천문학

엔셀라두스의 간헐천은 표면으로 떨어지나요 아니면 탈출 속도를 달성하나요?

엔셀라두스의 간헐천은 표면으로 떨어지나요 아니면 탈출 속도를 달성하나요?


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토성의 위성 인 엔셀라두스는 0.114m / s² 또는 0.012g의 매우 낮은 표면 중력을 가지고 있습니다. 그것은 액체 물의 지하 바다를 가지고 있으며 그것의 깃털을 방출하고 있습니다. 분출 된 물은 결국 표면으로 떨어지거나 비가 내리나요? 아니면 Enceladus의 매우 낮은 질량과 중력 때문에 탈출 속도를 달성합니까? 그렇다면 엔셀라두스가 질량을 잃고 결국 물이 떨어질까요?


달 엔셀라두스 표면 탈출 속도를 계산하여 시작합니다. $ v_e $ 같이 $$ v_e = sqrt { frac {2GM} {r}} $$ 어디 $ G = 6.674 × 10 ^ {-11} m ^ 3kg ^ {-1} s ^ {-2} $ 만유 중력 상수, $ M = 1.08 × 10 ^ {20} kg $ 달의 질량이고 $ r = 2.52 × 10 ^ 5m $ 달의 반경입니다. 위 방정식의 평가는 약 탈출 속도를 제공합니다. $ 239m / s $.

Perry et al. Cassini 우주선에서 Enceladus 증기 기둥에 대한 높은 충실도 관측을 제공합니다.

위의 그래프는 논문에 설명 된 고속 기둥에 대한 것입니다.

E8 동안 측정 된 H2O 중성점은 온도가 65K에 해당하는 폭 ± 300m / s의 1.2km / s 중심에있는 Mach-4 분포를 가졌습니다.

1.2km / s의 평균 고속 기둥 속도는 우리가 계산 한 239m / s의 탈출 속도보다 약 5 배 더 빠르기 때문에 Enceladus의 깃털 중 일부는 확실히 탈출 속도를 달성한다고 결론을 내릴 수 있습니다.

Teolis et al. 동의하다:

이 표현은 제트의 평균 분자 속도가 240m / s Enceladus 탈출 속도를 상당히 초과하므로 (적어도 2 배 이상) 중력을 무시하고 일정한 속도로 표면 소스에서 가스의 방사형 팽창을 가정합니다.

엔셀라두스는 (주로 물) 제트기를 통해 질량을 잃고 있습니다. 질량 손실률에 대한 결정적인 분석을 찾을 수 없습니다. 결국 나는 10km의 얼음 지각 아래에서 제트를 만드는 현재의 메커니즘이 더 이상 효과가 없을 정도로 충분한 물이 손실 될 것으로 예상 할 수 있지만 이것은 내 직감 일뿐입니다. 나는 이것을 뒷받침 할 믿을만한 출처 나 계산이 없다.


생명을 품을 수도있는 얼음 달, 엔셀라두스

태양계 어딘가에 작은 세계를 상상해보십시오. 그 표면은 물 얼음으로 만들어졌으며 일부 장소에서는 부드럽고 반짝이며 일부에서는 금이 가고 상자가 생겼습니다. 여기는 항상 쌀쌀하고 평균 기온은 약 -200도이며 태양은 작고 어둡게 보입니다. 그러나 당신이 올바른 장소에 서 있다면, 당신은 숨막히는 광경을 볼 수 있습니다 : 하늘에 얼어 붙은 거대한 토성, 그것은 & rsquos 고리 & ndash 단지 행성 아래의 그림자 & rsquos equator & hellip

토성의 여섯 번째로 큰 위성, 태양계에서 가장 빛나는 천체, 전 세계 물 바다가있는 몇 안되는 세계 중 하나이자 우리가 알고있는 생명체를 지원하는 데 필요한 모든 재료를 갖춘 곳인 엔셀라두스에 오신 것을 환영합니다.

하지만 처음부터 시작하자 & hellip


엔셀라두스의 101 간헐천 (그리고 그들이 의미하는 것)

나는 아이러니 이전에 우리가 우리 태양계에서 바로 여기보다 먼 외계 행성 주변에서 강력한 외계 생명체의 징후를 더 빨리 발견 할 수 있다고 언급했습니다. 시나리오는 믿을 수 없을 정도로 믿기지 않습니다. 아마도 우리는 화성에서 텅 비어 있거나 모호한 결과로 인해 수렁에 빠졌을 것입니다. 탐사선을 파는 동안 우리는 여전히 유로파, 엔셀라두스 및 기타 외부 시스템 가능성을 가지고 있지만 생명을 식별하는 데 필요한 임무를 구축하고 비행 할 수 있기까지 수십 년이 걸릴 수 있습니다.

한편 외계 행성 사냥은 계속됩니다. 많은 어려움이 있었지만 우주 간섭계 미션은 항상이 점에서 눈에 띕니다. 지상파 행성 파인더, 다윈 및 기타 고급 개념을 따를 수 없다는 점은 말할 것도 없습니다. & # 8212 가능합니다. 향후 수십 년 내에 우주 기반 관측소는 외계 행성의 대기에서 고체 생체 특성을 감지 할 것입니다. James Webb 우주 망원경조차도 희미한 적색 왜성을 통과하는 지구 급 행성의 투과 스펙트럼을 감지 할 수 있어야합니다. 미래의 기기는 대기 특성화를 태양과 같은 별 주위의 지구 2.0까지 내려갈 수있을 것입니다.

그리고 다시, 아마도 외부 태양계는 우리가 그것을 우선 순위로하기로 결정할 정도로 매력적이라는 것을 증명할 것입니다. 우리는 지금 이런 일이 일어나는 것을 볼 수 있습니다. Cassini의 모든 새로운 증거는 엔셀라두스가 생명 탐색에 대한 매력적인 제안이라는 주장을 구축하는 데 도움이됩니다. 최신 뉴스는 토성 궤도 선이 달 표면에서 분출하는 101 개의 간헐천을 식별했다는 것입니다. 우리는 거의 10 년 전에 엔셀라두스 남극에서 얼음 입자와 수증기 간헐천을 처음으로 감지했습니다. 이제 우리는 표면 핫스팟과 일치하는 이른바 '호랑이 줄무늬'골절에서 분출하는 간헐천의지도를 가지고 있습니다.

영상:이 두 개의 이미지 모자이크는 카시니가 토성의 남반구를 덮고있는 토성의 달 엔셀라두스를 덮고있는 간헐천 분지를 이미징 조사하는 동안 획득 한 가장 높은 해상도보기 중 하나입니다. 그것은 균열에서 분출하는 간헐천의 곡선 배열을 명확하게 보여줍니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 골절은 알렉산드리아, 카이로, 바그다드, 다마스커스입니다. 이 조사의 결과 101 개의 간헐천이 발견되었습니다. 100 개의 간헐천이 호랑이 줄무늬 중 하나에 위치하고 있으며 98 개의 간헐천의 3 차원 구성도 결정되었습니다. 나머지 간헐천의 근원지 위치는 확실하게 알 수 없습니다. 이 결과는 다른 카시니 악기의 결과와 함께 이제 간헐천이 남극 지형의 얼음 아래에 존재하는 것으로 알려진 바다에서 기원을 가지고 있음을 강력하게 시사합니다. 크레딧 : NASA / JPL-Caltech / SSI.

