Тритон (спутник)

Трито́н (др.-греч. Τρίτων) — крупнейший спутник Нептуна, открытый английским астрономом Уильямом Ласселом 10 октября 1846 года. Седьмой по величине спутник Солнечной системы и единственный крупный спутник Солнечной системы с ретроградным движением по орбите. Из-за ретроградного движения и схожести состава с Плутоном считается захваченным из пояса Койпера[1].

Предполагается, что Тритон имеет массивное каменно-металлическое ядро[2], составляющее до ⅔ его общей массы, окружённое ледяной мантией с коркой водяного льда и слоем азотного льда на поверхности[3]. Содержание водяного льда в составе Тритона оценивается от 15 до 35 %.

Тритон был открыт английским астрономом Уильямом Ласселом 10 октября 1846 года[6], спустя 17 дней после открытия планеты Нептун.

После обнаружения планеты немецкими астрономами Иоганном Готтфридом Галле и Генрихом Луи д’Арре, Джон Гершель написал Уильяму Ласселу письмо с предложением попробовать найти у Нептуна спутники. Лассел занялся этим и уже спустя 8 дней открыл Тритон[7][8][9]. Лассел также утверждал, что наблюдал у Нептуна кольца. И хотя кольца у планеты действительно есть, официально они были открыты лишь в 1968 году, поэтому заявление Лассела о наблюдении колец подвергается сомнению[10].

Спутник был назван в честь древнегреческого бога Тритона, сына Посейдона. Несмотря на то, что Уильям Лассел участвовал в спорах о названии тех или иных спутников планет (Гипериона, Ариэля, Умбриэля), он не дал Тритону названия. Впервые название «Тритон» упоминается в 1880 году в трудах Камиля Фламмариона[11], однако это название было принято много лет спустя[12]. Тритон называли просто Спутником Нептуна вплоть до 1949 года, когда был открыт второй спутник планеты — Нереида.

Тритон имеет необычную орбиту. Она сильно наклонена к плоскостям эклиптики и экватора Нептуна. По ней Тритон движется в направлении, обратном вращению Нептуна, что делает его единственным крупным спутником в Солнечной системе с ретроградным движением. У орбиты Тритона есть ещё одна особенность: она представляет собой почти правильную окружность.

Особенности строения и орбитального движения Тритона позволяют предположить, что он возник в поясе Койпера как отдельное небесное тело, похожее на Плутон, и позднее был захвачен Нептуном. Расчёты показывают, что обычный гравитационный захват был маловероятен. По одной из гипотез, Тритон входил в состав двойной системы, в этом случае вероятность захвата повышается. По другой версии, Тритон затормозился и был захвачен потому, что «задел» верхние слои атмосферы Нептуна.

Приливное воздействие постепенно привело его на орбиту, близкую к окружности, при этом выделялась энергия, расплавлявшая недра спутника. Поверхность застывала быстрее, чем недра, а затем, по мере замерзания и расширения водяного льда внутри спутника, поверхность покрывалась разломами. Возможно, что захват Тритона нарушил систему спутников, уже существовавшую у Нептуна, на что может указывать необычная орбита Нереиды.

По одной из гипотез, приливное взаимодействие Нептуна и Тритона разогревает планету, благодаря чему Нептун выделяет больше тепла, чем Уран. В результате Тритон постепенно приближается к Нептуну; когда-нибудь он войдёт в предел Роша и его разорвёт на части — в этом случае образовавшееся кольцо вокруг Нептуна будет более мощным, чем кольца Сатурна.

Тритон — седьмой по величине естественный спутник в Солнечной Системе. Обладая диаметром в 2706 км, он больше крупнейших карликовых планет — Плутона и Эриды. Масса Тритона равна 2,14⋅1022 кг, что составляет 99,5 % от суммарной массы всех известных на данный момент спутников Нептуна. Плотность спутника равна 2,061 г/см³. Вторая космическая скорость — 1,455 км/с.

Для наблюдателя с Земли средний видимый блеск Тритона составляет 13,47m[13], отчего Тритон с нашей планеты может быть обнаружен только при помощи достаточно крупного телескопа. Абсолютная звёздная величина спутника тем не менее составляет −1,2m, что вызвано высоким альбедо.

Несмотря на крайне низкую температуру поверхности, Тритон имеет разреженную атмосферу. Она состоит из азота с небольшими примесями метана и угарного газа, формируясь благодаря сублимации газа из поверхностного льда, вызываемой прогревом южного полушария Тритона. Таким образом, атмосфера Тритона практически идентична атмосфере Плутона.

