Księżyce Układu Slonecznego

21 Września 2016

NAJOSOBLIWSZE KSIĘŻYCE UKŁADU SŁONECZNEGO

Księżyce mogą orbitować wokół planet, planet karłowatych albo wokół planetoid.

W Układzie Słonecznym jest ich w sumie około stu osiemdziesięciu.

Ich rozmiary są bardzo różne; naturalne satelity mają średnice od kilku do kilku tysięcy kilometrów.

Mogą mieć również różne kształty. Część księżyców (dziewiętnaście) ma kształt sferyczny, zbliżony do kulistego. Jednak istnieją też księżyce o niesferycznym "rozciągniętym" lub nieregularnym kształcie.

Przyjrzyjmy się kilku najciekawszym:

Mars: posiada dwa księżyce.

Fobos- bardzo szybko porusza się wokół Marsa, szybciej, niż Mars wiruje wokół własnej osi. Tym sposobem wschód i zachód księżyca następuje średnio dwa razy dziennie. Niezwykle szybki obieg Fobosa wokół Marsa oraz siły pływowe planety sprawiają, że Fobos z każdym obrotem przybliża się do swojej planety. W rezultacie albo kiedyś spadnie na jej powierzchnię, albo zostanie rozerwany na kawałki na skutek sił grawitacyjnych Marsa. Istnieje przypuszczenie, że kawałki te przyczynią się do powstania pierścieni.

Powierzchnia Fobosa pokryta jest licznymi kraterami. Największy z nich to Stickney i ma średnicę 10 km. Fobos pokryty jest metrową warstwą regolitu.

Księżyc Marsa jest zbudowany ze skał oraz z lodu wodnego (na co wskazuje niska gęstość Fobosa). Rosyjska sonda wykazała, że z jego powierzchni w sposób ciągły emitowane są gazy (prawdopodobnie jest to sublimujący lód).

Albedo Fobosa wynosi zaledwie 7%. Oznacza to, że jest on bardzo ciemny i odbija znikomą część światła słonecznego, które na niego pada.
Deimos- drugi, mniejszy satelita Marsa. Silnie niesferyczny. Zbudowany jest ze skał węglowych i lodu wodnego. Zawiera liczne kratery, ale Deimos wydaje się być gładszy od Fobosa, gdyż kratery są w znacznym stopniu wypełnione regolitem.

Jowisz: posiada 67 księżyców. Wszystkie są niewielkie w proporcjach do swej planety macierzystej. Największe z nich (cztery) nazywamy księżycami galileuszowymi. Są tak jasne, że bez trudu można je obserwować przez lornetkę lub niewielki teleskop.

Ganimedes- największy księżyc Jowisza, księżyc galileuszowy i zarazem największy w Układzie Słonecznym. Jest większy nawet od Merkurego i Plutona. Składa się w głównej mierze z lodu wodnego. Ma niską gęstość stanowiącą zaledwie połowę gęstości Merkurego. Posiada słabą atmosferę, w której skład wchodzi tlen w stężeniu bliskim 100%. Powierzchnia Ganimedesa zawiera liczne kratery i bruzdy. Jako jedyny z księżyców U.S. Posiada własne dipolowe pole magnetyczne.
Europa- jeden z księżyców galileuszowych Jowisza. Posiada lodową powierzchnię poprzecinaną licznymi bruzdami i pęknięciami. Ale jego „zarys” (kształt) jest regularny i sferyczny- brak tam wzniesień lub większych kraterów. We wnętrzu Europy jest żelazne jądro otoczone krzemianowym płaszczem, a pod lodową skorupą znajduje się wszechocean ciekłej wody.
Io- również zaliczany do księżyców galileuszowych Jowisza. Jego cechą specyficzną są liczne wulkany, które uwalniają płynną siarkę oraz dwutlenek siarki. Stąd wyjątkowy żółty kolor księżyca, z dodatkami pomarańczu i zieleni. Na tak wysoką aktywność wulkaniczną mają wpływ siły pływowe Ganimedesa i Europy, z którymi Io jest w rezonansie, oraz wpływ grawitacyjny Jowisza.
Kallisto- czwarty, bardzo ciemny księżyc galileuszowy Jowisza. Jego albedo wynosi zaledwie 20%. Posiada powierzchnię najbogatszą w kratery uderzeniowe spośród wszystkich księżyców U.S. Obserwuje się liczne kratery wewnątrz innych. Oznacza to, że Kallisto jest bardzo stara.

