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ELENCO POST:

mercoledì 3 luglio 2019

I SATELLITI IRREGOLARI DEI PIANETI GIGANTI. by Giovanni Donati - INSA.

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Aggiornato il 10/05/2020

I SATELLITI IRREGOLARI


S/2004 S11 ).

Introduzione:
In astronomia un satellite irregolare è un satellite naturale la cui orbita attorno al proprio pianeta è lontana, inclinata e spesso retrograda.
Sorprendentemente le simulazioni numeriche provano che alcune delle attuali orbite degli irregolari sono stabili, nonostante robuste perturbazioni in prossimità dell'apoapside. 
Il motivo di questa stabilità è che alcuni satelliti irregolari orbitano con una risonanza secolare o con una risonanza di Kozai.

Definizione:
Non esiste una definizione precisa e accettata di satellite irregolare. Informalmente, i satelliti sono considerati irregolari se sono così lontani dal pianeta che la precessione della loro orbita è principalmente controllata dal Sole.
In breve, il semiasse maggiore del satellite è confrontato con la sfera di Hill (rH) del pianeta. I satelliti irregolari hanno semiassi maggiori più grandi di 0,05 rH con apoapsidi che si estendono fino a 0,65 rH. Il raggio della sfera di Hill è riportato nella tabella qui sotto.
PianetarH (Gm)
Giove51
Saturno69
Urano73
Nettuno116

La sfera di Hill:
La sfera Hill o Roche di un corpo astronomico è la regione in cui domina l'attrazione dei pianeti rispetto al Sole . Il guscio esterno di quella regione costituisce una superficie a velocità zero .
Per essere trattenuto stabilmente da un pianeta , un satellite deve avere un'orbita che si trova all'interno della sfera Hill del pianeta stesso.
In termini più precisi, la sfera di Hill si avvicina alla sfera di influenza gravitazionale di un corpo più piccolo di fronte alle perturbazioni di un corpo più massiccio.
Fu definito dall'astronomo americano George William Hill , basato sul lavoro dell'astronomo francese Édouard Roche .
LINK : https://it.wikipedia.org/wiki/Sfera_di_Hill 

Orbite particolari e variabili:
Le orbite delle lune irregolari sono estremamente diverse, ma si possono individuare alcune regole comuni. Le lune retrograde sono di gran lunga il tipo maggiore (83%).
Nessun satellite ha un'inclinazione orbitale superiore a 55° per le prograde, e inferiore a 130° per le retrograde. In aggiunta si possono individuare alcuni raggruppamenti in cui un satellite più grosso condivide la sua posizione orbitale con alcuni satelliti più piccoli (Famiglie).
Data la loro distanza dal pianeta, le orbite dei satelliti più esterni sono molto perturbate dal Sole, quindi i loro elementi orbitali cambiano molto in un breve lasso di tempo. Ad esempio il semiasse maggiore di Pasifae cambia di 1,5 miliardi di chilometri in una sola orbita (circa 2 anni terrestri), nello stesso periodo di tempo la sua inclinazione cambia di circa 10° e l'eccentricità di 0,4 in 24 anni.

Di conseguenza per identificare i satelliti irregolari vengono usati elementi orbitali medi, piuttosto che valori esatti ad una data precisa, in modo simile a quanto avviene per le famiglie di asteroidi.

Corpi catturati:
Si ritiene che i satelliti irregolari dei pianeti giganti siano stati catturati da orbite eliocentriche. L'esatta natura del processo di acquisizione, tuttavia, rimane incerta. Esaminando la possibilità che i satelliti irregolari siano stati catturati dal disco planetario durante l'instabilità del sistema solare iniziale quando si sono verificati incontri tra i pianeti esterni, come già dimostrato che i satelliti irregolari di Saturno, Urano e Nettuno sono stati plausibilmente catturati durante gli incontri planetari. Qui ipotizziamo che gli attuali modelli di instabilità presentano condizioni favorevoli per la cattura di satelliti irregolari anche da parte di Giove, principalmente perché Giove ha subìto una fase di incontri ravvicinati con un gigante di ghiaccio. Quindi la distribuzione orbitale dei corpi catturati durante gli incontri planetari fornisce una buona corrispondenza con la distribuzione osservata di satelliti irregolari intorno a Giove. L'efficienza di cattura per ogni oggetto nel disco transplanetario originale è risultata essere abbastanza grossa da spiegare la popolazione osservata di lune irregolari gioviane. Confermando anche i risultati per i satelliti irregolari di Saturno, Urano e Nettuno.

CATTURA SATELLITARE IRREGOLARE PER REAZIONI DI SCAMBIO:
Lo studio dell'origine dei satelliti irregolari rimane importante nella scienza planetaria perché fornisce vincoli al processo di formazione di pianeti giganti e analizza le proprietà di un disco planetario ormai estinto che esisteva tra 5 e 30 UA all'inizio della storia del sistema solare. 
Mentre sono stati sviluppati diversi scenari putativi di cattura di satelliti irregolari attorno a pianeti giganti, varie incertezze e la mancanza di un modello accurato della storia evolutiva del sistema solare di solito impediscono una valutazione della loro probabilità complessiva. Ipotizziamo uno scenario di interazione a tre corpi in cui i satelliti irregolari si formano dalla dissociazione di un binario planetesimale nel campo di gravità di un pianeta. Nell'ambito del modello di Nizza, determiniamo quanti satelliti irregolari dovrebbero essere formati attorno a ciascuno dei pianeti giganti. Prestiamo particolare attenzione alla possibile cattura di Tritone tramite questo meccanismo. Scopriamo che Tritone avrebbe potuto essere catturato tramite una dissociazione binaria molto presto dopo la formazione di Nettuno, quando il disco planetesimale era ancora dinamicamente freddo. Molto probabilmente Tritone fu catturato da una dissociazione di un sistema binario in cui il componente più massiccio era ~ 2-5 volte più pesante di Tritone. I nostri risultati suggeriscono che Nettuno, la formazione del binario di Tritone e la cattura di Tritone attorno a Nettuno avvennero tutti entro i primi 5-10 Miliardi di anni della formazione del sistema solare quando il disco di gas era ancora presente. Ciò escluderebbe la formazione tardiva dei giganti del ghiaccio. I nostri risultati, invece, indicano anche che la dissociazione binaria è un processo altamente improbabile per l'origine di piccoli satelliti irregolari per due motivi. 
Primo, la distribuzione orbitale dei corpi catturati è incompatibile con quella dei satelliti irregolari osservati. 
In secondo luogo, l'efficienza delle catture è troppo bassa per spiegare le numerose popolazioni di piccoli satelliti irregolari. 


