Кіріспе
Уранның Миранда деген атымен аталған Ай – Уранның бес дөңгелек серіктерінің ішіндегі ең кішісі және ең ішкісі. Оны 1948 жылдың 16 ақпанында Техас штатындағы Макдональд обсерваториясында Джерард Койпер ашқан. Оның есімі Уильям Шекспирдің «Бораны» пьесасындағы Миранданың есімімен аталған. Уранның басқа ірі серіктері сияқты, Миранда да өз планетасының экваторлық жазықтығына жақын орбитада айналады. Уран Күнді бүйірінен айналып өтетіндіктен, Миранданың орбитасы эклиптикаға дерлік перпендикуляр және Уранның ерекше маусымдық циклын бөліседі. Диаметрі 470 км болатын Миранда – Күн жүйесіндегі гидростатикалық тепе-теңдікте (өзінің гравитациясының күшімен шар тәрізді) болуы мүмкін ең кішкентай және жақыннан зерттелген объектілердің бірі. Оның бетінің ауданы шамамен Техас штатының ауданымен салыстырылады. Миранданың жақыннан түсірілген суреттері тек «Вояджер-2» ғарыш зондысынан алынған, ол 1986 жылдың қаңтарында Уранның жанынан өтіп бара жатып Миранданы бақылаған. Зонд өтетін кезде Миранданың оңтүстік жарты шары Күнге қарап тұрды, сондықтан тек соның ғана бөлігі зерттелді. Миранда, планета пайда болғаннан кейін көп ұзамай оны қоршаған аккрециялық дискіде қалыптасқан болуы мүмкін, және басқа ірі айлар сияқты, оның да құрамы бөлінген болуы ықтимал – ішкі ядросы тастан, ал сырты мұз қабығымен қоршалған. Миранда Күн жүйесіндегі кез келген объектінің ең экстремалды және әртүрлі топографиясына ие, оның ішінде Верона Рупе бар, ол шамамен 20 километрлік биіктігі бар және Күн жүйесіндегі ең биік жартас болуы мүмкін, сондай-ақ «шеврон» пішіндес тектоникалық құрылымдар – короналар да бар. Бұл әртүрлі геологияның пайда болуы мен эволюциясы, кез келген урандық серіктің арасында ең көп, әлі толыққанды түсіндірілмеген, және Миранданың эволюциясына қатысты бірнеше гипотеза бар.
Miranda, also designated Uranus V, is the smallest and innermost of Uranus's five round satellites. It was discovered by Gerard Kuiper on 16 February 1948 at McDonald Observatory in Texas, and named after Miranda from William Shakespeare's play The Tempest. Like the other large moons of Uranus, Miranda orbits close to its planet's equatorial plane. Because Uranus orbits the Sun on its side, Miranda's orbit is nearly perpendicular to the ecliptic and shares Uranus's extreme seasonal cycle. At just 470 km in diameter, Miranda is one of the smallest closely observed objects in the Solar System that might be in hydrostatic equilibrium (spherical under its own gravity), and happens to have a surface area roughly similar to Texas. The only close up images of Miranda are from the Voyager 2 probe, which made observations of Miranda during its Uranus flyby in January 1986. During the flyby, Miranda's southern hemisphere pointed towards the Sun, so only that part was studied. Miranda probably formed from an accretion disc that surrounded the planet shortly after its formation and, like other large moons, it is likely differentiated, with an inner core of rock surrounded by a mantle of ice. Miranda has one of the most extreme and varied topographies of any object in the Solar System, including Verona Rupes, a roughly 20 kilometer high scarp that may be the highest cliff in the Solar System, and chevron shaped tectonic features called coronae. The origin and evolution of this varied geology, the most of any Uranian satellite, are still not fully understood, and multiple hypotheses exist regarding Miranda's evolution.
