Загадки карликовой планеты: что разглядела на Плутоне станция New Horizons
C самого открытия Плутона в 1930 году было понятно, что он сильно отличается от других планет Солнечной системы. Во-первых, он вращается вокруг Солнца по довольно вытянутой орбите — в отличие от почти круговых орбит других планет. Во-вторых, его орбита сильно наклонена к плоскости эклиптики — на 17 градусов (орбиты других планет наклонены к эклиптике не более чем на 7 градусов). Однако до поры до времени эти отличия не казались критическими. Тем более что в 1978 году у Плутона был обнаружен спутник, получивший имя Харон, а наблюдения затмений звезд Плутоном позволили выявить у него атмосферу. Правда, спутник оказался нетипичным — по размерам Харон всего лишь в два раза уступает Плутону, а атмосфера очень разреженной. Но состав атмосферы Плутона ничем особо не удивил: ее главным компонентом является молекулярный азот, составляющий основную часть и земной атмосферы. Также был определен химический состав поверхности Плутона, которая состоит из замерзшего молекулярного азота и метана.
Больше про Плутон с Земли узнать практически ничего невозможно, поскольку он мал и находится далеко от Солнца, то есть плохо освещен. Даже при помощи Космического телескопа им. Хаббла снимки поверхности Плутона удалось получить лишь с очень невысоким разрешением, различив на поверхности планеты (тогда еще планеты!) несколько ярких и темных пятен.
Почему же Плутон перестал быть планетой? Первый тревожный сигнал прозвучал в 1992 году. Точнее, предположения о том, что за орбитой Нептуна Солнечная система не заканчивается, высказывались, начиная с середины XX века. Исследователи полагали, что от образования Солнечной системы за орбитой Нептуна должен остаться «строительный мусор». И вот в 1992 году был действительно открыт первый транснептуновый астероид, то есть объект, который обращается вокруг Солнца за орбитой Нептуна. Вскоре подобные открытия начали следовать одно за другим, и в транснептуновом пространстве, которое сейчас называется поясом Койпера, находили все более и более крупные тела. Постепенно стало ясно, что Плутон, в отличие от остальных планет Солнечной системы, в своем окружении не является уникальным объектом.
Стало очевидно, что рано или поздно будет обнаружен объект, сопоставимый с Плутоном.
И это случилось в 2005 году, когда был открыт транснептуновый объект, по размерам сравнимый с Плутоном, — Эрида. Больше того, ученые, занимавшиеся поисками транснептуновых объектов, понимали, что Эрида, возможно, не последнее тело таких размеров, которое будет обнаружено в этой области пространства. Встал вопрос: если мы называем Плутон планетой, то и Эрида должна называться планетой? Вообще, что именно следует называть планетой? После открытия Эриды астрономическое сообщество вдруг осознало, что у нас до сих пор нет строгого научного определения планеты! К тому же, параллельно с открытием пояса Койпера в 1995 году начались открытия планет в планетных системах других звезд, что также показало необходимость разъяснения термина.
В 2006 году Международный астрономический союз на Генеральной ассамблее, которая проходила в Праге, решил утвердить список признаков, по которым планету можно отличить от не-планеты. Выяснилось, что все определения, которые позволяют назвать Плутон планетой, в будущем, по мере совершенствования наблюдательной техники, приведут к тому, что счет планет в Солнечной системе может пойти уже на десятки. И делегаты ассамблеи голосованием приняли такое определение термина «планета», которому Плутон не соответствует. Если коротко, «настоящая» планета должна очистить область своей орбиты от прочих тел. Плутон с этой задачей не справился.
Новый, космический этап исследований Плутона начался в январе 2006 года, когда к нему был запущен аппарат New Horizons. В настоящее время полеты космических аппаратов практически никогда не осуществляются по прямым траекториям от Земли до целевого тела. В большинстве случаев используются так называемые гравитационные маневры. Они порою сильно увеличивают время нахождения в пути от Земли до нужной планеты или другого тела Солнечной системы, но позволяют значительно экономить на горючем. А это означает, что больше массы освобождается для научного оборудования и кардинально снижается стоимость экспедиции. Однако при этом траектория тела оказывается подчас довольно извилистой.
Аппарат New Horizons полетел почти сразу к Плутону. В программе его полета был лишь один гравитационный маневр у Юпитера, в ходе которого, кстати, были проверены и научные приборы зонда, которых на нем установлено семь. Некоторые из них предназначены для получения снимков, другие позволяют непосредственно исследовать свойства окружающей плазмы. С самого начала речь шла о пролетной миссии, то есть ни выход New Horizons на орбиту возле Плутона, ни тем более посадка на поверхность карликовой планеты не планировались. Максимальное сближение состоялось 14 июля 2015 года.