LINK: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/136/4/1463 

Evoluzione orbitale e collisionale dei satelliti irregolari:
Le lune irregolari dei pianeti gioviani sono una parte sconcertante dell'inventario del sistema solare. A differenza dei normali satelliti, le lune irregolari ruotano attorno ai pianeti a grandi distanze in orbite inclinate ed eccentriche. La loro origine, che è intimamente legata all'origine dei pianeti stessi, deve ancora essere spiegata. Qui riportiamo un estratto di uno studio sull'evoluzione orbitale e collisionale dei satelliti irregolari dai tempi successivi alla loro formazione fino all'epoca attuale. Lo scopo di questo studio è stato quello di scoprire le varie caratteristiche delle lune irregolari osservate che possono essere attribuite a questa evoluzione.

Abbiamo integrato numericamente circa 60.000 test di orbite satellitari per mappare le posizioni orbitali stabili su lunghi intervalli di tempo. Abbiamo scoperto che le orbite fortemente inclinate rispetto all'eclittica sono instabili a causa dell'effetto della risonanza di Kozai, che le allunga radialmente in modo che i satelliti, o sfuggano alla sfera di Hill, oppure si scontrino con i grandi satelliti interni od infine colpiscano il pianeta madre. Abbiamo anche scoperto che le orbite satellitari prograde con grandi semiassi-maggiori sono instabili a causa dell'effetto della risonanza di evitazione, che blocca l'apocentro dell'orbita al moto apparente del Sole attorno al pianeta madre. In tale risonanza, l'effetto delle maree solari su una luna risonante si accumula ad ogni passaggio all'apocentro orbitale del satellite, causando una deriva radiale esterna del suo apocentro dell'orbita, una volta che questo è vicino alla sfera Hill, il satellite sfugge. Al contrario, le lune retrograde con grandi semiassi-maggiori dell'orbita sono stabili su una lunga durata.
Abbiamo sviluppato un modello analitico delle orbite satellitari distanti e lo abbiamo usato per spiegare i risultati dei nostri esperimenti numerici. In particolare, abbiamo studiato analiticamente l'effetto della risonanza di Kozai. Abbiamo integrato numericamente le orbite delle 50 lune irregolari (conosciute entro il 16 agosto 2002) per 108 anni Tutte le orbite erano stabili su questo intervallo di tempo e non mostravano variazioni macroscopiche che avrebbero indicato instabilità operanti su periodi di tempo più lunghi.

Le orbite medie calcolate da questo esperimento sono state quindi utilizzate per sondare l'evoluzione collisionale dei sistemi satellitari irregolari.
Abbiamo scoperto che :
(1) le grandi lune irregolari devono aver eliminato collettivamente molte piccole lune irregolari, modellando così la loro popolazione alle strutture attualmente osservate;
(2) alcune famiglie dinamiche di satelliti avrebbero potuto essere formate da collisioni catastrofiche tra le lune irregolari;
(3) la superficie di Febe deve essere stata pesantemente craterizzata dagli impatti di una popolazione estinta di satellit irregolari di Saturno, molto più grande di quella attuale.
Suggeriamo quindi che le immagini della Cassini fatte a Febe nel 2004 possano essere utilizzate per determinare la popolazione primordiale di piccole lune irregolari di Saturno. In tal caso, comprenderemo anche meglio l'efficienza complessiva del processo di formazione dei satelliti irregolari e le condizioni fisiche esistenti durante la formazione planetaria. Abbiamo scoperto due famiglie dinamiche di orbite strettamente raggruppate all'interno del gruppo retrogrado gioviano. Riteniamo che questi due gruppi possano essere i resti di due corpi distrutti collettivamente. Abbiamo scoperto che l'intero gruppo retrogrado gioviano e i gruppi di inclinazione saturniana non sono stati prodotti da singole rotture, perché le velocità di espulsione derivate dalle strutture orbitali di questi gruppi superano notevolmente i valori calcolati dai moderni modelli numerici delle rotture collisionali. Presi insieme, le prove presentate qui suggeriscono che molte proprietà delle lune irregolari precedentemente assegnate al loro processo di formazione potrebbero essere state causate dalla loro successiva evoluzione dinamica e collisionale. Infine, abbiamo scoperto che diverse lune irregolari, vale a dire Pasifae, Sinope, S/2001 J10, S/2000 S5, S/2000 S6 e S/2000 S3, hanno orbite caratterizzate da risonanze secolari. Le orbite di alcune di queste lune apparentemente si sono evolute da un lento processo dissipativo in passato e sono state catturate in varie risonanze.

