Tritón (mesiac)

Fyzikálne charakteristiky

Tritón má asi o 40 % väčšiu hmotnosť ako Pluto, prvý známy objekt Kuiperovho pásu. Aj jeho vlastnosti sú prekvapivo podobné vlastnostiam Pluta – predpokladá sa, že zhruba 25 % tvorí ľad a zvyšok hornina s výrazným podielom kovov. Jadro Tritóna tvorí až 2/3 jeho celkovej hmotnosti, čo je najviac zo všetkých satelitov s výnimkou Io a Európy. Na povrchu sa nachádza množstvo zamrznutého dusíka a asi aj vodného ľadu; je pravdepodobné, že mnoho kilometrov hrubý plášť mesiaca je tvorený práve z ľadu. Existencia oceánu ukrytého pod ním je diskutabilná, ale ak by dochádzalo napr. k slapovému zahrievaniu gravitáciou Neptúna, nemožno ju vylúčiť. Oceán by potom mohol byť hostiteľom teoretických primitívnych foriem života.
Triton je síce menší ako Mesiac Zeme, napriek tomu si dokáže udržať atmosféru. To je spôsobené hlavne tým, že teploty na Tritone sú veľmi nízke a tepelný pohyb molekúl neprekoná únikovú rýchlosť. Tá je 1,455 km/s. Triton je jediný Neptúnov mesiac ktorý bol dostatočne hmotný na to, aby ho jeho gravitácia sformovala do tvaru gule.

Dráha a rotácia

Tritonova obežná dráha leží medzi skupinou malých vnútorných prográdne obiehajúcich mesiacov a vonkajších malých prográdne aj retrográdne obiehajúcich družíc. Neobyčajný retrográdny pohyb mesiaca viedol k špekuláciám, že Triton nevznikol na orbite Neptúna, ale bol planétou iba zachytený. V súčasnosti obieha po takmer kruhovej dráhe, čo je na retrográdne obiehajúci mesiac veľmi nezvyčajné. Predpokladá sa, že pôvodná dráha bola oveľa výstrednejšia. V súčasnosti je excentricita dráhy taká nízka, že sa prejavuje až na 16.-tom desatinnom mieste. V terajšej vzdialenosti 354 800 km od centra planéty Triton obieha už asi miliardu rokov. Ide o relatívne nízku dráhu, kvôli ktorej je mesiac vystavený pôsobeniu slapových síl planéty. Tie v ňom vytvárajú teplo potrebné pre vulkanizmus. Triton sa po špirále pomaly blíži k planéte, do ktorej by mal podľa výpočtov naraziť v priebehu nasledujúcich 100 miliónov rokov.
Sklon dráhy Tritona k rovine Neptúnovho rovníka je 157,35°, čo potvrdzuje teóriu, že Triton bol zachytenou planétkou. Rotácia Tritona je viazaná, to znamená, že planéta sa otočí okolo svojej osi za rovnakú dobu, za akú obehne okolo planéty, čo je necelých 6 dní.

Teória zachytenia

Triton je jediná veľká družica v slnečnej sústave, ktorá má retrográdnu dráhu. Tento fakt spolu s vysokým sklonom dráhy priviedol vedcov na myšlienku, že Triton bol pôvodne transneptúnskym objektom obiehajúcim okolo Slnka, ktorý Neptún gravitačne zachytil. Niektorí autori dokonca usudzujú, že Triton obiehal Slnko s hmotnostne porovnateľným spoločníkom, s ktorým utváral binárnu planétku. Dve alebo viaceré telesá obiehajúce spoločné ťažisko nie sú v slnečnej sústave veľkou vzácnosťou. V Kuiperovom páse je v dvoj- alebo viacnásobných systémoch gravitačne viazaných minimálne 11 % objektov. Známou dvojplanétkou je napríklad trpasličia planéta Pluto a jeho veľký mesiac Charon spolu s menšími mesiacmi Nix, Hydra, Styx a Kerberos.
Pri tesnom prelete okolo Neptúna vo vzdialenosti asi 8 polomerov Neptúna sa pôsobením slapových síl planéty táto dvojica rozpadla. Neptún zachytil tú z dvoch planétok, ktorá sa v čase najväčšieho priblíženia pohybovala v protismere pohybu ťažiska páru - Triton. Druhá zložka unikla do priestoru. Nízka vzájomná rýchlosť počas stretnutia zabránila rozbitiu Tritóna. Tento scenár je možné rozšíriť na viacero mesiacov veľkých planét s retrográdnou dráhou.

