В июле 2015 года межпланетная станция НАСА «Новые горизонты» пролетела вблизи Плутона, что позволило изучить карликовую планету и её спутники на качественно новом уровне. Спустя два года работа по анализу данных продолжается. Мы изучили последнюю обзорную статью о том, что нового мы узнали о Плутоне за это время.

Что было известно до «Новых горизонтов»

Плутон — карликовая планета, находящаяся в 30−50 раз дальше от Солнца, чем Земля — была открыта только в 1930 году. Угловой размер Плутона на небе составляет всего 0,1 угловой секунды, в то время как разрешающая способность наземных телескопов — от 1 угловой секунды, поэтому ни в один наземный телескоп невозможно рассмотреть какие-либо детали этой планеты. Долгое время о Плутоне не было никаких точных сведений: первоначально считали, что по своим размерам и массе он близок к Земле, затем — что похож на Марс.

Только открытие спутника Харона в 1978 году позволило точно определить общую массу этой двойной системы, связанную, по Третьему закону Кеплера, с периодом ее обращения в 6,4 земных дней. Оказалось, что она почти в 500 раз меньше земной. В 80-х удалось построить первые «карты» поверхности Плутона.


Новый этап в изучении системы Плутона начался с запуском космического телескопа «Хаббл» в начале 90-х. Его разрешающая способность примерно в 10 раз больше, чем у лучших наземных телескопов, так что с его помощью впервые удалось получить прямые изображения поверхности Плутона и Харона. Правда, размер одного пикселя на фотографиях «Хаббла» составлял около 200 км, и первый «портрет» Плутона, имеющего диаметр 2374 км, представлял собой размытое светлое пятнышко размером 10*10 пикселей. Астрономы узнали, что Плутон имеет более высокое альбедо, что он краснее, чем Харон, и что у него светлые полярные шапки и темная экваториальная область.


Помимо этого, в 2000-х с помощью «Хаббла» были открыты четыре других спутника Плутона — Гидра, Никта, Кербер и Стикс. Также в начале нулевых было обнаружено несколько сравнимых с Плутоном объектов за орбитой Нептуна: Квавар, Седна и Эрида. Их открытие привело к тому, что в 2006 году Плутон был лишен статуса планеты, но о нем по-прежнему было известно до обидного мало.

Что такое «Новые горизонты»

«Новые горизонты» — это автоматическая межпланетная станция НАСА, запущенная к системе Плутона в 2006 году. Аппарат размером 2,2×2,7×3,2 метра и весом почти полтонны несет 7 фотокамер, спектрометров и детекторов, 4 компьютера, систему связи с Землёй и другое оборудование. Собранная информация хранится на двух устройствах флэш-памяти ёмкостью 8 гигабайт.

В мае 2015 года, спустя 9 лет от начала полета, станции удалось получить первые снимки, превзошедшие по качеству снимки «Хаббла». Активные наблюдения проводились в течение 9 дней около 14 июля 2015 года, когда «Новые горизонты» приблизились к Плутону на минимальное расстояние примерно в 12 500 км. За это время было собрано около 6 гигабайтов информации, которые затем передавались на Землю более года — до октября 2016-го — со скоростью меньше тысячи бит в секунду.


Что же ценного содержалось в переданной информации, сравнимой по объему с парой серий сериала в хорошем качестве? (По оценке 2006 года стоимость всего проекта составила 650 млн долларов. Интересно заметить, что примерно такую же величину имеет общий бюджет всех сезонов «Игры престолов».)

Что мы узнали о геологии Плутона

Наибольшее значение имеет качественный скачок разрешения изображений — в 2 тысячи раз, от 200 км на пиксель у «Хаббла» до 80 метров на пиксель на лучших фотографиях «Новых горизонтов». Это позволило разглядеть на Плутоне целый новый мир с горами, кратерами, равнинами, ущельями и ледниками. Плутон из астрономического объекта превратился в геологический.

Большая часть поверхности планеты густо покрыта метеоритными кратерами. Это значит, что она формировалась на заре Солнечной системы. Кроме того, она покрыта сетью протяженных разломов. Вероятно, они свидетельствуют о том, что в прошлом планета увеличивалась в размере. Это могло произойти в результате частичного замерзания океана под поверхностью или перехода льда, из которого состоит внешний слой Плутона, в состояние с другой плотностью.

Однако некоторые участки существенно моложе. Большие регионы, особенно в полярных областях, покрыты мощным, в несколько километров толщиной, слоем отложений. Там, где этот слой разрушен, из-под него проступают участки древней поверхности. По своей текстуре эти отложения напоминают кальгаспоры — причудливые образования в виде наклонных игл или пирамид, образующиеся на снеговых полях в результате многократного повторения циклов подтаивания и замерзания. Правда, в отличие от земных, структуры на Плутоне имеют в тысячу раз больший масштаб.


