Umbriel Uranus II | |
Najlepsze zdjęcie Umbriela z sondy Voyager 2 (24 stycznia 1986, NASA) | |
Rodzaj | Naturalny satelita Urana |
---|---|
Charakterystyka orbity ( Epoka J2000.0 ) | |
Półoś wielka | 266,300 km |
Perycentrum | 265100 km |
Apoapsis | 267,500 km |
Ekscentryczność | 0,003 9 |
Okres rewolucji | 4144 d |
Nachylenie | 0,128 ° |
Charakterystyka fizyczna | |
Średnica | 1169 km |
Masa | 1,172 ± 0,135 × 10 21 kg . ≈ 2 × 10-4 M Ziemia |
Średnia gęstość | 1,4 x 10 3 kg / m 3 |
Grawitacja powierzchniowa | 0,23 m / s 2 |
Okres rotacji | 4.144 d - Prawdopodobnie synchroniczne |
Pozorna wielkość | 14,47 (w opozycji) |
Średnie albedo | 0,21 geometryczne: 0,26 Bond: 0,10. |
Temperatura powierzchni |
75 K (średnio) Max 85 K |
Charakterystyka atmosfery | |
Ciśnienie atmosferyczne | Brak atmosfery |
Odkrycie | |
Odkrywca | William Lassell |
Data odkrycia | 24 października 1851 |
Oznaczenie (a) | |
Tymczasowe oznaczenie (a) | Uran II |
Umbriel , zwany także Uranem II , to trzeci naturalny satelita Urana pod względem wielkości. Odkryty w 1851 roku przez Williama Lassella wraz z Arielem , otrzymał imię postaci w wierszu Pętla włosów uprowadzonych przez Aleksandra Pope'a .
Umbriel składa się głównie z lodu i znacznej części skał . Jego wewnętrzną strukturę można rozróżnić między skalistym rdzeniem a płaszczem z lodu. Jego powierzchnia jest najciemniejsza spośród księżyców Urana i została ukształtowana głównie przez uderzenia meteorytów. Jednak obecność kanionów sugeruje istnienie procesów endogenicznych , spowodowanych ekspansją jego wnętrza na początku jego ewolucji. Satelita mógł zostać poddany endogennej odnowie, która pokryłaby część najstarszych powierzchni.
Spośród satelitów Urana Umbriel ma największą powierzchnię krateru uderzeniowego po Oberonie , niektóre mają do 210 km średnicy. Główną cechą geologiczną na powierzchni Umbriel jest pierścień z przezroczystego materiału na dnie krateru Wunda .
Podobnie jak wszystkie satelity Urana, Umbriel prawdopodobnie uformował się z dysku akrecyjnego otaczającego planetę tuż po jej uformowaniu. Układ Urana został dokładnie zbadany tylko raz, przez sondę Voyager 2 , w styczniu 1986 roku . Zrobiła kilka zdjęć Umbriela, co umożliwiło zmapowanie około 40% jego powierzchni.
Umbriel jest odkryta przez Williama Lassella na24 października 1851. Chociaż William Herschel , odkrywca Titania i Oberon , twierdził pod koniec XVIII th stulecia obserwowano cztery dodatkowe księżyce Urana, obserwacje te nie zostały potwierdzone. Te cztery obiekty są teraz uważane za błędy obserwacji.
Wszystkim satelitom Urana nadano imiona postaci z dzieł Williama Szekspira lub Aleksandra Pope'a . Pierwsze cztery nazwiska zostały zaproponowane przez Johna Herschela , syna Williama, w 1852 roku na prośbę Lassella. „Umbriel” to imię postaci z filmu The Stolen Hair Curl autorstwa poety Alexandra Pope'a . W tej pracy Umbriel jest „mrocznym melancholijnym skrzatem”, a jego imię nawiązuje do łacińskiego umbra oznaczającego cień. Nazwy znanych formacji na satelicie zostały również wybrane spośród złych i podziemnych duchów różnych mitologii: Zlyden, Setibos, Minepa, Alberich , Fin, Gob, Kanaloa, Peri , Skynd, Vuver (patrz tabela ). W 1851 roku Lassell ostatecznie przypisał czterem znanym satelitom cyfry rzymskie zgodnie z ich odległością od planety i od tego czasu Umbriel jest również nazywany Uranem II .
