天王星的卫星

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December 4, 2021

天王星是太阳系中的第七颗行星,拥有 27 颗已知卫星。它们以威廉·莎士比亚和亚历山大·波普作品中的人物命名。前两颗卫星 Titania 和 Oberon 于 1787 年由威廉赫歇尔发现。 1851 年,威廉·拉塞尔发现了另外两颗大型卫星(Ariel 和 Umbriel)。 1948 年,杰拉德·柯伊伯发现了米兰达。所有其他卫星都小得多,是在 1985 年之后,在航海者 2 号任务期间或在先进的地面望远镜的帮助下发现的。天王星卫星可以分为三组: 五颗大的十三个内部九颗不规则的卫星 五颗大卫星的质量足够大,流体静力平衡使它们具有球体形状。在其中四个上注意到内部和外部活动的迹象,例如峡谷的形成和表面上所谓的火山活动。其中最大的,Titania,直径为 1578 公里,是太阳系中的第八大卫星。它的质量比地球的月球小20倍。国内卫星是小而暗的物体,在特征和起源上与行星环相似。天王星的不规则卫星具有椭圆形和高度倾斜(主要是逆行)的轨道,距离行星很远。

发现

威廉·赫歇尔爵士于 1787 年 1 月 11 日,也就是发现天王星六年后,发现了前两颗已知的卫星 Titania 和 Oberon。赫歇尔后来相信他发现了六颗卫星,甚至可能发现了一个环。近 50 年来,赫歇尔望远镜是唯一能够区分天王星卫星的望远镜。在 1840 年代,更先进的观测仪器和天王星的有利位置使得可以注意到除 Titania 和 Oberon 之外的其他卫星的零星迹象。最后,在 1851 年,威廉·拉塞尔发现了接下来的两颗卫星,阿里尔和翁布里尔。长期以来,在天王星卫星编号上,赫歇尔(Titania 和 Oberon - 天王星 II 和 IV)和拉塞尔(有时是 I 和 II)的名称之间存在争议。在确认了 Umbriel 和 Ariel 的存在之后,拉塞尔按照距离的顺序对卫星 I 到 IV 进行编号。从那以后,编号没有改变。 1852 年,威廉·赫歇尔的儿子约翰·赫歇尔为四颗著名卫星命名。近一个世纪以来,天王星卫星一直没有新的发现。 1948 年,杰拉德·柯伊伯发现了五颗大型球形卫星中最小的一颗,米兰达。几十年后的 1986 年 1 月,使用航海者 2 号航天器发现了 10 颗内部卫星。 “航海者”号记录了另一颗卫星,但后来没有被注意到。它于 2001 年在研究航海者 2 号的老照片时被“发现”,命名为 Perdita。直到 1997 年,天王星是唯一一颗没有发现不规则卫星的巨行星。就在那时,地面观测发现了九颗遥远的不规则卫星。2003 年使用哈勃太空望远镜发现了另外两颗小型内部卫星,丘比特和 Meb。 2008 年发现的最后一颗天王星卫星玛格丽塔 (Margarita) 于 2003 年被发现。

假想卫星

Herschel 在 1787 年 1 月 11 日发现 Titania 和 Oberon 后,他后来相信他观察到了另外四颗卫星:两颗在 1790 年 1 月 18 日和 2 月 9 日,另外两颗在 1794 年 2 月 28 日和 3 月 26 日。因此,在接下来的几十年里,天王星被认为有六颗卫星,尽管其中 4 颗的存在没有得到任何其他天文学家的证实。赫歇尔的四颗假想卫星被认为具有以下恒星周期:5.89 天(比土卫六更接近天王星)、10.96 天(在土卫六和天卫二之间)、38.08 和 107.69 天(比天卫二更远)。拉塞尔在 1851 年发现阿里尔和翁布里尔时的观察结果并未证实赫歇尔的观察结果;如果赫歇尔看到 Titania 和 Oberon 旁边的卫星,当然他必须查看 Ariel 和 Umbriel,这两个卫星在轨道特征方面与 Herschel 看到的任何其他卫星都不匹配。因此,得出结论,赫歇尔观测到的六颗卫星中,有四颗是虚幻的——可能是将天王星附近的恒星误认为是卫星的结果,而拉塞尔发现阿里尔和翁布里埃尔的权利得到了承认。

