Атмосфера Тритона по наблюдениям звездного покрытия 5 октября 2017 года
Категория: Системы планет гигантов, НептунНаблюдение покрытия Тритоном звезды 12.7 звездной величины позволило оценить температуру, давление и другие свойства его атмосферы и сравнить с данными «Вояджера-2».
Владислава Ананьева
Тритон, спутник Нептуна – один из крупнейших спутников планет Солнечной системы, по размерам и массе он немного больше Плутона. Это единственный крупный спутник на ретроградной орбите – он вращается вокруг Нептуна в сторону, противоположную направлению вращения самой планеты, и делает один оборот за 5.877 суток. Радиус Тритона оценивается в 1353 км, масса примерно втрое меньше массы Луны.
К настоящему моменту мимо Тритона пролетал только один космический аппарат – «Вояджер-2», и случилось это в августе 1989 года. «Вояджер» обнаружил у Тритона разреженную азотную атмосферу с давлением у поверхности в 14 ± 2 микробар. Атмосфера находится в равновесии с отложениями азотного льда на поверхности спутника, температура которой составила только ~38 К. Также «Вояджер» зафиксировал гейзеры и тонкую дымку на высоте около 100 км.
Одним из мощных методов изучения таких далеких тел, как Тритон, является метод звездных покрытий, или затмений. Изредка спутник (или другое изучаемое тело, например, астероид) проходит между Землей и какой-либо из фоновых звезд, ненадолго затмевая ее. Анализируя кривую блеска затмеваемой звезды, полученную из разных точек на земной поверхности, исследователи могут просветить атмосферу спутника и оценить ее плотность. Обычно затмеваемые звезды очень тусклые, но 5 октября 2017 года ученым повезло – Тритон прошел между Землей и сравнительно яркой (+12.7 в видимых лучах) звездой, причем тень спутника легла на Европу, северную Африку и восточную часть США. Это позволило организовать масштабную наблюдательную кампанию, в которой приняло участие свыше ста обсерваторий и выездных наблюдателей, и было получено 90 кривых блеска.
- Геометрия покрытия 5 октября 2017 года в проекции на небесную сферу. Линиями показано видимое движение звезды относительно Тритона при наблюдениях из разных точек земной поверхности. Синие линии показывают наблюдения хорошего качества (с высоким отношением сигнал/шум), красные линии – наблюдения плохого качества, которые не учитывались при дальнейшем анализе.
В результате ученым удалось определить плотность, температуру и давление в атмосфере Тритона на высотах от 8 до 190 км (ниже наличие температурной инверсии сделало профили недостоверными).
Ось вращения Нептуна наклонена к нормали к плоскости его орбиты на 29.6°, а орбита Тритона наклонена к оси вращения Нептуна на 157°. Все это приводит к причудливой смене сезонов на спутнике, повторяющейся каждые 650 лет. В последние десятилетия в южном полушарии Тритона стоит полярное лето, причем солнце поднимается в зенит над 50° южной широты (в начале 2000-х годов) и над 40° южной широты во время наблюдений 2017 года.
- Широта подсолнечной точки на Тритоне в зависимости от времени. Нижний график показывает часть верхнего графика в увеличенном масштабе. В последние десятилетия в южном полушарии Тритона стоит полярное лето.
Итак, температурный максимум в нижних слоях атмосферы Тритона достигается на высоте 10 км и составляет около 50 К. Ниже температура должна быстро падать до 38 К на поверхности, но полученные данные не позволяют аккуратно восстановить температурный профиль. На высоте 23 км наблюдается минимум (мезопауза), еще выше температура снова начинает расти. Атмосферное давление у поверхности авторы оценили в 14.1 ± 0.3 микробар, что прекрасно согласуется с данными «Вояджера-2». На расстоянии 1400 км от центра Тритона (т.е. на высоте 47 км) давление падает до 1.18 ± 0.03 микробар. Атмосфера выглядит сферически симметричной, скорость зональных ветров на экваторе не превышает 63 м/с.
- Профили атмосферы Тритона: концентрация молекул (вверху), атмосферное давление (в середине) и температура (внизу) в зависимости от расстояния до центра спутника. Прямая линия соответствует радиусу Тритона 1353 км, пунктирная линия – высоте 8 км, выше которой данные об атмосфере достоверны, точечная линия – расстоянию 1400 км до центра Тритона, т.е. высоте 47 км.
Авторы обсуждают результаты наблюдений других покрытий Тритоном фоновых звезд, происходившие 18 июля 1997 года и 21 мая 2008 года. Во время этих наблюдений регистрировалось примерно вдвое более высокое давление на высоте 47 км, которое при экстраполяции к поверхности пересчитывается в 23-27 микробар. Но оба этих результата получены с большими погрешностями, так что до сих пор неясно, повышалась ли плотность атмосферы Тритона во время летнего солнцестояния или нет. Авторы склоняются к тому, что повышалась до ~20 микробар, но к настоящему времени вернулась к состоянию 1989 года.
Источник: https://arxiv.org/pdf/2201.10450.pdf