Lunas de Neptuno


El planeta Neptuno tiene 14 lunas conocidas , que llevan el nombre de deidades del agua menores en la mitología griega . Con mucho, el más grande de ellos es Triton , descubierto por William Lassell el 10 de octubre de 1846, 17 días después del descubrimiento del propio Neptuno; Pasó más de un siglo antes del descubrimiento del segundo satélite natural, Nereid . La luna más externa de Neptuno, Neso , que tiene un período orbital de aproximadamente 26 años julianos , orbita más lejos de su planeta que cualquier otra luna del Sistema Solar . [1]

Dos grandes cuerpos esféricos parcialmente iluminados: uno grande en la parte superior y otro pequeño debajo. La luz viene de la izquierda haciendo que los cuerpos parezcan la luna creciente.
Neptuno (arriba) y Tritón (abajo), tres días después del sobrevuelo de la Voyager 2 en 1989

Tritón es único entre las lunas de masa planetaria en que su órbita está retrógrada a la rotación de Neptuno e inclinada en relación con el ecuador de Neptuno, lo que sugiere que no se formó en órbita alrededor de Neptuno, sino que fue capturado gravitacionalmente por él. La próxima-satélite más grande en el Sistema Solar se sospecha que está capturado, Saturno 's luna Phoebe , tiene sólo el 0,03% de la masa de Tritón. La captura de Triton, probablemente ocurriendo algún tiempo después de que Neptuno formara un sistema de satélites, fue un evento catastrófico para los satélites originales de Neptuno, interrumpiendo sus órbitas de modo que chocaron para formar un disco de escombros. Triton es lo suficientemente masivo como para haber alcanzado el equilibrio hidrostático y retener una atmósfera delgada capaz de formar nubes y neblinas.

Hacia el interior de Triton hay siete pequeños satélites regulares , todos los cuales tienen órbitas progradas en planos que se encuentran cerca del plano ecuatorial de Neptuno; algunos de estos orbitan entre los anillos de Neptuno . El más grande de ellos es Proteus . Se volvieron a acumular del disco de escombros generado después de la captura de Tritón después de que la órbita de Triton se volvió circular. Neptuno también tiene seis satélites irregulares externos más que Triton, incluido Nereid, cuyas órbitas están mucho más lejos de Neptuno y tienen una alta inclinación: tres de ellos tienen órbitas progradas, mientras que el resto tiene órbitas retrógradas. En particular, Nereid tiene una órbita inusualmente cercana y excéntrica para un satélite irregular, lo que sugiere que alguna vez pudo haber sido un satélite regular que fue perturbado significativamente a su posición actual cuando Triton fue capturado. Los dos satélites irregulares neptunianos más externos, Psamathe y Neso , tienen las órbitas más grandes de todos los satélites naturales descubiertos en el Sistema Solar hasta la fecha.

Descubrimiento

Vista simulada de Neptuno en el cielo hipotético de Tritón

Triton fue descubierto por William Lassell en 1846, solo diecisiete días después del descubrimiento de Neptuno . [2] La nereida fue descubierta por Gerard P. Kuiper en 1949. [3] La tercera luna, más tarde llamada Larissa , fue observada por primera vez por Harold J. Reitsema, William B. Hubbard, Larry A. Lebofsky y David J. Tholen en mayo 24, 1981. Los astrónomos estaban observando el acercamiento de una estrella a Neptuno, buscando anillos similares a los descubiertos alrededor de Urano cuatro años antes. [4] Si los anillos estuvieran presentes, la luminosidad de la estrella disminuiría levemente justo antes del acercamiento más cercano del planeta. La luminosidad de la estrella se redujo solo durante varios segundos, lo que significaba que se debía a una luna más que a un anillo.

No se encontraron más lunas hasta que la Voyager 2 sobrevoló Neptuno en 1989. La Voyager 2 redescubrió Larissa y descubrió cinco lunas interiores: Naiad , Thalassa , Despina , Galatea y Proteus . [5] En 2001, dos estudios que utilizaron grandes telescopios terrestres encontraron cinco lunas exteriores adicionales, lo que eleva el total a trece. [6] Las encuestas de seguimiento realizadas por dos equipos en 2002 y 2003, respectivamente, volvieron a observar las cinco lunas, que son Halimede , Sao , Psamathe , Laomedeia y Neso . [6] [7] También se encontró una sexta luna candidata en el estudio de 2002, pero se perdió a partir de entonces. [6]