Słabo wyodrębnione jest jądro księżyca. Natomiast skład materii zmienia się w miarę odległości od środka obiektu. Im głębiej, tym skład bogatszy w związki krzemu, a im bliżej powierzchni, tym obfitszy w lód wodny.
Tebe- jeden z mniejszych księżyców Jowisza (około 100 km średnicy). Mimo to zasługuje na uwagę ze względu na olbrzymi krater o nazwie Zetus. Krater ten ma 40km średnicy i jest wyjątkowo duży w porównaniu do rozmiarów księżyca. Tebe jest bardzo ciemnym księżycem. Jego albedo wynosi zaledwie 4%. Co ciekawe, Tebe jest zawsze zwrócona do Jowisza tą samą stroną (podobnie jak ziemski księżyc).

Powierzchnia księżyca ma lekkie czerwonawe zabarwienie. Z jego materii (odrzuconej po kolizji z drobnymi ciałami niebieskimi) powstał jeden z pierścieni ażurowych Jowisza.
Dia – maleńki księżyc Jowisza. Ma zaledwie 4 km średnicy. Tuż po odkryciu nie dało się jej zaobserwować przez blisko 10 lat i powstały hipotezy, iż Dia uległa zniszczeniu na skutek kolizji z innym z satelitów. Jednak „odnalazła się”. Przyczyną trudności w obserwacjach są maleńkie rozmiary księżyca oraz jej ciemna powierzchnia, co sprawia, że w zestawieniu z jasnym blaskiem Jowisza, Dia niekiedy bywa niewidoczna.

Saturn:

Tytan- największy księżyc Saturna. Drugi co do wielkości w całym U.S. Jest większy od Merkurego i Plutona.

Jako jedyny z księżyców ma bardzo gęstą atmosferę; większość satelitów planet posiada bardzo rozrzedzone gazy tworzące atmosferę szczątkową.

Na powierzchni Tytana są jeziora parafin złożone z ciekłego metanu.

Podobnie jak na Ziemi, na Tytanie zachodzą zjawiska atmosferyczne, formują się metanowe chmury z których padają metanowe deszcze. Parafiny te są łatwopalne w warunkach ziemskich, jednak z powodu braku tlenu na Tytanie, nie następuje ich wybuchowy zapłon.

Inną ciekawostką są wydmy. Jednak nie piaskowe a lodowe. Zostały one zarejestrowane i zbadane przez sondę Cassini.
Japet (Iapetus)- Jeden z 62 księżyców Saturna, trzeci co do wielkości. Tylna półkula oraz jego bieguny są bardzo jasne, białe, z kolei przednia półkula jest ciemna, czerwonawo-brązowa. Jasna część (pokryta lodem) jest obfita w ślady po uderzeniach meteorytów. Z kolei część ciemna jest dużo bardziej gładka. Oznacza to, że uderzenia są stale zakrywane przez gromadzącą się na ciemnej stronie substancję pochodzenia zewnętrznego.

Interesującym i bardzo nietypowym faktem jest rant wystający na 13 kilometrów ponad powierzchnię księżyca. Ciągnie się on wzdłuż równika i sprawia że Japet przypomina kształtem orzech włoski.
Enceladus- niewielki satelita, siedmiokrotnie mniejszy od księżyca ziemskiego. Jednak jest niezwykle interesujący z uwagi na występujące na nim zjawiska geologiczne: lodowe gejzery. Są one spowodowane siłami pływowymi, do istnienia których przyczynia się wpływ pobliskiego dużego księżyca Dione. Orbita Enceladusa jest z tej racji dość ekscentryczna.

