Оберо́н — второй по величине и массе внешний спутник Урана и девятый по массе спутник Солнечной системы. Также известен под обозначением «Уран IV». Открыт Уильямом Гершелем в 1787 году и назван в честь мифического царя фей и эльфов в произведении Вильяма Шекспира Сон в летнюю ночь. Его орбита частично расположена за магнитосферой Урана.

Вполне возможно, что Оберон сформировался из аккреционного диска, окружавшего Уран сразу после создания планеты. Спутник состоит примерно из равного количества камня и льда, преобразованных в каменное ядро и ледяную мантию. Слой воды в жидком состоянии предположительно может находится между мантией и ядром. Поверхность Оберона темная с красным оттенком и, скорее всего, была сформирована из астероидов и комет, отчего покрыта многочисленными кратерами, достигающими 210 км в диаметре. Оберон обладает системой чашматов (грабенами или обрывами), образовавшихся при растяжении поверхностной коры в результате расширения внутреннего слоя на этапе ранней эволюции.

Оберон был исследован всего один раз космической станцией «Вояджер-2», который сделал несколько снимков, что позволило получить сведения о 40 % поверхности.

История открытия, наименования и изучения

Оберон был открыт Уильямом Гершелем в 1787 году (через 6 лет после открытия им Урана). В тот же день он открыл самый большой спутник Урана — Титанию^{[1] [2]}. Позднее Гершель сообщил об открытии ещё четырёх спутников^[3], хотя впоследствии они были выявлены как ложные^[4]. В течение еще 50 лет после открытия, за Титанией и Обероном абсолютно не велось наблюдения никем, кроме Гершеля^[5], ввиду слабой проницающей силы телескопов того времени, зато сейчас эти спутники можно наблюдать с Земли и с помощью современных любительских телескопов высшего класса^[6].

Первоначально Оберон называли «Вторым спутником Урана», а в 1848 году Уильям Лассел дал ему имя Уран II^[7], хотя он иногда и использовал нумерацию Уильяма Гершеля, где Титания и Оберон именовались как Уран II и Уран IV соответственно^[8]. Наконец, в 1851 году Лассел переименовал четыре известных на тот момент спутника римскими цифрами в порядке их удалённости от планеты, и с тех пор Оберон носил имя Уран IV^[9].

Впоследствии все спутники Урана были названы в честь персонажей произведений Вильяма Шекспира и Александра Поупа. Оберон получил своё название в честь Оберона, царя фей и эльфов, из произведения Сон в летнюю ночь^[10]. Наименования для всех четырех на тот момент известных спутников Урана были предложены сыном Гершеля — Джоном в 1852 году по просьбе Уильяма Лассела^[11], который годом ранее обнаружил два других спутника — Ариэль и Умбриэль^[12].

До сих пор единственное изображение Оберона крупным планом было получено благодаря космическому аппарату «Вояджер-2», который сфотографировал спутник во время исследований Урана в январе 1986 года. Так как самое близкое расстояние между ними было 470 600 км^[13], то снимки спутника имеют пространственное разрешение приблизительно 6 километров (только Миранда и Ариэль были сняты с лучшим разрешением)^[14]. Изображения покрывают только 40% поверхности, но только 25% снимков были сфотографированы с точностью, требуемой для геологической картографии. Во время полёта «Вояджера» южное полушарие Оберона (как и других спутников) было направлено к Солнцу, таким образом северное полушарие, которое в тот момент было темным, не могло быть изучено^[15](северная часть погружена в полярную ночь длительностью 42 года).

До полёта «Вояджера-2» о спутнике было мало что известно. В результате наземных спектрографических наблюдений было установлено наличие на Обероне водяного льда. Никакой другой космический аппарат никогда не посещал Уран или Оберон, не планируются посещения и в обозримом будущем.

