Современная Солнечная система

Современная Солнечная система

В.С.Уральская

Государственный Астрономический институт им. П.К.Штернберга

ural@sai.msu.ru

Солнечная система

Солнце 100 крупных членов – 9 больших планет и 91 спутник свыше 175 тысяч астероидов свыше 1300 комет огромное множество метеорных тел Спутниковые системы планетПланеты земной группы Внешние планетыМеркурий – нет Юпитер - 28 спутниковВенера - нет Сатурн - 30 спутниковЗемля - 1 спутник Уран - 21 спутникМарс - 2 спутника Нептун - 8 спутников Плутон - 1 спутник66 спутников имеют названия, остальные - временные обозначения

КлассификацияКлассификация спутниковспутников

Внутренние спутники неправ.формы, разм. неск. дес.км, расст. до 200000 кмЮпитер - 4, Сатурн - 9, Уран - 11, Нептун - 6 Главные спутники регулярные орбиты - круговые, в плоскости экватора планетыразмер от 500 до 5000 км, расст. от 200000 до 4 млн. км4 галилеевых спутника, 8 классических спутников Сатурна, 5 главных спутников Урана Внешние спутники размер от неск. км до неск. дес. км, неправильная форма,нерегулярные орбиты, расст. от 4 до 25 млн.кмЮпитер- вместо 8 стало 20, в системе Сатурна от 1 до 13,в системе Урана открыто 5, Нереида - у Нептуна искл. - Луна, спутники Марса, Тритон, Харон

Двойная система Земля - Луна

а = 384400 км, е = 0.0554,i = 5.16Т(вращ )=Т(орб)=27.32сут-звездный или сидерический месяцТ(синод)= 29.53 сут-период смены лунных фазДиаметр Луны 3474 кмD(Луны)= 0.27 D(Земли)М(Луны)= 1/81М(Земли)Двойная системаЦентр масс (4750 км от центра планеты)Приливное трение вызываетвековое увеличение большой полуосиорбиты Луны, что приводит к ееудалению от Земли

Спутники Марса Фобос и Деймос

Спутник а е i T Размеры (тыс.км) (град) (сут) (км)Фобос 9.4 0.0151 0.9 0.3125 27x22x18Деймос 23.5 0.0002 1.9 1.2625 15x12x10 Неправильная форма, поверхность изрыта кратерами, размер кратераСтикни 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 онускоряется в своем движении вокруг Марса. Так называемое вековоеускорение составляет c=0.001220 град/год². Высота орбитыуменьшается на 9 м за каждые 100 лет. Через 40 млн.лет период обращенияуменьшится с 7.5 до 1.7.час и спутник неминуемо разрушится (уже сейчас оннаходится внутри предела Роша). Приливные, гравитационные и другиеизвестные силы не объясняют это явление природы.

Фобос и Деймос

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

Система ЮпитераВнутренние спутники

Спутник Номер а(тыс.км) е i T(сут) D(км)Метида XVI 128.0   0.0 0.00 0.295 40Адрастея XV 129.0   0.0 0.00 0.298 262016Амальтея V    181.4 0.002 0.36 0.498

262146134Теба XIV   221.9   0.017  1.094  0.675

11090

Связь с кольцами Юпитера

Гало 1.3 - 1.71 R J (толщина 20 000 км)Главное кольцо 1.71 - 1.81 R J (толщина < 30 км)Внутренне паутинное кольцо 1.81 - 2.55 R J

Внешнее паутинное кольцо 2.55 - 3.15 R J

Галилеевы спутники Юпитера

Спутник а е i T D (км) (град) (сут) (км)Ио    421800   0.0041  0.040 1.769 3642 Европа      671100   0.0093  0.470    3.551 3130 Ганимед   1 070400   0.0016  0.195    7.155 5268Каллисто 1 882800   0.0074  0.281  16.69 4806

Ио-Европа-Ганимед

тройной резонанс 1:2:4

Соотношение Лапласа

Вековое ускорение Ио

Внешние спутники ЮпитераГруппа Гималии

S/2000J1 был отождествлен со спутником, наблюдавшимся

Ковалом в 1975 г., т.е. S/2000J1=S/1975J1

Название Номер атыс.км

е iград

Tсут

Dкм

S/2000J1 7507 0.24 43.1 130.0 8

Леда XIII 11070 0.15 26.7 238.5 10

Гималия VI 11369 0.16 30.2 247.9 170

Элара VII 11668 0.22 28.9 259.8 80

Лиситея X 11818 0.10 27.8 260.2 24

S/2000J11 12555 0.25 28.3 286.9 4

Внешние спутники Юпитера Группа Пасифе

Спутник Номер а(тыс.км) е i T(год) D(км)