Umbriel okrążający Urana w średniej odległości około 266 000 km . Jest trzecim najbardziej oddalonym z pięciu głównych satelitów na naszej planecie. Jego orbita ma małą ekscentryczność i bardzo małe nachylenie w stosunku do równika Urana. Jego okres orbitalny wynosi około 4,1 dnia ziemskiego i zbiega się z okresem jego rotacji . Innymi słowy, Umbriel obraca się synchronicznie i zawsze ma tę samą półkulę zwróconą w stronę planety. Podobnie ma „przednią półkulę”, która jest zwrócona w stronę ruchu orbitalnego i „tylną półkulę”, która jest naprzeciw niego. Ten synchroniczny obrót wynika z tarcia spowodowanego przez duże przypływy spowodowane przez Urana. Orbita Umbriela znajduje się całkowicie w magnetosferze Urana. Jest to ważne, ponieważ tylne półkule satelitów (które są pozbawione atmosfery i orbity w magnetosferze, jak Umbriel) są uderzane przez plazmę magnetosferyczną, która obraca się synchronicznie z planetą. To bombardowanie może prowadzić do ciemnienia tylnych półkul, które rzeczywiście obserwuje się na wszystkich księżycach Urana z wyjątkiem Oberona . Ten ostatni spędza znaczną część swojego czasu poza magnetosferą Urana. Umbriel służy jako „zlew” dla naładowanych cząstek w magnetosferze. Tak więc w 1986 roku, gdy sonda Voyager 2 znajdowała się w pobliżu orbity tego księżyca, zaobserwowała spadek liczby wytwarzanych cząstek energetycznych.
Ponieważ oś obrotu Urana znajduje się blisko płaszczyzny jego orbity wokół Słońca, a orbity satelitów znajdują się blisko płaszczyzny równikowej, są one w płaszczyźnie mniej więcej prostopadłej do płaszczyzny orbity d 'Urana. Satelity są zatem poddawane ekstremalnemu cyklowi sezonowemu: każdy z biegunów spędza na przemian 42 lata na Ziemi w całkowitej ciemności i 42 lata w ciągłym oświetleniu, przy czym Słońce znajduje się w pobliżu zenitu jednego z biegunów w czasie przesilenia . Przejście sondy Voyager 2 w 1986 r. Zbiegło się w czasie z letnim przesileniem na półkuli południowej, kiedy prawie cała półkula północna pogrążona była w ciemności. Co 42 lata, w równonocy Urana, Ziemia przecina swoją płaszczyznę równikową i można zaobserwować zakrycia między księżycami Urana. W latach 2007 i 2008 miało miejsce wiele takich wydarzeń. Wśród tych wydarzeń można przytoczyć dwa zakrycia Tytanii przez Umbriela15 sierpnia i 8 grudnia 2007i zakrycie Ariel przez Umbriela 19 sierpnia 2007. Obecnie Umbriel nie uczestniczy w żadnym rezonansie orbitalnym z żadnym innym satelitą Urana. Jednak w przeszłości mógł rezonować 3: 1 z Mirandą . Mogło to doprowadzić do zwiększenia ekscentryczności orbity Mirandy. Ta ekscentryczność orbity przyczyniłaby się do wewnętrznego ogrzewania i aktywności geologicznej Księżyca, podczas gdy w tym samym czasie orbita Umbriela byłaby tylko nieznacznie zakłócona. Uran jest słabiej spłaszczony na biegunach, ale także mniejszy, w porównaniu do swoich satelitów, niż Jowisz czy Saturn . W rezultacie księżyce te mogą łatwiej wycofać się z sił, które utrzymują ich orbitę w rezonansie. Po tym, jak Miranda uciekła z tego rezonansu (poprzez mechanizm, który prawdopodobnie wciągnął ją w jej obecne, nienormalnie wysokie nachylenie orbity), jej ekscentryczność zostałaby zmniejszona, tym samym dezaktywując źródło ciepła, które ją karmiło.