I SATELLITI IRREGOLARI: 
Le popolazioni più collisionalmente evolute nel sistema solare
I satelliti irregolari noti dei pianeti giganti sono oggetti dormienti simili a comete che risiedono su orbite prograde e retrograde stabili in un regno in cui le perturbazioni planetarie sono solo leggermente più grandi di quelle solari. 
Le loro distribuzioni di dimensioni e numeri totali sono sorprendentemente paragonabili tra loro, con le popolazioni osservate a Giove, Saturno e Urano. 
Recenti lavori di modellazione indicano che potrebbero essere stati catturati dinamicamente durante un violento evento di rimescolamento dei pianeti giganti ~ 3,9 miliardi di anni fa che ha portato alla rimozione di un enorme disco di oggetti simili a comete (cioè il modello Nizza di ben 35 M ). 
Diversi incontri ravvicinati tra i pianeti giganti in questo momento hanno permesso ad alcune comete di essere catturate attraverso reazioni a tre corpi. 
Ciò implica che i satelliti irregolari dovrebbero essere strettamente correlati ad altre popolazioni dormienti simili a comete che presumibilmente sono state prodotte contemporaneamente dallo stesso disco di oggetti (ad esempio, asteroidi Troiani, fascia di Kuiper, disco diffuso).  
Un problema critico con questa idea, tuttavia, è che la distribuzione delle dimensioni degli asteroidi Troiani e di altre popolazioni correlate non assomiglia affatto ai satelliti irregolari. Usando calcoli numerici per indagare se l'evoluzione collisionale tra i satelliti irregolari negli ultimi ~ 3.9 miliardi di anni, è sufficiente a spiegare questa differenza. 
Partendo da distribuzioni di dimensioni simili a un asteroide Troiano e testando una gamma di proprietà fisiche, abbiamo scoperto che le nostre popolazioni di satelliti irregolari si autodistruggono letteralmente su centinaia di milioni di anni e perdono il ~ 99% della loro massa iniziale. 

Il fatto che siano molto diversi l'uno dall'altro potrebbe indicare che il modello di Nizza è sbagliato. In alternativa, date le alte probabilità di collisione dei satelliti irregolari, potrebbe essere che gli oggetti osservati siano i sopravvissuti di un periodo estremamente intenso di evoluzione collisionale che ha avuto luogo vicino a ogni pianeta gigante. Questo scenario non è meno interessante del precedente perché implicherebbe che le popolazioni di satelliti irregolari fossero inizialmente molto più grandi di quanto vediamo oggi. Quindi, comprendendo la loro evoluzione a lungo termine, possiamo raccogliere informazioni sulle proprietà fisiche dei satelliti irregolari e forse anche delle stesse comete ).

I sopravvissuti evolvono verso una distribuzione di dimensioni di massa ridotta simile a quelle osservate, dove rimangono stabili per miliardi di anni. 
Questo spiega perché le diverse popolazioni giganti del pianeta si assomigliano tra loro e fornisce ulteriori prove del fatto che il modello di Nizza possa essere praticabile. 
Questo studio indica anche che le collisioni producono ~ 0.001 masse lunari di polvere scura per ciascun pianeta gigante, e che le forze non gravitazionali dovrebbero guidarne la maggior parte sui satelliti regolari più esterni. 
Sosteniamo che questo scenario spieghi più facilmente l'onnipresente rivestimento di materiale carbonico scuro simile a condrite visto su molti importanti satelliti dei pianeti esterni (ad esempio, Callisto, Titan, Iapetus, Oberon e Titania). 
Questo modello fornisce anche indicazioni forti che i satelliti irregolari erano un'importante, forse addirittura dominante, fonte di crateri per molti satelliti dei pianeti esterni.  

Gli oggetti di prograde sono in rosso e gli oggetti retrogradi sono in blu ).

I satelliti irregolari sono, in un certo senso, le nuvole di Oort dei pianeti giganti. 
I satelliti irregolari hanno anche oggetti con orbite eccentriche e molto inclinate, molte addirittura retrograde, e firme spettroscopiche simili a comete dormienti. Alcuni sostengono addirittura che le due popolazioni avessero la stessa posizione di origine, vale a dire il disco transplanetario primordiale che si trovava una volta appena oltre le orbite dei pianeti giganti .

I satelliti irregolari, d'altra parte, sono stati catturati in una regione relativamente piccola dello spazio con brevi periodi orbitali. Questo rende le collisioni tra gli oggetti quasi inevitabili; Le probabilità di collisione tra i tipici satelliti irregolari sono in genere di quattro ordini di grandezza superiori a quelli riscontrati tra gli asteroidi della cintura principale, usando il codice descritto in Bottke et al. 1994 ). 

 Anche se i satelliti irregolari hanno probabilità di collisione estremamente elevate, le popolazioni osservate sono piccole, così che attualmente la macinazione collisionale tra di loro è ad un livello relativamente basso.

Facendo un ulteriore passo in avanti, se supponiamo che le popolazioni irregolari di satelliti fossero una volta grandi, entrano in gioco diverse implicazioni intriganti che possono influenzare i normali satelliti giganti del pianeta. Ad esempio, i satelliti irregolari catturati o spostati su orbite instabili possono fornire abbastanza impattori da influenzare o forse anche dominare i record di crateri dei satelliti del pianeta esterno. Come secondo esempio, si consideri che la demolizione collisionale di una grande popolazione satellite irregolare produrrebbe quasi certamente una grande quantità di polvere carbonacea simile a quella delle condriti. Parte di questo materiale andrebbe alla deriva verso il pianeta centrale da forze non gravitazionali, dove presumibilmente potrebbe rivestire le superfici di alcuni satelliti regolari. Noi ipotizziamo che questi detriti oscuri possano fornire un modo naturale per spiegare la componente di superficie non ghiacciata scura che si trova sui satelliti più esterni di Giove, Saturno e Urano , mentre non vale per Nettuno che ha subito un evento ''traumatizzante'' durante la cattura di Tritone. Di conseguenza, la conoscenza dei satelliti irregolari può aiutarci a capire la natura, l'evoluzione e la cronologia degli eventi di superficie sui satelliti regolari.  

