Japets (pavadonis)

Japets (), ir trešais lielākais Saturna pavadonis un vienpadsmitais lielākais Saules sistēmā. To atklājis Džovanni Domeniko Kasīni 1671. gadā. Japets ir vislabāk pazīstams ar savu dramatisko divtoņu krāsojumu, bet Kasīni misijas nesenie atklājumi ir parādījuši vairākas citas neparastas fiziskās īpašības, piemēram, ekvatoriālo grēdu, kas stiepjas apkārt aptuveni pusei pavadoņa.

Atklāšanas vēsture 
Japetu atklāja Džovanni Domeniko Kasīni 1671. gada oktobrī Saturna rietumu pusē. Pēc tam, 1672. gada sākumā, Kasīni mēģināja to nesekmīgi novērot planētas austrumu pusē. Tas pats turpinājās vēlāk, kad Kasīni novēroja Japetu 1672. gada decembrī un 1673. gada februārī, katru reizi sekodams tam divas nedēļas Saturna rietumu pusē, taču nespēdams ieraudzīt to periodā, kad tam būtu jābūt austrumu pusē. 1705. gadā Kasīni beidzot novēroja Japetu austrumu pusē ar uzlabotu teleskopu, ieraudzīdams to par diviem zvaigžņlielumiem vājāku šajā pusē.

Kasīni pareizi pieņēma, ka Japetam ir spoža puslode un tumša puslode, un ka tas vienmēr saglabā pret Saturnu pavērstu vienu un to pašu pusi, tāpēc spilgtā puslode ir redzama no Zemes, kad Japets ir Saturna rietumu pusē, un tumšā puslode - otrā pusē. Tumšā puslode vēlāk viņam par godu tika nosaukta par Kasīni apgabalu.

Nosaukums 
Japets ir nosaukts titāna Japeta vārdā pēc grieķu mitoloģijas. Tas ir arī apzīmēts kā Saturns VIII.

Japets bija starp četriem Saturna pavadoņiem, kurus to atklājējs Džovanni Kasīni apzīmēja ar nosaukumu Sidera Lodoicea pēc karaļa Luija XIV (pārējie trīs bija Tētija, Dione un Reja). Tomēr, astronomiem kļuva par ieradumu atsaukties uz tiem pēc numuriem - Japetu kā Saturns V. Kad 1789. gadā tika atklāti Mimass un Encelads, numerācijas shēmu paplašināja un Japets kļuva par Saturnu VII, un pēc Hiperiona atklāšanas 1848. gadā - Saturns VIII. Tas joprojām ir zināms ar šo numuru (sk. nosaukumu veidošanu dabīgajiem pavadoņiem).

Nosaukumu Japets ierosināja Džons Heršels (Viljama Heršela dēls, Mimasa un Encelada atklājējs) savā 1847. gada publikācijā Labās cerības ragā veiktie astronomiskie novērojumi, kurā viņš aizstāvējis Saturna pavadoņu nosaukšanu titānu, titāna Krona māsu un brāļu vārdos (kurus romieši piedēvēja savam dievam Saturnam).

Japeta ģeoloģiskie objekti nosaukti pēc varoņu un vietu vārdiem franču episkajā poēmā Rolanda dziesma (piemēram vārdi izmantoti krāteru Kārļa Lielā un Baliganta, kā arī spožā reģiona, Ronsesvalles zeme) nosaukumos.Vienīgais izņēmums ir Kasīni apgabals, tumšais pavadoņa reģions, nosaukts tā atklājēja, Džovanni Kasīni vārdā.

Fiziskās īpašības 
Zemais Japeta blīvums norāda, ka tas galvenokārt sastāv no ledus, tikai ar nelielu (~ 20%) akmeņainu materiālu daļu 

Atšķirībā no vairuma pavadoņu, tā vispārējā forma ir ne sfēriska ne arī elipsoīds. Tam ir uztūksi vidusdaļa un saspiesti poli  tāpat tā unikālā ekvatoriālā grēda (sk. zemāk), ir tik augsta, ka tā redzami izkropļo pavadoņa formu pat, ja uz to skatās no attāluma. Šīs iezīmes bieži vien liek to raksturot kā valrieksta formas.