Но наибольшее внимание исследователей привлекла равнина Спутника. Это огромная низина шириной в 750, длиной в 1400 километров и глубиной 3−4 километра, заполненная замерзшим азотом, метаном и монооксидом углерода (угарным газом). Поверхность равнины очень плоская, не имеет кратеров и разбита на многоугольники, представляющие собой гигантские ячейки Бенара (что-то вроде столбов, на которые разбивается тонкий слой вещества при конвекции, в их середине вещество поднимается, а по краям — опускается). Согласно результатам компьютерного моделирования, она имеет небольшой по космическим меркам возраст — порядка полумиллиона лет. На севере и востоке равнины Спутника расположены древообразные долины — движущиеся на равнину ледники из азотного льда. На западе — хаотические структуры из огромных — пять километров высотой! — блоков водяного льда. На юге — две большие горы, и не простые: вероятно, криовулканы.


Геология Харона удивила исследователей горами высотой до 10 км. Они расположены в экваториальной области и разделяют испещренные кратерами северные и более ровные южные равнины. Вероятно, Харон тоже увеличивался в размерах, однако имеющиеся модели пока не могу объяснить эти особенности.

Что мы узнали об атмосфере и климате

Ранее об атмосфере Плутона уже было кое-что известно. Информацию о ней получали косвенными методами по наблюдениям затенения, когда диск планеты закрывает от наблюдателя свет далекой звезды. Однако «Новые горизонты» предоставили уникальную по своей ценности прямую информацию о ее составе и строении.

Атмосфера Плутона состоит преимущественно из азота с небольшими примесями метана, этана, этилена и других газов. Она чрезвычайно разрежена: её давление примерно в 100 тысяч раз меньше атмосферного давления на Земле. Несмотря на это, она имеет большое влияние не только на климат, но и на геологию карликовой планеты. Так, она способствует выравниванию температуры в разных областях Плутона, а из-за создаваемого метаном парникового эффекта, температура поверхности планеты несколько увеличивается. К удивлению ученых, температура внешних слоев атмосферы оказалась гораздо ниже предсказанной, а механизм охлаждения пока остается непонятным.


Смена времен года на Плутоне происходит не из-за наклона оси вращения планеты, как на Земле, а из-за вытянутости орбиты. В течение занимающего почти 250 земных лет витка вокруг Солнца, количество получаемого Плутоном тепла изменяется почти в три раза. Это приводит к тому, что существенно изменяется плотность атмосферы: долгим летом, длящимся чуть меньше половины плутонического года, замерзшие газы испаряются, а зимой — снова переходят в твердое состояние. Они испаряются с наиболее освещенных и нагретых участков и оседают на более холодных. Этот процесс обеспечивает перенос вещества по поверхности планеты, и за миллионы лет «вылепил» самые удивительные формы рельефа. Им же объясняются различия составов поверхности в разных регионах планеты: в экваториальной области преобладает водяной лед, в средних широтах — азотный, а в полярных — метановый.

Также в экваториальной области обнаружено высокое содержание толинов — полимерных соединений, образующихся из метана под воздействием солнечной и космической радиации. Эти вещества обнаружены также на ледяных спутниках планет-гигантов: Юпитера, Сатурна и их «ледовых» собратьев. Именно они отвечают за красноватый цвет поверхности Плутона. Они же ответственны и за необычное темно-красное пятно на полюсе Харона. Оказывается, некоторые молекулы метана долетают с Плутона до Харона и оседают в наиболее холодной его области — на полюсе, где из них и образуются толины.

Что дальше?

«Новые горизонты» поставили перед нами больше новых вопросов, чем разрешили старых. Есть ли под поверхностью Плутона жидкий океан? Чем объясняется аномально высокий уровень подвижности вещества на поверхности планеты? Когда и как образовалась равнина Спутника? Чем объясняется необычный рельеф Харона?

В ближайшее время новые миссии к Плутону не планируются. Так что новую информацию, сравнимую по своему значению с полученной «Новыми горизонтами» мы получим еще нескоро.

Тем не менее, далеко не все безнадёжно: в ближайшее время учёные, заинтересованные Плутоном, продолжат искать ответы в лабораториях. Чтобы проверить различные гипотезы и модели, необходимо исследовать свойства ледяных смесей при низких температурах и привлечь компьютерные вычисления. Так что не стоит думать, что будто бы после «Новых горизонтов» ничего нового о Плутоне мы не узнаем. Перед учёными уже начинают брезжить новейшие горизонты исследований.Источник: Чердак