New Horizons пролетел на расстоянии 12 500 км от планеты, и это было его единственное свидание с Плутоном.
За то очень короткое время (несколько часов), что аппарат находился вблизи Плутона, его научные приборы провели большое количество разнообразных наблюдений и накопили значительный объем информации. Пока на Землю передано меньше десятой доли этого объема: скорость передачи данных на таком колоссальном расстоянии оставляет желать лучшего, и полностью результаты пролета мимо Плутона мы получим только через год. Это, в частности, означает, что все результаты миссии, обнародованные до сих пор, считаются пока предварительными.
Тем не менее кое-что можно сказать уже сейчас. Начнем с формы. Она у Плутона идеально сферическая, что не совсем ожидаемо. Дело в том, что для объяснения происхождения Харона (как и для объяснения происхождения Луны) предлагается ударная гипотеза, согласно которой необычно большой спутник появился у Плутона в результате столкновения с другим крупным телом из пояса Койпера (например, с самим Хароном). Однако такое столкновение должно было сильно раскрутить Плутон, а быстрое вращение должно было придать ему более сплюснутую форму. Почему-то этого (чего-то из перечисленного) не произошло.
Совершенно неожиданным стало обнаружение на Плутоне разнообразных форм рельефа, особенно, протяженных участков, на которых нет ни одного ударного кратера. Когда New Horizons еще только подлетал к Плутону, на поверхности можно было разглядеть милое сердечко, позже получившее предварительное название Области Томбо. Левая половинка сердечка — Равнина Спутника — представляет собой почти гладкую ледяную поверхность с явными признаками течения льда, похожими на земные ледниковые языки. На телах, лишенных мощной атмосферы, количество кратеров на каком-либо участке поверхности является мерой его возраста: чем больше кратеров, тем старше поверхность. Отсутствие следов метеоритных ударов на Равнине Спутника позволяет установить верхнюю планку ее возраста примерно в 100 млн лет. Равнина разделена на ячейки, указывающие на возможные конвективные движения в ледяной толще.
Это означает, что Плутон вовсе не является миром, застывшим в безвременье. В совсем недавнем геологическим прошлом (возможно, и сейчас) на нем происходили некие процессы, разгладившие часть поверхности, например, «залившие» ее пластичным льдом, состоящим из замерзшего молекулярного азота и (или) оксида углерода. Но для протекания таких процессов нужен источник энергии. На Земле его роль играет внутреннее тепло, но что бы могло подогревать Плутон изнутри (или снаружи?), пока совершенно неясно. Интересно, что относительно молодые бескратерные участки есть, по-видимому, и на Хароне, так что способность надолго оставаться теплым присуща не одному Плутону.
В Области Томбо расположены два горных массива, которые предлагается назвать в честь покорителей Эвереста горами Норгея и Хиллари. Массивы состоят из пирамидальных гор высотой до 3,5 км. Их резкие очертания несвойственны мягкому азотному льду, так что горы, скорее всего, состоят из водяного льда. Вещество Равнины Спутника наползает на существенно более темный регион, покрытый многочисленными кратерами разного размера (неофициальное название этого региона — Область Ктулху).
Предварительные данные об атмосфере Плутона показали, что ее теперешнее давление, как минимум, в два раза ниже того, что измерялось в последние годы. В принципе Плутон сейчас удаляется от Солнца, так что атмосферное давление должно снижаться, но вряд ли так быстро. Возможно, пока что речь идет о временном падении давления.
Несмотря на разреженность, атмосфера Плутона способна поддерживать существование дымки, которая простирается на высоту до 150 км. Помимо молекулярного азота важным компонентом приповерхностных слоев атмосферы Плутона является метан. Продукты фотодиссоциации метана в атмосфере могут превращаться в более сложные органические вещества — толины — и выпадать на поверхность Плутона, придавая ей красноватый оттенок. Источником метана может быть испарение льда или даже выбросы газа из-под поверхности. Некоторые косвенные признаки подобных выбросов также видны на снимках.
После окончания передачи данных миссия New Horizons, вероятно, не закончится. У него есть еще одна потенциальная цель — объект пояса Койпера. Точнее, таких объектов два, и в ближайшее время участникам проекта предстоит выбрать один из них и при помощи незначительного импульса вспомогательных двигателей направить аппарат в нужную сторону. Правда, решение о финансировании исследовательской программы экспедиции будет принято позже, по итогам полной передачи на Землю итогов ее первой части.