이것이 매우 흥미 진진한 이유는 남극 지역에서 발견되는 Cassini의 열 감지 기기가 폭이 수십 미터 밖에되지 않는 핫스팟 때문입니다. 즉, 토성의 조석 효과로 인해 엔셀라두스가 반복적으로 구부러져 발생하는 마찰 가열의 종류에 의해 생성 되기에는 너무 작습니다. 마찰 가열은 표면 얼음을 수증기와 액체로 바꾸어 간헐천 현상을 설명 할 수 있었지만 이제 우리는 균열을 열고 닫을 때 노출되는 아래 바다의 물을 처리하고있는 것으로 보입니다.

Carolyn Porco (우주 과학 연구소)는 Cassini 이미징 팀의 리더이며 Cassini 결과에 대한 새로운 논문의 주 저자입니다.

일단 이러한 결과를 얻었을 때 우리는 열이 간헐천을 일으키는 것이 아니라 그 반대의 경우도 있다는 것을 즉시 알았습니다. 또한 간헐천은 표면에 가까운 현상이 아니지만 뿌리가 훨씬 더 깊다고 말했습니다. & # 8221

따라서 엔셀라두스 간헐천을 구성하는 물질의 원천은 카시니의 달에 대한 중력 데이터가 확인한 바다 인 빙각 아래에 존재하는 바다 인 것으로 밝혀졌습니다. CICLOPS (Cassini Imaging Central Laboratory for Operations)의이 보도 자료에는 카시니가 바라 보는 결합 된 간헐천 기둥의 밝기가 달의 토성 궤도 동안 주기적으로 변한다는 두 번째 논문의 결과를 포함하여 더 많은 내용이 포함되어 있습니다. 대부분의 측면에서 밝기 변화는 예상되는 조수 환기주기를 추적합니다.

하지만 전적으로는 아닙니다. 골절이 열리고 닫힐 때 예상되는 것은 깃털이 언제 밝아지기 시작하는지 예측하지 못하며, 이는 Enceladus의 회전 속도와 관련이있을 수 있습니다. Francis Nimmo (UC-Santa Cruz)는 두 번째 논문의 주 저자입니다.

재미있는 퍼즐입니다. 불일치의 가능성은 다른 효과들 중에서 얼음 껍질의 반응 지연, 조수가 남극에서 얼음의 대부분을 가열하거나 Enceladus의 회전 속도의 미묘한 변화를 암시합니다. & # 8221

이 마지막 발언은 엔 셀라 단 얼음 아래의 액체 물이 남극 지역 아래 더 깊더라도 지구적일 수 있다는 가능성을 지적합니다. 그래서 우리는 유기 화합물을 포함하는 것으로 알려진 짠 바다가 간헐천을 내뿜고 때로는 액체로 표면에 도달하는 달에 매료되는 또 다른 이유가 있습니다. 우리는 주기적으로 근처 우주선에 샘플을 제공하는 얼음 아래에 잠재적으로 거주 가능한 환경이 있습니다.

Enceladus는 저항하기에는 너무 좋은 대상이며 Peter Tsou가 개발 한 Life Investigation for Enceladus (LIFE)와 같은 임무 개념을 기억할 가치가 있습니다. LIFE는 2020 년대 초에 발사되어 2030 년 중력의 도움을 받아 토성에 도달 할 수 있으며, 스타 더스트 혜성 임무에 사용 된 NASA와 같은 에어로젤 수집기로 엔셀라두스 간헐천에서 자료를 캡처 할 수 있습니다. Titan의 최종 중력 지원을 통해 LIFE는 2036 년에 샘플을 지구로 다시 가져옵니다.

나 역시 NASA의 우주 생물 학자 Chris McKay가 물과 유기물을 우주로 배출하는 것이 '공개적인 초대'라는 권고를 기억하고 있습니다. 독일 항공 우주 센터 (DLR)도 마찬가지로 엔셀라두스의 임무 개념을 탐구하면서 착륙선을 구상했습니다. 얼음을 뚫을 것입니다. Enceladus Explorer는 갑작스런 우주 노출로 인해 깃털 속의 모든 생명체가 파괴되었을 것이라는 이론에 따라 얼음 드릴 프로브를 사용하여 물이있는 크레바스에 녹아 미생물을 찾습니다. 따라서 바다 자체를 조사 할 필요가 있습니다.

따라서 생명체로 엔셀라두스를 샘플링하는 아이디어가 나와 있으며 카시니가이 달이 얼마나 강력한 우주 생물학적 표적인지를 계속 보여 주면서 의심 할 여지없이 증가 할 것입니다. 가까운 장래에 비행 할 수있는 우주선의 생명을 구하는 임무 목적지 측면에서 우리는 어떤 개념을 선택해야하며, 그 문제에 대해 Enceladus와 Europa 중 어떤 것을 선택해야합니까? 둘 다 우리의주의에 대한 정당한 주장을 가지고 있으며, 유로파 자체에 연기가 발생할 가능성 (유로파 위에서 감지 된 수증기 참조)이 방정식을 바꿀 수 있습니다. 이 유혹적인 달은 단기 우주 망원경이 외계 행성 주변의 최초 생체 서명을 발견하기 전에 우리에게 도달하도록 동기를 부여할까요?

논문은 Porco et al.,“엔셀라두스의 남극 지형을 가로 지르는 간헐천, 조석 스트레스 및 열 방출이 어떻게 관련되어 있는지”, 천문학 저널 Vol. 148, No. 3 (2014), 45 (추상) 및 Nimmo 등, "Enceladus의 Tidally Modulated Eruptions on Enceladus : Cassini ISS Observations and Models," 천문학 저널 Vol. 148, No. 3 (2014) 46 (초록). LIFE 임무에 대해서는 Tsou et al., & # 8220LIFE : Life Investigation For Enceladus : A Sample Return Mission Concept in Search for Evidence of Life, & # 8221 참조 우주 생물학 Vol. 2, No. 8 (2012 년 9 월 12 일). 초록을 사용할 수 있습니다.

이 항목에 대한 의견이 마감되었습니다.

나는 과거에 궤도 공명이 있었거나 Enceladus와 그녀의 자매들이 주기적으로 공명을 들락 거렸다면 그것을 설명 할 수 있었지만, 처음에 액체 물 바다가 어떻게 확립되었는지 알아 내려고 노력하고 있습니다. Enceladus가 어떤 식 으로든 토성의 자기장 전류와 상호 작용하는 아이디어는 암석 금속 코어 (또는 염분이있는 바다)에서 생성되고 유도 가열이 발생하여 얼음을 녹인다는 생각은 어떻습니까? 그렇다면 액체 바다를 가진 훨씬 더 많은 얼음 달을 의미 할 수 있습니다.

간헐천에 의해 생성 된 구멍을 둘러싼 얼음이 슬러시가 될 수있을만큼 따뜻하다고 가정하면 (그리고 차량을 배치하기에는 너무 얇거나 너무 깊음) 라인에 부착 된 간단한 탐침이 차량에서이 슬러시로 추진 될 수 있습니다. 지역. 프로브가 분석을 위해 슬러시를 긁어내는 동안 라인은 차량으로 다시 감겨집니다.

내부 해양을 직접 탐사하는 것만 큼 유용하지는 않습니다. 하지만 그렇게하려면 드릴을 통과 할 수있을만큼 얇은 껍질이 필요합니다.

