Тефія (супутник)

Тефія була відкрита Джованні Кассіні 1684 року разом із Діоною, іншим супутником Сатурна. Відкриття було зроблено в Паризькій обсерваторії. Кассіні назвав 4 відкритих ним супутника Сатурна «зорями Людовіка» (лат. Sidera Lodoicea) на честь короля Франції Людовика XIV[8]. Астрономи протягом тривалого часу позначали Тефію Saturn III («третій супутник Сатурна»).

Сучасну назву супутника запропонував Джон Гершель (син Вільяма Гершеля, першовідкривача Мімаса та Енцелада[9]) 1847 року. У своїй публікації результатів астрономічних спостережень від 1847 року, виконаних на мисі Доброї Надії[10], Гершель запропонував назвати сім відомих на той час супутників Сатурна іменами титанів — братів і сестер Кроноса (аналога Сатурна у грецькій міфології). Тефія отримала назву титаніди Тефії (Тефіди)[9], доньки Урана і Геї, дружини Океана. Крім цього, вживається позначення «Сатурн III» або «S III Тефія».

Орбіта Тефії пролягає на відстані 295 000 км від центра Сатурна. Ексцентриситет орбіти незначний, а її нахил до екватора Сатурна становить близько 1°. Тефія перебуває в резонансі з Мімасом, який, однак, не викликає помітного ексцентриситету орбіти і припливного нагрівання[11].

Орбіта Тефії лежить глибоко всередині магнітосфери Сатурна. Тефія піддається постійному бомбардування енергійними частинками (електронами та іонами), які наявні у магнітосфері[12].

Тефія має два малих (розміром 20 км) співорбітальних супутника — Телесто і Каліпсо, які розташовуються в точках Лагранжа орбіти Тефії L₄ і L₅, на 60° попереду і позаду неї відповідно.

Карта поверхні Тефії

При діаметрі 1062 км Тефія є 16-м за розміром супутником у Сонячній системі. Це крижане тіло, схоже на Діону та Рею. Тефія має низьку густину речовини (0,984±0,003 г/см³[13]), що вказує на те, що вона складається переважно з льоду[14] із невеликою домішкою гірської породи.

Досі невідомо, чи диференційована Тефія на кам'яне ядро і крижану мантію. Маса кам'яного ядра, якщо воно існує, не перевищує 6 % маси супутника, а його радіус — 145 км. Через дію припливних і відцентрових сил Тефія має форму тривісного еліпсоїда. Існування підземного океану рідкої води в надрах Тефії видається малоймовірним[15].

Поверхня Тефії дуже світла (у видимому діапазоні), за візуальним альбедо (1,229) вона друга в Сонячній системі після Енцелада. Ймовірно, це результат її «піскоструменевої обробки» частинками кільця E Сатурна  — слабкого кільця з дрібних частинок водяного льоду, утворених гейзерами південної полярної зони Енцелада[16]. Радіолокаційне альбедо Тефії також є дуже високим[17]. Ведуча півкуля супутника на 10–15 % яскравіша, ніж ведена[18].

Високе альбедо свідчить, що поверхня Тефії складається з майже чистого водяного льоду з невеликою кількістю темної речовини. Спектр супутника у видимому діапазоні не має помітних деталей, а у ближньому ІЧ-діапазоні (на довжинах хвиль 1,25, 1,5, 2,0 і 3,0 мкм) містить сильні смуги поглинання водяного льоду[18]. Крім льоду, на Тефії немає ідентифікованих сполук[19] (але є припущення про наявність там органічних речовин, аміаку та вуглекислого газу). Темний матеріал має ті ж спектральні властивості, що й на поверхні інших темних супутників Сатурна — Япета і Гіперіона. Найімовірніше, що це високодисперсне залізо чи гематит[19]. Вимірювання теплового випромінювання, а також радіолокаційні спостереження космічного апарату «Кассіні» показують, що крижаний реголіт на поверхні Тефії має складну структуру[17] й велику пористість, що перевищує 95 %[20].

Тефія, ймовірно, сформувалася з акреційного диска чи газопилової субтуманності, що існувала біля Сатурна протягом деякого часу після його формування[19]. Температура в районі орбіти Сатурна була низькою, і це означає, що його супутники формувалися з твердого льоду. Ймовірно, там були і леткіші сполуки, такі як аміак і вуглекислий газ, але їх вміст невідомий[11].