Umbriel jest trzecim pod względem wielkości i czwartym pod względem masy księżyców Urana. Masy właściwej rzeczywiście 1,39 g / cm 3 , co oznacza, że gwiazda składa się głównie z wody i lodu . Ponadto, wciąż nieznany, gęsty składnik, inny niż lód wodny, stanowi około 40% całkowitej masy. Substancja ta może być utworzona przez skały i / lub materiał zawierający węgiel, w tym ciężkie związki organiczne tworzące tolin . Obecność lodu wodnego potwierdzają obserwacje spektroskopowe w podczerwieni , które ujawniły obecność lodu wodnego skrystalizowanego na powierzchni gwiazdy. Pasma wchłaniania lodu wodnego są bardziej widoczne na przedniej półkuli Umbriela niż na tylnej półkuli. Przyczyny tej asymetrii nie są znane. Mogą jednak być związane z bombardowaniem przez naładowane cząstki magnetosfery Urana, bardziej intensywne na tylnej półkuli, ze względu na ko-rotację plazmy. Cząsteczki energetyczne mają tendencję do tryskania lodu wodnego, rozkładania uwięzionego tam metanu w postaci klatratu i czarnienia go wraz z innymi materiałami organicznymi, pozostawiając ciemną, bogatą w węgiel pozostałość .
Oprócz wody jedynym związkiem chemicznym zidentyfikowanym na powierzchni Umbriela metodą spektroskopii w podczerwieni jest dwutlenek węgla (CO 2), który koncentruje się głównie na tylnej półkuli. Jego pochodzenie nie jest jasno wyjaśnione. Może być wytwarzany na miejscu z węglanów lub materiałów organicznych pod wpływem cząstek energetycznych z magnetosfery Urana lub przez słoneczne promieniowanie ultrafioletowe . Ta ostatnia hipoteza tłumaczyłaby asymetrię jego rozkładu, ponieważ tylna półkula podlega silniejszemu wpływowi magnetosfery niż przednia półkula. Innym możliwym źródłem byłoby odgazowanie CO 2pierwotny uwięziony przez lód wodny wewnątrz Umbriel. Wyciek tego CO 2 wnętrza można by powiązać z dawną aktywnością geologiczną tego satelity.
Umbriel mógł się zróżnicować w skaliste jądro zwieńczone płaszczem z lodu. W tym przypadku promień jądra (317 km ) stanowiłby około 54% promienia księżyca, a jego masa około 40% masy księżyca - proporcje zależne od składu tego satelity. Ciśnienie w centrum Umbriel wynosi około 0,24 GPa ( 2,4 kbar ). Stan lodowego płaszcza nie jest znany, chociaż istnienie oceanu pod powierzchnią jest uważane za mało prawdopodobne.
Umbriel jest najciemniejszym z satelitów Urana, które same są ciemniejsze niż satelity planet znajdujących się bliżej Słońca. Na przykład obszar Ariel, bliźniaczego satelity mniej więcej tej samej wielkości, jest ponad dwukrotnie jaśniejszy. Umbriel ma albedo Bonda na poziomie około 10%, w porównaniu do 23% Ariela. Odbicia powierzchni satelity zmniejsza się od 26% przy kącie fazowym 0 ° C ( albedo geometryczne ) do 19% dla kąta fazowego 1 °, to jest działanie przeciwne . W przeciwieństwie do tego, co obserwuje się w przypadku Oberona (innego ciemnego księżyca Urana), obserwowana powierzchnia Umbriel jest lekko niebieskawa. Ponadto pojawiają się niedawne osady uderzeniowe, bardzo wyraźne i jeszcze bardziej wyraźne niebieskie (szczególnie w kraterze Wunda , w pobliżu równika). Może występować asymetria między przednią i tylną półkulą. Ten ostatni wydawałby się zatem bardziej czerwony niż pierwszy. Ta asymetria nie została całkowicie ustalona, ponieważ powierzchnia satelity znana jest tylko w 40%. Zaczerwienienie powierzchni byłoby konsekwencją erozji przestrzennej spowodowanej bombardowaniem przez naładowane cząstki i mikrometeoryty od początku Układu Słonecznego . Jednak asymetria kolorów Umbriela jest prawdopodobnie również spowodowana nagromadzeniem czerwonawego materiału z zewnętrznych części układu Urana, prawdopodobnie nieregularnych satelitów . Akumulacja ta miałaby korzystnie miejsce na półkuli przedniej. Powierzchnia Umbriel jest stosunkowo jednorodna: nie wykazuje silnych różnic w albedo ani kolorze.