잠시 마이크로 위성으로 돌아 가면, 회전하는 원뿔이 최소한의 노력으로 작은 탐침이 기둥에 떨어지는 간단한 방법을 제공 할 수 있습니다. 전자 레인지에서 벤 포드의 절제 콘을 회전시키는 것을 생각하고 있습니다. 기둥을 마이크로 웨이브 빔으로 대체하고 기둥이 기둥 소스까지 추적 할 수있을만큼 무겁게 만드십시오. 생명체 찾기에 관해서는 간단한 일회용 현미경이 있습니다. Foldscope는 세포 형태의 명확한 이미지와 지구형 생명체에 대한 간단한 분자 탐지기를 제공합니다. 나는 또한 더 큰 조직을 위해 일종의 간단한 미끼 (빛?)를 고려할 것입니다. 엔셀라두스에게 무리를 보내고 어떤 공격이 더러워 지는지 확인하십시오. 프로브와 감지 방법이 거의 간단하고 기본적이므로 비용은 비교적 낮습니다.

드릴링은 엄청난 소모품이 필요하고 실패하기 쉽기 때문에 우주 임무에있어 매우 어려운 전망이라고 생각합니다. 수 마일의 얼음을 녹여 탐사선을 가라 앉히려면 많은 에너지가 필요하지만 원자로 나 적절한 방사성 동위 원소 가열 요소를 사용하면 가능합니다. 우리가 그러한 고출력 원자력 기술을 개발하고 비행 할 준비가 될 때까지는 간헐천 분출물에서 유기물 흔적을 포착하는 것이 엔셀라두스에서 생명체를 찾는 유일한 실행 가능한 접근 방식 인 것 같습니다.

배출 과정에서 파괴되는 미생물 (있는 경우)은 매우 좋은 것으로 판명 될 수 있습니다! 카시니는 가능한 한 건드리지 않고 성배에 가까워 질 수 있습니다. 하지만 우리가 엄청나게 운이 좋은 경우에만! 시나리오는 다음과 같습니다. 이것이 가능하려면 미생물뿐만 아니라 매우 기본적인 형태의 다세포 생명체도 있어야합니다. 이 다세포 생명체가 분해되면 메틸 메르 캅탄 (CH3HS)이 생성됩니다. 그런 다음 미생물은 그것을 흡수하고 미생물이 파괴되면 우주로 방출됩니다. CH3SH는 천연 생물학 또는 비 천연 산업 공정에 의해서만 * 생산 될 수 있습니다! 화합물은 Cassini의 분광계로 충분히 검출 할 수있을만큼 간단합니다 (예, 문지름이 있습니다). 발표가 부족하다는 것은 만약 거기에 있다면 금액이 너무 적어서 결론을 내리기 어렵다는 것을 의미합니다. 하지만 내년 (모든 것이 잘된다면), Cassini가 & # 8220Grand Finale & # 8221 단계에 들어가기 직전에 선수들을 통해 한 번 더 패스 할 예정이며, 그 어느 때보 다 훨씬 낮은 고도에서 그렇게 할 것입니다. ! 나는 적, 긍정적 인 결과를 위해 숨을 참는다! *이 기적에 가까운 일이 발생한다면 과학계로부터이 가정에 대한 많은 도전을 기대하십시오.

우리는 궤도에서 엔셀라두스를 핵폭탄시켜 탐사선을위한 구멍을 만들 수 있습니다. 확인하는 유일한 방법입니다. : ^) 이봐, 러시아 과학자가 10 년 전에 유로파에 이것을 진지하게 제안했다.

Enceladus : Cassini Maps 101 Geysers on Tiny Saturn Moon

토성의 위성 엔셀라두스는 이미 우리 태양계에서 가장 흥미로운 장소 중 하나로 알려져 있으며, 이제 카시니 우주선의 새로운 발견이 발표되어이 작은 세계에 대한 우리의 매력을 더할 것입니다.

Cassini 이전에 Enceladus는 얼음과 바위로 된 얼어 붙은 공에 지나지 않아 태양에서 너무 멀리 떨어져있을 것으로 예상되었습니다. 그러나이 달은 놀랍게도, 엔셀라두스를 훨씬 더 흥미로운 장소로 만들고 태양계의 다른 곳에서 가능한 생명체를 찾는 새로운 주요 표적이되었습니다.

2005 년에 Cassini는 표면에서 분출되는 수증기 간헐천이라는 놀라운 것을 처음으로 발견했습니다. 간헐천? 이 작은 차가운 달에 어떻게 그런 것이있을 수 있겠습니까? 그러나 그 이후로 그들은 많은 이미지를 찍었고 Cassini는 스프레이를 샘플링 한 것처럼 일부를 직접 통과했습니다. 연기에는 수증기, 얼음 입자, 소금 및 유기물이 포함되어 있습니다. 그들은 달의 남극에있는“호랑이 줄무늬”라고 불리는 깊은 균열에서 비롯된 것으로 밝혀졌으며 주변의 얼음 지형보다 더 따뜻했습니다. 그래서 이것은 무엇을 의미합니까? 목성의 위성 인 유로파처럼 지표 아래 어딘가에 물이있을 수 있을까요? 오늘 발표 된 새로운 결과는 그 놀라운 아이디어를 뒷받침합니다. 균열은 지하 바다의 물이 지표면으로 이동하도록 허용 한 다음 거대한 수증기 기둥으로 우주로 폭발하여 얼음 입자로 얼어 붙습니다.

새로운 발견은 간헐천에 대한 지난 7 년간의 연구 결과입니다. 카시니 과학자들은 이제 알려진 간헐천의 상세한지도를 생성했습니다. 그들은 The Astronomical Journal의 온라인 판 (여기에서 요약 / 다운로드)에 두 개의 새로운 논문으로 출판되었습니다.

콜로라도 볼더에있는 우주 과학 연구소의 Cassini 이미징 팀의 리더 인 Carolyn Porco는“이 결과를 확인한 후 즉시 열이 간헐천을 유발하지 않고 그 반대임을 알았습니다. "또한 간헐천은 표면에 가까운 현상이 아니라 뿌리가 훨씬 더 깊다는 사실도 알려주었습니다."라고 덧붙였습니다. 그녀는 또한 첫 번째 논문의 주 저자이기도합니다.

깃털의 위치를 ​​매핑하는 것은 과학자들이 그들이 기원 한 곳을 더 정확하게 찾아내는 데 도움이되었으며, 이론적으로 Enceladus의 바깥 쪽 얼음 지각 아래에있는 것으로 밝혀졌습니다. 얼음을 통과하는 통로 (틈새)는 열린 상태를 유지하여 달 내부 깊은 곳의 액체 물이 표면으로 빠져 나갈 수 있어야합니다. Cassini의 중력 데이터를 분석하여 깃털의 근원이 지하 바다 여야한다는 것을 확인했습니다.

CICLOPS 웹 사이트에서 이러한 결과에 대한 훌륭한 요약을 참조하십시오. Carolyn Porco는 다음과 같이 설득력있게 요약합니다.

“우리가 토성 주위를 돌고있는 카시니의 여행의 끝이 다가오는 것을 생각하면서 우리는 멀지 않은 미래에 엔셀라두스로 돌아가서 지금 가장 마음 속에있는 질문에 답할 수있는 날을 꿈꿉니다. 백일의 간헐천으로 이루어진이 작은 얼음 달을 잡아? 우리는 이제 이것을 알고 있습니다. 만약 생명이 참으로 거기에 있다면 그것은 가져갈 수있는 것입니다.”