Lodowe gejzery księżyca zasilają pierścień E (najbardziej zewnętrzny).

Powierzchnia Enceladusa pokryta jest lodem wodnym, który doskonale odbija padające na niego światło. Albedo (czyli stosunek światła padającego do odbitego) wynosi w przypadku Enceladusa 99% i jest najwyższe spośród wszystkich ciał Układu Słonecznego.
Rea- drugi co do wielkości księżyc Saturna. Posiada nietypową budowę wewnętrzną. Pod bardzo cienką warstwą lodu znajduje się materia, która jest jednolita i identyczna w całej objętości księżyca.

Rea ma cienką warstwę atmosfery złożonej z tlenu oraz dwutlenku węgla.

Albedo księżyca jest bardzo wysokie i wynosi 95%. Co ciekawe, półkula zwrócona ku Saturnowi jest jaśniejsza od przeciwnej z półkul.
Dione- półkula zwrócona w stronę Saturna jest usiana licznymi kraterami uderzeniowymi, z kolei na przeciwnej półkuli obecne są wysokie lodowe klify widoczne w postaci linii, bruzd. Podobnie jak w przypadku Rei, Dione posiada jaśniejszą tę półkulę, która skierowana jest w stronę planety.
Mimas- jest najmniejszym znanym ciałem niebieskim, które pod wpływem własnej grawitacji potrafi utrzymać kulisty kształt.

Mimas posiada olbrzymi krater, który stanowi aż 1/3 średnicy księżyca.
Prometeusz- niewielki księżyc Saturna orbitujący po zewnętrznej części pierścienia F. Jest księżycem pasterskim, a więc odpowiada za kształt pierścienia.

Prometeusz jest ubogi w kratery, silnie eliptyczny oraz posiada dość wysokie albedo wynoszące 60%. Jego gęstość wynosi niespełna 0,5 g/cm³. Oznacza to, że księżyc jest mocno porowaty. Lód wodny, z którego jest zbudowany, posiada liczne przestrzenie powietrzne, które mocno obniżają gęstość materii. Porusza się ruchem synchronicznym, co sprawia, że jest stale zwrócony do Saturna tą samą półkulą.
Hyperion- wyglądem przypomina gąbkę. Lód wodny, z którego Hyperion jest zbudowany, jest silnie porowaty i w 40% pusty (podobnie jak w przypadku Prometeusza).

Rotacja Hyperiona nie jest ruchem synchronicznym, a chaotycznym. Z tego powodu nie da się przewidzieć okresu rotacji ani wytyczyć równika i biegunów.

Albedo tego satelity jest dość niskie jak na lodowy księżyc, i wynosi 30%. Jest to spowodowane licznymi kraterami i porami o ostrych krawędziach, przez co światło nie jest odbijane tak, jak w przypadku gładkich obiektów.

Hyperion zabarwiony jest na lekki czerwonawy kolor.
Pan- malutki wewnętrzny księżyc Saturna. Orbituje wewnątrz pierścienia A przyczyniając się do powstania przerwy Enckego. Pan, podobnie jak Iapetus ma piękny, nietypowy kształt orzecha włoskiego (z charakterystycznym wystającym rantem).

Uran: posiada 27 naturalnych satelitów.

