05.04.2016 /
№ 201 /
с. 8 /
Максим Борисов / Космос /
No Comments
18 марта в журнале Science было опубликовано пять статей на тему летних исследований системы Плутона автоматической межпланетной станцией «Новые горизонты» (New Horizons) [1]. Нужно отметить, что полгода назад наши знания о карликовой планете и ее спутниках — Хароне, Гидре, Никте, Кербере и Стиксе — изменились самым кардинальным образом. Так, мы узнали о разнообразных и вполне активных геологических процессах (не исключено, что на Хароне имеются даже действующие криовулканы), необычном минеральном составе, весьма сложно устроенной атмосфере Плутона, взаимодействии с солнечным ветром, о практически полном отсутствии пыли в системе и запутанной небесной механике малых лун.
Отмечаются разительные отличия во внешнем виде ландшафтов Плутона и Харона. Вверху — фрагмент обширного яркого ледяного плато Плутона, носящего неформальное наименование равнины Спутника (Sputnik Planum) — в честь первого советского спутника. Внизу — равнина Вулкана на Хароне (Vulcan Planum, это название пока также неформальное). Снимок равнины Спутника охватывает 367 км в длину, равнина Вулкана — соответственно 312 км. В обоих случаях солнце светит слева. Равнина Спутника — образование овальной формы площадью 870 тыс. км2 с высоким альбедо (отражательной способностью) с центром в 20° с.ш. и 175° в.д. (в районе «сердца»). Светлые азотно-ледяные равнины (там присутствуют также СО и СН4) исчерчены сетью пересекающихся желобов. Снимки получены мультиспектральной камерой «Ральф» при разрешении 320 м на пиксель. Вид равнины Вулкана в нижней части включает в себя «гору, окруженную канавой» в районе гор Артура Кларка (чуть выше центра изображения). Равнины, богатые водяным льдом, демонстрируют самый обширный диапазон текстур поверхности — от гладких и чуть рифленых слева до сильно бугристых справа. Изображение получено с камеры дальней разведки LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager) при разрешении 160 м на пиксель
Новые горизонты» провели в пути 9,5 лет, преодолев за это время 5 млрд км, тем самым поставив сразу несколько рекордов — как по удаленности объекта исследования, так и по скорости, с которой аппарат покинул окрестности нашей планеты (в момент выключения двигателей скорость составила 16,26 км/с). Плутона зонд достиг 14 июля 2015 года. С помощью семи основных инструментов было собрано порядка 50 гигабит информации, сохраненной на цифровые носители и с тех пор постепенно передаваемой на Землю. Процесс передачи далек от завершения, до конца 2016 года предстоит принять еще примерно столько же, сколько передано до настоящего момента. При этом радиосигналам, летящим от «Новых горизонтов» со скоростью света, необходимо пять часов, чтобы добраться до Земли.
Впрочем, уже самые первые снимки [2] демонстрировали характерные особенности поверхности Плутона — знаменитое гигантское «сердце», удивительное разнообразие ландшафтов и слоистую атмосферу. Всё это пиршество для исследователей возникает благодаря взаимодействию обширных слоев летучих и непостоянных фракций метана, азота и окиси углерода с инертными и стабильными структурами из водяного льда.
Цветное изображение, демонстрирующее разнообразие ландшафтов Плутона, получено путем объединения данных от мультиспектральной камеры «Ральф» с разрешением 650 м на пиксель (цвета) с изображением от камеры LORRI (230 м на пиксель). В нижнем правом углу — древняя, сильно кратеризованная местность, покрытая темно-красными толинами (смешением органических соединений характерного цвета). В правом верхнем углу — ледяные образования, заполняющие равнину Спутника, модифицирующие поверхность, создавая такой хаос, как скопления угловатых гор. Сезонные льды заполняют также несколько близлежащих глубоких кратеров, а в некоторых районах этот лед образует характерную рябь с рядами мелких выемок — результатом процессов сублимации. Слева и в нижней части снимка наблюдаются белесые метановые отложения, припорошившие тектонические гребни и ободки кратеров на их северных склонах. Изображение занимает 420 км в ширину и 225 км в длину; север находится в левом верхнем углу
«Мы видим изменения в распределении летучих и замерзающих компонентов Плутона, которые указывают на наличие глобальных циклов испарения и сублимации, — пояснил Уилл Гранди (Will M. Grundy) из Обсерватории Лоуэлла (Флагстафф, штат Аризона), один из ведущих авторов цикла статей. — Эти процессы выглядят гораздо прихотливее, чем на Земле, где присутствует лишь одно вещество, которое конденсируется и испаряется, — вода. Мы далеко не в полной мере еще осознали, каким именно образом происходят все эти взаимодействия, но определенно видим влияние циклических процессов, поработавших над поверхностью Плутона» [3].