Evoluzione collisionale dei satelliti irregolari di Giove ).  

 ( Evoluzione collisionale dei satelliti irregolari di Saturno ).  

Evoluzione collisionale dei satelliti irregolari di Urano ).

Parametri Orbitali:
Il semiasse a dei satelliti intorno ai pianeti giganti, sono descritti più facilmente dalla sfera Hill (Rh) del loro primario .  
Collettivamente, i satelliti irregolari hanno un rapporto a/RH valori compresi tra 0,1 e 0,5 circa. Gli oggetti di progradi, tuttavia, hanno un intervallo di valori più piccolo (0,1-0,3) rispetto a quelli retrogradi (0,2-0,5). 

Le loro eccentricità e hanno valori compresi tra 0,1 e 0,7, con i satelliti retrogradi aventi generalmente maggiori valori rispetto a quelli progradi. 

La loro inclinazione i ha valori simili tra loro, con i progradi e  retrogradi che evitano i valotri tra 60 ° < i <130 ° dove la risonanza Kozai è attiva. 

Colori e spettri:
Il colore dei satelliti è studiato attraverso l'indice di colore: la misura delle differenze della magnitudine apparente attraverso il filtro blu (B), visibile (V) e rosso (R). Il colore osservato dei satelliti irregolari varia dal neutro (grigiastro) al rossiccio.

Gli irregolari di ogni pianeta mostrano leggere differenze di colore. Gli irregolari di Giove vanno dal grigio al rosso tenue. Gli irregolari di Saturno sono leggermente più rossicci di quelli di Giove. I grandi irregolari di Urano (Sicorace e Calibano) sono rosso chiaro, mentre Prospero e Setebos sono grigi come la luna di Nettuno Alimede.
I satelliti irregolari hanno colori coerenti con gli asteroidi C, P e D di tipo scuro che sono prominenti nell'esterno degli asteroidi Cintura e dominano le popolazioni di asteroidi Hilda e TroianiSpettroscopicamente, questi oggetti hanno una buona corrispondenza con le comete dormienti osservate.
Alle attuali risoluzioni lo spettro dell'infrarosso-vicino della maggior parte degli irregolari appare privo di caratteristiche interessanti. Finora l'acqua allo stato liquido è stata ipotizzata su Febe e Nereide. Strutture attribuibili ad alterazioni acque sono state trovate su Himalia.

Analisi spettrale di alcuni satelliti irregolari di Giove ).


Tabella degli indici di colore di alcuni satelliti irregolari di Urano ).

Famiglie:  
Le famiglie di satelliti irregolari sono gruppi di oggetti con parametri propri ( a , e , i ) simili rispetto al pianeta primario. Sono prodotti da eventi di craterizzazione o di impatto catastrofico, quest'ultimo definito come un evento di impatto in cui il 50% della massa viene espulso alla velocità di fuga dal corpo genitore.


( Il gruppo di Ananke - Giove ).
Le famiglie sembrano essere una componente importante dell'inventario delle popolazioni di satelliti irregolari e possono essere identificate dopo aver trovato decine di oggetti. Tra i satelliti irregolari di Giove, sono state identificate due robuste famiglie retrograde. Sono la famiglia di Carme, che comprende D = 46 km Carme e 13 membri con D = 1-5 km, e la famiglia di Ananke, che comprende D= 28 km Ananke e 7 membri con D = 3-7 km. Imalia, un satellite progrado D = 160 km, può anche essere in una famiglia di quattro oggetti con D= 4-78 km. Se combinate, queste famiglie rappresentano circa la metà dei satelliti progradi e retrogradi noti di Giove.
Per Saturno, sono stati identificati due gruppi progradi in orbita attorno che contengono rispettivamente tre e quattro oggetti con D = 10-40 km. 
Se reali, questi gruppi costituiscono ~ 80% (sette su nove) dei satelliti progradi noti di Saturno. 
Un gruppo retrogrado di quattro oggetti con D = 7-18 km è stato collegato a Febe ( D = 240 km), ma come per la famiglia di Imalia le velocità di dispersione tra Febe e i suoi membri putativi sono maggiori di quelle che si trovano tra le principali famiglie asteroidali.
Le popolazioni di satelliti irregolari attorno a Urano e Nettuno hanno meno di 10 membri, troppo pochi per sondare le famiglie in modo significativo. 



Origine collisionale di famiglie di satelliti irregolari:

Una caratteristica distintiva delle lune irregolari dei pianeti giganti è il loro raggruppamento orbitale. In precedenza, i gruppi progradi e retrogradi di lune irregolari intorno a Giove erano ritenuti gruppi di frammenti prodotti dall'interruzione di due grandi lune. Più recentemente, abbiamo dimostrato che il gruppo retrogrado non ha uno, ma probabilmente quattro o più corpi principali. Abbiamo anche scoperto che i frammenti sono stati prodotti da due delle quattro lune madri identificate, producendo due gruppi di lune irregolari con membri di ciascun gruppo con orbite simili. Chiamati famiglie di Ananke e di Carme, questi due gruppi sono composti rispettivamente da sette e nove satelliti conosciuti. L'origine di questi raggruppamenti orbitale è sconosciuta. Gli attuali tassi di collisione tra i satelliti nel gruppo retrogrado sono troppo bassi per spiegarli. Le collisioni con impattatori cometari sono ancora meno probabili. Anche gruppi di satelliti irregolari con inclinazioni simili a Saturno devono ancora essere spiegati. È ipotizzabile che le famiglie di satelliti siano i resti delle prime epoche della formazione del sistema solare quando gli impattatori erano più numerosi. Ipotizziamo che le famiglie satellitari si siano formate attraverso collisioni tra grandi lune madri e planetesimi vaganti, scoprendo che le famiglie di Ananke e di Carme intorno a Giove avrebbero potuto davvero essere prodotte da questo meccanismo, a meno che il disco residuo di planetesimi in orbita eliocentrica non fosse già gravemente impoverito quando si formarono i satelliti irregolari. Al contrario, abbiamo trovato che la formazione del gruppo di Imalia, che sono satelliti gioviani progradi, con lo stesso meccanismo è improbabile a meno che non fosse ancora presente un enorme disco planetario residuo quando ci fu la cattura della luna progenitrice del gruppo Imalia.