En 2013, Mark R. Showalter descubrió Hippocamp mientras examinaba imágenes del telescopio espacial Hubble de los arcos de anillos de Neptuno de 2009. Usó una técnica similar a la panorámica para compensar el movimiento orbital y permitir el apilamiento de múltiples imágenes para resaltar detalles tenues. [8] [9] [10] Después de decidir por capricho expandir el área de búsqueda a radios mucho más allá de los anillos, encontró un punto inequívoco que representaba la luna nueva. [11] Luego lo encontró repetidamente en otras imágenes de archivo HST que se remontan a 2004. La Voyager 2 , que había observado todos los demás satélites internos de Neptuno, no lo detectó durante su sobrevuelo de 1989, debido a su oscuridad. [8]

Nombres

El número de lunas conocidas para cada uno de los cuatro planetas exteriores hasta octubre de 2019. Actualmente, Neptuno tiene 14 satélites conocidos.

Triton no tuvo un nombre oficial hasta el siglo XX. El nombre "Triton" fue sugerido por Camille Flammarion en su libro Astronomie Populaire de 1880 , [12] pero no se volvió de uso común hasta al menos la década de 1930. [13] Hasta ese momento, se lo conocía simplemente como "el satélite de Neptuno". Otras lunas de Neptuno también reciben el nombre de dioses del agua griegos y romanos , de acuerdo con la posición de Neptuno como dios del mar: [14] ya sea de la mitología griega , generalmente hijos de Poseidón , el Neptuno griego (Tritón, Proteo, Despina, Thalassa); amantes de Poseidón (Larissa); clases de deidades del agua griegas menores ( náyade , nereida ); o Nereidas específicas (Halimede, Galatea, Neso, Sao, Laomedeia, Psamathe). [14] La luna más recientemente descubierta, Hippocamp, no se identificó desde 2013 hasta 2019, cuando recibió su nombre en honor al Hippocamp , una criatura mitológica que era mitad caballo y mitad pez. [15]

Para los satélites irregulares "normales", la convención general es utilizar nombres que terminen en "a" para satélites progrados, nombres que terminen en "e" para satélites retrógrados y nombres que terminen en "o" para satélites con inclinación excepcional, exactamente como la convención para las lunas de Júpiter . [16] Dos asteroides comparten los mismos nombres que las lunas de Neptuno: 74 Galatea y 1162 Larissa .

Las lunas de Neptuno se pueden dividir en dos grupos: regulares e irregulares. El primer grupo incluye las siete lunas interiores, que siguen órbitas progradas circulares situadas en el plano ecuatorial de Neptuno. El segundo grupo consta de las otras siete lunas, incluido Tritón. Por lo general, siguen órbitas excéntricas inclinadas y a menudo retrógradas lejos de Neptuno; la única excepción es Triton, que orbita cerca del planeta siguiendo una órbita circular, aunque retrógrada e inclinada. [17]

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Un video de lapso de tiempo que muestra las órbitas de las lunas de Neptuno: Triton, Proteus, Larissa, Galatea y Despina.
Comparación del tamaño de las siete lunas interiores de Neptuno

Lunas regulares

En orden de distancia de Neptuno, las lunas regulares son Náyade , Thalassa , Despina , Galatea , Larissa , Hippocamp y Proteus . Todos menos los dos exteriores están dentro de la órbita sincrónica de Neptuno (el período de rotación de Neptuno es de 0,6713 días o 16 horas [18] ) y, por lo tanto, se están desacelerando mareamente . Náyade, la luna regular más cercana, es también la segunda más pequeña entre las lunas interiores (después del descubrimiento de Hippocamp), mientras que Proteus es la luna regular más grande y la segunda luna más grande de Neptuno. Las primeras cinco lunas orbitan mucho más rápido que la propia rotación de Neptuno, que van desde 7 horas para Naiad y Thalassa , hasta 13 horas para Larissa .

