Ариэль
1157,8 км.
191020 км.
2,52 дня
Ариэль — четвёртый по величине спутник Урана. Открыт 24 октября 1851 года Уильямом Ласселом и назван в честь ведущей сильфиды из поэмы Александра Поупа «Похищение локона», а также духа, служившего Просперо в произведении Уильяма Шекспира «Буря».
Ариэль — один из наименьших шарообразных спутников в Солнечной системе (14-й по размеру из 19). Среди спутников Урана он четвёртый по размеру (из пяти крупных спутников меньше него только Миранда) и имеет рекордное альбедо. Он состоит примерно наполовину изо льда и наполовину из камня и, вполне возможно, дифференцирован на каменное ядро и ледяную мантию. Как и все крупные спутники Урана, Ариэль, вероятно, образовался из аккреционного диска, окружавшего планету первое время после её формирования. У Ариэля сложный рельеф поверхности — сильно кратерированные участки пересечены обрывами, каньонами и горными хребтами. На нём есть более молодые, чем на других спутниках Урана, следы геологической активности. Источником энергии для неё, скорее всего, был приливный нагрев.
Орбита Ариэля, как и других крупных спутников Урана, лежит в плоскости экватора планеты. Поэтому эти спутники подвержены экстремальным сезонным изменениям освещённости. Ариэль всегда повернут к Урану одной и той же стороной. Орбита Ариэля целиком лежит внутри магнитосферы Урана. Поэтому с его ведомым полушарием постоянно сталкиваются частицы магнитосферной плазмы, которые движутся по орбите намного быстрее Ариэля (с периодом, равным периоду осевого вращения Урана). Видимо, это и приводит к потемнению ведомого полушария. Эта особенность наблюдается у всех крупных спутников Урана, кроме Оберона.
Сейчас у Ариэля нет орбитального резонанса ни с одним спутником Урана. В прошлом, вероятно, был резонанс 5:3 с Мирандой, который мог быть причиной нагревания последней (хотя максимальный нагрев недр Миранды из-за её резонанса 1:3 с Умбриэлем был примерно втрое больше). Ариэль, вероятно, когда-то был заблокирован в резонансе 4:1 с Титанией, из которого позже ушёл. Спутникам Урана гораздо проще уйти от орбитального резонанса, чем аналогичным по массе спутникам Сатурна или Юпитера, из-за его меньшей сплющенности. Резонанс, в которым, вероятно, находился Ариэль 3,8 миллиардов лет назад, увеличил эксцентриситет орбиты. Результатом этого стало трение в недрах Ариэля из-за регулярного изменения величины приливных сил, что могло привести к нагреву недр спутника на 20°.
Состав и внутреннее строение
Ариэль — четвёртый по величине и, возможно, третий по массе спутник Урана. Его плотность составляет 1,66 г/см3, что указывает на то, что спутник состоит примерно из равных частей водяного льда и более плотных пород. Последние могут состоять из камня и углеродистого материала, в том числе из высокомолекулярных органических соединений, называемых толинами. При помощи инфракрасной спектроскопии на поверхности обнаружен водяной лёд. Его абсорбционные полосы сильнее выражены на ведущем полушарии (направленном в сторону движения по орбите). Причины такой асимметрии неизвестны, но предполагается, что она вызвана бомбардировкой поверхности заряженными частицами из магнитосферы Урана, которая действует на заднее полушарие. Эти ионы распыляют лёд, разлагая содержащийся в нём метан (образующий клатрат) и воздействуют на другие органические вещества, оставляя тёмный остаток, богатый углеродом.
Кроме водяного льда, при помощи инфракрасной спектроскопии на Ариэле был обнаружен углекислый газ (CO2), который сконцентрирован в основном на ведомом полушарии. На этом спутнике Урана он просматривается в ходе таких наблюдений лучше (и был открыт раньше), чем на всех остальных. Происхождение углекислого газа не вполне ясно. Он мог образоваться на поверхности из карбонатов или органических веществ под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения или ионов, прибывающих из магнитосферы Урана. Последнее может объяснить асимметрию в распределении углекислого газа по поверхности спутника, потому что эти ионы бомбардируют именно ведомое полушарие. Другой возможный источник — дегазация водяного льда в недрах Ариэля. В таком случае высвобождение CO2 может быть следствием прошлой геологической активности спутника.