나는 얼어 붙은 달에 시추하는 것이 매우 먼 미래에 있다는 것에 동의합니다.
그러나 간헐천이 물질을 공간에 뿌려서 샘플을
에어로젤과 같은 물질로 반품이 가능해야합니다.
긴 수익을 위해 샘플을 보존하는 것이 어려움
여행. 그리고 물론 그것은 매우 긴 임무가 될 것입니다.

NASA가 화성에서 생명체를 찾는 데 집중하고있는 것은 재밌습니다.
그들은 유기 화합물도 액체 물도 없었습니다
둘 다 이미 감지 된 Enceladus가있을 때 발견되었습니다.

가장자리에 살기 – 엔셀라두스의 얼음 평원 (3 부)

"그때 우리는 우리가 토성과 목성을 볼 때 우리가 둘 중 하나에 있으면 우리가 인식하지 못하는 많은 세계를 발견해야하며 우주는 무한대로 확장된다는 것을 믿어야합니다."

& # 8211 Cyrano de Bergerac – "달로의 항해", (1656)

초기 공상 과학 소설의 가장 좋은 사례 중 하나로 꼽히는 그의 '달로의 항해'에서 17 세기 프랑스 풍자가이자 극작가 인 시라노 드 베르제 락은 당시의 정치와 종교적 신념을 풍자하면서 무한한 우주에 대해 고민했습니다. 무한한 수의 세계로 채워져 있습니다.

이 가상의 이야기에서 신호를 받아 NASA의 보이저, 갈릴레오 및 카시니 임무는 300 년이 넘도록 태양계 외부에있는 모든 가스 거대 행성의 달 시스템의 진정한 웅장 함과 아름다움을 드러내는 데 도움이되었으며 동시에 눈을 뜨게했습니다. 이 매혹적인 세계의 삶에 대한 흥미로운 가능성에 대한 것입니다.

이 기사의 두 번째 부분은 지하 바다가 잠재적 인 생명의 요람으로 간주되는 목성의 달인 유로파에 초점을 맞추 었습니다. 그러나 우리가 태양계에서 더 멀리 여행하면서 훨씬 더 매혹적인 세계가 우리를 기다리고 있습니다. 태양에서 약 10 억 반 킬로미터, 토성의 62 개 위성 중 두 개인 엔셀라두스와 타이탄도 잠재적으로 거주 가능한 환경을 수용 할 수있는 잠재력을 가진 천문학 자들을 흥미롭게 만듭니다.

그러나 매혹적이고 신비로운 엔셀라두스는 손짓합니다. “우리가 토성 주위를 돌고있는 카시니의 여행의 끝이 다가오는 것을 생각하면서 우리는 멀지 않은 미래에 엔셀라두스로 돌아가서 지금 가장 마음 속에있는 질문에 답할 수있는 날을 꿈꿉니다. 간헐천이 백 일 백인이 작은 얼음 달을 붙잡 으시겠습니까?” Porco에게 묻습니다. "이제 우리는 이것을 알고 있습니다. 생명이 참으로 거기에 있다면, 그것을 취할 수 있습니다."

우리가 외부 태양계의이 매혹적인 작은 세계로 다시 돌아가는 것을 막는 유일한 방법은 단순히 우리 자신의 결정입니다.


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박사 과정, 제어 이론 및지도 기술 센터, 우주 비행 학교, No. 92, Dazhi W Street, Harbin, Heilongjiang, PR China 현재 방문중인 박사 과정 학생, Carleton University, 1125 Colonel By Drive, Ottawa, ON K1S 5B6, 캐나다.

기계 및 항공 우주 공학부 부교수, 1125 Colonel By Drive, Ottawa, ON K1S 5B6, Canada.

중국 헤이룽장 성 하얼빈 Dazhi W Street 92 번 우주 과학 대학 제어 이론 및지도 기술 센터 교수.


Gravity가 그림을 그리는 방법

이 흐름은 엔셀 다우 스가 33 시간 동안 토성을 공전하기 때문에 변동합니다. 타원 궤도로 인해 엔셀라두스는 조력 또는 중력을 통과하여 지하수를 가열합니다. 사실, Enceladus가 토성에 가까워지면 수증기가 빠져 나가는 균열이 닫히고 Enceladus가 토성에서 멀어짐에 따라 균열이 열립니다. 2005 년부터 2012 년까지 Visual and Infrared Mapping Spectrometer에 의해 수집 된 적외선 관찰은 깃털의 크기가 최소 3 배까지 증가하고 더 빠른 속도로 탈출 할 수 있음을 보여줍니다. 과학자들은 중력의 당김이 균열을 닫지 만 중력이 줄어들면 균열이 다시 열릴 것이라고 의심합니다. 이것은 또한 배출 피크가 토성과 달의 근일점 이후 5 시간이되는 이유를 설명 할 수 있습니다 (Johnson "Enceladus", NASA "Cassini Spacecraft", "Haynes"Saturn "aposs").


4. 분화 역학

간헐천은 다른 것과 똑같이 보이거나 행동하지 않습니다. 각각은 저수지와 튜브, 물 공급 및 열원의 자체 배열을 가지고 있습니다. 그러나 개별 간헐천과 그 그룹의 활동을 면밀히 관찰하면 작동 모드의 일반적인 특성에 대해 많은 것을 배울 수 있습니다.

19 세기와 20 세기 전반기의 간헐천 역학 모델은 경험적 관찰에 대한 정량적 유체 역학 및 열역학적 해석이 부족하다는 점에서 대부분 정 성적이었습니다. 더 최근의 연구는 간헐천 과정의 다양한 측면을 정량화하기 위해 지구 물리학 적 측정, 압력 및 온도의 현장 측정, 비디오 녹화 및 열 기계 모델을 사용했습니다. 먼저 물을 지표면으로 전달하는 저수지 및 도관의 공정에 대한 관찰 제약을 검토 한 다음 가시적 인 지표 분출에 영향을 미치는 공정을 설명합니다.

4.1. 지하 프로세스

주로 Geysir (“spout”)에서 이루어진 관찰과 아이슬란드의 Strokkur (“churn”)에서 관찰 된 것에서 영감을 얻었습니다.그림 1), 두 개의 초기 개념 모델은 간헐천의 주요 특징을 설명하고자했습니다. Mackenzie (1811)는 지하 공동에 갇힌 증기의 팽창에 의해 가해지는 압력 증가로 인해 분출이 발생한다고 제안했습니다. Bunsen (1847)은 분출이 넘침으로 인해 도관에서 끓는 상승 구동 감압으로 인해 발생한다고 제안했습니다. 두 개념 모델 모두 관찰을 지원합니다.

섹션 2에서 논의했듯이 존재를 확인하는 다양한 측정이 있습니다 (그림 4) 분출 과정에서 지하 공동의 중요성, 적어도 일부 간헐천에서는. 가열 및 압력 변화 (예 : Rinehart 1965 Kieffer 1984 Kedar et al. 1996, 1998 Cros et al. 2011 Vandemeulebrouck et al. 2013, 2014)에 의해 유도 된 증기 기포의 핵 형성 및 붕괴에 의해 생성 된 충격 압력 신호는 비등 조건을 허용합니다. 시간과 공간에서 추적 (그림 6). 지진 에너지는 액체의 충격 압력 섭동이 유체를 둘러싼 탄성 매트릭스에 결합 할 때 생성되며 (Kedar et al. 1998, Thiéry & amp Mercury 2009) 이러한 충격 이벤트가 중첩되어 떨림과 같은 효과를 생성합니다 ( 속도가 높을 때 (예 : Nicholls & amp Rinehart 1967 Kieffer 1984 Kedar et al. 1996, 1998 Vandemeulebrouck et al. 2014) 열수 떨림, 부위 효과를 생성하는 얕은 층에 의해 추가로 증폭됩니다. 간헐천 우물 (Nishimura et al. 2006, Rudolph et al. 2012) 및 Yellowstone의 Lone Star 간헐천 (Vandemeulebrouck et al. 2014)에서의 기울기 측정은 분화주기 동안 얕은 간헐천 저수지와 도관의 점진적인 재충전과 그 동안 갑작스러운 배수를 기록합니다. 분화 (그림 7).