Dimensioni:

Le lune irregolari finora note di Urano e Nettuno sono più grandi di quelle di Giove e Saturno. 
È piuttosto probabile che lune più piccole esistano ma, data la grande distanza tra Urano/Nettuno e la Terra, non sono ancora state osservate. 
Tenendo presente questa precisazione, possiamo ipotizzare che la distribuzione delle grandezze dei satelliti irregolari è simile per tutti e quattro i pianeti giganti, anche se l'evento che ha portato alla cattura di Tritone può aver inciso sulla popolazione di corpi intorno a Nettuno.
Per l'individuazione dei satelliti irregolari, gli attuali limiti osservativi sono di 1,5 km per Giove, di 3 km per Saturno, di 7 km per Urano e di 16 km per Nettuno.
La più grande luna irregolare conosciuta e finora l'unica esplorata è Febe.

( In foto a lato, Febe un satellite di Saturno ).

Nel 2000 la sonda Cassini ha anche scattato un'immagine da lontano, e a bassa risoluzione, di Imalia.

( Immagine a bassa risoluzione di Imalia, della sonda CASSINI ).

Periodi di rotazione:
I satelliti regolari sono solitamente in rotazione sincrona (il loro periodo di rotazione è uguale al loro periodo di rivoluzione). 
Al contrario nei satelliti irregolari le forze di marea sono trascurabili, vista la loro distanza dal pianeta. Ad esempio nei satelliti irregolari più grandi (Himalia, Febe, Nereide) il periodo di rotazione è di circa 10 h, mentre il loro periodo orbitale è nell'ordine delle centinaia di giorni. Un tale tasso di rotazione è quello tipico degli asteroidi.


Curve di luce di alcuni satelliti irregolari di Saturno ).



Curva di luce di Imalia - Giove ).

Conclusioni:
Complessivamente, i risultati indicano che le popolazioni di satelliti irregolari immediatamente dopo la cattura probabilmente sarebbero state significativamente più grandi di quelle che osserviamo oggi. Queste popolazioni hanno subito una rapida evoluzione collisionale e quasi fino, letteralmente, ad autodistruggersi.  
Il grave esaurimento di massa in queste popolazioni impedisce ai sopravvissuti di subire un alto tasso di eventi catastrofici. Ciò significa che le popolazioni rimanenti cambiano molto lentamente a ~ 3,5 miliardi di anni di evoluzione. Riteniamo che questo spieghi perché i satelliti irregolari progradi e retrogradi siano così simili tra loro. Questi risultati mostrano anche che il tempo di inizio delle simulazioni non influenza i risultati in modo significativo; se il modello Nice fosse partito a 3,5 Ga, 3,9 Ga o 4,5 Ga, i risultati sarebbero stati sostanzialmente gli stessi.  
Un'interessante e potenzialmente interessante implicazione dei risultati del nostro modello è che le stesse cascate collisionali che demoliscono i satelliti irregolari di tipo C, D e P dovrebbero anche creare enormi quantità di polvere scura. 
Prevediamo che circa il 99% della massa ( ~ 0.001 masse lunari ), delle popolazioni di satelliti irregolari di Giove, Saturno e Urano siano andate perse a causa della polverizzazione su 4 miliardi di anni. 
Se partono da orbite satellitari irregolari odierne, queste particelle raggiungeranno infine le orbite di attraversamento con i satelliti regolari più esterni, dove hanno il potenziale per colpirli. 
 Le probabilità di collisione tra polvere satellite irregolare e satelliti regolari sono state calcolate solo per un numero limitato di esempi, probabilmente perché fino a poco tempo fa erano noti pochi satelliti irregolari. 


I casi più importanti della letteratura riguardano le particelle di polvere di Febe che si evolvono verso l'interno per colpire Giapeto ( D = 1470 km vedi foto a lato ), la luna regolare più esterna di Saturno con un lato oscuro anteriore e un lato posteriore brillante. Burns et al. 1996 ) hanno stimato che le particelle di dimensioni D = 20 μm di Febe hanno una probabilità del 70% di colpire Giapeto. Quelli che superano Giapeto hanno una probabilità del 60% di colpire Iperione ( D = 270 km). Il resto tocca a Titano ( D= 5150 km), che protegge le lune interne da una significativa contaminazione da polvere.
Riguardo a Giove, Callisto e Ganimede ( D = 4820 e 5260 km, rispettivamente) sono simili per dimensioni a Titano e sono bersagli molto più grandi di Giapeto, mentre per Urano, Oberon e Titania ( D = 1520 e 1580 km, rispettivamente) sono solo leggermente più grandi di Giapeto.

L'inevitabile conclusione di tutto ciò è che i satelliti regolari più esterni dei giganti gassosi avrebbero dovuto essere ricoperti da grandi quantità di polvere prodotta dalla comminuzione satellitare irregolare. La maggior parte di questo materiale oscuro sarebbe sbarcato entro le prime centinaia di milioni di anni dopo la cattura dei satelliti irregolari. Quindi, se i tempi del modello di Nizza sono collegati con l'età dei bacini lunari che si formano tardi come Serentatis e Imbrium, e che hanno età di circa 3,9 miliardi di anni (Stöffler & Ryder 2001 ), la maggior parte di questa polvere scura è atterrato sui satelliti ~ 3.5 -3.9 miliardi di anni fa. 