Аңдау және атауы
Миранда 1948 жылдың 16 ақпанында планеталық астроном Джерард Койпер Макдональд обсерваториясының Отто Струве телескопы арқылы ашқан. Оның Уран планемасының айналысындағы қозғалысы 1948 жылдың 1 наурызында расталды. Бұл – шамамен 100 жыл ішінде Уранның ашылған алғашқы серігі. Койпер бұл объектіні Шекспирдің "Бораны" пьесасының кейіпкерінің құрметіне "Миранда" деп атауды ұсынды, себебі Уранның бұрын ашылған төрт серігі – Ариэль, Умбриэль, Титания және Оберон – Шекспир немесе Александр Поуптың кейіпкерлерінің аттарымен аталып келген. Дегенмен, бұрынғы серіктер нақтырақ айтқанда, әуелейлердің есімдерімен аталған, ал Миранда – адам есімді болды. Кейін ашылған Уран серіктері Шекспир мен Поптың кейіпкерлерінің аттарымен аталады, олар әуелей болсын, болмасын. Бұл серік сондай-ақ Уран V деп те белгіленеді.
Орбиталық
Уранның бес дөңгелек серігінің ішінде Миранда оған ең жақын орбитада, бетінен шамамен 129 000 км қашықтықта айналады; бұл оның ең алыс сақинасынан шамамен төрттен бір бөлік артық қашықтық. Бұл үлкен планеталардың айналысындағы ең кішкентай орбитаға ие дөңгелек ай. Оның орбиталық периоды 34 сағатты құрайды және Ай сияқты, айналу периодымен синхронды, яғни ол Уранға әрқашан бір бетін көрсетеді, бұл құбылыс «күшті байланыс» деп аталады. Миранданың орбиталық еңісі (4.34°) планетаға жақын дене үшін ерекше жоғары – басқа ірі Уран серіктерінен шамамен он есе, ал Обероннан 73 есе артық. Бұл себеп әлі анықталған жоқ; оны түсіндіретін серіктер арасындағы орташа қозғалыс резонанстары табылмады. Сондықтан, серіктер кейде екінші резонанстардан өтеді деген гипотеза пайда болды, бұл өткенде Миранданың Умбриелмен 3:1 резонансына уақытша кіргеніне, бірақ екінші резонанстардың тудырған хаостық әсерінен одан шығып кеткеніне алып келді. Уран жүйесінде планетаның азайған жазықтығы және серіктердің салыстырмалы үлкен өлшемдеріне байланысты, орташа қозғалыс резонансынан шығу Юпитер немесе Сатурн серіктеріне қарағанда әлдеқайда оңай.
Бақылау және зерттеу
Миранданың көрінетін шамасы +16.6-ға тең, сондықтан ол көптеген әуесқой телескоптар үшін көрінбейді. Оның геологиясы және географиясы туралы барлық белгілі ақпарат 1986 жылғы 25 қаңтарда «Вояджер-2» ғарыш аппараты Ураннан өте келе алынған. «Вояджер-2» Мирандаға барған арақашықтық, Уранның басқа барлық серіктерінен әлдеқайда жақын болды. Уранның барлық серіктерінің арасында ең айқын жер беті Мирандада байқалды. Оны ашқан ғалымдар Миранданың Мимасқа ұқсас болады деп күткен, бірақ суреттерді жариялауға дейін 24 сағат ішінде Айдың ерекше географиясын түсіндіруге тырысып, қынжылды. 2017 жылы NASA Планеталық ғылым онжылдық сараптамасы аясында 2020 жылдары Уранға орбиталық аппаратты қайтару мүмкіндігін қарастырды. Ғарыштық планеталардың қолайлы орналасуына байланысты, Уран Нептуннан басымдық алды, себебі бұл ұшу уақытын қысқартты.