Надзвичайно висока частка водяного льоду у складі Тефії залишається не поясненою. Умови субтуманності Сатурна, мабуть, сприяли відновним реакціям, в тому числі утворенню метану з чадного газу[26]. Це може частково пояснити, чому супутники Сатурна, в тому числі Тефія, містять більше льоду, ніж зовнішні тіла Сонячної системи (такі як Плутон чи Тритон), оскільки при цій реакції вивільняється кисень, який, реагуючи з воднем, утворює воду[26]. Одна з найцікавіших гіпотез припускає утворення кілець і внутрішніх супутників із зруйнованих припливними силами великих супутників з високим вмістом льоду в корі (як у Титана), до того, як вони були поглинуті Сатурном[27].

Акреція, ймовірно, тривала декілька тисяч років, до остаточного формування Тефії. При цьому зіткнення нагрівали її зовнішній шар. Моделі показують, що температура досягала максимуму — близько 155 К — на глибині приблизно 29 км[28]. Після завершення формування, за рахунок теплопровідності, приповерхневий шар охолоджувався, в той час як внутрішній нагрівався[28]. Охолоджені приповерхневі шари стискалися, в той час як внутрішні розширювалися. Це викликало в корі Тефії сильні напруження розтягу — до 5,7 МПа, що, ймовірно, призвело до утворення тріщин[29].

У складі Тефії дуже мало скельних порід. Тому в її історії навряд чи відігравало значну роль нагрівання в результаті розпаду радіоактивних елементів[11]. Це також означає, що Тефія ніколи не зазнавала значного танення, якщо лише її надра не нагрівалися припливами. Сильні припливи могли відбуватися при значному ексцентриситеті орбіти, який міг підтримуватися, наприклад, орбітальним резонансом з Діоною чи іншим супутником[11]. Детальних даних про геологічну історію Тефії поки немає.

Анімація обертання Тефії

1979 року повз Сатурн пролітав апарат «Піонер-11». Максимальне зближення з Тефією, 329 197 км, відбулося 1 вересня 1979 року[30][31].

Через рік, 12 листопада 1980 року, «Вояджер-1» пролетів на мінімальній відстані 415 670 км від Тефії. Його близнюк, «Вояджер-2», 26 серпня 1981 пролетів ближче, на відстані близько 93 000 км[31][32][33]. «Вояджер-1» передав лише одне зображення Тефії[34] з роздільністю менше 15 км, а «Вояджер-2», що пролетів ближче до супутника, обійшов його майже навколо (270°) і передав знімки з роздільністю менше 2 км[32]. Першою великою деталлю поверхні, виявленою на Тефії, був каньйон Ітака[33]. З усіх супутників Сатурна Тефія була сфотографована «Вояджерами» найбільш повно[22].

2004 року на орбіту навколо Сатурна вийшов апарат «Кассіні». Під час своєї основної місії з червня 2004 по червень 2008 року він здійснив один дуже близький цільовий проліт біля Тефії 24 вересня 2005 року на відстані 1503 км. Пізніше «Кассіні» виконав ще багато нецільових зближень із Тефією на відстань порядку десятків тисяч кілометрів. Він буде робити такі зближення і надалі[31][35][16][36].

Під час зближення 14 серпня 2010 року (відстань 38 300 км) був детально відзнятий четвертий за величиною кратер на Тефії, Пенелопа, діаметр якого становить 207 км[37].

Спостереження «Кассіні» дозволили скласти високоякісні карти Тефії з роздільністю 0,29 км[13]. Космічний апарат отримав спектри різних ділянок Тефії у ближньому інфрачервоному спектрі, які показують, що її поверхня складається з водяного льоду, змішаного з темним матеріалом[18]. Спостереження в дальньому інфрачервоному спектрі дозволили оцінити крайні можливі значення болометричного альбедо Бонда[38]. Радіолокаційні спостереження на довжині хвилі 2,2 см показали, що крижаний реголіт має складну структуру і дуже пористий[17]. Спостереження плазми в околі Тефії вказують на те, що вона не викидає в магнітосферу Сатурна яку-небудь плазму[12].

Певних планів з дослідження Тефії майбутніми космічними апаратами поки немає. Можливо, у 2020 році в систему Сатурна буде направлена місія Titan Saturn System Mission.

• Супутники Сатурна
• Каліпсо (супутник)
• Телесто (супутник)