Bunsen (1847) 모델은 Yellowstone에있는 Old Faithful 간헐천의 도관에서 온도 측정을 통해 지원됩니다 (그림 9) 아이슬란드의 Geysir (그림 9) Te Horu, 뉴질랜드 Whakarewarewa, Velikan ( "Giant"), Valley of Geysers, Kamchatka, Russia 및 El Tatio의 간헐천 (Bunsen 1847 Rinehart 1969 Birch & amp Kennedy 1972 Noguchi et al. 1983 Hutchinson et al. 1997 Droznin et al. 1999 Munoz-Saez et al. 2015a, b). Old Faithful 간헐천의 온도-깊이 프로파일은 도관의 물기둥 상단에서 수온이 순수한 물의 끓는 온도이고 도관의 깊은 곳에서 물이 적절한 정수압 끓는 온도보다 약간 차갑다는 것을 보여줍니다. 도관의 수위 (그림 9). Geysir 도관의 최대 온도는 물기둥 (그림 9). 곡선 모양의 차이는 간헐천 구조의 차이를 반영 할 수 있습니다. Old Faithful은 원추형 간헐천이므로 증발 열 손실이 적지 만 (Hurwitz et al. 2014) Geysir는 수영장 간헐천이므로 상당한 양의 열이 대기로 손실됩니다.

Yellowstone의 Old Faithful (Hutchinson et al. 1997)과 El Tatio의 El Jefe (Munoz-Saez et al. 2015a)의 도관에서 압력과 온도를 동시에 측정 한 결과 분출 후 물 재충전이 점진적으로 이루어지고 열은 나중 단계에서 추가됩니다 (그림 10). 주요 분출을위한 간헐천의 준비는 경우에 따라 약간의 분출 또는 프리 플레이 (4.2 절 참조)를 동반하며, 이는 기포 트랩에서 유체 방출의 징후 일 수 있으며 도관에서 물을 가열함으로써 열적 결과를 초래할 수 있습니다. 분출이 진행됨에 따라 간헐천 도관에서 끓는 물이 아래쪽으로 전파되고 더 깊은 깊이 (공동 또는 버블 트랩에서 발생)에서 생성 된 증기가 도관으로 들어가 도관의 따뜻한 물에 잠열을 전달합니다.

재충전 기간 동안 온도 반전에 의해 구동되는 대류 진동은 도관의 열과 증기 축적에도 영향을줍니다 (Hales 1937, White 1967, Murty 1979, Kieffer 1984, Dowden et al. 1991, Hutchinson et al. 1997, Alexandrov et al. 2016 ) 및 대류는 분출주기의 모든 단계에서 발생할 수 있습니다 (O'Hara & amp Esawi 2013). 그러나 대구경 우물과 달리 간헐천 도관은 일반적으로 좁고 뒤틀려 대류 세포의 발생과 증발 열 손실을 제한합니다. 부력이있는 과열 수가 위쪽으로 대류되면 압력이 물의 포화 압력 이하로 떨어지면 증기 기포가 형성되고 팽창합니다. White (1967)는 대류 다운 플로우가 일반적으로 도관의 측면 근처에서 발생하지만 온도가 증가함에 따라 도관의 기포 수가 증가함에 따라 마찰 저항이 대류 다운 플로우를 억제 할 때까지 상승 기둥이 확장한다고 제안했습니다. 간헐천 도관의 확장 (예 : 지진 후)은 대류 및 열 손실을 강화하고 간헐천의 역학을 변경하거나 심지어 분화를 중단시킬 수 있습니다.

다른 프로세스는 지하에서 역할을 할 수 있습니다. 액체에서 증기로의 전환에서 큰 부피 변화는 큰 압력 변화를 일으킬 수 있습니다 (White 1967). 기포 핵 형성에 대한 운동 장벽도 호출되었습니다 : Steinberg et al. (1981)은 분출이 과열 된 유체에서 증기 기포의 핵 형성에 의해 주도되며 분출 간격은 필요한 과열도를 달성하는 데 걸리는 시간에 의해 좌우된다고 제안했습니다. 자연 간헐천의 과열에 대한 신뢰할 수있는 발표 된 데이터에는 강력한 증거가 없습니다. 그러나 19 세기 말과 20 세기 초에 비누 (계면 활성제 역할을 함)를 간헐천에 버리는 것이 운동 장벽을 제거함으로써 분출 (Hague 1889, Torfason 1985)을 일으켰다 고 설명 된 일화 데이터가 있습니다. 과열 된 물에서 기포 핵 생성. 또 다른 설명은 비누가 물에 녹아 용액의 끓는 온도를 낮추었다는 것입니다. 간헐천주기 전반에 걸친 온도 변화가 2도 정도로 적당 할 수 있다는 점을 감안할 때 (예 : Munoz-Saez et al. 2015a), 끓는 온도의 작은 변화만으로도 분출을 시작하기에 충분할 수 있습니다.

수문 지질 학적 특성은 간헐천 과정에도 영향을 미칩니다. Ingebritsen & amp Rojstaczer (1993, 1996)는 다공성 매질을 통한 다상 유체 흐름 및 열 전달의 수치 시뮬레이션을 수행하여 간헐천 시스템을 덜 투과성 인 암석 매트릭스로 둘러싸인 강하게 부서진 암석의 투과성 도관으로 근사했습니다. 그들은 간헐천과 같은 행동을 허용하는 좁은 범위의 매개 변수 내에서 분출 빈도 및 배출이 간헐천 도관 및 주변 암석 매트릭스의 고유 투과성, 액체 + 증기 혼합물에 대해 가정 된 상대 투과성 함수에 매우 민감하다는 것을 보여주었습니다. 매트릭스의 압력 구배. 실험실 실험에 따르면 거친 벽으로 된 암석 골절의 다상 흐름은 주기적 압력 및 유속 변화와 함께 습윤 단계 (액체)의 상당한 유지 및 지속적인 불안정성에 의해 지배됩니다 (Persoff & amp Pruess 1995, Bertels et al. 2001).

