Навигация
5. Происхождение спутников
Небольшие небесные тела - кометы и астероиды быстрее приближаются к Солнцу, чем более крупные. При этом они догоняют планеты, приближаются к планетным орбитам и пересекают их, продолжая дальнейшее приближение к Солнцу.
Но не всем малым телам удается благополучно пересечь планетные орбиты. Многие из них при пересечении орбиты планеты проходят вблизи планеты, которая своим гравитационным притяжением захватывает малые тела. При этом большая часть их попадает на поверхность планеты, но некоторая часть малых тел захватывается планетой на свою орбиту в качестве спутников. В дальнейшем спутники при их торможении в газовой среде во время галактических зим приближаются к своим планетам, вокруг которых они вращаются и, в конце концов, многие из них входят в планетную атмосферу и падают на поверхность планет, увеличивая их массу и размеры. Но при своем приближении к планете спутники с различной массой перемещаются с разной скоростью, вследствие их различных относительных торможений. Мелкие спутники перемещаются быстрее. Они догоняют более крупные спутники и начинают также пересекать их орбиты. Одним из них это удается, и они оказываются впереди больших спутников, другие падают на поверхность более крупных спутников, еще более увеличивая их массу и размеры, а некоторые, возможно, переходят на орбиты вокруг больших спутников. Мелкие спутники, обогнавшие более крупный спутник, движутся дальше по направлению к своей планете. При этом они догоняют другие, средние спутники и частично захватываются ими. Все это создает большое разнообразие в распределении спутников планет по их массам, размерам, расстояниям от планет и между ними и т.д.
Однако и в спутниковой системе, как и в планетной, прослеживается определенная закономерность, хотя и менее четкая. Например, массы ближних спутников Юпитера во много раз превышают массы дальних спутников. Меньшие же массы Ио и Европы по сравнению с Ганимедом и Каллисто можно объяснить тем, что раньше массы Ио и Европы были большими, чем массы Ганимеда и Каллисто, но они потеряли вследствие разогрева их недр под воздействие приливного трения всю ледяную компоненту, их плотность при этом возросла вдвое и они стали меньше Ганимеда и Каллисто. Что же касается Амальтеи, то она либо перешла на свою современную орбиту недавно с орбиты Ио под воздействием мощного гравитационного притяжения Юпитера, к которому слишком близко подошла Ио со своим спутником, либо перешла на орбиту вокруг Юпитера с околосолнечной орбиты, или образовалась из астероидов, возникших из комет, которым удалось пройти через орбиты галилеевых спутников с периферии планетно-спутниковой системы Юпитера.
Если предположить, что и близкие спутники Урана Ариэль и Умбриэль раньше имели большие размеры и массы, чем Титания и Оберон, а затем также под действием приливного трения, которое в то же время замедлило их осевое вращение, потеряли большую часть ледяной компоненты; и если предположить, что то же самое произошло и с ближайшими спутниками Сатурна, то нарушение закономерности в убывании массы небесных тел по мере их удаления от центрального тела несколько уменьшится, хотя все же отчасти сохранится, особенно у спутников Сатурна. Если бы спутники не теряли часть своего вещества по мере приближения к планете, начиная с какого-то определен ного критического расстояния, под воздействием разогрева, который происходит вследствие приливного трения в теле спутников, вызываемого гравитационным притяжением планет и соседних спутников из-за вращения спутников, теряющих вещество или из-за их эксцентриситета, не равного нулю, или из-за близости соседнего, особенно более массивного спутника, то спутники, как правило, имели бы тем большие массы, чем они ближе находятся от своих планет, за исключением маленьких спутников, имеющих чрезмерно большое относительное торможение. Но поскольку спутники под влиянием разогрева от приливного трения теряют ледяную компоненту, то возникает совсем иная закономерность в их массах: наибольшую массу имеют спутники, расположенные примерно в средней части шеренги спутников, а массы других спутников постепенно уменьшаются по обе стороны от самого большого спутника. Ганимед, Титан и Титания - самые большие спутники с прямым обращением находятся примерно в середине своих спутниковых систем.
Можно предположить, что Гиперион потерял огромную часть своей массы под влиянием приливного трения, вызываемого Титаном, которому и досталась ледяная компонента Гипериона. Возможно, раньше Гиперион имел размеры, вдвое большие размеров Япета, а Титан был значительно меньше. В будущем Гиперион подойдет еще ближе к Титану и может перейти на его орбиту, как это случилось с Тритоном. Как и Тритон, Гиперион должен иметь избыточную плотность, поскольку он потерял значитель ную часть своей ледяной компоненты. Тритон же не только потерял почти все свое вещество, но и перешел на орбиту Нептуна, Гипорион тоже потерял много своего вещества, но еще не успел войти в сферу действия Титана. Он находится на предшествующей, в сравнении с Тритоном, фазе своего развития.