Атмосферное давление, измеренное Вояджером-2 в 1989 году у поверхности, колебалось в пределах от 15 до 19 микробар, что составляло примерно 1/70000 от давления земной атмосферы на уровне моря. Однако последнее исследование атмосферы Тритона, проведённое в марте 2010 года, показало, что значение атмосферного давления возросло почти в четыре раза с 1989 года и в настоящее время равно 40-65 микробар[14].

Турбулентность на поверхности Тритона создаёт тропосферу высотой до 8 километров. Полосы на поверхности Тритона, возникающие благодаря шлейфам гейзеров, позволяют предположить, что на Тритоне существуют сезонные ветра, способные приводить в движение частицы вещества размером до микрометра. В отличие от других атмосфер, у Тритона отсутствует стратосфера, но есть термосфера высотой от 8 до 950 км и далее экзосфера. Из-за солнечной радиации и магнитосферы Нептуна температура верхних слоёв атмосферы составляет 95±5 К, что выше, чем на поверхности спутника. Дымка, пронизывающая атмосферу Тритона, считается состоящей в основном из углеводородов и нитрилов из-за солнечной радиации, нагревающей метановые льды, тем самым заставляя газ испаряться. На высоте 1-3 км также присутствуют азотные облака протяжённостью около 100 км[15].

В 1997 году проводились наблюдения за Тритоном с Земли, когда тот проходил рядом с Солнцем. Они указали на наличие более плотной атмосферы по сравнению с той, которую исследовал Вояджер-2; также было зафиксировано повышение температуры на 5 % с 1989 по 1998 год. Таким образом, учёные выяснили, что на Тритоне наступает необычно тёплый летний сезон, который бывает лишь раз в несколько сотен лет. Объясняющие это потепление теории включают в себя изменения морозных узоров на поверхности Тритона и изменение альбедо, что позволит поглощать больше солнечного тепла. Одна из таких теорий также утверждает, что изменения в температуре являются результатом осаждения тёмно-красного вещества, вырывающегося в космос из-за геологических процессов.

Поверхность Тритона покрыта метановым и азотным льдами, поэтому хорошо отражает солнечный свет. Во время пролёта «Вояджера» бо́льшую часть южного полушария покрывала полярная шапка.

Средняя температура поверхности Тритона составляет 38 К (-235°C). Это настолько холодная поверхность, что азот, вероятно, оседает на ней в виде инея или снега. Таким образом, Тритон, предположительно, является самым холодным объектом в Солнечной системе из тех, что обладают геологической активностью.

Вблизи экватора на обращённой к Нептуну стороне Тритона обнаружены по крайней мере два (а возможно и больше) образования, напоминающие замёрзшее озеро с террасами на берегах с высотой ступеней до километра. Их возникновение, по-видимому, связано с последовательными эпохами замерзания и плавления, с каждым разом охватывавшими всё меньший объём вещества. Даже в условиях поверхности Тритона метановый или аммиачный лёд недостаточно прочны, чтобы удерживать такие перепады высот, поэтому полагают[17], что в основе террас лежит водяной лёд. Не исключено, что в результате приливного взаимодействия на Тритоне в течение миллиардов лет могла существовать жидкость[18].

Южная полярная шапка из розового, жёлтого и белого материала занимает значительную часть южного полушария спутника. Этот материал состоит из азотного льда с включениями метана и монооксида углерода. Слабое ультрафиолетовое излучение от Солнца действует на метан, вызывая химические реакции, приводящие к появлению розовато-жёлтой субстанции.

Как и на Плутоне, на Тритоне азотные льды покрывают около 55 % поверхности, 20-35 % приходится на водяной лёд и 10-25 % на сухой лёд. Также поверхность Тритона (в основном в южной полярной шапке) покрыта незначительными количествами замёрзших метана и угарного газа — 0,1 % и 0,05 % соответственно.

На поверхности Тритона мало ударных кратеров, что говорит о геологической активности спутника. По мнению ряда исследователей, возраст поверхности Тритона не превышает 100 млн лет[19]. В полученных «Вояджером-2» данных было зафиксировано всего 179 кратеров, ударное происхождение которых не подвергается сомнению[20]. Для сравнения, на Миранде, спутнике Урана, зафиксировано 835 кратеров[20], при этом площадь поверхности Миранды составляет 3 % от площади поверхности Тритона[20]. Самая большая из найденных ударных структур на Тритоне, названная «Мазомба», имеет диаметр 27 км. При всём этом на Тритоне обнаружено множество огромных кратеров (некоторые размерами больше «Мазомбы»), происхождение которых связано с геологической активностью, а не со столкновениями[20][21].

