Умбриэль (спутник)

Шаблон:Спутник Умбриэ́ль<ref>Шаблон:Книга</ref> — спутник планеты Уран, открытый Уильямом Ласселом 24 октября 1851 года. Назван в честь гнома из пародийной поэмы английского поэта Александра Поупа Шаблон:Iw».

Умбриэль в основном состоит изо льдов с существенной долей камня. Возможно, он имеет каменное ядро, покрытое ледяной мантией. По размерам Умбриэль занимает третье место среди спутников Урана и обладает самой тёмной поверхностью, отражая всего 16 % падающего света.

Умбриэль, покрытый многочисленными ударными кратерами, достигающими 210 километров в диаметре, занимает второе место среди спутников Урана по количеству кратеров (после Оберона).

Умбриэль, как и все спутники Урана, предположительно образовался в аккреционном диске, окружавшем планету первое время после её формирования.

Систему Урана изучал с близкого расстояния лишь один космический аппарат — «Вояджер-2». Пролёт состоялся в январе 1986 года. Несколько снимков Умбриэля позволили изучить и картировать примерно 40 % его поверхности.

Открытие и наименование

Умбриэль был обнаружен Уильямом Ласселом 24 октября 1851 года вместе с другим спутником Урана, Ариэлем<ref name="Lassell1851">Шаблон:Статья</ref><ref name="Lassell1851b">Шаблон:Статья</ref>. Хотя Уильям Гершель, первооткрыватель Титании и Оберона, заявил в конце XVIII века о том, что наблюдал еще четыре спутника Урана<ref name="Herschel3">Шаблон:Статья</ref>, его наблюдения не были подтверждены, и право Гершеля считаться открывателем остальных спутников Урана оспаривается<ref name="Struve1848">Шаблон:Статья</ref>.

Все спутники Урана названы в честь персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Наименования всех четырёх на тот момент известных спутников Урана были предложены сыном Уильяма Гершеля — Джоном — в 1852 году по просьбе Уильяма Лассела<ref name="Lassell5">Шаблон:Статья</ref>. Умбриэль назван в честь меланхоличного гнома из произведения Александра Поупа «Похищение локона»<ref name="Kuiper1949">Шаблон:Статья</ref>. Латинское слово «umbra» означает тень. Спутник также обозначается как Уран II<ref name="Lassell1851b" />.

Орбита

Файл:ESO-Uranus-Moons-RUS.jpg

Уран со спутниками. Снимок в ближней инфракрасной области (Паранальская обсерватория, 2002)

Орбита Умбриэля находится в Шаблон:Число от Урана, это третий по удалённости из пяти основных спутников Урана. Наклонение орбиты к экватору планеты очень маленькое<ref name="orbit">Шаблон:Cite web</ref>. Орбитальный период Умбриэля равен 4,1 земных суток и совпадает с периодом его вращения. Другими словами, Умбриэль — синхронный спутник Урана и всегда повернут к нему одной и той же стороной<ref name="Smith1986">Шаблон:Статья</ref>. Орбита Умбриэля полностью проходит внутри магнитосферы Урана<ref name="Grundy2006">Шаблон:Статья</ref>, а атмосферы у этого спутника нет. Поэтому его заднее (по ходу орбитального движения) полушарие постоянно бомбардируется частицами магнитосферной плазмы, которые движутся по орбите намного быстрее Умбриэля (с периодом, равным периоду осевого вращения Урана)<ref name="Ness1986">Шаблон:Статья</ref>. Возможно, это и приводит к потемнению заднего полушария, которое наблюдается на всех спутниках Урана, кроме Оберона<ref name="Grundy2006" />. Пролёт автоматической межпланетной станции «Вояджер-2» позволил обнаружить вблизи Умбриэля явное уменьшение концентрации ионов магнитосферы Урана<ref name="Krimigis1986">Шаблон:Статья</ref>.

Так как Уран вращается вокруг Солнца «на боку», а его плоскость экватора примерно совпадает с плоскостью экватора (и орбиты) его крупных спутников, смена сезонов на них очень своеобразна. Каждый полюс Умбриэля 42 года находится в полной темноте и 42 года непрерывно освещён, причём во время летнего солнцестояния Солнце на полюсе почти достигает зенита<ref name="Grundy2006" />. Пролет «Вояджера-2» в январе 1986 года совпал с летним солнцестоянием над южным полюсом, при этом почти все северное полушарие находилось в полной темноте. Раз в 42 года — во время равноденствия на Уране — Солнце (и вместе с ним Земля) проходит через его экваториальную плоскость, и тогда можно наблюдать взаимные затмения его спутников. Несколько таких событий наблюдалось в 2007—2008 годах, в том числе два покрытия Титании Умбриэлем 15 августа и 8 декабря 2007 года и покрытие Ариэля Умбриэлем 19 августа 2007 года<ref name="occultations">* Шаблон:Статья

• Шаблон:Статья</ref>.