요약하면, 지난 2 세기 동안 수집 된 관찰은 Mackenzie (1811)가 강조한 유체 축적 및 방출에서 지하 기하학의 역할과 Bunsen (1847)이 강조한 끓는 온도의 압력 의존성의 중요성을 확인합니다. 그러나 간헐천의 추가 지하 구성 요소에 대한 제약을 제공하는이 두 가지 개념적 모델에 의해 설명되지 않은 추가 관찰이 있습니다. 첫째, 열수가 배출되는 저수지 및 균열 단지의 부피가 단일 시간 동안 분출 된 부피보다 훨씬 큽니다. 분화 (섹션 2). 둘째, 화학 데이터 (1 번 테이블) 이러한 대형 저수지-파괴 단지의 유성수는 분출을 유도하는 데 필요한 열 에너지를 제공하는 표면으로 상승하기 전에 수백 미터 이상의 깊이에서 열적으로 (~ 200 ° C에서) 화학적으로 평형을 이룬다는 것을 의미합니다. 셋째, 기포 핵 형성 및 붕괴 외에도 다른 유형의 지진 신호가 기록되었습니다. Vandemeulebrouck et al. (2014)는 분화주기의 모든 단계에서 발생하는 주기적 ~ 4 분의 초장기 신호를 식별하고 이러한 신호를 상승하는 가스 슬러그에 기인했습니다. 넷째, 증발 및 열 손실은 특히 표면적이 넓은 수영장 간헐천에서 간헐천 역학에 강한 영향을 미칠 수 있습니다 (Steinberg 1980, Weir et al. 1992, Hurwitz et al. 2014). White (1967) suggested that “the excess heat of many high-temperature systems is lost near the surface by several means, thereby explaining the absence or scarcity of geysers where they might otherwise be abundant” (p. 676), and “the large pools and vents of some geysers may lose so much heat by convection and evaporation that eruption is greatly inhibited” (p. 681). Finally, dissolved gases may influence some eruptions by lowering the boiling temperature of the solution (Hurwitz et al. 2016, Ladd & Ryan 2016).

4.2. Surface Eruption

The visible manifestation of geysering is the surface spout, jet, or plume that ejects a mixture of steam and liquid water. The vigor of eruptions is highly variable between geysers and during a given eruption. Eruptions range from small bubbling fountains, common in large pools, to jets that can reach heights of 115 m at Steamboat geyser in Yellowstone (Bryan 2008) and up to 450 m at Waimangu geyser in the Taupo Volcanic Zone, New Zealand, between 1900 and 1904 (Vandemeulebrouck et al. 2008). However, descriptions of jet heights are mostly anecdotal and not very accurate. Eruptions are also unsteady. Large, long-lived eruptions tend to begin as liquid dominated and evolve to steam dominated.

Many large eruptions are preceded by small preplay events that intermittently eject mostly liquid water, removing mass and pressure from the water column in the conduit. The main eruption often begins with a series of bursts before becoming approximately steady, and then the fountain height typically decreases. Pulsing with periods ranging from seconds (Kieffer 1989) to several tens of seconds (Karlstrom et al. 2013) can occur during all stages, with frequencies that glide during the course of the eruption (Karlstrom et al. 2013).

As water from the reservoir ascends through the conduit and decompresses, some of its thermal energy is converted to kinetic energy. For example, Kieffer (1989) proposed that at Old Faithful, isentropic decompression of water in the conduit initially at 116°C (measured at a depth of 21–22 m) into a 0.8-bar atmosphere loses ΔH = 3.9 kJ/kg (where H is enthalpy), which would lead to eruption velocities m/s if all the enthalpy change was converted to kinetic energy. However, if Old Faithful's reservoir temperature of 204 ± 4°C (Hurwitz et al. 2012) were considered as the initial temperature, the amount of converted energy and the jet velocity would be much greater. Measured jet velocities of several large geysers are significantly lower: ∼18 m/s in Velikan (Droznin et al. 1999) and 16–28 m/s in Lone Star geyser in Yellowstone (Karlstrom et al. 2013). This discrepancy between ballistic calculations and measured velocities suggests that drag, turbulence, and air entrainment, especially below the vent in the geyser conduit, account for much of the energy balance and significantly reduce the velocity (Karlstrom et al. 2013).

A common assumption in models for high-speed eruptions of compressible flows through vents, at both geysers and magmatic volcanoes (Bercovici & Michaut 2010), is that the speed at the vent is choked to the sound speed of the liquid + gas mixture as it passes through a constriction that acts as a nozzle. The sound speed is the velocity at which small perturbations in density or pressure propagate through the fluid (Kieffer 1977). Establishing that flow is indeed choked is a “notoriously difficult problem” (Kieffer 1989, p. 27). Karlstrom et al. (2013) found that 0 at Lone Star geyser in Yellowstone (16–28 m/s) was close to the sound speed for the estimated steam mass fraction. Munoz-Saez et al. (2015a) inferred that the sound speed inside the conduit of a small geyser at El Tatio, Chile, was similar to 0 by cross-correlating measured pressure fluctuations in the water column.

The surface manifestation of eruptions varies from bubbling pools to modest fountains to roaring jets. Eruption vigor is presumably controlled by the thermal energy available to drive the eruption, and by the geometry of the conduit through which the fluids erupt, as overpressures in the source are small (Shteinberg et al. 2013). Geysers with deep, large reservoirs lead to large quantities of thermal energy converted to kinetic energy and hence more powerful eruptions. Large water volumes permit longer eruptions. Constrictions in the conduit accelerate fluids (up to the sound speed) so that narrowing conduits favor higher eruption heights.

The heat output from geysers can be calculated from the volume of erupted water assuming isentropic decompression (Kieffer 1989, Mastin 1995, Lu & Kieffer 2009), rather than isenthalpic decompression, from a reservoir where the liquid water was stored prior to the eruption (Figure 11). The reservoir temperature can be calculated using chemical geothermometers (Fournier 1981). At Lone Star geyser in Yellowstone, with an erupted volume of 20.8 ±4.1 m 3 , a reservoir temperature of 160–170°C, and eruptions every 3 h, the calculated average heat output is 1.4–1.5 MW (Karlstrom et al. 2013).

4.3. Laboratory Studies

It is not possible to directly image the entire subsurface geysering process in the field, and measurements are limited to discrete locations in a complex, largely unknown plumbing system. Laboratory models thus provide an opportunity to image and measure the geysering process directly and in a controlled manner—parameters can be varied systematically, the plumbing geometry can be simplified, and variables such as pressure and temperature can be measured.

Laboratory studies have been used to show that steady heating and recharge can lead to episodic eruptions (Munby 1902, Forrester & Thune 1942, Steinberg et al. 1982), to show how increasing complexity of plumbing geometries results in greater variation in discharge styles and eruption intervals (Namiki et al. 2016), to understand the effects of geometry on convection and hence temperature in the conduit (Sherzer 1933), to show how increasing reservoir temperature increases the vigor of eruptions (Toramaru & Maeda 2013), to show how the decrease in reservoir pressure over the course of the eruption leads to recharge and the end of eruption (Lasic 2006), to show how bubble formation and collapse generates weak high-frequency tremors (Anderson et al. 1978), and to show how intermittent modulation of the rate of boiling and the closely coupled accelerations and decelerations of the water column generate strong low-frequency tremors (Anderson et al. 1978).

Laboratory studies document how boiling conditions in the reservoir propagate into the conduit as expulsion of water at the surface decompresses the remaining water (Anderson et al. 1978, Lasic 2006). They also provide a tool to understand irregularity in eruptions. For example, Steinberg (1999) showed that the duration of eruption controls the duration of the following quiescent period, and that it is the eruption duration that is stochastic.

Laboratory studies with bubble traps confirm the inferences from natural geysers that vapor can accumulate and then be released episodically, leading to both minor (preplay) and major eruptions (e.g., Davis 2012). Vapor discharged during minor eruptions progressively warms the shallower parts of the geyser, such as the conduit, so that boiling conditions can eventually be reached everywhere in the conduit, leading to larger and more sustained eruptions (Adelstein et al. 2014). This is consistent with the gradual increase in intensity of regularly spaced minor eruptions leading up to the major eruption at some natural geysers (Namiki et al. 2014).