Uz Japeta ir ļoti daudz krāteru, un Cassini attēli ir atklājuši lielus triecienbaseinus tumšajā reģionā, vismaz pieci no kuriem ir vairāk nekā 350 km plati. Lielākais no tiem, Turgis ir ar diametru 580 km;  tā malas ir ļoti stāvas un ietver apmēram 15 km augstu krauju

Divu toņu krāsojums 
17. gadsimtā Džovanni Kasīni novēroja, ka viņš var redzēt Japetu tikai Saturna rietumu pusē un nekad uz austrumiem no tā. Viņš pareizi secināja, ka Japetam ir noslēgta sinhrona rotācija ap Saturnu, un ka no vienas puses Japets ir tumšāks nekā no otras - slēdziens vēlāk tika apstiprināts ar lielākiem teleskopiem.

Krāsojuma atšķirība abām Japeta puslodēm ir pārsteidzoša. Puslode, kas šķietami ir pavadoņa priekšgalā, ir tumša (albedo 0.03-0.05) ar nelielu sarkanīgi brūnu krāsojumu, bet lielākā daļa no otras puslodes un poli ir spoži (albedo 0,5-0,6, gandrīz tikpat spoži kā Eiropa). Līdz ar to redzamais spožums spožajai puslodei ir aptuveni 10.2, kamēr tumšajai puslodei tas ir aptuveni 11,9 - ārpus labāko 17. gadsimta teleskopu iespējām. Modeļa krāsojums ir analogs sfēriskajā Iņ-jaņ simbolā vai arī divām tenisa bumbiņas daļām. Tumšais reģions ir nosaukts par Kasīni apgabalu, un spožais rajons - par Ronsesvalles zemi. Tiek uzskatīts, ka sākotnējais tumšas materiāls nāk no ārpus Japeta, taču tagad tas sastāv galvenokārt no materiāla, kas radies no siltāko Japeta virsmas daļu ledus sublimēšanās. Tas satur organiskos savienojumus, kas līdzīgi uz primitīvu meteorītu vai komētu virsmas atrastajām vielām; novērojumi uz Zemes liecina, ka tie ir oglekļa savienojumi, kas, iespējams, ietver ciāna savienojumus, piemēram, sasalušus ciānūdeņražskābes polimērus.

2007. gada 10. septembrī Cassini zonde nolidoja 1640 km attālumā no Japeta un parādīja, ka abās puslodēs ir ļoti daudzi krāteri. Krāsu divdalījums gaišā un tumšā materiāla izkaisītajos lauciņos pārejas zonā starp Kasīni reģionu un Ronsesvalles zemi eksistē pat ļoti mazos mērogos - pat attēlos ar izšķirtspēju 30 metri. Tumšais materiāls tur aizpilda zemākos reģionus, un spožais materiāls atrodas pret poliem vērstajās krāteru nogāzēs, taču nav nekādu pelēku toņu.  Materiāls ir ļoti plānā kārtā, tikai dažus desmitus centimetru biezs vismaz dažās vietās,  saskaņā ar Cassini radara attēlu un ar faktu, ka ļoti mazi meteori ir iztriekušies līdz ledum zem tā.

NASA zinātnieki tagad uzskata, ka tumšais materiāls varētu būt atliekas no ūdens ledus sublimēšanās (iztvaikošanas) uz Japeta virsmas, kas, iespējams, kļuvis vēl tumšāks tādēļ, ka pakļauts Saules gaismai. Ņemot vērā tā lēno, 79 dienu ilgo rotāciju (kas vienāda ar tā apriņķošanu un ir garākā visā Saturna sistēmā), Japetam iespējams bija vissiltākā virsmas temperatūra dienas laikā un aukstākā nakts temperatūra Saturna sistēmā pat vēl pirms radās krāsu kontrasts; pie ekvatora tumšā materiāla siltuma absorbcijas rezultātā dienas temperatūra tumšajā Kasīni reģionā ir 128 K, salīdzinot ar 113 K, kas novērojama spožajā Ronsesvalles zemē. Atšķirība temperatūrā nozīmē, ka ledus vispirms sublimējas no Kasīni reģiona, un nogulsnējas Ronsesvalles zemē un jo īpaši vēl vēsākajos polos. Ģeoloģiskā laika mērogā tas vēl vairāk aptumšos Kasīni reģionu un izgaismos Ronsesvalles zemi un polus un, līdz ar visa atklātā ledus izzušanu no Kasīni reģiona, siltuma ietekmē veidosies arvien lielāka albedo atšķirība. Tiek lēsts, ka pie pašreizējās temperatūras, pa tūkstoš miljoniem gadu Kasīni reģions zaudētu aptuveni 20 metru ledus sublimācijas dēļ, kamēr Ronsesvalles zeme zaudētu tikai 10 centimetrus, ja neņem vērā ledu, kas tur nokļuvis no tumšā reģiona. Šis modelis izskaidro gaišo un tumšo apgabalu izplatīšanos, neesošos pelēkos toņus, kā arī Kasīni reģionu pārklājošā tumšā materiāla plānumu.