Орбита

Орбита Оберона находится примерно в 584 000 километров от Урана, и потому Оберон считается самым удалённым от планеты из 5 крупных спутников. Оберон имеет небольшой эксцентриситет орбиты и наклон относительно экватора Урана^[16]. Его орбитальный период составляет примерно 13,5 дней и совпадает с периодом вращения вокруг своей оси. Иными словами, Оберон является синхронным спутником, всегда повёрнутым одной и той же стороной к планете^[15]. Значительная часть орбиты Оберона проходит вне магнитосферы Урана^[17]. В результате его поверхность подвержена изменениям, связанным с солнечным ветром^[18]. А полушарие, находящееся со стороны спутника, направленной в сторону, обратную его движению по орбите, при прохождении внутри магнитосферы планеты, поражено еще и магнитосферной плазмой, которая совместно вращается с планетой^[17]. Бомбардировка магнитосферной плазмой может привести к затемнению данного полушария, и данный процесс наблюдается на всех спутниках Урана, за исключением одного лишь Оберона^[18].

Так как Уран вращается вокруг Солнца чуть ли не на боку, а его спутники находятся на орбитах, расположенных в экваториальной плоскости планеты, все они (включая Оберон) подвержены крайним сезонным циклам. И Северный и Южный полюса проводят 42 года в полной темноте и 42 года в непрерывном солнечном свете. Солнце поднимается близко к зениту на каждом из полюсов во время солнцестояния^[18]. Полёт «Вояджера-2» в 1986 году совпал с летним солнцестоянием на южном полюсе, тогда как почти всё северное полушарие находилось в темноте. Один раз в 42 года происходит равноденствие Урана относительно экваториальной плоскости Земли, и тогда взаимные затемнения, связанные с покрытием спутников, становятся возможны. Одно из таких затемнений, длившееся в течение почти шести минут, наблюдалось с Земли 4 мая 2007 года, когда Оберон затмил Умбриэль^[19].

Состав и внутреннее строение

Оберон — второй по величине и массе спутник Урана и девятый по массе спутник в Солнечной системе. Плотность Оберона 1,63 г/см^3[20], что несомненно выше плотности аналогичных спутников Сатурна и показывает, что Оберон состоит, предположительно, на 50 % из водного льда, на 30 % из горных пород и на 20 % из соединений метана и азота^[15][21]. Присутствие водного льда показали также спектрографические наблюдения, с помощью которых удалось обнаружить его кристаллы на поверхности спутника^[18]. При сверхнизких температурах, характерных для спутников Урана, лёд меняет свои свойства и становится подобным горной породе. Абсорбция полос водного льда на полушарии, обращённом в сторону, противоположную движению спутника по орбите, намного сильнее, чем на ведущем полушарии, что отличает Оберон от остальных спутников Урана^[18]. Причина данной асимметрии неизвестна, но, возможно, это связано с внешними воздействиями на почву при создании поверхности (или созданием почвы при помощи внешних воздействий), которое наиболее сильно на ведущем полушарии. Метеорит, ударяясь о поверхность спутника, как правило, распыляет (удаляет) лёд с поверхности, оставляя после себя тёмные участки, не содержащие льда ^[18]. Тёмное покрытие также, вероятно, было сформировано в результате лучевой обработки клатратов метана или радиационного затемнения органических соединений^[15][22].

Оберон мог быть преобразован в спутник с каменным ядром, окружённый ледяной мантией^[21]. Если это действительно так, то радиус ядра (480 км.) составляет приблизительно 63 % от радиуса спутника, а масса ядра примерно равна 54 % массы Оберона — данные о пропорциях взяты из приблизительного состава спутника. Давление в центре Оберона достигает приблизительно 0,5 ГПа (5 кбар)^[21]. Текущее состояние ледяной мантии неизвестно. Если лёд содержит достаточное количество аммиака или любого антифриза, то на Обероне может существовать жидкий океан на границе ядра с мантией. Толщина этого океана, если он существует, составила бы приблизительно 40 километров, а температура была бы около 180 Кельвинов^[21]. Впрочем, внутреннее строение Оберона во многом зависит от его термальной истории, которая в данный момент остается малоизвестной.