In general, even modest complexity in laboratory models (as in numerical models), such as a single bend in the conduit (Davis 2012, Adelstein et al. 2014) or multiple reservoirs supplying water to the conduit (Anderson et al. 1978, Cross 2010), can lead to irregular eruption intervals. The regularity of many natural geysers is thus all the more remarkable.


내용

The existence of escape velocity is a consequence of conservation of energy and an energy field of finite depth. For an object with a given total energy, which is moving subject to conservative forces (such as a static gravity field) it is only possible for the object to reach combinations of locations and speeds which have that total energy and places which have a higher potential energy than this cannot be reached at all. By adding speed (kinetic energy) to the object it expands the possible locations that can be reached, until, with enough energy, they become infinite.

For a given gravitational potential energy at a given position, the escape velocity is the minimum speed an object without propulsion needs to be able to "escape" from the gravity (i.e. so that gravity will never manage to pull it back). Escape velocity is actually a speed (not a velocity) because it does not specify a direction: no matter what the direction of travel is, the object can escape the gravitational field (provided its path does not intersect the planet).

An elegant way to derive the formula for escape velocity is to use the principle of conservation of energy (for another way, based on work, see below). For the sake of simplicity, unless stated otherwise, we assume that an object will escape the gravitational field of a uniform spherical planet by moving away from it and that the only significant force acting on the moving object is the planet's gravity. Imagine that a spaceship of mass m is initially at a distance r from the center of mass of the planet, whose mass is 미디엄, and its initial speed is equal to its escape velocity, v e > . At its final state, it will be an infinite distance away from the planet, and its speed will be negligibly small. Kinetic energy 케이 and gravitational potential energy g are the only types of energy that we will deal with (we will ignore the drag of the atmosphere), so by the conservation of energy,

We can set 케이ƒinal = 0 because final velocity is arbitrarily small, and gƒinal = 0 because final distance is infinity, so

The same result is obtained by a relativistic calculation, in which case the variable r represents the radial coordinate 또는 reduced circumference of the Schwarzschild metric. [6] [7]

Defined a little more formally, "escape velocity" is the initial speed required to go from an initial point in a gravitational potential field to infinity and end at infinity with a residual speed of zero, without any additional acceleration. [8] All speeds and velocities are measured with respect to the field. Additionally, the escape velocity at a point in space is equal to the speed that an object would have if it started at rest from an infinite distance and was pulled by gravity to that point.

In common usage, the initial point is on the surface of a planet or moon. On the surface of the Earth, the escape velocity is about 11.2 km/s, which is approximately 33 times the speed of sound (Mach 33) and several times the muzzle velocity of a rifle bullet (up to 1.7 km/s). However, at 9,000 km altitude in "space", it is slightly less than 7.1 km/s. Note that this escape velocity is relative to a non-rotating frame of reference, not relative to the moving surface of the planet or moon (see below).

The escape velocity is independent of the mass of the escaping object. It does not matter if the mass is 1 kg or 1,000 kg what differs is the amount of energy required. For an object of mass m the energy required to escape the Earth's gravitational field is GMm / r, a function of the object's mass (where r is the radius of the Earth, is the gravitational constant, and 미디엄 is the mass of the Earth, 미디엄 = 5.9736 × 10 24 kg ). A related quantity is the specific orbital energy which is essentially the sum of the kinetic and potential energy divided by the mass. An object has reached escape velocity when the specific orbital energy is greater than or equal to zero.

From the surface of a body Edit

어디 r is the distance between the center of the body and the point at which escape velocity is being calculated and g is the gravitational acceleration at that distance (i.e., the surface gravity). [9]

Note that this escape velocity is relative to a non-rotating frame of reference, not relative to the moving surface of the planet or moon, as we now explain.

From a rotating body Edit

The escape velocity relative to the surface of a rotating body depends on direction in which the escaping body travels. For example, as the Earth's rotational velocity is 465 m/s at the equator, a rocket launched tangentially from the Earth's equator to the east requires an initial velocity of about 10.735 km/s relative to the moving surface at the point of launch to escape whereas a rocket launched tangentially from the Earth's equator to the west requires an initial velocity of about 11.665 km/s relative to that moving surface. The surface velocity decreases with the cosine of the geographic latitude, so space launch facilities are often located as close to the equator as feasible, e.g. the American Cape Canaveral (latitude 28°28′ N) and the French Guiana Space Centre (latitude 5°14′ N).

Practical considerations Edit

In most situations it is impractical to achieve escape velocity almost instantly, because of the acceleration implied, and also because if there is an atmosphere, the hypersonic speeds involved (on Earth a speed of 11.2 km/s, or 40,320 km/h) would cause most objects to burn up due to aerodynamic heating or be torn apart by atmospheric drag. For an actual escape orbit, a spacecraft will accelerate steadily out of the atmosphere until it reaches the escape velocity appropriate for its altitude (which will be less than on the surface). In many cases, the spacecraft may be first placed in a parking orbit (e.g. a low Earth orbit at 160–2,000 km) and then accelerated to the escape velocity at that altitude, which will be slightly lower (about 11.0 km/s at a low Earth orbit of 200 km). The required additional change in speed, however, is far less because the spacecraft already has a significant orbital speed (in low Earth orbit speed is approximately 7.8 km/s, or 28,080 km/h).

From an orbiting body Edit

The escape velocity at a given height is 2 >> times the speed in a circular orbit at the same height, (compare this with the velocity equation in circular orbit). This corresponds to the fact that the potential energy with respect to infinity of an object in such an orbit is minus two times its kinetic energy, while to escape the sum of potential and kinetic energy needs to be at least zero. The velocity corresponding to the circular orbit is sometimes called the first cosmic velocity, whereas in this context the escape velocity is referred to as the second cosmic velocity. [10]

For a body in an elliptical orbit wishing to accelerate to an escape orbit the required speed will vary, and will be greatest at periapsis when the body is closest to the central body. However, the orbital speed of the body will also be at its highest at this point, and the change in velocity required will be at its lowest, as explained by the Oberth effect.

Barycentric escape velocity Edit

Technically escape velocity can either be measured as a relative to the other, central body or relative to center of mass or barycenter of the system of bodies. Thus for systems of two bodies, the term escape velocity can be ambiguous, but it is usually intended to mean the barycentric escape velocity of the less massive body. In gravitational fields, escape velocity refers to the escape velocity of zero mass test particles relative to the barycenter of the masses generating the field. In most situations involving spacecraft the difference is negligible. For a mass equal to a Saturn V rocket, the escape velocity relative to the launch pad is 253.5 am/s (8 nanometers per year) faster than the escape velocity relative to the mutual center of mass. [ 인용 필요 ]

Height of lower-velocity trajectories Edit

which, solving for h 결과

Unlike escape velocity, the direction (vertically up) is important to achieve maximum height.

If an object attains exactly escape velocity, but is not directed straight away from the planet, then it will follow a curved path or trajectory. Although this trajectory does not form a closed shape, it can be referred to as an orbit. Assuming that gravity is the only significant force in the system, this object's speed at any point in the trajectory will be equal to the escape velocity at that point due to the conservation of energy, its total energy must always be 0, which implies that it always has escape velocity see the derivation above. The shape of the trajectory will be a parabola whose focus is located at the center of mass of the planet. An actual escape requires a course with a trajectory that does not intersect with the planet, or its atmosphere, since this would cause the object to crash. When moving away from the source, this path is called an escape orbit. Escape orbits are known as C3 = 0 orbits. C3 is the characteristic energy, = −GM/2, 어디 is the semi-major axis, which is infinite for parabolic trajectories.