Link:
(EN) : https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/139/3/994  
(IT) : https://it.wikipedia.org/wiki/Satellite_irregolare 
(EN) : https://arxiv.org/abs/astro-ph/0605041 
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By Giovanni Donati.



martedì 2 luglio 2019

OBERON il più esterno dei satelliti maggiori di URANO. by Andreotti Roberto - INSA.

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Aggiornato il 23/04/2019

Oberon

Un picco alto circa 11 km è stato osservato in alcune immagini del Voyager2 vicino al bordo esterno meridionale di Oberon, potrebbe trattarsi del picco centrale di un grande bacino da impatto largo circa 375 km ).

Dati:
Oberon orbita intorno ad Urano ad una distanza media di 583.520 km ed è il più lontano dei cinque satelliti principali del pianeta, venne scoperto l'11 gennaio 1787 da William Herschel.
La sua orbita è caratterizzata da una modesta eccentricità di 0.0016, e un inclinazione orbitale di (0,7°) rispetto al piano dell'equatore di Urano.
Il suo periodo orbitale è di 13,463234 giorni, coincidente con il suo periodo di rotazione.
Ha un diametro di 1522,8 km con una densità di 1,63 kg/dm3 da cui deriva una massa di 0,00051 Mt, una gravità di 0,346 m/s2 con una velocità di fuga pari a 0,73 km/s.
Ha un albedo di 0,23 ed una temperatura media di -188°c.
La superficie corrisponde a 7285000 km2

Struttura:
È possibile che Oberon si sia differenziato in un nucleo interno roccioso circondato da un mantello ghiacciato.
In questo caso il raggio del nucleo (480 km) corrisponderebbe al 63% del raggio del satellite e la sua massa sarebbe il 54% di quella totale e potrebbe possedere uno strato liquido al confine tra il nucleo e il mantello.
Lo spessore di questo oceano, sempreché esista, potrebbe raggiungere i 40 km e la sua temperatura i -93°c.
È da notare tuttavia che la struttura interna di Oberon dipende fortemente dalla sua storia termica, che è attualmente poco conosciuta.
La geologia di Oberon è stata influenzata da forze contrapposte: in primis la formazione di crateri da impatto e il rimodellamento della superficie provocato da effetti endogeni, che è stata attiva durante l'intera vita del satellite ed è la principale responsabile del suo aspetto odierno. Poi i processi endogeni, di natura tettonica, sono stati attivi per un periodo successivo alla formazione del satellite e hanno portato alla formazione dei canyon, risultanti da fessurazioni della crosta ghiacciata, che hanno in parte cancellato la vecchia superficie. La fessurazione della crosta è stata causata da un'espansione di Oberon dello 0,5% avvenuta in due fasi corrispondenti ai vecchi e nuovi canyon.

Analisi esogeologica:
Gli studiosi hanno identificato due classi di caratteristiche geologiche su Oberon: crateri da impatto e chasmata (profondi canyon o depressioni come le fosse tettoniche o le scarpate terrestri).  La superficie di Oberon è la più craterizzata tra tutti i satelliti di Urano, con una densità di crateri che si approssima alla saturazione, cioè al punto in cui la formazione di nuovi crateri è bilanciata dalla distruzione di quelli più vecchi. Questa elevata craterizzazione indica che Oberon ha la superficie più antica tra i satelliti di Urano. Il diametro dei crateri arriva fino ai 206 km di Amleto, il più grande tra i crateri conosciuti. Da alcuni dei crateri maggiori si dipartono raggi di materiale espulso più chiaro che consiste principalmente di ghiaccio depositatosi in tempi recenti. Il fondo dei crateri maggiori come Amleto, Otello e Macbeth è coperto di materiale molto scuro depositatosi dopo la loro formazione.


Mappa:
La distanza minima di avvicinamento della sonda è stata di 470.600 km , che ha permesso di ottenere immagini con una risoluzione massima di circa 6 km. Le immagini ottenute coprono circa il 40% della sua superficie, ma solo per il 25% di essa è stato possibile ottenere una risoluzione sufficiente per produrre una mappatura esogeologica del satellite. All'epoca del sorvolo infatti l'emisfero meridionale di Oberon era rivolto verso il Sole, cosicché l'emisfero settentrionale risultava troppo scuro per poter essere studiato.

Visione globale della superficie di cui si conosce ancora poco ).

Superficie:
Ha una superficie ghiacciata e ricoperta di molti crateri, e non mostra tracce evidenti di attività tettonica, a parte la presenza di alcuni materiali scuri che sembrano ricoprire la superficie di alcuni crateri.
Gli emisferi anteriore e posteriore risultano asimmetrici nella loro colorazione, il secondo appare più rosso del primo perché contiene più materiale rosso scuro. L'arrossamento della superficie è spesso collegato all'erosione spaziale causata dal bombardamento della superficie da parte di particelle e micrometeoriti che hanno l'età del sistema solare. L'asimmetria di colore di Oberon è però più probabilmente collegata all'accrezione di materiale rossastro che spiraleggia dalle zone esterne del sistema di Urano, presumibilmente dai satelliti irregolari esterni, e influisce soprattutto sull'emisfero anteriore.
Sul satellite è stato rilevato anche un grande canyon, il Mommur Chasma, ma non vi sono tracce di movimenti tettonici, a differenza degli altri quattro satelliti maggiori che mostrano attività geologica crescente al diminuire della distanza dal pianeta.
La presenza di ghiaccio d'acqua è supportata da osservazioni spettroscopiche che hanno rivelato la presenza di cristalli di ghiaccio sulla superficie del satellite. La presenza di bande di assorbimento dell'acqua è più forte nell'emisfero anteriore che in quello posteriore, che è l'esatto contrario di quello che avviene sugli altri satelliti di Urano. La causa di questa asimmetria non è nota, ma potrebbe essere legata agli effetti di modifica del suolo conseguenti a impatti meteoritici, che normalmente sono più diffusi sull'emisfero anteriore e che disperdono il ghiaccio della superficie lasciandosi dietro una fascia più scura di materiale non ghiacciato. Il materiale scuro potrebbe essere il risultato dell'effetto della radiazione sui clatrati di metano o dell'inscurimento dei composti organici sempre a causa dell'irraggiamento.