Большинство кратеров Тритона сконцентрировано в том полушарии, которое смотрит по направлению движения. Учёные ожидают найти меньшее количество кратеров на полушарии Тритона, смотрящем против движения. Как бы то ни было, «Вояджер 2» исследовал только 40 % поверхности Тритона, поэтому в будущем вполне возможно нахождение гораздо большего числа ударных кратеров ещё больших размеров, чем «Мазомба»[20].

На поверхности Тритона (в основном в западном полушарии[17]) довольно большую площадь занимает уникальная местность, рельеф на которой напоминает дынную корку. В Солнечной системе такая поверхность не встречается больше нигде. Она так и называется — Местность дынной корки (Cantaloupe terrain). На Местности дынной корки количество ударных кратеров невелико, однако эта местность считается древнейшей на спутнике[22]. Здесь встречаются огромные круглые структуры размерами 30-40 км в диаметре[22], однако их происхождение не связывают с ударными столкновениями, так как эти структуры приблизительно одинаковых размеров, имеют кривую форму, гладкие высокие края (ударные кратеры в большинстве своём имеют круглую форму, их края пологие и сглаженные). Их происхождение связывают с таким явлением, как диапир[23][17].

Насчёт происхождения Местности дынной корки существует несколько теорий. Самая распространённая связывает её происхождение с мощной криовулканической активностью, последующим затоплением местности и остыванием. После затвердевания лёд расширялся и трескался[22].

В области полярной шапки имеются многочисленные тёмные полосы (около 50). По меньшей мере две из них являются результатами действия гейзероподобных выбросов (см. Криовулканизм), остальные, скорее всего, — тоже. Азот, пробиваясь сквозь отверстия во льду, выносит пылевые частицы на высоту до 8 км, откуда они, снижаясь, могут распространяться шлейфами на расстояния до 150 км. Все они тянутся в западном направлении, что говорит о существовании преобладающего ветра. Источники энергии и механизм действия этих выбросов ещё непонятны, но то, что они наблюдаются в широтах, над которыми Солнце находится в зените, позволяет предположить влияние солнечного света.

По расчётам группы астрофизиков под руководством Сасваты Хиер-Маджумдер (Saswata Hier-Majumder) из университета штата Мэриленд в городе Колледж-Парк, жидкий океан из смеси аммиака и воды может существовать на Тритоне в том случае, если его первоначальная орбита была достаточно вытянутой. Хиер-Маджумдер и его коллеги сомневаются, что в этом океане могла зародиться жизнь в «земном» смысле этого слова — средняя температура воды в нём не может превышать 176 К (-97°С). Как предполагают исследователи, такой сценарий представляется весьма вероятным — за несколько миллиардов лет эллиптическая орбита Тритона могла постепенно превратиться в почти идеальный круг, по которому он вращается сегодня. В таком случае жидкий океан под поверхностью Тритона может просуществовать более 4,5 миллиарда лет без замерзания[24].

Орбитальные характеристики Тритона были определены ещё в XIX веке. Было открыто его ретроградное движение и очень большой наклон орбиты по отношению к экватору Нептуна и эклиптике. О самом Тритоне вплоть до XX века не было известно практически ничего. Попытка измерить диаметр спутника была предпринята Джерардом Койпером в 1954 г. Первоначально диаметр был оценён в 3800 км. Последующие измерения давали значения от 2500 до 6000 км[25]. Лишь в 1989 г., с помощью аппарата Вояджер-2, была наконец получена точная цифра — 2706,8 км.

Начиная с 1990-х годов, с земных обсерваторий начались наблюдения покрытий Тритоном звёзд, что позволило изучать свойства его разреженной атмосферы. Исследования с Земли показали, что атмосфера Тритона плотнее, чем показали измерения Вояджера-2[26]. Было также открыто повышение температуры атмосферы на Тритоне на 5 %. Это связывают с наступлением летнего периода, так как с повышением температуры растёт количество испаряющихся с поверхности газов[27].

Вояджер-2 пока остаётся первым и единственным космическим аппаратом, который исследовал Тритон вблизи. Это происходило в июле-сентябре 1989 года.

Во второй четверти XXI века изучение Тритона должно будет возобновиться, для этого NASA запланировало миссию Triton Hopper.

Спутник упоминается в различного рода произведениях, как промежуточная база между Солнечной Системой и остальным миром.