Tomēr atsevišķs krāsu noslāņošanās process būtu nepieciešams, lai siltuma atdeve iesāktos. Iespējams, ka sākotnējais tumšais materiāls ir būvgruži, ko meteori iztriekuši no mazākajiem ārējiem pavadoņiem atpakaļejošās orbītās un tos uztvērusi Japeta vadošā puslode. Šī modeļa pamatideja ir apmēram 30 gadu veca, un ir atjaunota ar septembra lidojumu garām.

Gaišie gruveši ārpus Japeta orbītas, vai nu izsviesti no pavadoņa virsmas mikrometeoroīdu triecienu dēļ vai arī radušies sadursmēs, lidotu pa spirāli, kamēr pavadoņa orbīta samazinās. Tie varētu būt kļuvuši tumšāki Saules gaismas ietekmē. Daļa no šāda materiāla, kas šķērsotu pavadoņa orbītu noteikti uztvertu Japeta vadošā puse, kas, iespējams, tiktu pārklāta tā, lai radītu albedo kontrastu, un tādējādi arī kontrastu temperatūrai, kura palieinātos iepriekš aprakstītā termiskā efekta dēļ.

Lielākā šādu materiālu rezervuārs ir Fēbe, lielākais no ārējiem Saturna pavadoņiem. Lai gan Fēbes sastāvs ir tuvāks spožās Japeta puslodes sastāvam kā tumšās, putekļi no Fēbes būtu nepieciešami tikai, lai izveidotu albedo kontrastu, un domājams, vēlākā sublimācija šo efektu padarītu daudz lielāku.

Forma kopumā 
Šī brīža trīsasu Japeta mērījumi uzrāda 747,1 × 749 × 712,6 km, un vidējo rādiusu ar 736 ± 2 km. Tomēr šie mērījumi var būt neprecīzi kilometru mērogā, jo ne visa Japeta virsma jau ir nofotografēta ar pietiekami lielu izšķirtspēju. Novērotais planētas saspiedums atbilst nevis novērotajam 79 dienu rotācijas periodam, bet gan tādam, kas ir tikai 10 stundas. Iespējams izskaidrojums tam ir tas, ka pavadoņa forma bija iesaldēta, tādēļ, ka neilgi pēc tā izveidošanās izveidojās bieza garoza, bet tās rotācijas turpināja palēnināties plūdmaiņu izkliedes dēļ, līdz tā kļuva slēgta pret plūdmaiņām.

Ekvatoriālā grēda 
Vēl viena Japeta mistērija ir ekvatoriālā grēda, kas stiepjas pa Kasīni apgabala centru. Tā ir aptuveni 1300 km gara, 20 km plata un 13 km augsta. Tā tika atklāta, kad Cassini zonde nofotografēja Japetu 2004. gada 31. decembrī. Dažas grēdas daļas paceļas vairāk nekā 20 km virs apkārtējiem līdzenumiem. Grēda veido sarežģītu sistēmu, ieskaitot atsevišķas virsotnes, vairāk nekā 200 km garus segmentus un daļas ar trim gandrīz paralēlām grēdām.
Spožajā Ronsesvalles zemē grēdu nav, bet ir vairākas atsevišķas 10 km virsotnes ekvatoriālajā daļā. Grēdu sistēmā ir ļoti daudz krāteru, norādot, ka tā ir sena. Izteiksmīgais ekvatoriālais uzblīdums dod pavadonim valriekstam līdzīgu izskatu.

Nav skaidrs, kā grēda izveidojusies. Viena no grūtībām ir izskaidrot, kāpēc tā gandrīz perfekti iet pa ekvatoru. Ir vismaz trīs hipotēzes, bet neviena no tām neizskaidro, kāpēc grēda ir tikai Kasīni apgabalā.