Большую массу Тефии в сравнении с массой Дионы можно, по-видимому, объяснить тем, что она образовалась из двух крупных тел, как и Нептун и Титан, с той лишь разницей, что Нептун и Титан, хотя и захватили большую часть вещества Тритона и Гипериона, но еще не успели прекратить их самостоятельное существование, что им предстоит осуществить в будущем. А Тефия захватила соседний с ним большой спутник полностью, они опередили в своей эволюции Нептуна и Тритона на одну фазу, а Титана с Гиперионом на две фазы. Возможно также, что Диона потеряла аномально много своего вещества.
Если бы все спутники освободить от ледяной компоненты или, наоборот, вернуть им всю утерянную ими ледяную компоненту, то самые большие спутники оказались бы ближе к планетам, а меньшие - дальше от своих планет. У Юпитера самым большим спутником стала бы Ио, а у Урана - Ариэль.
Расположение некоторых меньших по размеру и массе спутников ближе к планетам более крупных спутников можно объяснить и их более поздним происхождением при переходе с околосолнечных орбит на околопланетные орбиты. Тот факт, например, что Миранда имеет большее наклонение орбиты к плоскости экватора Урана, чем другие, более крупные спутники, как будто бы подтверждает это. Ведь возраст планеты или спутника тем меньше, чем больше наклонение его орбиты к плоскости экватора центрального тела. Можно поэтому предположить, что Миранда на орбиту Урана перешла с околосолнечной орбиты позднее других спутников.
Если это так, то отсюда следует, что спутники, перешедшие на околопланетные орбиты, могут осуществлять этот переход и таким образом, что оказываются при этом на периферии планетно-спутниковой системы, и таким образом, что могут оказаться впереди других, в том числе более крупных спутников, и таким образом, что оказываются вблизи планеты.
Небесные тела при переходе с околосолнечной орбиты на околопланетную, по-видимому, должны изменять направление своего обращения с прямого на обратное. Если такое изменение направления обращения является обязательным условием перехода с околосолнечной орбиты на околопланетные, то все спутники, недавно перешедшие на орбиты планет, должны иметь обратное направление обращения. К ним относятся Тритон, Феба и четыре маленьких спутника Юпитера. Если это изменение направления обращения является правилом, то многие из небольших спутников на периферии планетно-спутниковых систем, которые будут обнаружены в будущем, должны иметь либо обратное направление обращения, либо большое наклонение орбиты.
Тритон, с его обратным направлением обращения, вынуждает нас сделать вывод, что перейти с орбиты вокруг Солнца на орбиту вокруг планеты могут и самые маленькие тела Солнечной системы, и более крупные - метеорные тела и кометы, астероиды и небольшие планеты. Переход большого небесного тела с гиперболической орбиты на эллиптическую, по-видимому, невозможен, поскольку оно приобретает при приближении к другому, гораздо более массивному телу, большую скорость, погасить которую торможением в диффузной среде оно не может. Переход же большого небесного тела с орбиты Солнца на орбиту планеты при стечении благоприятных обстоятельств, в частности, в плотной газово-пылевой среде, по-видимому, возможен. Это вовсе не значит, что спутники перешли с околосолнечных орбит на орбиты вокруг планет с такой массой и размерами, которые они имеют в настоящее время. Они, скорее всего, перешли на околопланетные орбиты гораздо меньшими по размерам и массе, а потом уже увеличились во время галактических зим как за счет диффузной материи, так и за счет выпадения на их поверхность других, более мелких спутников и комет.
Если переход относительно крупных тел с околосолнечной орбиты на орбиту вокруг планеты возможен, то это значит, что некоторые крупные спутники, как и Тритон, могли произойти именно таким способом, в том числе и Луна, которая, возможно, ранее обращалась вокруг Солнца по орбите, расположенной между орбитами Земли и Марса. Относительное торможение Луны было в несколько раз больше относительного торможения Земли, вследствие чего Луна, подобно Церере, образовавшаяся, возможно, ранее в районе астероидного пояса, слишком близко подошла к Земле и перешла на ее орбиту. При этом Луна, по-видимому, изменила свое направление обращения на обратное, но затем постепенно, на протяжении многих галактических зим, ее орбита развернулась. Предположим, что Луна ранее была самостоятельной планетой, расположенной вблизи Земли и имела орбитальную скорость 29 км/с, т. е. на 1 км меньше Земли, которая имеет скорость 30 км/с. Спутник Луна имеет орбитальную скорость 31 км/с относительно Солнца, когда направление ее движения относительно Земли совпадает с направлением ее движения относительно Солнца, и 29 км/с относительно Солнца, когда ее движение относительно Земли является противоположным направлению движения Луны относительно Солнца.
Если бы планета Луна при сближении с Землей, то ли по причине большого относительного торможения Луны, то ли по причине большого относительного ускорения Земли, а скорее всего по причине и того и другого вместе, прошла вблизи зоны действия Земли (с внешней стороны), когда Земля обгоняла ее, Луна уменьшала бы свою скорость под воздействием притяжения (возмущения) Земли до тех пор, пока они не оказались бы на одной линии с Солнцем (в нижнем соединении). Затем, когда Земля обгоняла бы Луну, последняя бы стала увеличивать под влиянием притяжения Земли свою скорость до ее прежнего значения. При торможении Луна приближалась бы к Солнцу, а при ускорении - удалялась бы на прежнее место.