Iné teórie

Teórii o zachytení jedného člena systému dvojplanétky predchádzali scenáre zachytenia Tritona na obežnú dráhu ako samostatného telesa. Podľa prvých predstáv bol Triton na obežnej dráhe zachytený pôvodným prstencom Neptúna, resp. prachoplynovým diskom Neptúna, ktorý sa stihol rozplynúť skôr, než došlo k pádu mesiaca na planétu. Ďalší scenár predpokladal zabrzdenie Tritona a jeho zachytenie na obežnej dráhe zrážkou s iným pôvodným mesiacom. Táto teória však vyžaduje druhý mesiac s hmotnosťou dostatočnou na zabrzdenie Tritona, ktorá ale nesmie byť priveľká, pretože v tom prípade by bol Triton zničený.

Magnetosféra

Mesiac nemá vlastné magnetické pole. Prechádza radiačnými pásmi Neptúna, v ktorých sa nachádzajú elektricky nabité častice. Tie pri kontakte s hornými vrstvami atmosféry vyvolávajú polárnu žiaru.

Atmosféra

Triton je od Slnka najvzdialenejší mesiac s atmosférou. Tá je riedka a zložená hlavne z dusíka a metánu. Pretože je povrchová teplota (-235 °C) Slnkom ožarovanej pologule nižšia ako teplota topenia týchto dvoch plynov (dusík -210 °C a metán -182 °C pri pozemskom tlaku), vyparovanie a prísun dvoch najzákladnejších zložiek atmosféry z povrchu je nepatrný. Atmosférický tlak preto dosahuje len stotisícinu (podľa iného zdroja sedemdesiattisícinu) pozemského tlaku. Voľný dusík vzniká z amoniaku, ktorý na povrch mesiaca preniká zvnútra a tam sa rozkladá tak rýchlo, že v atmosfére tvorí amoniak už len nepatrnú časť. Dusík po uvoľnení v chladnejších vrstvách atmosféry opäť zamŕza a padá na povrch mesiaca v podobe snehu. Pozorovania z Hubbleovho ďalekohľadu (HST) v 90-tych rokoch ukazujú, že Triton sa postupne otepľuje. To vedie k sublimácii zmrznutého dusíka a postupnému zahusťovaniu atmosféry. Z meraní HST vyplynulo, že atmosférický tlak sa od preletu sondy Voyager 2 v roku 1989 minimálne zdvojnásobil, v roku 2010 bol už dokonca štvornásobný od čias preletu Voyageru 2. Z kryštalického zmrznutého dusíka sa v atmosfére tvoria tiež oblaky.
Merania v ultrafialovej oblasti spektra ukázali v atmosfére tiež prítomnosť vodíka. Ten sa však postupne z atmosféry vytráca, pretože teleso nemá dostatočnú gravitáciu na jeho udržanie. Vodík vzniká ako produkt rozkladu amoniaku. Ďalší spôsob vzniku molekulárneho vodíka je rozklad metánu na uhľovodíkové zlúčeniny. Tie potom vytvárajú v atmosfére mraky a smog. Slabý zákal atmosféry je spôsobený časticami s veľkosťou 0,1 mikrometra, ktoré vznikajú pôsobením ultrafialového žiarenia na metán.
Vyparovanie polárneho ľadu spôsobuje, že v lete vznikajú v atmosfére vetry, ktoré vanú rýchlosťami 30 – 50 km/h. Nie sú však dostatočne silné, aby dokázali z povrchu zdvihnúť malé čiastočky.

Ročné obdobia

U planét sú ročné obdobia vyvolávané sklonom ich osi, vďaka ktorému nastavujú pri svojom obehu Slnku striedavo severnú a južnú pologuľu. Pri mesiacoch je striedanie ročných období komplikované tým, že okrem obehu okolo Slnka obiehajú ešte aj okolo planéty a rovina dráhy sa môže pod vplyvom precesie meniť. Triton je extrémnym prípadom zmien dráhy, pretože jeho dráha mení v perióde 650 rokov sklon od 5,8° do 47,8° k rovine ekliptiky. Sklon jeho dráhy voči rovníku planéty je však nemenný. Ročné obdobia na Tritone sa síce striedajú s periódou jedného obehu Neptúna okolo Slnka (164 rokov), ich intenzita sa ale počas spomínanej 650-ročnej periódy značne mení. V roku 2007 vrcholilo na Tritone tzv. superleto, čiže leto ktoré nastalo v čase maxima 650-ročnej periódy.