 Zinātnieku komanda, kas saistīta ar Cassini misiju apgalvo, ka grēda varētu būt palieka no saspiestās formas, kas bija vēl jaunajam Japetam, kad tas rotēja daudz ātrāk nekā šobrīd. Grēdas augstums norāda, ka maksimālais rotācijas periods varēja būt 17 stundas. Ja Japetus ir atdzisis pietiekami ātri, lai saglabātu grēdu, bet palicis plastisks pietiekami ilgi, lai Saturna izraisītās plūdmaiņas aizkavētu rotāciju līdz tās pašreizējajām 79 dienām, Japetam būtu bijis jātiek sildītam ar enerģiju no alumīnija-26 radioaktīvās sabrukšanas. Šis izotops, šķiet, ir bijis bagātīgos krājumos Saules miglājā, no kura izveidojās Saturns, taču kopš tā laika viss ir sabrucis. Alumīnija-26 daudzums, kas nepieciešams, lai sasildītu Japetu līdz nepieciešamajai temperatūrai sniedz provizorisku tā veidošanās laiku, salīdzinot ar pārējo Saules sistēmu: Japetam jābūt sakopojušamies agrāk, nekā paredzēts, tikai divus miljonus gadu pēc tam, kad sāka veidoties asteroīdi.
 Grēda varētu būt ledains materiāls, kas pacēlās no slāņiem zem virsmas un tad sacietēja. Ja tas būtu izveidojies prom no toreizējā ekvatora, tad lai hipotēze būtu pareiza, nepieciešams, ka rotācijas ass būtu novirzītas uz savu pašreizējo atrašanās vietu grēdas dēļ. 
 Ir arī doma, ka Japetam varēja būt gredzenu sistēma tā veidošanās laikā tā lielās Hilla sfēras dēļ, un ka ekvatoriālā grēda veidojās šī gredzena sadursmju sanesu rezultātā. Tomēr grēda šķiet pārāk vienmērīga, lai būtu sabrukuša gredzena rezultāts.

Temperatūra 
Tumšā reģiona virsmas temperatūra var sasniegt 130 K pie ekvatora, jo siltuma saņemšana ir efektīvāka Japeta lēnās rotācijas dēļ. Gaišākās virsmas absorbē mazāk Saules gaismas tādējādi temperatūra sasniedz tikai aptuveni 100 K

Orbīta 

Japeta orbīta ir mazliet neparasta. Lai gan Japets ir Saturna trešais lielākais pavadonis, tas apriņķo Saturnu daudz lielākā attālumā nekā nākamais tuvākais lielais pavadonis, Titāns. Orbītas plakne ir arī visslīpākā no visiem lodveida pavadoņiem; tikai neregulārajiem ārējiem pavadoņiem, piemēram, Fēbei ir vēl slīpāka orbīta. Cēlonis tam nav zināms.

Sakarā ar šo tālu, slīpo orbītu, Japets ir vienīgais lielais pavadonis, no kura būtu skaidri redzami Saturna gredzeni; no citiem iekšējiem pavadoņiem gredzeni būtu pagriezti ar šķautni, un līdz ar to slikti redzami. No Japeta Saturns būtu redzams 1 ° 56 ' diametrā (četras reizes lielāks kā Mēness, skatoties no Zemes).

Pētījumi 
Cassini zonde ir fotografējusi Japetu vairākas reizes no vidēja attāluma. Tomēr tā orbīta padara tuvu novērošanu grūtu. Ir bijis viens tuvu mērķēts lidojums garām - 1227 km attālumā 2007. gada 10. septembrī; citi nav plānoti.

Atsauces

Ārējās saites 

 Cassini misijas lapa - Japets
 Diskusija par Japetu datēta ar 2007. gada oktobri
 Japeta profils no NASA Saules sistēmas izpētes sekcijas
 Planetārā sabiedrība: Japets
 Astronomy Picture of the day raksts par Japetu
 Mirror Objects in the Solar System? - vērtēts raksts, kas pārrunā spekulatīvus atstarošanas jautājumus un Japetu šajā kontekstā
 A Moon with a View - Ričarda C. Hoaglanda tēlaina diskusija par Japeta dīvainībām
 New attempts to crack Saturn's 'walnut' moon - ekvatoriālās grēdas veidošanās teorijas

Saturna pavadoņi