姓名

天王星的前两颗卫星于 1787 年被发现,但仅在 1852 年,也就是另外两颗卫星被发现一年后才被命名。天王星发现者的儿子约翰赫歇尔承诺为他们命名。他决定不为希腊神话中的卫星取名,而是以英国文学中的魔法精灵命名它们:威廉·莎士比亚喜剧《仲夏夜之梦》中仙女和精灵的国王和女王奥伯伦和泰坦尼亚以及来自维克拉波普的阿里尔和翁布里安的精灵(Ariel 也是莎士比亚风暴中的精灵)。之所以做出这样的选择,显然是因为天王星作为天神和空气之神,伴随着空气之灵。没有继续命名空气烈酒的传统(只有 Pak 和 Mab 延续了这一传统),更多的名字集中在莎士比亚的来源上。 1949 年,第五颗卫星米兰达,由其发现者杰拉德·柯伊伯 (Gerard Kuiper) 命名,以纪念莎士比亚《风暴》中的凡人角色。由国际天文学联合会 (IAU) 建立的当前卫星命名做法使用莎士比亚戏剧和教皇诗歌《卷曲绑架》中的人物(尽管现在只有 Ariel、Umbriel 和 Belinda 的名字来自最后一首诗;所有其他人都以莎士比亚)。最初,最遥远的卫星只用一部剧(《风暴》)中的人物名字来称呼;但随着玛格丽塔(Margarita)的名字来自“徒劳的喧嚣”,这种传统停止了。目前只有 Ariel、Umbriel 和 Belinda 的名字来自最后一首诗;所有其他人都以莎士比亚的名字命名)。最初,最遥远的卫星只用一部剧(《风暴》)中的人物名字来称呼;但随着玛格丽塔(Margarita)的名字来自“徒劳的喧嚣”,这种传统停止了。目前只有 Ariel、Umbriel 和 Belinda 的名字来自最后一首诗;所有其他人都以莎士比亚的名字命名)。最初,最遥远的卫星只用一部剧(《风暴》)中的人物名字来称呼;但随着玛格丽塔(Margarita)的名字来自“徒劳的喧嚣”,这种传统停止了。

团体

天王星的卫星系统是巨行星卫星系统中质量最小的;天王星的 5 颗最大卫星的总质量不会是海卫一(太阳系第七大卫星)质量的一半。天王星最大的卫星二氧化钛的半径为788.9公里,比地球的月球半径小,但比土星的第二大卫星丽略大,使泰坦成为太阳系第八大卫星。铀的质量大约是其卫星的 10,000 倍。

大型卫星

天王星的卫星中有五颗最大的:米兰达、阿里尔、翁布里埃尔、泰坦尼亚和奥伯伦。它们的直径范围从米兰达的 472 公里到 Titania 的 1578 公里。天王星的所有大卫星都是相对较暗的物体:它们的几何反照率在 30-50% 的范围内变化,邦德的反照率在 10-23% 之间变化。 Umbriel 是这些卫星中最暗的,而 Ariel 是最亮的。卫星的质量范围从 6.7 × 1019 kg(米兰达)到 3.5 × 1021 kg(二氧化钛)。相比之下,地球月球的质量为 7.5 × 1022 kg。天王星最大的卫星被认为是在天王星周围存在一段时间的吸积盘中形成的,吸积盘是在天王星形成或与另一个天体碰撞后形成的[来源?]。天王星的所有大型卫星都由一半的冰和岩石组成,除了米兰达,主要由冰组成 [来源?]。冰的成分可以是氨和二氧化碳。它们的表面点缀着陨石坑,但所有(除了 Umbriel)都显示出表面“更新”的迹象,以峡谷的形式观察到,而在米兰达的情况下,则是蛋形、种族状的结构,所以——称为“冠”。人们相信“皇冠”是通过提高底辟形成的。 Ariel 的表面可能是最年轻的,陨石坑最少。 Umbriel 的表面似乎是最古老的。 Miranda 和 Umbriel (3:1) 之间以及 Ariel 和 Titania (4:1) 之间的共振,过去发生过,被认为是导致 Miranda 和 Ariel 显着内源性活动​​的热量的原因。这个结论是由米兰达的高轨道倾角的存在得出的,离地球如此之近的天体是不寻常的。天王星最大的卫星由中心的岩石核心和外部的冰盖组成。 Titania 和 Oberon 可能在地核和地幔之间的边界处有一片液态水[来源?]。

国内卫星

截至 2008 年,天王星拥有 13 颗内部卫星。他们的轨道位于米兰达的轨道内。所有内部“卫星”都与天王星环密切相关,这可能是一个或多个内部“卫星”衰变的结果。 Cordelia和Ophelia充当环ε的“牧羊人”,小Mab可能是最远环μ的来源。 Pak 在 Perdita 和 Mab 之间的轨道上旋转,可能是天王星内部卫星和大卫星之间的过渡天体。计算表明,如果它们的轨道相交,内部卫星将相互作为相互矛盾的因素;毕竟,这会导致它们之间发生冲突。苔丝狄蒙娜可能再面对克瑞西达或朱丽叶一亿年。系统是混乱的,可能不稳定。所有内部卫星都是暗天体;它们的几何反照率不超过 10%。它们由水冰和深色物质的混合物组成,可能是辐射转化的有机物质 [来源?]。内部重力使它们呈球形的大型卫星以粗体标记。带有胸部轨道的不规则卫星以浅灰色标记,并以逆行 - 深灰色标记。

笔记