Ананке XII 20943 0.252 147.0 1.70 20Карме XI 22140 0.263 166.3 1.84 40Пасифе VIII 23337  0.380 140.0 2.00 36Синопе IX 23636 0.370 158.0 2.04 28

В 1999 г. по программе Spacewatch (Аризона) открытспутник диаметром 10 км S/1999 J1. В 2000 г. открытыеще 11 спутников (Гавайи). Два спутника на прямыхорбитах, 10 спутников с обратным движением

Н омер a(тыс.км)

е i(град)

T(сут)

D(км)

S/2000 J3 20216 0.217 149.7 585 5.2S/2000 J7 20964 0.220 148.7 617 6.8S/2000 J5 21132 0.227 148.7 624 4.4S/2000 J6 23078 0.261 165.0 719 3.8S/2000 J4 23168 0.270 164.9 723 3.2S/2000 J9 23312 0.251 165.2 730 5.0S/2000J10 23387 0.238 165.3 734 3.8S/2000 J2 23745 0.243 165.2 751 5.2S/2000 J8 23911 0.425 152.7 758 5.4

Новые обратные спутники Юпитера (10)

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

Система СатурнаВнутренние 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

Классические спутники Сатурна

Мимас 397 кмЭнцелад 500 кмТефия 1060 кмДиона 1118 кмРея 1528 кмТитан 5150 кмГиперион 280 кмЯпет 1436 км

РезонансыЭнцелад - Диона 2:1Мимас – Тефия 2:1Титан – 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

Главные спутники Сатурна с лагранжианамиСпутник N а(тыс.км) е i T(сут) D(км)Мимас I 174.3 0.0206 1.53 0.942 397.2Энцелад II 238.0 0.0001   0.02 1.370 498.8Тефия III 294.6 0.0001   1.09 1.888 1059.6Телесто XIII 294.7 0.0010   0.0 1.888 24Калипсо XIV 294.7 0.0005   0.0 1.888 30x24x16Диона IV 377.4 0.0002   0.02 2.737 1118Елена XII 377.4 0.0001   0.2 2.737 36x30Рея V 527.1 0.0009   0.35 4.518 1528Титан VI 1221.9 0.0288   0.33 15.95 5150Гиперион VII 1464.1 0.0175   0.43 21.28 350280220Япет VIII 3560.8 0.0284 14.72 79.33 1436

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. - 46)

Кольца Сатурна  

Резонансы объясняют многиеособенности тонкой структуры колец –спиральные волныплотности, острыекрая щелей и пустоти 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

Внешние спутники Сатурна(12 новых - 7 прямых и 5 обратных)

Спутник а(тыс.км) е i T(сут) D(км)S/2000 S5 11368 0.3330 45.848 449.20 14S/2000 S6 11465 0.3191 46.642 453.05 10Феба (IX) 12944 0.1644 173.213 548.21 220S/2000 S2 15197 0.3651 44.960 687.03 19S/2000 S8 15676 0.2702 153.007 730.84 6.4S/2000 S11 16404 0.4779 34.019 783.86 26S/2000 S10 17452 0.4692 34.742 860.03 8.6S/2000 S3 17826 0.2747 45.816 868.98 32S/2000 S4 18241 0.5359 33.513 925.55 13S/2000 S9 18486 0.2214 167.424 939.90 5.6S/2000 S12 19747 0.1199 175.826 1038.11 7S/2000 S7 20144 0.4458 175.862 1068.06 7S/2000 S1 23117 0.3335 173.118 1314.08 17

Видимое движение прямых внешних спутников Сатурна на 2001-02 г.г.

Размер окна 7200 "=

=2° (51.7 млн.км)

Эфемериды всех новых

спутников

Юпитера, Сатурна и

Урана на 2001-02 г.г.

вычислены в отделе

небесной механики

ГАИШ и помещены на

сайте “Небесная

механика”

http://lnfm1.sai.

msu.ru/neb

Кольца УранаДевять 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

Внутренние спутники Урана

Спутник а(тыс.км) е i T(сут) D(км)Корделия 49.8 0.003 0.085 0.33 26Офелия 53.8 0.099 0.104 0.37 30Бианка 59.2 0.009 0.193 0.43 42Крессида 61.8 0.004 0.006 0.46 62Дездемона 62.7 0.001 0.113 0.47 54Джульетта 64.4 0.007 0.065 0.49 84Портия 66.1 0.001 0.059 0.51 108Розалинда 69.9 0.001 0.279 0.56 54Белинда 75.3 0.001 0.031 0.62 66S/1986 U10 76.4 0 0 0.63 40Пак 86.0 0.001 0.319 0.76 170S/1986 U10 открыт в 1999 г. Каркошкой на снимках Вояджера 1986 г.