В настоящее время у Умбриэля нет орбитального резонанса ни с одним из спутников Урана. Однако, вероятно, в начале своего существования у него существовал резонанс 1:3 с Мирандой. Возможно, это увеличило эксцентриситет орбиты Миранды, способствуя внутреннему нагреванию и геологической активности этого спутника, в то время как на орбиту Умбриэля это практически не повлияло<ref name="Tittemore1990">Шаблон:Статья</ref>. Спутникам Урана легче выйти из орбитального резонанса, чем спутникам Сатурна или Юпитера, поскольку сплющенность и размер Урана меньше, чем у более крупных планет-гигантов. Пример тому — Миранда, которая вышла из резонанса (с чем, вероятно, и связано аномально большое наклонение её орбиты)<ref>Шаблон:Статья</ref><ref>Шаблон:Статья</ref>.

Состав и внутреннее строение

Шаблон:Аудиостатья введение Умбриэль — третий по размеру и четвёртый по массе спутник Урана. Его плотность — 1,39 г/см³<ref name="Jacobson1992">Шаблон:Статья</ref>. Из этого следует, что спутник в значительной степени состоит из водяного льда, а более плотные компоненты составляют около 40 % его массы<ref name="Hassmann2006">Шаблон:Статья</ref>. Эти компоненты могут представлять собой камни, а также высокомолекулярные органические соединения, известные как толины<ref name="Smith1986" />. При помощи инфракрасной спектроскопии на поверхности обнаружен водяной лёд<ref name="Grundy2006" />. Его абсорбционные полосы на переднем полушарии выражены сильнее, чем на заднем. Причины такой асимметрии неизвестны, но предполагается, что это может быть вызвано бомбардировкой поверхности заряженными частицами из магнитосферы Урана, которая действует именно на заднее полушарие (вследствие совместного вращения планеты и плазмы)<ref name="Grundy2006" />. Эти частицы распыляют лёд, разлагая содержащийся в нём (образующий клатрат) метан и воздействуют на другие органические вещества, оставляя тёмный остаток, богатый углеродом<ref name="Grundy2006" />.

Снимок Умбриэля с использованием фиолетовых и светлых фильтров

При помощи инфракрасной спектроскопии на поверхности Умбриэля, помимо воды, обнаружен углекислый газ, который сконцентрирован в основном на заднем полушарии спутника<ref name="Grundy2006" />. Происхождение углекислого газа не вполне ясно. Он мог образоваться на поверхности из карбонатов или органических веществ под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения или заряженных частиц, прибывающих из магнитосферы Урана. Последнее может объяснить асимметрию в распределении углекислого газа по поверхности спутника, потому что эти частицы бомбардируют именно ведомое полушарие. Другой возможный источник CO₂ — дегазация водяного льда в недрах Умбриэля, которая может быть следствием прошлой геологической активности спутника<ref name="Grundy2006" />.

Умбриэль может быть дифференцирован на каменное ядро и ледяную мантию<ref name="Hassmann2006" />. Если это так, то радиус ядра (около 317 км) составляет примерно 54 % радиуса спутника, а масса ядра — около 40 % массы спутника (параметры рассчитаны исходя из состава Умбриэля). В этой модели давление в центре Умбриэля составляет около 0,24 ГПа (2,4 кбар)<ref name="Hassmann2006" />. Нынешнее состояние ледяной мантии неясно, хотя существование подповерхностного океана считается маловероятным<ref name="Hassmann2006" />.

Поверхность

Снимок Умбриэля, на котором выделены участки с разным альбедо. Тёмные области выделены красным цветом, светлые — синим

Поверхность Умбриэля темнее, чем поверхности всех других спутников Урана, и отражает менее половины света, который отражает Ариэль, хотя эти спутники близки по размеру<ref name="JPLSSD">Шаблон:Cite web</ref>. Умбриэль имеет очень низкое альбедо Бонда — всего около 10 % (для сравнения, у Ариэля оно равно 23 %)<ref name="Karkoschka2001a">Шаблон:Статья</ref>. Поверхность Умбриэля демонстрирует оппозиционный эффект: при увеличении фазового угла с 0° до 1° отражательная способность уменьшается с 26 % до 19 %. В отличие от другого тёмного спутника Урана — Оберона — поверхность Умбриэля слегка голубого цвета<ref name="Bell1991">Шаблон:Cite conference</ref>. Молодые ударные кратеры (например, кратер Ванда)<ref name="Plescia1987">Шаблон:Статья</ref> ещё голубее. Кроме того, переднее полушарие немного краснее заднего<ref name="Buratti1991">Шаблон:Статья</ref>. Это покраснение, вероятно, вызвано космическим выветриванием из-за бомбардировки заряженными частицами и микрометеоритами со времён образования Солнечной системы<ref name="Bell1991" />. Однако асимметрия цвета Умбриэля может быть связана и с аккрецией красноватого материала, поступающего из внешней части системы Урана (вероятно, от нерегулярных спутников). Это вещество должно оседать в основном на переднем полушарии<ref name="Buratti1991" />. Если не считать этого различия полушарий, поверхность Умбриэля относительно однородна по альбедо и цвету<ref name="Bell1991" />.