Tytania- największy księżyc Urana. Jego powierzchnia obfituje w kratery, kaniony i doliny. Tytania zbudowana jest w połowie z lodu wodnego, a w połowie ze skał i pochodnych węglowodorowych. Jej gęstość wynosi 1,7g/cm³ i jest to wartość dość wysoka jak na księżyc lodowy (a dzieje się tak z uwagi na znaczną domieszkę materii skalistej). Tytania posiada szczątkową, bardzo rozrzedzoną, okresową atmosferę złożoną głównie z dwutlenku węgla, który w zależności od pór roku sublimuje z powierzchni i z powrotem resublimuje.
Oberon- drugi pod względem wielkości satelita Urana. Podobnie jak w przypadku Tytanii, Oberon ma dość wysoką gęstość, która wynosi 1,63g/cm³. Jest on zbudowany w połowie z lodu wodnego i w połowie ze skał. Powierzchnia Oberona jest ciemna i zabarwiona na czerwonawy kolor.
Umbriel- trzeci co do wielkości księżyc Urana. Posiada najciemniejszą powierzchnię spośród wszystkich większych księżyców Urana. Jego albedo wynosi 21%.

Umbriel porusza się ruchem synchronicznym. Orbituje się wewnątrz magnetosfery Urana, przez co półkula, którą Umbriel zwrócony jest do planety jest jaśniejsza, z kolei przeciwna półkula jest ciemniejsza. Podobną zależność obserwujemy w przypadku wszystkich wewnętrznych księżyców Urana (wyjątek stanowi Oberon).

Umbriel, jak reszta księżyców Urana, posiada lekkie czerwonawe zabarwienie. Jednak istnieją też nieliczne obszary z lekkim odcieniem niebieskim.

Na powierzchni Umbriel obserwujemy liczne kratery uderzeniowe, które są jedynymi formacjami geologicznymi tego księżyca.
Ariel- czwarty pod względem wielkości satelita Urana. Posiada bardzo różnorodną geologicznie powierzchnię, która zawiera obok kraterów: kaniony, skarpy, grzbiety i wyżłobienia. 70% procent materii Ariela to lód wodny. Resztę stanowią skały krzemianowe.

Osobliwą cechą tego księżyca jest gęsta, skomplikowana sieć głębokich dolin ryfowych obejmujących obie półkule. Przypominają te obserwowane na Marsie. Doliny ryfowe Ariela są niezwykle głębokie. Istnieją przypuszczenia, że zostały one wyżłobione przez ciecz. Z pewnością nie była to woda, gdyż w tak niskich temperaturach jest ona ciałem stałym. Astronomowie uważają, iż cieczą mógł być płynny amoniak, metan albo tlenek węgla II (CO).

Neptun: posiada 14 księżyców.

Tryton- największy z satelitów Neptuna. Porusza się po orbicie wstecznej. Sugeruje to, iż został on przechwycony przez Neptuna jako obiekt z pasa Kuipera.

Tryton jest jednym z najzimniejszych obiektów Układu Słonecznego. A dzieje się tak z powodu wysokiej wartości albedo (znaczna część promieni słonecznych jest odbijana od powierzchni) oraz odległego położenia od Słońca. Temperatura powierzchni Trytona wynosi -237° C.

Satelita posiada bardzo cienką warstwę atmosfery, złożoną z metanu i azotu.

Na powierzchni Trytona nie ma prawie żadnych kraterów. Świadczy to o młodym wieku księżyca i o jego nadal wysokiej aktywności geologicznej. Tak jest w istocie: na Trytonie zachodzą procesy kriowulkaniczne.
Proteusz- niezwykle interesujący obiekt z uwagi na graniczne wartości średnicy, przy której ciało niebieskie podlega równowadze hydrostatycznej i przybiera kulisty kształt. Proteusz jest blisko tej granicy, jednak jej nie przekracza i może istnieć jako nieregularna bryła. Mimas (księżyc Saturna), który ma podobne wymiary, przekracza progową wartość i jest uznawany za najmniejsze ciało zdolne utrzymać równowagę hydrostatyczną.
Nereida- niewielki księżyc Neptuna. Wyróżnia się najbardziej ekscentryczną orbitą spośród wszystkich księżyców Układu Słonecznego (0,751). Ta nietypowa orbita skłania do wniosków, iż Nereida była asteroidą albo przechwyconym obiektem z pasa Kuipera.