Главные спутники Урана

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

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-мтелескопе 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 7168.8 0.082 139.6 1.58 80

Stephano Стефано XX 7942.4 0.145 141.5 1.85 20Sycorax Сикоракса XVII 12213.6 0.509 152.6 3.5 160

Prospero Просперо XVIII 16113.4 0.327 146.3 5.3 30

Setebos Сетебос XIX 18205.1 0.494 148.8 6.4 30

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.

Система Нептуна Внутренние спутникиКольца Нептуна: два узких кольца Адамса (1989N1R) и Леверье (1989N2R), широкие кольца Галле (1989N3R) и Лассела (1989N4R) внешнее кольцо Адамса содержит три дуги

Спутник Номер а е i T D (тыс.км) (град) (сут) (км)Наяда III 48.2 0.0003   4.74 0.294 54Таласса IV 50.1 0.0002    0.21 0.311 80Деспина V 52.5 0.0001    0.07 0.335 150Галатея VI 62.0 0.0001   0.05 0.429 180Ларисса VII 73.5 0.0014   0.20 0.555 190Протей VIII 117.6 0.0004   0.04 1.122 400Вояджер (1989 г.) 4 спутника находятся внутри колец НептунаДеспина и Галатея могут определять резкие границы кольца Леверье

Внутренние спутники Нептуна

Спутник Нептуна - Тритон

D=2705 км а=354.8 тыс.кме = 0 i =157 Tорб =Твращ = 5.8 сутОбратное движениеПриливное взаимодействиес Нептуном приведет к тому,что через 10-100 млн.лет онпопадет внутрь предела РошаАтмосфера - азот с примесьюметана, водорода

Внешний спутник Нептуна

Нереида

а = 5513.4 тыс. км

е = 0.7512

i = 27 .6T = 360.14 сут

D = 340 км

Самая вытянутая орбитаспутника в солнечнойсистеме

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=19 130 км е = 0.0002 i = 94.3D=1192 км, Т = 6.4 сут

Тройной резонанс – синхронность вращения планеты и спутника сорбитальным движением

Плутон открыт Томбо в 1930 г.

Харон - в 1978 г. Кристи

Взаимные события в системе

Плутон - Харон в 1985-1990 г.г.

(раз в 124 года)

Плутон и большие планетыПлутон и транснептунные объекты

Плутон D=2274 кмD(Харон) =1172 км Альбедо Плутона 60 %Харона на 30% меньше Двойная системаПлутон - Харон Атмосфера (азот, метан, аргон)

Транснептунные объектыD (Варуна) =900 км,D(2001 KX76)=1200км Альбедо TNO’s 7%

4 двойных объекта1998WW31 а=46.4 а.е.(200 и 150 км, 40000 км)

Все внешние планеты - газовые гиганты, Плутон - твердое тело Плутон - самая маленькая планета D=2274, D(Меркурия)=4480км Все большие планеты движутся в плоскости эклиптики по

круговым орбитам, орбита Плутона имеет i=17град, e = 0.25 Орбита Плутона пересекает орбиту другой большой планеты

Размеры транснептунных объектов

(20000)2000 WR106 Варуна (Varuna) 900 км (Н = 3.7)

(28978) 2001 KX76 1200 км (Н = 3.2)14 объектов < 5 mag (600-1200 км)

РаспределениеРаспределение TNO’s по размерам описывается степенным законом с индексом -4

Объектов размера Плутона должно быть 5-10

Пояс Койпера

525 транснептунных объектов (а ~30-50 а.е.)

- классические объекты пояса Койпера (а ~ 41- 47 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 ~ 70000 объектов > 100 км

1/10 массы Земли

В 300 раз массивнее Главного пояса

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 ~ 8 - 560 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 астероидовОбщее 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 км3 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)

Распределение астероидов по большим полуосям во внутренней

области солнечной системы

ТроянцыТроянцы

ОколоземныеОколоземные

астероидыастероиды

Главный поясГлавный пояс

Большая полуосьБольшая полуось

(а.е.)(а.е.)

ЧислоЧисло

объектовобъектов

К апрелю 2002 г.