Поверхность

Оберон является вторым наиболее тёмным спутником Урана после Умбриэля^[23]. Его поверхность оказывает сильное противодействие солнечным лучам: отражение уменьшается с 31 % под фазой угла 0° (геометрическое альбедо) до 22 % под углом в 1°. У Оберона низкое альбедо Бонда, приблизительно равное 14 %^[23]. Поверхность спутника в основном красного цвета, за исключением мест с слегка голубыми залежами или залежами промежуточных (между красным и голубым) цветов^[24]. Оберон фактически является самым красным среди основных спутников Урана. Его полушария (направленное в сторону, обратную движению орбиты, и ведущее) асимметричны. Ведущее полушарие имеет более красный цвет, потому что содержит больше тёмно-красных веществ, что зачастую является результатом космического выветривания, вызванной бомбардировкой поверхности заряженными частицами и микрометеоритами, которые старше Солнечной системы^[22]. Однако асимметрия, скорее всего, вызвана аккрецией красноватого материала (появляющегося из внешней части системы Урана, возможно, от нерегулярных спутников), которая и происходит преимущественно на полушарии, направленном в сторону орбиты^[25].

Научным сообществом выявлено два вида поверхности спутника — это кратеры и чашматы (глубокие удлиненные каньоны^[26], обладающие отвесными боковыми углублениями, которые на Земле были бы, вероятно, названы рифтовыми долинами или откосами)^[15]. Поверхность Оберона, по сравнению с другими спутниками Урана, наиболее сильно покрыта ударными кратерами, и появление новых кратеров уравновешивает исчезание старых. Такое большое количество «старых» и «молодых» ударных кратеров показывает, что у Оберона наиболее древняя поверхность по сравнению с другими спутниками Урана^[14], и говорит о давнем отсутствии на ней геологической активности. Диаметр кратеров варьируется от нескольких километров до 206 километров для самого крупного из известных кратеров^[14] — Гамлета^[27]. Вокруг многих кратеров имеются светлые лучи — вероятно, выбросы льда^[15]. Наибольшая высота поверхности, замеченная в юго-восточной части Оберона при помощи снимков «Вояджера—2», равна около 11 километров и, вероятно, может являться центральным пиком внутри большого бассейна с диаметром примерно 375 километров^[28]. Поверхность Оберона пересечена системой каньонов, которая, однако, тут гораздо меньше распространена, чем на Титании^[15]. Стороны каньонов представляют собой обрывы, вероятно, вызванные разломами, которые могут быть и старыми и недавно образованными: на последнем поперечном разрезе видны яркие месторождения некоторых крупных кратеров, что указывает на то, что они образовались позже^[29]. Наиболее известный каньон Оберона — Моммур Чашма^[30].

Геология Оберона находится под влиянием двух конкурирующих процессов: формирования ударных кратеров и эндогенного восстановления поверхности^[29]. Первый процесс действовал за всю историю спутника и потому, прежде всего, ответственен за внешность, которую мы можем наблюдать^[14]. Последний процесс стал активным только после формирования спутника и обладал, главным образом, тектоническим характером, что привело к образованию каньонов, которые по сути являются гигантскими трещинами в ледяной коре. Растрескивание коры было вызвано, скорее всего, расширением Оберона примерно на 0,5 %, которое произошло в два этапа, соответствующих появлению старых и молодых каньонов^[29].

Крупнейшие кратеры Оберона, такие, как Гамлет, Макбет и Отелло, имеют основание из тёмного вещества, выпавшего уже после их формирования^[14], что оказалось неожиданным в связи с их относительной «молодостью». Кроме того, тёмные пятна были обнаружены и на ведущем полушарии (при движении спутника по орбите). Некоторые учёные предполагают, что это, возможно, является следствием криовулканизма (аналога лунного моря)^[14], когда сквозь образовавшиеся разрывы в ледяной коре на поверхность изливалась загрязнённая вода, которая при застывании образовала тёмную поверхность. Другое мнение связано с тем, что под воздействием метеоритов было «выбито» тёмное вещество, находящееся под ледяным покровом (корой). В последнем случае, Оберон представлял бы из себя спутник с частично изменённой ледяной коркой, лежащей на вершине неизменной внутренней части^[24].