If the body has a velocity greater than escape velocity then its path will form a hyperbolic trajectory and it will have an excess hyperbolic velocity, equivalent to the extra energy the body has. A relatively small extra delta-v above that needed to accelerate to the escape speed can result in a relatively large speed at infinity. Some orbital manoeuvres make use of this fact. For example, at a place where escape speed is 11.2 km/s, the addition of 0.4 km/s yields a hyperbolic excess speed of 3.02 km/s:

If a body in circular orbit (or at the periapsis of an elliptical orbit) accelerates along its direction of travel to escape velocity, the point of acceleration will form the periapsis of the escape trajectory. The eventual direction of travel will be at 90 degrees to the direction at the point of acceleration. If the body accelerates to beyond escape velocity the eventual direction of travel will be at a smaller angle, and indicated by one of the asymptotes of the hyperbolic trajectory it is now taking. This means the timing of the acceleration is critical if the intention is to escape in a particular direction.

If the speed at periapsis is v , then the eccentricity of the trajectory is given by:

This is valid for elliptical, parabolic, and hyperbolic trajectories. If the trajectory is hyperbolic or parabolic, it will asymptotically approach an angle θ from the direction at periapsis, with

The speed will asymptotically approach

In this table, the left-hand half gives the escape velocity from the visible surface (which may be gaseous as with Jupiter for example), relative to the centre of the planet or moon (that is, not relative to its moving surface). In the right-hand half, Ve refers to the speed relative to the central body (for example the sun), whereas V is the speed (at the visible surface of the smaller body) relative to the smaller body (planet or moon).

The last two columns will depend precisely where in orbit escape velocity is reached, as the orbits are not exactly circular (particularly Mercury and Pluto).

허락하다 be the gravitational constant and let 미디엄 be the mass of the earth (or other gravitating body) and m be the mass of the escaping body or projectile. At a distance r from the centre of gravitation the body feels an attractive force

The work needed to move the body over a small distance 박사 against this force is therefore given by

The total work needed to move the body from the surface r0 of the gravitating body to infinity is then [15]

In order to do this work to reach infinity, the body's minimal kinetic energy at departure must match this work, so the escape velocity v0 satisfies


Focus on Enceladus

Category: satellites of planets

Ice moon of Saturn shows its full splendor. In the foreground, the bright white of Enceladus detaches immense shadows of Saturn's rings as seen in the background.
This photo was taken on 28 June 2007, at a distance of approximately 291 000 km, by the Cassini spacecraft, using its camera angle during its mission 'Equinox'.
This perfectly round white side of Enceladus, measuring 504 km in diameter.
The objective of the Cassini spacecraft is on 15 October 1997, the date of its introduction, the study of the planet Saturn and several of its satellites, including Titan. The space probe Cassini-Huygens, consisting of the orbiter Cassini and Huygens module is in orbit around the planet and is about to complete his mission 11 years.

Huygens, which aimed to land on the moon Titan, was raised on Titan on 14 January 2005 returning to Earth, remote 1.2 billion km, information and spectacular images.

Image: Wonderful focus of Enceladus and its ice. Image credit: NASA / JPL / Space Science Institute.


Organic Materials Erupt from Geysers on Enceladus

O rbiting Saturn, the icy moon Enceladus is home to numerous active geysers, which regularly erupt with plumes of water and rocky material. While some of the water released from these vents falls across the surface of that world as snow and ice, a portion soars into space. A new study shows organic compounds, essential to the formation of amino acids, are mixed in with the material erupting from these vents.

Given energy and a favorable climate, these organic compounds could form amino acids. The energy required to form these molecules on Earth is supplied by hydrothermal vents on the ocean floor. Researchers speculate the geysers that feed the vents on Enceladus might provide the energy needed to drive the formation of amino acids on Enceladus.

“If the conditions are right, these molecules coming from the deep ocean of Enceladus could be on the same reaction pathway as we see here on Earth. We don’t yet know if amino acids are needed for life beyond Earth, but finding the molecules that form amino acids is an important piece of the puzzle,” said Nozair Khawaja, of the Free University of Berlin.

The materials detected in data from the Cassini spacecraft are composed of nitrogen- and oxygen-bearing compounds, condensed into ice grains. The Cosmic Dust Analyzer, or CDA, which detected ice grains emitted from Enceladus into Saturn’s E ring, collected the data used in this study.

“Saturn’s moon Enceladus is erupting a plume of gas and ice grains from its south pole. Linked directly to the moon’s subsurface global ocean, plume material travels through cracks in the icy crust and is ejected into space. The subsurface ocean is believed to be in contact with the rocky core, with ongoing hydrothermal activity present,” researchers detailed in the Royal Astronomical Society의 월간 공지.

In February and March , Cassini flew within 500 kilometers (310 miles) of the surface of Enceladus. By comparison, Voyager 1 never came closer than 90,000 km (nearly 56,000 miles) from the surface of Enceladus during its 1981 flyby.

The Moon, a Ring, how Romantic!

Enceladus is a moderately-sized moon, measuring just 500 km (310 miles) across, about as wide as the state of Arizona.

It is one of the few moons in the Solar System known to have an atmosphere (although it is exceedingly thin). Its mass, 680 times smaller than our own Moon, means Enceladus is unable to hold onto a thick atmosphere, allowing water vapor to escape to space.

This tenuous atmosphere was detected through small changes in the magnetic field of Saturn caused by electrically-charged material surrounding Enceladus.

In 2005, seeing signs of water in the thin atmosphere of that moon provided the first evidence water is continually replenished by geysers on that world.

As the moon rotates (roughly) once every 33 hours, a continuous rain of snow and ice falls, making Enceladus the brightest object in the Solar System. This world is thought to house a vast ocean of salty water beneath its frozen crust.

There, organics are thought to mix with water, before rising up where they freeze into grains of ice hidden in fractures within fractures in the crust of the moon. Rising plumes of water and subsurface material rides up from below, carrying the material to the surface in the form of an eruption, researchers theorize.

Cassini also found that one of the major rings of Saturn — the E ring — is continuously refreshed with new material from the geysers of Enceladus.

“The material shoots out at about 800 miles per hour (400 meters per second) and forms a plume that extends hundreds of miles into space. Some of the material falls back onto Enceladus, and some escapes to form Saturn’s vast E ring,” NASA explains.

This ring, discovered in 1966, is not as defined, or flat, as the other rings of Saturn. This formation resembles a giant doughnut surrounding Saturn.

“Well, heaven forgive him! and forgive us all! Some rise by sin, and some by virtue fall:
Some run from brakes of ice, and answer none: And some condemned for a fault alone.”
― William Shakespeare, Measure for Measure

The Cassini Mission ended in September 2017, as the vehicle was purposely commanded to undertake a death dive into the dense atmosphere of Saturn. This act was undertaken as Cassini faded, preventing the spacecraft from colliding with any of Saturn’s dozens of moon in the future.

In Greek mythology, Enceladus was a giant who fought a legendary battle against Athena during the Gigantomachy, a mythical war between the gods and giants. This story provided a popular theme for vases, plates, and works of art.

Out in the solar system, several worlds are potential homes for simple life, like that which dominated our own world for the majority of its history. This new finding, combined with the possibility of a layer of complex organic materials at the surface of ocean of Enceladus, makes this world a promising target in the quest for extraterrestrial life.

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I'm Robert Walker, inventor & programmer. I have had a long term special interest in astronomy, and space science since the 1970s, and most of.



코멘트:

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