Общее количество астероидов 175753

из них нумерованных 39462

наблюдавшихся в М-оппозициях 85831

в 1- оппозиции 50460

имеют названия 9213 астероидов

Троянцы

В 1906 г. открыт (588) Achilles на орбите Юпитера

Резонанс 1:1 с Юпитером (треугольные точкилибрации ограниченной задачи трех тел)

Общее количество троянцев 1221Юпитер - 1215, причем в точке L4 - 696, в L5 - 519

(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)

Околоземные астероиды. Эрос

1829 околоземных астероидовиз них > 1 км (< 18 mag) - 576Семейство Атона а<1 а.е.- 141 Апполона q<1 а.е.- 854 Амура q<1.3а.е.-834Эрос (Eros) 331313 кма=1,46 а.е., е= 0,22, i=11Посадка NEAR 14 февраля 2001 г.(Near Earth Asteroid Rendezvous)Эрос не имеет атмосферы и водыДневная температура 100 С, ночная (-150С) Это каменный астероид S-типа из силикатов (пироксены и оливины)с металлическим никелем и железом

Потенциально опасные астероиды

r < 0.05 а.е. (7.5 млн.км ~ 20 r Луны) V < 22 зв.велич. (>200м)

Потенциально опасные астероиды - 415,из них < 18 зв.велич., т.е. > 1 км - 114Apollo (1932 ), Adonis (1936), Hermes (1937) - потерянБлиже всех на расст. 0.003 а.е.подошел к Земле 1996 JA1 (500 м )1996 May 19.69

В 2001 г. 10 потенц.опасных астероидов ближе 0.01 а.е., в 2002 г. - 47 янв. 2002 г. 2001 YB5 (r = 2.2 r Луны , D = 190 - 440 м)25 мая 2001г. 1999 KW4 (r = 12 r Луны , D = 1.4 -3.2 км)

В XXI веке ближе всех к Земле подойдут астероиды1999 AN10 (D=1200 м) r= r Луны=390 тыс.км 2027, авг.7,302002 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)

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 кмМаленький принц (Petit-Prince) 13 км a = 2.72 а.е., d = 1190 км, Т = 4.7 сут

(762) ) Пулково (Pulcova) D = 68 кмспутник 1/10a = 3.16 а.е. d = 850 км, Т = 4 сут

(22) Kalliope, (532)Herculina, (107)Camilla

Двойные астероиды(90)Антиопа (Antiope)

а = 3.16 а.е., D1 = 85км, D2 = 85кмd = 170 км T = 16.5 час Троянец (617) Патрокл (Patrocle )а= 5.2 а.е. D1 = 105 км, D2 = 95 км2 NEO – околоземных астероида4 TNO – транснептунных объекта15 двойных астероидов

Тройной астероид (87) Сильвия (Sylvia) а= 3.48 а.е. D1 = 227 км, D2 = 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

Кометы

Каталог кометных орбит 1999 г. содержит 1722 орбиты для 1688 кометных появлений,относящихся к 1036 различным кометамВ 1999г.открыты 83 кометы, в 2001-132 (90 из них-SOHO) 20 комет приблизились к Земле на расстояние меньше0,1020 а.е., что составляет примерно 15 млн. км.Ближе всех комета Лекселла (Lexell) в 1770г. - 2.25 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 Землепо почти параболической орбите (e=0.9996) на очень близкоерасстояние 0,1а.е., примерно 15 млн.км (m=0)

Кометы - санграйзеры

Санграйзеры - исчезающие кометы.94 % слабых комет вблизи Солнцапринадлежат группе Kreitz-sungrazersq=0.0051 а.е., е=1.0, i = 144.6 (R Солнца=0.00465 а.е.)Ephorus (Эфор) в 372 г.-распад кометыМарсден вычислил в1100г.- 2 кометыЕще два семейства комет-санграйзеров:6 комет принадлежит одной группеC/2001 X8 q = 0.037a.e, w=56 W= 74 i = 724 кометы - группе C/1999 J6 q = 0.049а.е., w= 22,

W= 82, i = 26 Две кометы в поле зрения коронографа

Комета Борелли (19P/Borrelly)

Космический аппарат Deep Space-1прошел 22 сент. 2001г. на расстоянии2200 км (Джотто-585км)Кометное ядро имеет изрезанныйландшафт, гладкие долины сосветлыми областями - источникамипоступления пыли и газа в кометнуюоболочку, глубокие трещины и высокие гребни из крайне темногоматериала

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

Комета Хейла-Боппа

В среднем ежегодно появляетсякомета с абс.яркостьюсвыше 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

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