Las lunas interiores están estrechamente asociadas con los anillos de Neptuno . Los dos satélites más internos, Naiad y Thalassa, orbitan entre los anillos de Galle y LeVerrier . [5] Despina puede ser una luna pastora del anillo LeVerrier, porque su órbita se encuentra justo dentro de este anillo. [19] La próxima luna, Galatea , orbita justo dentro del más prominente de los anillos de Neptuno, el anillo de Adams . [19] Este anillo es muy estrecho, con un ancho que no excede los 50 km, [20] y tiene cinco arcos brillantes incrustados . [19] La gravedad de Galatea ayuda a confinar las partículas del anillo dentro de una región limitada en la dirección radial, manteniendo el anillo estrecho. Varias resonancias entre las partículas del anillo y Galatea también pueden tener un papel en el mantenimiento de los arcos. [19]

Solo se han obtenido imágenes de las dos lunas regulares más grandes con una resolución suficiente para discernir sus formas y características de la superficie. [5] Larissa, de unos 200 km de diámetro, es alargada. Proteus no es significativamente alargado, pero tampoco es completamente esférico: [5] se asemeja a un poliedro irregular , con varias facetas planas o ligeramente cóncavas de 150 a 250 km de diámetro. [21] Con unos 400 km de diámetro, es más grande que la luna de Saturno Mimas , que es completamente elipsoidal. Esta diferencia puede deberse a una interrupción por colisión pasada de Proteus. [22] La superficie de Proteus está llena de cráteres y muestra una serie de características lineales. Su cráter más grande, Pharos, tiene más de 150 km de diámetro. [5] [21]

Todas las lunas interiores de Neptuno son objetos oscuros: su albedo geométrico varía del 7 al 10%. [23] Sus espectros indican que están hechos de agua helada contaminada por algún material muy oscuro, probablemente compuestos orgánicos complejos . A este respecto, las lunas neptunianas interiores son similares a las lunas uranianas interiores . [5]

Lunas irregulares

El diagrama ilustra las órbitas de las lunas irregulares de Neptuno excluyendo a Tritón. La excentricidad está representada por los segmentos amarillos que se extienden desde el pericentro al apocentro con la inclinación representada en el eje Y. Las lunas por encima del eje X son progradas , las de abajo están retrógradas . El eje X está etiquetado en Gm y la fracción del radio de la esfera Hill .

En orden de su distancia del planeta, las lunas irregulares son Triton , Nereid , Halimede , Sao , Laomedeia , Psamathe y Neso , un grupo que incluye tanto objetos progrados como retrógrados. [17] Las cinco lunas más externas son similares a las lunas irregulares de otros planetas gigantes , y se cree que fueron capturadas gravitacionalmente por Neptuno, a diferencia de los satélites regulares, que probablemente se formaron in situ . [7]

Tritón y Nereida son satélites irregulares inusuales y, por lo tanto, se tratan por separado de las otras cinco lunas neptunianas irregulares, que se parecen más a los satélites irregulares exteriores de los otros planetas exteriores. [7] En primer lugar, son las dos lunas irregulares más grandes conocidas en el Sistema Solar, siendo Tritón casi un orden de magnitud más grande que todas las demás lunas irregulares conocidas. En segundo lugar, ambos tienen ejes semi-mayores atípicamente pequeños, con Tritón en un orden de magnitud más pequeño que los de todas las demás lunas irregulares conocidas. En tercer lugar, ambos tienen excentricidades orbitales inusuales: Nereid tiene una de las órbitas más excéntricas de cualquier satélite irregular conocido, y la órbita de Tritón es un círculo casi perfecto. Finalmente, Nereid también tiene la inclinación más baja de cualquier satélite irregular conocido. [7]

Tritón

La órbita de Triton (rojo) es diferente de la órbita de la mayoría de las lunas (verde) en la dirección de la órbita, y la órbita está inclinada -23 ° .

Triton sigue una órbita retrógrada y casi circular, y se cree que es un satélite capturado gravitacionalmente. Fue la segunda luna del Sistema Solar que se descubrió que tiene una atmósfera sustancial , que es principalmente nitrógeno con pequeñas cantidades de metano y monóxido de carbono . [24] La presión sobre la superficie de Tritón es de aproximadamente 14  μbar . [24] En 1989, la nave espacial Voyager 2 observó lo que parecían ser nubes y neblinas en esta delgada atmósfera. [5] Tritón es uno de los cuerpos más fríos del Sistema Solar, con una temperatura superficial de unos 38 K (−235,2 ° C). [24] Su superficie está cubierta por nitrógeno, metano, dióxido de carbono y agua helada [25] y tiene un albedo geométrico alto de más del 70%. [5] El albedo de Bond es aún mayor, llegando hasta el 90%. [5] [nota 1] Las características de la superficie incluyen el gran casquete polar del sur , planos más antiguos con cráteres cortados por graben y escarpas , así como características juveniles probablemente formadas por procesos endógenos como el criovolcanismo . [5] Las observaciones de la Voyager 2 revelaron una serie de géiseres activos dentro del casquete polar calentado por el Sol, que expulsan penachos a una altura de hasta 8 km. [5] Triton tiene una densidad relativamente alta de aproximadamente 2 g / cm 3, lo que indica que las rocas constituyen aproximadamente dos tercios de su masa y los hielos (principalmente hielo de agua) el tercio restante. Puede haber una capa de agua líquida en las profundidades de Triton, formando un océano subterráneo. [26] Debido a su órbita retrógrada y su relativa proximidad a Neptuno (más cerca que la Luna está a la Tierra), la desaceleración de las mareas está provocando que Triton se mueva en espiral hacia adentro, lo que conducirá a su destrucción en unos 3.600 millones de años. [27]

