Главная
Статьи





11.08.2022


11.08.2022


11.08.2022


11.08.2022


11.08.2022






Происхождение и эволюция Миранды

20.01.2022

Происхождение и эволюция Миранды, одного из спутников Урана, полны интересными геологическими событиями. Научным сообществом предложены несколько версий её формирования и геологической эволюции. Одна из версий заключается в том, что Миранда образовалась из газопылевой туманности или аккреционного диска вокруг Урана. Этот диск либо существовал со времён формирования планеты, либо образовался при огромном импактном воздействии, которое, скорее всего, и дало Урану очень большой наклон оси вращения.

Между тем на этом относительно небольшом спутнике есть детали, возраст которых удивительно мал по сравнению с возрастом самой Миранды. По-видимому, возраст самых молодых геологических образований Миранды составляет всего лишь несколько сотен миллионов лет. Моделирование термической истории небольших спутников (размера Миранды) предсказывает скорое охлаждение и полное отсутствие геологической эволюции после аккреции спутника из туманности. Геологическая активность в течение столь длинного времени не может быть объяснена ни энергией от начальной аккреции, ни энергией деления радиоактивных элементов.

Миранда по сравнению с остальными спутниками Урана имеет самую молодую поверхность. Это указывает на то, что поверхность Миранды недавно претерпела значительные изменения. Нынешнее её состояние объясняется её сложной геологической историей, в которой имели место редкие сочетания различных астрономических явлений. Среди этих явлений могут быть и приливные силы, и явления орбитальных резонансов, и процессы частичной дифференциации или конвекции.

Удивительная геологическая структура поверхности, состоящая из различных областей, могла быть результатом того, что Миранда была разбита на части при катастрофическом столкновении с другим небесным телом, а затем заново собралась из кусков под действием силы гравитации. Некоторые ученые строят предположения даже о нескольких этапах столкновений (повторной аккреции) спутника. Данная гипотеза была отброшена в 2011 году в пользу гипотезы, связанной с приливными силами Урана. Эти силы могли вытянуть и снять поверхностную материю на коронах Инвернесс и Арден, создавая крутые разломы. Источником энергии для таких изменений могла служить только гравитация Урана.

Наиболее старые из известных областей Миранды — кратерированные равнины регионов Сицилия и Эфес. Формирование этих областей произошло после аккреции, а затем охлаждения спутника. В наиболее древних кратерах поверхность частично покрыта материалом из недр спутника, что в литературе носит название «эндогенного выравнивания». Тот факт, что на этом маленьком спутнике окажутся очевидные следы эндогенной реструктуризации после его образования, стал полной неожиданностью. Геологические новообразования Миранды показывают воздействие одного источника энергии, изначально обильно берущего эту энергию поэтапно с аккреции светила. Наиболее приемлемое объяснение источника энергии для спутника является то, которое объяснило несколькими годами ранее вулканизм на Ио: орбитальный резонанс Миранды является следствием приливных сил, создаваемых Ураном.

После первого периода, связанного с геологическим формированием спутника, Миранда пережила период охлаждения, который привел к общему расширению ядра и, как следствие, к образованию поверхностных трещин, которые раздробили мантию на грабены. Вполне возможно, что построение таких спутников, как Миранда, Ариэль и Умбриэль образовали несколько пар, вступающих в орбитальный резонанс: Миранда—Ариэль, Ариэль—Умбриэль, Умбриэль—Миранда. Однако, в отличие от наблюдаемого спутника Юпитера Ио, явление орбитального резонанса между Мирандой и Ариэлем не смогло привести к стабильному захвату малого спутника. Вместо захвата, орбитальный резонанс Миранды с Ариэлем и Умбриэлем привел к увеличению её эксцентриситета и наклону орбиты. Постепенно уходя от орбитального резонанса на Миранде чередовались фазы нагревания и охлаждения. Таким образом все известные грабены не были образованы в течение этого второго периода.

Разломы, возвышенности и другие особенности короны Арден.

Третий основной геологический период происходит вследствие сдвига орбиты Миранды, после чего образовываются короны Эльсинор и Арден. Во вновь образовавшихся коронах мог присутствовать своеобразный вулканизм, состоящий из расплавленной массы поверхностного твердого материала. По одной из версий формирования данные короны могут являться продуктом диапира, который был сформирован в ядре. В этом периоде наблюдается частичное дифференцирование Миранды. Учитывая размер и положение корон Эльсинор и Арден можно предположить, что их возникновение способствовало изменению момента инерции спутника и могло спровоцировать сдвиг Миранды на 90°. Сомнение вызывает одновременное формирование этих двух образований. Вполне вероятно, что спутник был сильно искорёжен до такой степени, что её асферический эксцентриситет временно втягивался в хаотическое вращение, как это, например, наблюдается у Гипериона. Если бы орбитальная переориентация Миранды произошла раньше формирования этих двух корон на поверхности, то корона Эльсинор была бы более старше короны Арден. Явления хаотического движения, порожденные резонансом между орбитами Миранды и Умбриэля 3:1 могли способствовать росту орбитального наклона выше 3°.

В последнем периоде геологического формирования Миранды образовалась корона Инвернесс, которая, вероятно, создана поверхностным натяжением, приведшим к образованию грабенов, таких как Верона и Алжир. После нового охлаждения Миранды, объём её поверхности мог увеличиться на 4 %. Вполне вероятно, что эти периоды геологического формирования поверхности Миранды происходили беспрерывно.

В конечном счете, формирование поверхности Миранды могло длиться более 3 миллионов лет. Оно началось примерно 3,5 миллиардов лет с появления сильнократерированных районов и закончилось около сотни миллионов лет назад образованием корон.

Спутник Урана — Умбриэль, который мог значительно повлиять на формирование Миранды.

Явления орбитальных резонансов, в большей степени орбитальный резонанс с Умбриэлем, чем с Ариэлем оказали значительное влияние на эксцентриситет орбиты Миранды. Данные явления также внесли свой вклад во внутренней разогрев и геологическую активность спутника. Их совокупность побудила к конвекции в единый субстрат и положила начало планетарной дифференциации. В то же время эти явления слабо бы изменили орбиты других, более массивных, по сравнению с Мирандой, спутников. Между тем, поверхность Миранды может показаться сильно искорёженной, чтобы являться единственным, сильно затронутым орбитальным резонансом, продуктом.

После того, как Миранда ушла от резонанса с Умбриэлем, её орбита приобрела аномально-высокий наклон, а эксцентриситет был уменьшен. Приливные силы затем изменили эксцентриситет и температуру в ядре спутника, что позволило вернуть сферическую форму, сохранив при этом впечатляющие геологические образования, такие как Верона Рупес. Эксцентриситет был источником приливных сил и его уменьшение привело к затуханию источника энергии, которая влияла на геологическую активность Миранды, что привело к тому, что Миранда стала холодным инертным спутником.