Jak dotąd eksperci z całą pewnością zidentyfikowali tylko jedną klasę struktur geologicznych na powierzchni Umbriel: kratery uderzeniowe . Na powierzchni Umbriel znajduje się o wiele więcej kraterów i są one większe niż w Ariel czy Tytanii , a także jest najmniej aktywna geologicznie. Tylko Oberon ma więcej kraterów uderzeniowych niż Umbriel. Średnice obserwowanych kraterów wahają się od kilku kilometrów do 210 km w przypadku największego z wyraźnie zidentyfikowanych kraterów Wokolo. Wszystkie znane kratery na Umbriel mają centralne szczyty, ale żaden nie ma promieniowych systemów wyrzutów .
Nazwisko | Eponim | Informacje kontaktowe | Średnica (km) |
---|---|---|---|
Alberich | Alberich ( mitologia nordycka ) | 33 ° 36 ′ N, 42 ° 12 ′ E | 52 |
Koniec | Koniec ( troll the folklore Danish ) | 37 ° 24 ′ S, 44 ° 18 ′ E | 43 |
Gęba | Gob ( pogański ) | 12 ° 42 ′ S, 27 ° 48 ′ E | 88 |
Kanaloa | Kanaloa ( mitologia polinezyjska ) | 10 ° 48 ′ S, 14 ° 18 ′ W. | 86 |
Malingee | Malingee (mitologia australijskich Aborygenów ) | 22 ° 54 ′ S, 13 ° 54 ′ E | 164 |
Minepa | Minepa (lud Makua z Mozambiku ) | 42 ° 42 ′ S, 8 ° 12 ′ E | 58 |
Peri | Peri ( perski folklor ) | 9 ° 12 ′ S, 4 ° 18 ′ E | 61 |
Setibos | Setibos ( patagoński ) | 30 ° 48 ′ S, 13 ° 42 ′ W. | 50 |
Skynd | Skynd ( duński folklor ) | 1 ° 48 ′ S, 28 ° 18 ′ W. | 72 |
Vuver | Vuver (mitologia fińska ) | 4 ° 42 ′ S, 48 ° 24 ′ W. | 98 |
Wokolo | Wokolo (lud Bambara z Afryki Zachodniej) | 30 ° 00 ′ S, 1 ° 48 ′ E | 208 |
Wunda | Wunda (mitologia australijskich Aborygenów ) | 7 ° 54 ′ S, 86 ° 24 ′ W. | 131 |
Zlyden | Zlyden (mitologia Słowian ) | 23 ° 18 ′ S, 33 ° 48 ′ W. | 44 |
Najbardziej spektakularna struktura powierzchni znajduje się w pobliżu równika Umbriel: krater Wunda o średnicy około 131 km . Na dnie Wundy widać duży pierścień z przezroczystego materiału, który wydaje się być wyrzutem uderzeniowym. W pobliżu, w pobliżu terminatora , pojawiają się kratery Vuver i Skynd, które nie mają wyraźnych krawędzi, ale każdy z nich ma wyraźny centralny szczyt. Badania profilu dysku Umbriela doprowadziły do analizy, że może to być bardzo duża struktura uderzeniowa o średnicy 400 km i głębokości około 5 km .
Podobnie jak w przypadku innych satelitów Urana, powierzchnia Umbriel jest poprzecinana systemem kanionów o ogólnej tendencji NE - SW. Jednak nie są oficjalnie uznawane. Wynika to z niskiej rozdzielczości obrazów i ogólnie jednolitego wyglądu tego satelity, co utrudnia jego mapowanie geologiczne.
Pokryta kraterami powierzchnia Umbriela prawdopodobnie pozostała stabilna od późnego Wielkiego Bombardowania . Jedynymi oznakami starożytnej wewnętrznej aktywności są kaniony i ciemne wielokąty, ciemne plamy o skomplikowanych kształtach, mierzące dziesiątki lub setki kilometrów. Wielokąty zidentyfikowano za pomocą precyzyjnej fotometrii na obrazach Voyager 2 ; są rozmieszczone mniej więcej równomiernie na powierzchni Umbriel z tendencją NE - SW. Niektóre wielokąty odpowiadają zagłębieniom głębokim na kilka kilometrów i mogły powstać podczas prymitywnych epizodów tektonicznych . Na początku XXI th wieku, nie ma wyjaśnienie pojawienia się tak ciemno i jednolitego Umbriel. Powierzchnia może być pokryta stosunkowo cienką warstwą ciemnego pyłu powstałego po uderzeniu lub wybuchowej erupcji wulkanu . Inną możliwością jest to, że skorupa Umbriela składa się w całości z ciemnej materii, co zapobiegłoby tworzeniu się lekkich struktur, takich jak promieniowe wyrzuty wokół jej kraterów. Jednak obecność wyraźnej struktury Wundy wydaje się zaprzeczać temu drugiemu założeniu.