Pluton: odkryto pięć jego księżyców.

Charon- Posiada bardzo duże rozmiary w stosunku do wielkości Plutona. Tworzy z Plutonem tzw. układ podwójny. Zjawisko polega na tym, że Charon i Pluton obracają się wokół wspólnego środka masy. Co więcej, oba ciała tworzą tzw. układ synchroniczny, oznacza to, że są stale zwrócone do siebie tymi samymi stronami.

Średnia gęstość Charona to 1,7g/cm3, jest on zbudowany w 55% ze skał i w 45% z lodu wodnego. Na biegunie północnym Charona znajduje się czerwonawe przebarwienie. Uczeni sugerują, że pochodzi ono od tzw. tolin. Toliny to są substancje organiczne o charakterze mieszanych polimerów. Powstają one w wyniku reakcji polimeryzacji prostych węglowodorów aktywowanych silnym promieniowaniem ultrafioletowym. Tholiny mają czerwonawe zabarwienie.

Właściwości Charona znacznie różnią się od cech jego macierzystej planety. Na tej podstawie można wnioskować, że Charon został przechwycony przez Plutona jako obiekt z pasa Kuipera.

Ziemia, prócz swego satelity Księżyca, posiada jeszcze dwa bardzo interesujące obiekty, które orbitują wokół niej, lecz nie są pojedynczym i łatwym do zdefiniowania obiektem. Są to dwa pyłowe obłoki umiejscowione w punktach libracyjnych L4 i L5 Ziemi. Oba te obłoki mają identyczny okres obiegu i poruszają się po wspólnej z Księżycem orbicie w równych odległościach od niego. Również podlegają fazom, podobnie jak Księżyc.

Gęstość pyłu w księżycach pyłowych (zwanych księżycami Kordylewskiego) jest niezwykle mała. Średnio w jednym kilometrze sześciennym znajduje się jeden 2·10^-5-gramowy pyłek.

Na uwagę zasługuje również szczególna grupa księżyców: księżyce planetoid, inaczej munletki. Są to małe obiekty, ciała o rozmiarach do kilkunastu czy kilkudziesięciu kilometrów. Przykładem jest planetoida Ida oraz jej księżyc Daktyl, który ma średnicę zaledwie 1,4 km.

Księżyc planety karłowatej Makemake- odkryty w kwietniu 2015r. Jego powierzchnia jest bardzo ciemna w porównaniu z jasnością Makemake. Księżyc, nazywany potocznie MK 2 ginie w blasku swej planety macierzystej i dlatego tak późno został odkryty.

Tak duża różnica jasności obu ciał jest prawdopodobnie spowodowane faktem, iż maleńki księżyc, mający bardzo słabą grawitację, nie mógł utrzymać na swej powierzchni lodu. Lód, ogrzewany przez słabe promienie słoneczne, wysublimował, odsłaniając ciemniejsze wewnętrzne warstwy.

OBSERWACJE KSIĘŻYCÓW UKŁ. SŁONECZNEGO:

Księżyce Galileuszowe Jowisza można obserwować nawet przez lornetkę lub szukacz. Możliwe (choć nie proste) jest również uchwycenie innych, ciemniejszych satelitów Jowisza, np. Amaltei. Takie zdjęcia wykonał m.in. Kolega Riklaunim:

http://www.nauka.rk.edu.pl/astro/my_astro_images/show/jowisz-29102014/

http://www.nauka.rk.edu.pl/astro/my_astro_images/show/jowisz-13102011/

Największy księżyc Saturna, Tytan, można obserwować przez niewielki teleskop. Większym wyzwaniem są pozostałe duże księżyce tej planety. Na fotografiach uwiecznili je m.in. Koledzy:

Majer, Maro21 i LibMar:

A tutaj księżyce Urana (zdjęcie autorstwa Kolegi Riklaunium):