Наименование кратеров на Умбриэле<ref name="usgs" />
(Детали рельефа Умбриэля названы в честь злых или тёмных духов из различных мифологий.)<ref name="Strobell1987">Шаблон:Статья</ref>

Кратер	Происхождение наименования	Координаты	Диаметр (км)
Альберих	Альберих, карлик из «Песни о Нибелунгах»		52
Фин	Фин, тролль в датском фольклоре		43
Гоб	Гоб, король гномов		88
Каналоа	Kanaloa, главный злой дух в полинезийской мифологии		86
Малинги	Malingee (Мутинга), старуха-ведьма в мифологии австралийских аборигенов		164
Минепа	Minepa, злой дух у народа макуа из Мозамбика		58
Пери	Пери, злые духи из персидской мифологии		61
Сетибос	Сетибос, князь тьмы в Патагонии		50
Скинд	Торопыга, тролль в датском фольклоре		72
Вувер	Вувер из финской мифологии		98
Воколо	Воколо, злой дух из верований народа бамбара, живущего в западной Африке		208
Ванда	Ванда в мифологии австралийских аборигенов		131
Злыдень	Злыдень, злой дух в славянской мифологии		44

Шаблон:- Поверхность спутника сильно кратерирована, но на ней нет кратеров с хорошо заметными светлыми лучами, в отличие от других спутников Урана. Одно из предложенных объяснений этому состоит в том, что тепла, выделявшегося в недрах Умбриэля в эпоху его образования, почему-то было недостаточно для плавления коры и гравитационной дифференциации. Поэтому состав Умбриэля слабо зависит от глубины, и выбросы глубинных пород вокруг ударных кратеров неотличимы от основной поверхности. Однако наличие каньонов показывает, что когда-то на спутнике протекали эндогенные процессы; вероятно, они привели к обновлению поверхности и уничтожению старых форм рельефа.

Сейчас на Умбриэле названия имеют детали рельефа лишь одного типа — кратеры<ref name="usgs">Шаблон:Cite web</ref>. Их на этом спутнике намного больше, чем на Ариэле и Титании, что указывает на его меньшую эндогенную активность<ref name="Plescia1987" />. Из всех спутников Урана только Оберон превосходит Умбриэль по числу кратеров. Диаметры известных кратеров составляют от нескольких километров до 210 километров (для кратера Воколо)<ref name="Plescia1987" /><ref name="usgs" />. Все изученные кратеры Умбриэля имеют центральный пик<ref name="Plescia1987" />, но ни у одного нет лучей<ref name="Smith1986" />.

Одна из главных отличительных особенностей Умбриэля — кратер Ванда с необычным светлым кругом на его дне. Это самая видная геологическая структура — диаметр составляет около 131 километра<ref name="usgsWunda">Шаблон:Cite web</ref><ref name="hunt">Шаблон:Книга</ref>. Яркое кольцо на дне кратера, возможно, состоит из пород, выбитых из недр Умбриэля ударным воздействием<ref name="Plescia1987" />. У соседних кратеров, таких как Вувер и Скинд, нет таких колец, но зато есть яркие центральные пики<ref name="Smith1986" /><ref name="hunt" />. Исследование лимба Умбриэля выявило структуру, которая может быть очень большим кратером (диаметром около 400 километров и глубиной около 5 километров<ref name="Moore2004">Шаблон:Статья</ref>).

Поверхность Умбриэля, как и других крупных спутников Урана, испещрена системой каньонов, направленных с северо-востока на юго-запад<ref name="Croft1989">Шаблон:Cite conference</ref>. Однако им не присвоены имена, поскольку разрешение снимков недостаточно для качественного геологического картирования<ref name="Plescia1987" />.