Povrch

Uhľovodíky na povrchu mesiaca spôsobujú, že jeho farba je bledoružová. Merania 3,9 metrového Infračerveného teleskopu UKIRT na Mauna Kea ukázali, že sa tam nachádza tiež ľad oxidu uhoľnatého a oxidu uhličitého. Na povrchu Tritonu sú pravdepodobne dve svetlejšie oblasti umiestnené oproti sebe a spôsobujú periodické kolísanie jeho jasnosti.
Tmavé pruhy v blízkosti južného pólu svedčia o súčasnej geologickej aktivite mesiaca. Na snímkach sondy Voyager 2 sú viditeľné tiež veľké praskliny a kruhové prepadliny s rozmerom 30 – 40 km.
Zábery zo sondy Voyager 2 ukázali, že celá južná pologuľa má oveľa väčšie albedo ako sa predpokladalo. Pokrýva ju obrovská polárna čiapočka, najväčšia známa v slnečnej sústave. Na východnom okraji siahala až po 30. stupeň južnej šírky, na západnom okraji dokonca po rovník. Na polárnej čiapočke objavil Voyager 2 stovky poprehýbaných pásov, ktoré smerujú na severovýchod. Tieto pásy sú pravdepodobne veľmi mladé.
Povrchová teplota mesiaca dosahuje len 38 K (-235 °C). Za takýchto nízkych teplôt je vodný ľad neobyčajne pevný, porovnateľný s oceľou. Celkové albedo je 0,7, z čoho vyplýva, že jeho povrch odráža dvakrát viac slnečného svetla ako povrch Zeme. To sa prejavuje aj na zdanlivej magnitúde mesiaca, ktorá má hodnotu 13,6. Napriek omnoho väčšej vzdialenosti od Slnka je Triton jasnejší než ktorýkoľvek mesiac Urána.
Hustota impaktných kráterov je menšia ako na iných ľadových mesiacoch a väčšinu z nich spôsobili dopady komét. Z toho možno usudzovať, že povrch je pomerne mladý. Jeho vek sa odhaduje na 600 miliónov rokov. Najväčším prekvapením, ktoré priniesli snímky z Voyagera 2, však boli aktívne gejzíry. Tie vyvrhujú plynný dusík a prachové častice do výšky až 8 km. Dusíkový ľad potrebuje na zahriatie a premenu na plyn iba veľmi málo tepla, preto je možná jeho existencia v plynnom skupenstve aj na takom chladnom telese ako je Triton. Predpokladá sa, že s príchodom leta sa sublimácia povrchového ľadu zosilňuje, pôda tmavne a tým umožňuje postupné prehrievanie povrchu až po bod topenia dusíka. Vedci s istotou identifikovali 4 gejzíry a aktivita mnohých ďalších sa predpokladá. Triton sa stal po Zemi a mesiaci Io tretím známym telesom so sopečnou aktivitou. Ďalšie prejavy geologickej aktivity sú tmavé pruhy v blízkosti južného pólu podobné láve vytekajúcej z prasklín v zemskej kôre. Vulkanizmus na Tritone je celkom nového typu a jeho objav sa považuje za jeden z najvýznamnejších objavov v dejinách planetológie.

Vnútorné zloženie

Predpokladá sa, že mesiac má veľké kremičitanové jadro s priemerom asi 2 000 km. Okolo neho je plášť hrubý 350 km tvorený predovšetkým vodným ľadom. Sopečné útvary na povrchu svedčia o tom, že mesiac prešiel diferenciáciou, to znamená, že v určitej fáze svojho vývoja bol úplne roztavený. Ťažšie prvky klesali do stredu, kde utvorili jadro, ľahšie stúpali hore a z nich vznikol plášť, kôra a riedka atmosféra. Ľady jednotlivých prvkov by mali byť oddelené podľa podloží s rôznou špecifickou váhou. Doteraz však nie je jasný pôvod tepla, ktorý mohol proces diferenciácie spustiť.

Pozorovanie zo Zeme

Triton je viac než tridsaťkrát vzdialenejší od Slnka než Zem, preto štúdium procesov, ktoré na ňom prebiehajú, nie je pre astronómov ľahká úloha. V 80. rokoch, pred preletom jedinej sondy Voyager 2 okolo mesiaca, sa objavili prvé teoretické modely jeho atmosféry. Tieto modely predpokladali, že atmosférický tlak na Tritone bude porovnateľný s tlakom na Marse (tento údaj sa ukázal po prieskume sondou Voyager 2 ako značne nadhodnotený).
Pozorovania zákrytov hviezd Tritonom v nasledujúcich rokoch vedci dokázali, že tlak v atmosfére postupne narastá. Detailnejší výskum umožnilo až pozorovanie spektrografom CRIRES (Cryogenic High-Resolution Infrared Echelle Spectrograph) na VLT (Very Large Telescope). Už prvé analýzy údajov, ktoré spektrograf získal v roku 2010, ukázali, že atmosféra obsahuje oxid uhoľnatý. Zároveň sa podarilo po prvýkrát zo Zeme detegovať na tomto mesiaci metán. Podľa týchto meraní stúpol tlak na Tritone od preletu sondy Voyager 2 asi štyrikrát, čo je spôsobené príchodom leta a postupnou sublimáciou prchavých prvkov z povrchu mesiaca do jeho atmosféry. Aktuálny atmosférický tlak sa pohybuje medzi 40 – 65 mikrobarmi, čo je asi 20 000-krát nižší tlak než na povrchu Zeme.