Происхождение и эволюция

Оберон предположительно сформировался из аккреционного диска или туманности. Диск газа и пыли либо существовал вокруг Урана в течение какого-то времени после формирования планеты, либо был создан при помощи огромного воздействия, которое, скорее всего, и дало Урану значительный наклон^[33]. Точный состав туманности неизвестен, но, однако, относительно высокая плотность Оберона и других спутников Урана по сравнению со спутниками Сатурна даёт право предположить, что в туманности присутствовало мало воды^[15]. Значительные количества азота и углерода могут находиться в виде окиси углерода и азота, а не в виде аммиака и метана^[33]. Спутники, образующиеся в таких туманностях, будут содержать меньше воды, льда (с CO и N₂, удерживающимися как клатраты) и большее количество каменных пород, что объясняло бы высокую плотность^[15].

Образование Оберона, вероятно, продолжалось в течение нескольких тысяч лет^[33]. Сжатие частиц, сопровождавшее образование, вызывало нагревание наружного слоя спутника^[34]. Максимальная температура (около 250 Кельвинов), вероятно, была достигнута на глубине приблизительно в 60 километров^[34]. После завершения формирования внешний слой остыл, а внутренний стал нагреваться из-за распада радиоактивных элементов, существующих в его недрах^[15]. Поверхностный слой за счет охлаждения сокращался, в то время как нагревающийся внутренний расширился. Это вызвало обширные пространственные изменения коры Оберона, сопровождавшиеся многочисленными разломами. Существующая система каньонов может быть результатом этого процесса, длившегося около 200 миллионов лет^[35], с учетом того, что эндогенная деятельность на Обероне прекратилась несколько миллиардов лет назад^[15].

Изначальная аккреция частиц, нагревающая спутник, и продолжающийся далее распад радиоактивных элементов обладали, вероятно, достаточной силой, чтобы расплавить лёд, если некоторые антифризы, такие, как аммиак (в форме гидрата аммиака) и соль, присутствуют в составе Оберона^[34]. Дальнейшее таяние, вероятно, привело к выведению льда из горных пород и формированию каменного ядра, окружённого ледяной мантией. Слой воды в жидком состоянии (океана), насыщенного растворённым аммиаком, возможно, был сформирован на границе ядра с мантией. Эвтектическая температура этой жидкости — 176 К^[21]. Если температура океана была бы ниже этого значения, то он был бы заморожен к настоящему времени. Замораживание воды привело бы к расширению внутреннего слоя, который мог бы изменить формирование большинства каньонов, и, возможно, способствовал формированию каньона типа грабена^[14]. Тем не менее, данные об Обероне до сих пор очень скудны и ограничиваются лишь исследованием «Вояджера-2» в январе 1986 года.

Оберон в культуре

Вокруг событий, произошедших с земной экспедицией на Обероне, строится сюжет научно-фантастической трилогии Сергея Павлова «Лунная радуга». «Луна», фигурирующая в названии повести, и есть Оберон — четвёртый спутник («луна») Урана. По первой повести фантастической трилогии был снят одноимённый позднесоветский фильм.

Одна из повестей американского писателя-фантаста Эдмонда Гамильтона — «Сокровище Громовой Луны» — описывает Оберон как планету, покрытую вулканами, с каменной поверхностью и с океанами из жидкой лавы, живыми существами-«огневиками» и залежами редчайшего элемента-антигравитанта — «левиума».

Профессор Никлаус Вирт назвал свой последний язык программирования Обероном в честь этого спутника Урана^[36].

См. также

• Уран
• Спутники Урана

Примечания