Поверхность Умбриэля не изменялась после поздней тяжелой бомбардировки, поэтому на ней очень много кратеров<ref name="Plescia1987" />. Единственные признаки эндогенной активности — каньоны и тёмные многоугольники (участки сложной формы диаметром от десятков до сотен километров)<ref name="Helfenstein1989">Шаблон:Статья</ref>. Эти многоугольники были обнаружены при помощи точной фотометрии снимков «Вояджера-2». Они распределены более или менее равномерно по всей поверхности Умбриэля с преимущественной ориентацией с северо-востока к юго-западу. Некоторые такие участки соответствуют низинам до нескольких километров в глубину и, возможно, являются результатом ранней тектонической активности Умбриэля<ref name="Helfenstein1989" />. В настоящее время нет объяснения, почему поверхность спутника такая тёмная и однородная. Возможно, она покрыта тонким слоем тёмного материала, вынесенного на поверхность метеоритными ударами или выброшенного вулканами<ref name="Buratti1991" />. По другой версии, кора Умбриэля может полностью состоять из тёмной материи, что делает невозможным появление ярких выбросов вокруг кратеров. Однако этому, возможно, противоречит наличие яркого кольца в кратере Ванда<ref name="Smith1986" />.

Происхождение и эволюция

Как и все крупные спутники Урана, Умбриэль, вероятно, сформировался из аккреционного диска газа и пыли, который либо существовал вокруг Урана в течение какого-то времени после формирования планеты, либо появился при мощном столкновении, которое, скорее всего, и дало Урану очень большой наклон оси вращения<ref name="Mousis2004">Шаблон:Статья</ref>. Точный состав туманности неизвестен, однако более высокая плотность спутников Урана по сравнению со спутниками Сатурна указывает, что эта туманность, вероятно, содержала меньше воды<ref name="Smith1986" />. Значительные количества углерода и азота, возможно, были представлены в виде оксида углерода (CO) и молекулярного азота (N₂), а не аммиака и метана<ref name="Mousis2004" />. Спутник, формировавшийся в такой туманности, должен содержать меньшее количество водяного льда (с клатратами CO и N₂) и большее количество каменистых пород, а потому иметь более высокую плотность<ref name="Smith1986" />.

Образование Умбриэля путём аккреции, вероятно, продолжалось в течение нескольких тысяч лет<ref name="Mousis2004" />. Столкновения, сопровождавшие аккрецию, вызывали нагрев наружных слоев спутника<ref name="Squyres1988">Шаблон:Статья</ref>. Максимальная температура (около 180 K) была достигнута на глубине приблизительно 3 километра<ref name="Squyres1988" />. После завершения формирования внешний слой остыл, в то время как внутренний стал нагреваться из-за распада радиоактивных элементов, заключенных в его породах<ref name="Smith1986" />. Поверхностный слой за счет охлаждения сжимался, в то время как нагревающийся внутренний расширился. Это вызвало в коре Умбриэля сильное механическое напряжение, которое могло привести к образованию разломов<ref name="Hillier1991">Шаблон:Статья</ref>. Этот процесс должен был длиться около 200 млн лет. Таким образом, эндогенная деятельность на Умбриэле должна была прекратиться несколько миллиардов лет назад<ref name="Smith1986" />.

Тепла от изначальной аккреции и продолжавшегося далее распада радиоактивных элементов могло хватить для плавления льда<ref name="Squyres1988" />, если в нём есть какие-либо антифризы (например, аммиак в форме гидрата аммиака и соль<ref name="Hassmann2006" />). Таяние могло привести к отделению льда от камня и формированию каменного ядра, окруженного ледяной мантией<ref name="Plescia1987" />. На границе ядра и мантии мог образоваться слой жидкой воды (океан), насыщенный растворённым аммиаком. Эвтектическая температура этой смеси равна 176 К. Если температура океана была ниже этого значения, то он должен был давно замерзнуть<ref name="Hassmann2006" />. Среди всех спутников Урана Умбриэль был наименее подвержен эндогенным процессам преобразования поверхности<ref name="Plescia1987" />, хотя эти процессы могли оказать своё влияние на Умбриэль (как и на другие спутники) в начале его существования<ref name="Helfenstein1989" />. Сведения об Умбриэле до сих пор очень скудны и в значительной мере ограничены исследованиями, проведенными «Вояджером-2».

Исследования

Графическая реконструкция частичного покрытия Урана Умбриэлем

Единственные на сегодняшний день изображения Умбриэля крупным планом были получены «Вояджером-2», который сфотографировал спутник во время исследований Урана в январе 1986 года. Наименьшее расстояние до спутника составляло 325 000 километров (202 000 миль)<ref name="Stone1987">Шаблон:Статья</ref>, и самые детальные снимки имеют разрешение 5,2 километра<ref name="Plescia1987" />. Изображения покрывают только 40 % поверхности, и лишь 20 % отсняты с качеством, достаточным для геологического картирования<ref name="Plescia1987" />. Во время пролёта южное полушарие Умбриэля (как и других спутников) было обращено к Солнцу, поэтому северное полушарие не было освещено и не могло быть изучено<ref name="Smith1986" />. Ни Уран, ни Умбриэль не посещались другими межпланетными зондами, не планируются посещения и в обозримом будущем.

Ссылки

• Основные параметры орбит спутников планетШаблон:Ref