Nereida

Nereida es la tercera luna más grande de Neptuno. Tiene una órbita prograda pero muy excéntrica y se cree que fue un antiguo satélite regular que se dispersó a su órbita actual a través de interacciones gravitacionales durante la captura de Tritón. [28] Se ha detectado espectroscópicamente hielo de agua en su superficie. Las primeras mediciones de la nereida mostraron variaciones grandes e irregulares en su magnitud visible, que se especuló que eran causadas por una precesión forzada o una rotación caótica combinada con una forma alargada y manchas brillantes u oscuras en la superficie. [29] Esto fue refutado en 2016, cuando las observaciones del telescopio espacial Kepler mostraron solo variaciones menores. El modelado térmico basado en observaciones infrarrojas de los telescopios espaciales Spitzer y Herschel sugiere que Nereid está solo moderadamente alargada, lo que desfavorece la precesión forzada de la rotación. [30] El modelo térmico también indica que la rugosidad de la superficie de Nereida es muy alta, probablemente similar a la luna de Saturno Hyperion . [30]

Lunas irregulares normales

Entre las lunas irregulares restantes, Sao y Laomedeia siguen órbitas progradas, mientras que Halimede, Psamathe y Neso siguen órbitas retrógradas. Dada la similitud de sus órbitas, se sugirió que Neso y Psamathe podrían tener un origen común en la ruptura de una luna más grande. [7] Psamathe y Neso tienen las órbitas más grandes de todos los satélites naturales descubiertos en el sistema solar hasta la fecha. Tardan 25 años en orbitar Neptuno a un promedio de 125 veces la distancia entre la Tierra y la Luna. Neptuno tiene la esfera Hill más grande del Sistema Solar, debido principalmente a su gran distancia del Sol; esto le permite retener el control de lunas tan distantes. [17] Sin embargo, las lunas jovianas en los grupos Carme y Pasiphae orbitan en un porcentaje mayor del radio de Hill principal que Psamathe y Neso. [17]

La distribución de masa de las lunas neptunianas es el más desequilibrado de los sistemas de satélites de los planetas gigantes del Sistema Solar. Una luna, Tritón, constituye casi la totalidad de la masa del sistema, y ​​todas las demás lunas juntas comprenden solo un tercio del uno por ciento. Esto es similar al sistema lunar de Saturno, donde Titán representa más del 95% de la masa total, pero es diferente de los sistemas más equilibrados de Júpiter y Urano. La razón de la desigualdad del actual sistema neptuniano es que Triton fue capturado mucho después de la formación del sistema de satélites original de Neptuno, y los expertos conjeturan que gran parte del sistema fue destruido en el proceso de captura. [28] [31]

Las masas relativas de las lunas neptunianas.

La órbita de Tritón tras la captura habría sido muy excéntrica y habría provocado perturbaciones caóticas en las órbitas de los satélites neptunianos internos originales, haciendo que colisionen y se reduzcan a un disco de escombros. [28] Esto significa que es probable que los satélites internos actuales de Neptuno no sean los cuerpos originales que se formaron con Neptuno. Solo después de que la órbita de Tritón se hiciera circular, algunos de los escombros podrían volver a acumularse en las lunas regulares actuales. [22]

El mecanismo de captura de Tritón ha sido objeto de varias teorías a lo largo de los años. Uno de ellos postula que Triton fue capturado en un encuentro de tres cuerpos . En este escenario, Triton es el miembro superviviente de un objeto binario del cinturón de Kuiper [nota 2] interrumpido por su encuentro con Neptuno. [32]

Las simulaciones numéricas muestran que hay una probabilidad de 0,41 de que la luna Halimede colisionó con Nereid en algún momento del pasado. [6] Aunque no se sabe si ha tenido lugar alguna colisión, ambas lunas parecen tener colores similares ("grises"), lo que implica que Halimede podría ser un fragmento de Nereid. [33]