Umbriel uformowałby się z dysku akrecyjnego lub podmgławicy, czyli dysku gazu i pyłu. Byłoby to albo obecne wokół Urana przez jakiś czas po jego utworzeniu, albo powstało w wyniku gigantycznego uderzenia, któremu Uran zawdzięcza swoją obojętność. Dokładny skład submgławicy nie jest znany. Jednak stosunkowo wysoka gęstość Umbriela i innych księżyców Urana w porównaniu z księżycami Saturna wskazuje, że musiał on być ubogi w wodę. Ta mgławica mogła składać się z dużych ilości azotu i węgla w postaci tlenku węgla (CO) i diazotu (N 2), a nie jako amoniak lub metan. Satelity utworzone w tej podmgławicy zawierałyby mniej lodu wodnego (z CO i N 2uwięzione w postaci klatratów ) i więcej skał, co tłumaczyłoby ich dużą gęstość.
Akrecji Umbriel prawdopodobnie trwało tysiące lat. Uderzenia, które towarzyszyły akrecji, rozgrzały zewnętrzną warstwę satelity. Maksymalną temperaturę około 180 K osiągnięto na głębokości około 3 km . Po zakończeniu formowania się satelity warstwa podpowierzchniowa ostygła, a wnętrze Umbriel zostało ogrzane przez rozkład pierwiastków promieniotwórczych obecnych w skałach. Schłodzona warstwa pod powierzchnią kurczyła się, podczas gdy wnętrze się rozszerzało. Spowodowało to silne naprężenia w skorupie satelity i spowodowało pęknięcia. Ten proces, który trwał około 200 milionów lat, mógł być źródłem systemu kanionów widocznego na Umbriel. Wszelka endogeniczna działalność ustała kilka miliardów lat temu.
Początkowe nagrzewanie wywołane z jednej strony akrecją, az drugiej radioaktywnym rozpadem pierwiastków było prawdopodobnie dostatecznie intensywne, aby stopić lód; pod warunkiem, że w jego geologii istniał środek przeciw zamarzaniu, taki jak amoniak (w postaci wodzianu amoniaku ). Poważne topnienie mogło oddzielić lód od skał i spowodować powstanie skalnego rdzenia otoczonego płaszczem z lodu. Na granicy między rdzeniem a płaszczem mogła powstać warstwa wody w stanie ciekłym (ocean) bogata w rozpuszczony amoniak. Temperatura topnienia tej mieszaniny wynosi 176 K . Jednak prawdopodobne jest, że temperatura spadła poniżej tej wartości, w wyniku czego ocean ten był zamarznięty przez długi czas. Umbriel jest księżycem Urana, który był najmniej podatny na zjawisko endogenicznego wynurzania się, chociaż, podobnie jak inne księżyce Urana, mógł znać epizod tego typu, podobnie jak inne księżyce Urana, na bardzo wczesnym etapie swojego istnienia.
Obecnie (kwiecień 2011), jedynymi dostępnymi zdjęciami Umbriela są migawki o niskiej rozdzielczości wykonane przez sondę Voyager 2 . Sfotografowała księżyc podczas lotu nad UranemStyczeń 1986. Minimalna odległość między sondą a Umbrielem wynosząca 325 000 km , najlepsze obrazy gwiazdy mają rozdzielczość przestrzenną około 5,2 km . Zdjęcia zajmują około 40% powierzchni, ale tylko 20% powierzchni zostało sfotografowanych z jakością wystarczającą do wykonania mapowania geologicznego . Lecąc nad Umbrielem, półkula południowa była skierowana w stronę Słońca i dlatego półkula północna była ciemna i dlatego nie można jej było zbadać. Żadna inna sonda kosmiczna nie odwiedziła Urana i Umbriel. Program orbitowania i sondy Urana , którego uruchomienie można by zaplanować na lata 2020-2023, powinien dostarczyć szczegółowych informacji na temat wiedzy o satelitach Urana, aw szczególności o Umbriel.