Учитывая размер Ариэля, соотношение в нём льда и камня и возможное присутствие соли или аммиака (понижающих температуру замерзания воды), можно сделать вывод, что спутник может быть дифференцирован на каменное ядро и ледяную мантию. Если это так, то масса ядра составляет около 56 % массы Ариэля, а его радиус — 64 % от радиуса спутника (около 372 км). Эти параметры рассчитаны исходя из состава Ариэля. Давление в центре спутника составляет около 0,3 ГПа (3 кбар). Текущее состояние ледяной мантии неясно, но существование подземного океана считается маловероятным.
Поверхность Ариэля
Ариэль испещрён извилистыми каньонами и долинами. Его каньоны представляют собой широкие грабены. Есть обширные области, где очень мало ударных кратеров. Это говорит о геологической активности спутника по крайней мере в относительно недавнем прошлом. Поверхность спутника во многих местах покрыта отложениями очень светлого материала, по-видимому, водяного инея. Высота стенок рифтовых долин достигает 10 км. Некоторые области гладкие, как бы покрытые жидкой грязью, что может свидетельствовать о потоках жидкости в геологически недавнем прошлом. Это могут быть и пластичные льды (подобно медленно текущим ледникам на Земле), но при столь низких температурах для достижения пластичности водяной лёд должен быть смешан с другими веществами, например, аммиаком и метаном. Не исключено наличие криовулканизма.
Ариэль — самый светлый из спутников Урана. Его альбедо Бонда составляет 23 %, а геометрическое альбедо — 53 %. Поверхность Ариэля демонстрирует сильный оппозиционный эффект: при увеличении фазового угла с 0° до 1° отражательная способность уменьшается с 53 % до 35 %. Цвет поверхности этого спутника почти серый и не зависит ни от альбедо, ни от рельефа. Например, у каньонов такой же цвет, как и у кратерированных участков. Однако яркие выбросы из свежих кратеров чуть более синие. Кроме того, на поверхности есть несколько пятен немного синее обычного. В рельефе они, по-видимому, никак не выражены. Ведомое полушарие в целом краснее ведущего примерно на 2 %.
На поверхности Ариэля три основных типа участков: гладкие, кратерированные и пересечённые каньонами. Самые обычные детали рельефа — ударные кратеры, каньоны, обрывы со сдвигами, горные хребты и впадины.
Южный полюс Ариэля окружает сильно кратерированная область, крупнейшая на этом спутнике. Это старейший участок его поверхности. Область испещрена сетью обрывов, каньонов (грабенов) и узких горных хребтов, в основном расположенных в средних широтах. Каньоны, вероятно, представляют собой грабены, сформированные при глобальном растяжении коры. Оно было вызвано замерзанием воды (возможно, с примесью аммиака) в недрах спутника. Каньоны в основном направлены на восток или северо-восток и достигают 15—50 км в ширину. Дно многих каньонов выпукло и возвышается на 1—2 км. Иногда дно отделено от стен каньона разломами шириной около 1 км. По центру самых широких грабенов проходят канавки, названные долинами. Самая длинная система каньонов Ариэля — каньоны Качина: их протяжённость составляет более 620 км.
Другой основной тип ландшафта — местность, пересечённая хребтами и впадинами. Такие участки имеют форму полос, которые обрамляют кратерированные области и делят их на многоугольные части. Ширина этих полос — 25—70 км. Хребты и разломы внутри каждой из них достигают длины 200 км и отделены друг от друга расстояниями 10—35 км. Полосы пересечённой местности часто продолжаются каньонами и, вероятно, могут быть результатом другой реакции коры на то же самое разрывное напряжение.
Самые молодые участки Ариэля — гладкие относительно низменные равнины. Они располагаются на дне каньонов, а также в нескольких низинах внутри кратерированных областей. В последнем случае они тоже имеют резкие края, иногда лопастевидной формы. Судя по различной степени кратерированности таких равнин, они образовались в разные времена. Их происхождение, скорее всего, вулканическое: кратеры на них напоминают щитовидные вулканы на Земле, а резкие края указывают на то, что извергнувшаяся жидкость была очень вязкой. Возможно, это была переохлаждённая вода или аммиачный раствор, а возможно, и твёрдый лёд. Толщина этого гипотетического потока криолавы оценивается в 1—3 километра. Поэтому каньоны, вероятно, были сформированы ещё в период эндогенной активности на Ариэле.
Ариэль покрыт кратерами равномернее, чем другие спутники Урана, а крупных кратеров на нём относительно мало. Это указывает на то, что его поверхность приобрела современный вид относительно недавно: в какой-то период его истории она существенно обновилась. Считается, что источником энергии для геологической активности Ариэля был приливный нагрев в те времена, когда его орбита была сильнее вытянута.