Nomenclature delle principali formazioni superficiali di Oberon ).
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A cura di Andreotti Roberto.



TITANIA il maggiore satellite di URANO . by Andreotti Roberto - INSA .

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Aggiornato il 20/04/2019

Titania


Dati fisici:
Titania è il satellite maggiore di Urano (1577,8 km) ed è costituita da ghiaccio e roccia in misura all'incirca uguale con una densità di 1,72 kg/dm3, e con una massa di 0,000595 Mt.
Ha una gravità di 0,378 m/s2 ed una velocità di fuga di 0,77 km/s.
La temperatura massima in pieno Sole arriva a -190°c.

Parametri orbitali:
Orbita a 435.910 km da Urano in 8,706 giorni (rotazione sincrona).
Ha un albedo di 0,27.
Presenta un'eccentricità di 0,0011 ed un'inclinazione rispetto all'equatore di Urano di 0,340° , quindi presenta il solito ciclo stagionale estremo di Urano e presentando alternativamente i poli verso il Sole con cicli di 42 anni di luce e 42 di buio.

Mappa:
di Titania conosciamo meno della metà della sua superficie, e meno di un quarto con immagini dettagliate ).

Interno:
Titania è la luna più grande e più massiva di Urano, l'ottava luna del Sistema Solare per massa. La sua densità di 1,71 g/cm3, molto superiore alla densità media dei satelliti di Saturno, indica che è composta in proporzioni quasi uguali di ghiaccio d'acqua e di dense componenti non di ghiaccio, queste ultime potrebbero essere roccia e materiale carbonioso, tra cui composti organici pesanti.
Titania quindi è costituita da ghiaccio e roccia in misura all'incirca uguale, ed è probabilmente differenziata in un nucleo di roccia e un mantello di ghiaccio, ed uno strato di acqua liquida potrebbe essere presente al confine tra nucleo e mantello, il raggio del nucleo di 520 km è circa il 66% del raggio della luna, e la sua massa è circa il 58% della massa totale.

In grafico l'analisi geologica di Titania ).

Superficie:
La superficie di Titania (piuttosto scura e leggermente rossa) sembra essere stata modellata sia da impatti che da processi endogeni.
A parte il ghiaccio d'acqua, l'unico altro composto identificato sulla superficie di Titania mediante spettroscopia infrarossa è l'anidride carbonica, concentrata principalmente nell'emisfero di coda.

Titania è coperta da numerosi crateri da impatto che raggiungono i 326 km di diametro, ma in misura minore rispetto alla superficie della luna più esterna di Urano, Oberon. Titania probabilmente ha subito un precoce evento di ripavimentazione endogena che ha modificato la sua vecchia superficie molto craterizzata.
La superficie di Titania è attraversata da un sistema di enormi canyon e scarpate, come risultato dell'espansione del suo interno durante le ultime fasi della sua evoluzione.
Come tutte le lune maggiori di Urano, Titania si è probabilmente formata da un disco di accrescimento che circondava il pianeta poco dopo la sua formazione.

In foto la Messina Chasmata, un profondo canyon che solca la superficie di Titania ).

L'orbita di Titania si trova completamente all'interno della magnetosfera di Urano. Ciò è importante, perché gli emisferi di coda dei satelliti in orbita all'interno di una magnetosfera vengono colpiti dal plasma della magnetosfera, che è in rotazione con il pianeta. Questo bombardamento può comportare l'oscuramento degli emisferi di coda.

Atmosfera assente:
L'8 novembre 2001 , grazie all'occultazione da parte di Titania di una piccola stella si è potuto escludere la presenza di un'atmosfera su questo satellite.

In grafico la netta caduta di luminosità certifica l'assenza di un'atmosfera ).

Occultazione:
Oltre a confermare l'assenza di un'atmosfera intorno a Titania, l'osservazione di questo evento è servita pure a dare conferma della dimensione di 1578 km.


Scoperta:
Venne scoperto l'11 gennaio 1787 da Herschel, 6 anni dopo Urano, mediante il telescopio riflettore da 60 cm nei pressi di Liverpool; il nome gli venne assegnato solo nel 1852, su suggerimento del figlio di Herschel ed è quello della regina delle fate nel Sogno di una notte di mezza estate di W. Shakespeare.

In foto si riportano le nomenclature delle principali formazioni ).
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A cura di Andreotti Roberto.


UMBRIEL il satellite più scuro delle maggiori lune di URANO. by Andreotti Roberto - INSA.

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Aggiornato il 23/05/2019

Umbriel

Umbriel è caratterizzato, come già detto, dalla superficie più scura fra tutti i satelliti di Urano.

Dati fisici:
Ha un diametro di 1168,4 km con una massa di 0,000202 Mt ed una densità di 1,40 kg/dm3, con una gravità di 0,232 m/s2 ed una velocità di fuga di 0,52 km/s.

Parametri orbitali:
Orbita a 266.300 km da Urano sincronamente in 4,144 giorni, con un'eccentricità di 0,0039 ed un inclinazione di solo 0,205° rispetto al piano equatoriale di Urano.