При очередном обгоне Землей Луна могла бы войти в сферу действия Земли, уменьшив скорость, скажем, до 28 км/с и перейти на околоземную орбиту, снова увеличив скорость с 28 до 29 км/с, поскольку именно такая скорость нужна спутнику Луне с обратным обращением вокруг Земли. К тому же, Луна в это время испытывает торможение в газово-пылевой среде, что способствует ее переходу на орбиту Земли.
Не так давно на страницах научной печати дискутировался вопрос о том, не являлся ли в прошлом Меркурий спутником Венеры, перейдя затем под влиянием мощного гравитационного притяжения Солнца на орбиту вокруг него. Если Меркурий действительно был раньше спутником Венеры, то еще раньше он должен был перейти на орбиту Венеры с орбиты вокруг Солнца, расположенной между орбитами Венеры и Земли. Имея большее относительное торможение, чем Венера, Меркурий мог подойти близко к ней и перейти на ее орбиту, изменив при этом прямое направление обращения за обратное, Меркурий мог не только остановить медленное и прямое осевое вращение Венеры под воздействием приливного трения, но и заставить ее медленно вращаться в обратном направлен ии. Тем самым автоматически Меркурий изменил направление своего обращения относительно Венеры на прямое, а Венера приблизилась к Солнцу. В результате захвата Солнцем Меркурий возвратился на околосолнечную орбиту, оказавшись впереди Венеры. Однако, здесь возникает ряд вопросов, которые нуждаются в своем разрешении. Вопрос первый: почему Меркурий сумел заставит ь Венеру вращаться в обратную сторону, а Харон не сумел вынудить вращаться в обратную сторону Плутон? Ведь соотношение их масс примерно одинаковы - 15:1. На этот вопрос еще как-то можно ответить, например, предположив, что у Венеры был еще один большой спутник, как Луна, который, приблизившись под влиянием приливног о трения (как сейчас приближаются к своим планетам Фобос и Тритон) к поверхности Венеры, рухнул на нее и, передав Венере свой момент количества движения, заставил ее вращаться в обратную сторону, поскольку этот гипотетический спутник обращался вокруг Венеры в обратную сторону.
Но возникает второй, более серьезный вопрос: если Меркурий был спутником Венеры, он должен был не удаляться от Венеры, как Луна от Земли, а приближаться к ней, поскольку, во-первых, Венера вращается медленно и ее период вращения был бы меньше периода обращения Меркурия, во-вторых, Венера вращается в обратную сторону. Впрочем, и здесь можно найти ответ, например, предположив, что второй спутник, упав на поверхность Венеры, заставил ее быстро вращаться в обратную сторону, так что период вращения Венеры стал меньше периода обращения Меркурия, который вследствие этого стал быстрее удаляться от нее и, выйдя за пределы сферы действия Венеры, перешел на околосолнечную орбиту.
Однако, доказательств этого нет, и с таким же успехом можно утверждать, что Меркурий не был спутником Венеры. Его большое относительное ускорение объясняет, почему, несмотря на его большое относительное торможение, он до сих пор не вошел в атмосферу Солнца и не исчез в его недрах. Во время галактических зим, по крайней мере, суровых, когда Солнечная система пересекает рукава Галактики, Меркурий приближается к Солнцу, а во время галактического лета он снова удаляется от него на свое место.
Похожие работы
... группы) в основном проходил уже при отсутствии газа протопланетного облака, а атмосфера и гидросфера выделялись при дегазации первоначально твердых планетезималей, которые попадали на нее с периферии Солнечной системы. Многолетние геологические исследования показывают: Земля никак не могла образоваться из раскаленного газового сгустка и никогда не была расплавленной. В своей "юности" она, ...
... , что очень мало по сравнению с расстояниями до ближайших звёзд. Только некоторые кометы удаляются от Солнца на 100 тысяч а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд. Двигаясь в Галактике, Солнечная система время от времени пролетает сквозь межзвездные газопылевые облака. Вследствие крайней разряженности вещества этих облаков погружение Солнечной системы в облако может проявится только при ...
... подробно описал гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газовой туманности. Лаплас учёл основные характерные черты Солнечной системы, которые должна была объяснить любая гипотеза о её происхождении. В данный период наиболее разработанной является гипотеза О. Ю. Шмидта, разработанная в середине века. Часть 2: Туманность. Давайте перенесемся в далекое прошлое, ...
... поиск должен быть одним из важнейших ориентиров при формировании современной программы исследования космического пространства. Информация о реликтовом веществе в начальный период образования Солнечной системы будет способствовать углублению наших знаний о больших планетах, которые сформировались из мельчайших небесных тел, содержавших данное вещество. Таким образом, химический и физический анализы ...
0 комментариев