Құрамы мен ішкі құрылымы
1,15 г/см³ тығыздықпен Миранда – Уранның дөңгелек серіктері арасындағы ең төмен тығыздыққа ие. Бұл тығыздық құрамының 60%-дан астам су мұзынан тұратынын көрсетеді. Миранданың беті көбінесе су мұзынан болуы мүмкін, бірақ ол Сатурн жүйесіндегі сәйкес серіктеріне қарағанда әлдеқайда тасты, бұл радиоактивті ыдыраудан туған жылу ішкі дифференциацияға алып келгенін көрсетеді, соның нәтижесінде силикатты тау жыныстары мен органикалық қосылыстар ішкі қабаттарына шоғырланған. Миранданың ішкі жылуын Күн жүйесінің өмірі бойы сақтауға жеткілікті өлшемі жоқ. Дегенмен, қазіргі кезде басым гипотеза бойынша, ол Умбриелмен 3:1 орбиталық резонанста болған кезде сулы-сулы қыздыру арқылы қозғаған. Бұл резонанс Миранданың орбиталық эксцентрициттігін 0,1-ге дейін арттырып, Уранның өзгеретін гравитациялық күштерінен туындаған инерциялық үйкеліске себеп болды. Миранда Уранға жақындағанда гравитациялық күш күшейді, ал алшақтағанда әлсіреді, бұл оның ішкі бөлігін 20 К-қа дейін жылытатын иілгіштікке алып келді, бұл балқытуды бастауға жеткілікті. Мұндай иілгіштік кезеңі 100 миллион жылға дейін созуы мүмкін. Сонымен қатар, егер Мирандада Уранның серіктерінде болжалғандай клатраттар болса, олар оқшаулағыш ретінде әрекет еткен болуы мүмкін, себебі олардың судан төмен өткізгіштігі бар, бұл Миранданың температурасын одан әрі арттырады. Миранда бір кезде Ариелмен 5:3 орбиталық резонанста болған болуы мүмкін, бұл де оның ішкі қызуына үлес қосуы мүмкін. Алайда, Умбриелмен болған резонанстан туындаған максималды жылу шамамен үш есе жоғары болды.
Өңірлер
"Вояджер-2" зондының түсірген суреттерінде анықталған аймақтар Мантуя Регио, Эфес Регио, Сицилия Регио және Дунсинан Регио деп аталады. Бұл салыстырмалы түрде жоғары альбедоға ие бет және полюске жақын нүктеден солтүстікке қарай созылатын шатқалдар тізбегі. Шамамен -55° ендікте солтүстік-оңтүстік бағытындағы шатқалдар шығыс-батыс бағытындағы басқа шатқалдармен қиылысады. Көтеріліс кратерлерінің аз саны Инвернесс Миранда бетінде байқалған үш коронаның ең жасы екенін көрсетеді.
Арден Корона
Миранданың алдыңғы жарты шарында орналасқан Арден Коронасы шамамен шығыстан батысқа қарай созылады. Дегенмен, екінші өлшем әлі белгісіз, себебі жер бедері терминатордан тысқары (жарымшар түнге батқан) Voyager 2 суретке түсірген кезде көрінетін болды. Бұл коронаның сыртқы жиегі параллельді және қараңғы жолақтардан тұрады, олар кеміндегі кеңдігі бар, анық тікбұрышты ядроны жұмсақ қисықтармен қоршап тұрады. Жалпы эффекті сызықтардың жұмыртқа тәрізді пішіні деп сипатталған. Арденнің ішкі және белдеуі өте әртүрлі морфологияны көрсетеді. Ішкі топографиясы тұрақты және жұмсақ көрінеді. Сондай-ақ, ол қараңғы бетке шашыраған салыстырмалы түрде жарық материалдың үлкен жамылғыларынан туындаған дақты үлгімен сипатталады. "Вояджер-2" берген суреттерден жарық және қара белгілер арасындағы стратиграфиялық қатынасты анықтау мүмкін болмады. Арденнің жиегіндегі аймақ концентрлі альбедо жолақтарымен сипатталады, олар кратерлі жерді қиылыстыратын жерде (40° бойлықта) тәждің батыс шетінен басталып, солтүстік жарты шарда (110° бойлықта) шығыс жағына қарай созылады. Альбедоның контрастты жолақтары сыртқы жарықтардың беттерінен тұрады. Кратердің жасы оның белгілеген жер бедерінің қалыптасу күнін көрсетпейді. Керісінше, бұл күн олардың жасына қарамастан, бір жердегі кратерлердің санына байланысты. Жер бетіндегі соққыдан пайда болған кратерлер неғұрлым көп болса, жер бедері соғұрлым көне болады. Ғалымдар оларды "планеталық хронометрлер" ретінде пайдаланады; олар Каллисто сияқты атмосферасы жоқ инертті табиғи серіктердің жер бедерінің қалыптасуын анықтау үшін байқалған кратерлерді санайды. Мирандада көп сақиналы кратерлер немесе орталық шыңы бар күрделі кратерлер байқалған жоқ. Инвернесс аймақтарындағы соққы кратерлерінің тығыздығы анықталды, бұл олардың әрқайсысының жасын анықтауға мүмкіндік берді. Бұл өлшемдерді ескере отырып, геологиялық құрылымның барлығы салыстырмалы уақыт бірлігінде қалыптасқан. Дегенмен, басқа бақылаулар ең жас аймақтың, осы тәж ішінде, "шевронды" Аржие Рупестен бөлетінін анықтауға мүмкіндік береді. Тәждің екі аймағы бір геологиялық кезеңде қалыптасқан сияқты, бірақ басқа геологиялық элементтер Эльсинордың периметрі оның ядросынан жас екенін көрсетеді. Алайда, анти-Уран жарты шарында кратерлер ең көп. Бұл жағдай Миранданың айналу осінің қазіргі белгіліге қарағанда 90°-қа қайта бағытталуына себеп болған өткен оқиғамен түсіндірілуі мүмкін. Бұл субтумандық Уранның қалыптасуынан кейін белгілі бір уақыт аралығында Уранның айналасында болған немесе Уранның айналу осіне үлкен көлбеулік берген ғарыштық соққыдан кейін пайда болған. Соңғы геологиялық формациялар бірнеше жүз миллион жыл бұрын пайда болған сияқты. Кейбір ғалымдар тіпті Айдың бірнеше рет соқтығысуы мен қайта пайда болуы туралы айтады. Бұл геологиялық гипотеза 2011 жылы Уранның тасқын күштеріне қатысты гипотезалардың пайдасына бағаланбады. Бұл күштер Инвернесс пен Арден астындағы материалдарды тартып, бұрып, жарықтарды жасады. Уранның тартылысынан туындаған созу және бұрмалану, бұл өзі осы көтерілістерге қажетті жылу көзіне ие болуы мүмкін. Миранданың бетіндегі ең көне белгілі аймақтар Сицилия Регио және Ефес Регио сияқты кратерлі жазықтар. Бұл жерлердің пайда болуы Айдың аккрециясынан кейін оның салқындауымен байланысты. Юпитердің Ай-Иосында байқалғаннан айырмашылығы, Миранда мен Ариэль арасындағы бұл орбиталық резонанс құбылыстары кішкентай Айды тұрақты түрде ұстап тұруға әкелмеді. Бірнеше рет орбиталық резонанстан қашып, Миранда қызу және салқындау фазаларын ауыстырды. Бұл екі коронаның пайда болуына тағы бір түсіндірме айдың ішінде пайда болған диапирдің өнімі болуы мүмкін. Бұл жағдайда Миранда кем дегенде ішінара дифференциалдануы мүмкін. Бұл короналардың көлемі мен орналасуын ескере отырып, олардың пайда болуы Айдың инерция сәтін өзгертуге ықпал еткен болуы мүмкін. Бұл әртүрлі геологиялық эпизодтар бірін-бірі үзіліссіз жалғастырған болуы мүмкін. Орбиталық резонанстар құбылысы, негізінен Умбриелмен байланысты, сонымен қатар, аздап, Ариэльде, Миранданың орбиталық эксцентриситетіне елеулі әсер еткен болар еді, сондай-ақ айдың ішкі қызуы мен геологиялық белсенділігіне ықпал еткен болар еді. Бұл тұтастай алғанда, оның субстратындағы конвекциялық қозғалыстарды тудырып, планеталық дифференциацияның басталуына мүмкіндік берді. Сонымен қатар, бұл құбылыстар басқа қатысты айлардың орбиталарын аз ғана бұзған болар, олар Мирандадан ауыр. Дегенмен, Миранданың беті орбиталық резонанс құбылысының жалғыз өнімі болу үшін тым қиын болуы мүмкін. Миранда Умбриелмен резонанстан шыққаннан кейін, Айды қазіргі, қалыптан тыс орбиталық бұрылысқа жылжытқан механизм арқылы, эксцентриситет азайтылған болар еді. Тасқын күштері содан кейін эксцентриситетті жойып, Айдың ішіндегі температураны төмендеткен болар еді. Бұл оған сфералық пішінге қайта оралуға мүмкіндік берген болар еді, бірақ Верона Рупес сияқты әсерлі геологиялық артефакттарды жоюға мүмкіндік бермеген болар еді.