Scoperta:
Venne scoperto insieme ad Ariel il 24 ottobre 1851 da Lassel, ed il nome gli venne assegnato solo nel 1852 su suggerimento del figlio di Herschel e a causa della sua colorazione scura (albedo 0.19) è quello dell'oscuro folletto della malinconia di Rape of the Lock di A. Pope, il quale deriva il suo nome da "umbra".

Wunda è un grande cratere sulla superficie di Umbriel. Ha 131 km di diametro e si trova vicino all'equatore di Umbriel. Il cratere prende il nome da wunda, uno spirito oscuro della mitologia aborigena australiana. Wunda ha un caratteristico albedo elevato del suo fondo, che prende la forma di un anello di materiale luminoso di almeno 10 km in larghezza radiale. La ragione della sua luminosità, che si distingue dalla composizione molto scura della luna nel suo complesso, è sconosciuta, ma può trattarsi di un deposito di ghiaccio di anidride carbonica ).

Superficie:
La superficie del satellite è pesantemente craterizzata; la sua caratteristica più rilevante, nota con il nome di Wunda (Sopra in foto), è un grande anello di materiale brillante. Sembra naturale presumere che si tratti di un cratere, ma l'esatta natura della formazione è ancora incerta.
La superficie di Umbriel è la più oscura delle lune di Urano, e riflette meno della metà della luce di Ariel. Umbriel ha un basso albedo di circa il 10% rispetto al 23% per Ariel. La riflettività della superficie della luna diminuisce dal 26% ad un angolo di fase di 0 ° (albedo geometrico) al 19% con un angolo di circa 1°.
La superficie di Umbriel è leggermente di colore blu, mentre i depositi luminosi freschi (nel cratere di wunda, per esempio), sono ancora più blu. C'è un'asimmetria fra gli emisferi anteriore e posteriore, il primo sembra essere più rosso del secondo. L'arrossamento delle superfici deriva probabilmente dal bombardamento di particelle cariche e micrometeoriti. Tuttavia, l'asimmetria di colore di Umbriel è probabilmente causata dall'accrescimento di un materiale rossastro che proviene dalle parti esterne del sistema di Urano, probabilmente dai satelliti irregolari esterni.
Inoltre, un componente denso costituisce circa il 40% della massa totale. Questa sostanza potrebbe essere formata da roccia e/o materia carbonica, compresi i composti organici pesanti come le Toline. La presenza di ghiaccio d'acqua è sostenuta da osservazioni nella spettroscopia infrarossa, che ha rivelato la presenza di ghiaccio di acqua cristallizzata sulla superficie della satellite. Le righe di assorbimento del ghiaccio d'acqua sono più pronunciate sull'emisfero di Umbriel che guarda all'indietro del moto orbitale. Le cause di questa asimmetria non sono conosciute. Essi possono tuttavia essere correlati al bombardamento da parte delle particelle caricate con la magnetosfera di Urano, che è più intensa sull'emisfero posteriore a causa della co-rotazione del plasma. Le particelle energetiche tendono a far schizzare il ghiaccio dell'acqua, ed a decomporre il metano intrappolato sotto forma di clatrato mescolandolo con altri materiali organici, per poi lasciare un residuo scuro e ricco di carbonio.
A parte il ghiaccio d'acqua, l'unico altro composto chimico identificato sulla superficie di Umbriel mediante spettroscopia a infrarossi è l'anidride carbonica (CO2), che è concentrata principalmente sull'emisfero posteriore. La sua origine non è chiaramente spiegata. Potrebbe essere prodotta in loco da carbonati o materiali organici sotto l'influenza di particelle energetiche dalla magnetosfera di Urano, o dalla radiazione solare ultravioletta. Quest'ultima ipotesi spiegherebbe l'asimmetria della sua distribuzione, poiché l'emisfero posteriore è sottoposto ad un'influenza magnetosferica più intensa rispetto all'emisfero anteriore. Un'altra possibile fonte sarebbe la deaerazione della CO2 primordiale intrappolata dal ghiaccio d'acqua all'interno di Umbriel. La fuoriuscita di questa CO2 dall'interno potrebbe essere correlata alla precedente attività geologica di questo satellite.

In grafico l'analisi geologica della superficie di Umbriel ).

Questa immagine è un adattamento dei dati dall'articolo di Paul Helfenstein, Peter C. Thomas e Josef Veverka pubblicato il 23 marzo 1989 sulla rivista Nature. L'immagine a colori è una mappa dell'albedo dopo che è stata conteggiata la correzione dell'ombra e del contrasto. Le aree scure sono rappresentate come rosse e le aree luminose sono rappresentate in blu. Le due aree bianche sono due crateri freschi. Nell'articolo, gli autori hanno suggerito la teoria che le aree scure sono il risultato del rifacimento superficiale nella storia iniziale di Umbriel, dove il materiale più scuro è stato poi sostituito da fenomeni di vulcanismo. Gli autori affermano inoltre che essi hanno dei dai dati che seppur limitati, confermerebbero la loro teoria, vale a dire che le aree più scure sono suscettibili di essere più vecchie ).

Mappa:

Struttura:
Umbriel è, fra i cinque satelliti naturali maggiori di Urano, quello che mostra un'attività geologica meno pronunciata.
Il satellite si compone principalmente di ghiaccio d'acqua, e per il resto di silicati e ghiaccio di metano che e presente in maggior parte in superficie.
Umbriel può essere differenziato in un nucleo roccioso circondato da un mantello ghiacciato.
Se questo è il caso, il raggio del nucleo (317 chilometri) è circa 54% del raggio della luna e la relativa massa è intorno al 40% della massa della luna, i parametri sono dettati dalla composizione della luna. La pressione nel centro di Umbriel è di circa 0,24 GPa (2,4 kbar). Lo stato corrente del mantello ghiacciato è poco chiaro, anche se l'esistenza di un oceano nel sottosuolo è considerata improbabile.

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A cura di Andreotti Roberto.