Атмосфера Плутона содержит примечательные слоистые туманы, которые оказались и холоднее, и плотнее, чем можно было бы ожидать. Это непосредственным образом влияет на то, какими темпами газы верхних слоев атмосферы Плутона теряются в космосе, и на то, как планета взаимодействует с потоком заряженных частиц от Солнца — солнечным ветром. Интересно, что среди теряющихся газов лидирует метан, а не азот, хотя вблизи поверхности Плутона атмосфера более чем на 99% состоит из азота.
Снимок Никты, переданный аппаратом «Новые горизонты» (сочетание данных камер Ralph и LORRI)
На полученных снимках не только изображения Плутона и Харона, но и малые спутники, открытые в 2005– 2012 годы. Удалось уточнить, что поперечники Никты и Гидры составляют около 40 км, а Стикса и Кербера — всего 10 км. Малые спутники обладают аномальными скоростями вращения и необычными ориентациями полюсов, а также ледяными поверхностями, по цвету и яркости резко контрастирующими с Плутоном и Хароном. Появились указания на то, что по крайней мере некоторые из этих лун образовались в результате слияния еще более мелких тел. Возраст их поверхности датируется по меньшей мере 4 млрд лет. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что малые спутники сформировались в период, последовавший сразу вслед за глобальным столкновением, породившим двойную систему Плутон — Харон. По крайней мере, так считает Хэл Уивер (Hal Weaver) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, член научной группы «Новых горизонтов», ведущий автор статьи о небольших спутниках Плутона.
Датировка возраста поверхности Плутона путем подсчета кратеров показывает, что Плутон оставался геологически активным на протяжении последних четырех миллиардов лет. Равнина Спутника, содержащая большое количество льда, лишена каких-либо обнаруживаемых следов кратеров и, по оценкам, геологически чрезвычайно молода — не более 10 млн лет.
Это изображение сочетает данные из разных диапазонов (синий, красный светофильтры плюс инфракрасные лучи), полученные с помощью мультиспектральной камеры «Ральф» (Ralph). Яркая равнина в западной части «сердца» неофициально называется равниной Спутника, там обнаружены богатые залежи азота, окиси углерода и метанового льда
Спутник Плутона Харон может похвастаться более древней поверхностью. Так, обширное экваториальное плато, неофициально названное равниной Вулкана (и населенное горами Стэнли Кубрика и Артура Кларка), по всей видимости, содержит огромный криовулканический поток или потоки, которые вышли на поверхность Харона около 4 млрд лет назад. Эти потоки, вероятно, были вызваны замерзанием внутреннего океана, который в ходе этого процесса глобально разорвал кору Харона.
Распределение разного рода соединений материалов на поверхности Плутона — от богатых азотом и с высоким содержанием метана до богатых водой — создает весьма замысловатую картину и таит в себе множество головоломных вопросов, касающихся климата Плутона и его геологической истории. Эволюция ландшафтов на Плутоне беспрецедентна для других мест во внешней Солнечной системе.
Верхняя температурная граница для атмосферы Плутона намного ниже, чем предполагалось в в ходе предварительных моделирований. Это важно с точки зрения последствий для темпов потери его атмосферы. Почему атмосфера настолько холодна, остается загадкой.
Впервые получена зависимость состава атмосферы Плутона от высоты (включая молекулярный азот, метан, ацетилен, этилен и этан).
Кроме того, впервые были найдены намеки на вероятный механизм формирования слоев атмосферной дымки Плутона. Концентрация частиц растет под действием так называемых атмосферных гравитационных волн, создаваемых ветрами над гористой местностью Плутона.
Это изображение слоев дымки над краем Плутона получено с помощью мультиспектральной камеры «Ральф» (Ralph). Всего различимо до 20 слоев дымки, протянувшейся на сотни километров по горизонтали, но не всегда строго параллельно поверхности. Например, исследователи выделяют слой на высоте около 5 км в нижней левой части изображения, который спускается к самой поверхности справа
Перед пролетом наличие четырех небольших лун Плутона вызывало обеспокоенность: опасались наличия в системе мусора вплоть до небольших колец сродни сатурновым. Но пылевой счетчик зарегистрировал лишь одну частицу пыли за пять дней пролета. Это сравнимо с плотностью пылевого облака в свободном пространстве внешней Солнечной системы и показывает,что область возле Плутона, по сути, свободна от мусора.
Счетчики заряженных частиц «Новых горизонтов» показали, что область взаимодействия между солнечным ветром и атмосферой Плутона ограничена дневной стороной в пределах шести плутоновых радиусов (около 7000 км). Это намного меньше, чем ожидалось до пролета. Вероятная причина просчетов — неправильная оценка скорости убегания атмосферы.
Высокие альбедо (отражательные способности) малых спутников Плутона (от 50 до 80%) находятся в разительном контрасте с намного более низкими альбедо малых тел в популяции пояса Койпера в целом (они варьируются от 5 до 20%). Эта разница придает дополнительную поддержку идее, что спутники Плутона были не захвачены извне, а формировались в ходе агломерации материала, высвободившегося в ходе того столкновения, что и создало всю спутниковую систему Плутона.
