомое полушарие (направленное в сторону, противоположную орбитальному движению) постоянно находится под бомбардировкой высокоскоростных элементов магнитосферной плазмы. Ученые считают, что это является причиной потемнения атакуемой части спутника.

Особенности состава и поверхности

Миранда отличается от других сателлитов седьмой планеты Солнечной системы необычной формой рельефа и наименьшей плотностью (1,15 ± 0,15 г/см3).

Информация, полученная в инфракрасном виде, помогла ученым определить, из чего состоит поверхность сателлита.

Здесь присутствуют:

• лед водяного типа — до 60%;
• силикаты;
• аммиак — 3%;
• соединения органической природы.

Температура ледяного мира в среднем составляет -178ºС. В той части, которая погружена во тьму, она падает до -213ºС. На камни приходится до 40% массы сателлита.

Есть гипотеза о наличии силикатного ядра, на поверхности которого присутствует мантия изо льда. Если это так,то отвод тепла из недр спутника происходит за счет явлений теплопроводности.

На поверхности спутника представлены хаотично разделенные склоны глубиной до 20 км, древние и более молодые области. Среди распространенных форм рельефа — разломы, хребты, кратеры.

На фото он выглядит словно склеенный из нескольких разных частей. Присутствуют террасы и скалы, каньоны, равнины и углубления различной высоты. Гравитация низкая, и падение физических тел с пиков может занимать десятки минут.

Области

В планетной номенклатуре областями называют крупные участки поверхности, отличающиеся по цвету или яркости.

Те из них, которые удалось заснять на Миранде аппарату «Вояджер 2», получили наименования Мантуя, Эфес, Дунсинан и Сицилия.

Внешне подобные участки представляют собой холмистые равнины, изъеденные воронками кратеров. В ряде участков наблюдаются разъемы и впадины, часть которых образовалась относительно недавно.

В разломах присутствуют грабены, что свидетельствует о тектонических процессах, которые остались в прошлом. Поверхности областей однородные, но на их границах отмечены более яркие очаги.

Венцы

Кольцеобразные или овальные элементы на поверхности планетарных спутников называют венцами.

Миранда — один из сателлитов, на котором отмечены подобные образования. Их формирование окончательно завершилось около 100000 лет назад. Моделирование позволило ученым предположить, что в их образовании принимала участие конвенция в недрах.

Согласно современной гипотезе, в прошлом орбита спутника была более вытянутой, из-за чего он подвергался деформации на каждом повороте под воздействием приливных сил Урана. Недра прогревались, и пластичный лед поднимался к поверхности. При взаимодействии с нею образовывались венцы.

Астрономами открыты 3 венца, существования которых подтвердили снимки Voyager 2:

• Инвернесс. Область в форме трапеции занимает площадь до 200 кв.км и располагается возле южного полюса. Она ограничена комплексом разломов, разделенных промежутками длиной в несколько километров. Кратеров немного, что свидетельствует о небольшом возрасте (по сравнению с другими областями)
• Арден. Простирается с востока на запад на внешнем полушарии Миранды. Размеры с севера на юг определить не удалось, поскольку часть площади на снимке спутника скрыта за линией светораздела. Рельеф внутренней зоны гладкий, внешняя часть образована обрывами.
• Эльсинор. Расположен на ведомом полушарии сателлита, по размерам и структуре схож с венцом Арден. Его внутреннюю часть огибает пояс шириной до 100 км. Внутренний рельеф — сложный комплекс возвышенностей и впадин, сегментов с холмами и кратерами.

Уступы

Возраст уступов на поверхности спутника разный. Некоторые из них старше венцов, другие образовались позже.

На краю впадины, уходящей за край светораздела, находится самый изученный уступ — Верона. Его высота (до 15 км) превышает размеры Большого Каньона в Аризоне. Не исключено, что обрыв продолжается на стороне, скрытой от Солнца.

Еще один крупный уступ (Алжир) находится на северо-западной части венца Эвернесс.

Ударные кратеры

Астрономы хорошо изучили кратеры на южной стороне спутника. Они имеют разную форму, а диаметр варьируется от 500 м до 50 км.

Некоторые образования рельефны, окружены остатками выброшенного во время катастрофических столкновений вещества. Другие едва видны, стерты со временем.

Все они простые, с дном чашеобразной или плоской формы. Зависимости размеров кратеров от их внешнего вида нет.

Открыты кратеры Гонзало, Просперо, Стефано, Алонзо, Фердинанд.

Карта поверхности спутника

План спутника позволяет оценить расположение ключевых форм рельефа, астрономам доступно только южное ее полушарие.

На карте отмечены южный полюс, крупные области, открытые учеными венцы и уступы, крупные ударные кратеры и рытвины.

Наряду с шевроном (яркой областью в виде буквы V) имеется наложение хребтов и долин, покрытых каньонами, и гладких поверхностей, темных каньонов.

Космические исследования Миранды

Практически вся информация о сателлите, которая доступна человечеству, получена в результате его встречи с модулем «Вояджер 2» в 1986 г. (дистанция 29000 км).

Сделанные аппаратурой того времени фотографии имеют разрешение 500 м. Заснято 40% поверхности, при этом 35% позволили выполнить геологическое кадрирование.

До сих пор остается тайной, что представляет собой северное полушарие сателлита, поскольку экспедиции к его поверхности больше отправлены не были. Всю современную информацию ученые черпают из наземных наблюдений.

Согласно последней информации, NASA планирует запуск миссии Uranus orbiter and probe (к 2023 г.). В задачу проекта входит изучение Урана, его атмосферы, спутников и колец.

Время в пути до седьмой планеты — 13 лет. Инновационный атмосферный зонд в составе миссии позволит ученым узнать больше о Миранде.

Космическим обществом Европы также обсуждается программа Uranus Pathfinder. В будущем она даст возможность получить больше информации о планете и ее спутниках.