Lunas confirmadas

Las lunas neptunianas se enumeran aquí por período orbital, de la más corta a la más larga. Las lunas irregulares (capturadas) están marcadas por colores. Las órbitas y distancias medias de las lunas irregulares son variables en escalas de tiempo cortas debido a las frecuentes perturbaciones planetarias y solares , por lo que los elementos orbitales enumerados de todas las lunas irregulares se promedian sobre una integración numérica de 6.000 años por Brozović et al. (2011). [34] Jacobson (2009) promedió los elementos orbitales enumerados de Nereid sobre una integración de 400 años. [35] Todos los elementos orbitales se basan en la época del 10 de junio de 2000, hora terrestre . [1] Tritón, la única luna neptuniana lo suficientemente masiva como para que su superficie se haya derrumbado en un esferoide , se envalentona.

Lunas no confirmadas

Un sexto satélite candidato irregular de Neptuno, designado 'c02N4', fue descubierto en un estudio dirigido por Matthew J. Holman el 14 de agosto de 2002, pero fue visto nuevamente por el Very Large Telescope el 3 de septiembre de 2002 antes de perderse a partir de entonces. Otros intentos de recuperar el objeto fallaron, dejando su órbita indeterminada. Puede haber sido un centauro en lugar de un satélite, aunque su pequeña cantidad de movimiento en relación con Neptuno durante un mes sugiere que de hecho era un satélite. Según su brillo, se estimó que el objeto tenía un diámetro de 33 km y que se encontraba a unos 25,1 millones de km (0,168  UA ) de Neptuno cuando fue encontrado. [6]

  1. ^ El albedo geométrico de un cuerpo astronómico es la relación entre su brillo real en un ángulo de fase cero(es decir, como se ve desde la fuente de luz) y el de undiscoplano idealizado, completamente reflectante y de dispersión difusa ( lambertiano ) con la misma sección transversal . El albedo de Bond, que lleva el nombre del astrónomo estadounidense George Phillips Bond (1825-1865), quien lo propuso originalmente, es la fracción de potencia en la radiación electromagnética totalincidente en un cuerpo astronómico que se dispersa de regreso al espacio. El albedo de Bond es un valor estrictamente entre 0 y 1, ya que incluye toda la luz dispersa posible (pero no la radiación del propio cuerpo). Esto contrasta con otras definiciones de albedo , como el albedo geométrico, que puede estar por encima de 1. En general, sin embargo, el albedo de Bond puede ser mayor o menor que el albedo geométrico, dependiendo de las propiedades superficiales y atmosféricas del cuerpo en cuestión. .
  2. ^ Los objetos binarios , objetos con lunas como elsistema Plutón - Caronte , son bastante comunes entre los objetos transneptunianos más grandes(TNO). Alrededor del 11% de todos los TNO pueden ser binarios. [32]
  3. ^ El orden se refiere a la posición entre otras lunas con respecto a su distancia promedio de Neptuno.
  4. ^ La etiqueta se refiere al número romano atribuido a cada luna en el orden de su descubrimiento. [14]
  5. ^ Los diámetros con múltiples entradas como "60 × 40 × 34" reflejan que el cuerpo no es esférico y que cada una de sus dimensiones se ha medido lo suficientemente bien como para proporcionar una estimación de 3 ejes. Las dimensiones de las cinco lunas interiores se tomaron de Karkoschka, 2003. [23] Las dimensiones de Proteus son de Stooke (1994). [21] Las dimensiones de Triton son de Thomas, 2000, [36] mientras que su diámetro se toma de Davies et al., 1991. [37] El tamaño de Nereid es de Kiss et al., 2019 [38] y los tamaños de las otras lunas exteriores son de Sheppard et al., 2006. [7]
  6. ↑ La masa de todas las lunas de Neptuno, excepto Tritón, se calculó asumiendo una densidad de 1,3 g / cm 3 . Los volúmenes de Larissa y Proteus se tomaron de Stooke (1994). [21] La masa de Triton es de Jacobson, 2009.
  7. ^ La inclinación de cada luna se da en relación con su plano local de Laplace . Las inclinaciones superiores a 90 ° indican órbitas retrógradas (en la dirección opuesta a la rotación del planeta).

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  • Satélites conocidos de Neptuno
  • Las lunas de Neptuno por la exploración del sistema solar de la NASA
  • Diccionario geográfico de nomenclatura planetaria — Neptuno (USGS)
  • Simulación que muestra la posición de la Luna de Neptuno