Научный мир с нетерпением ждет приближения автоматической межпланетной станции NASA «Новые горизонты» к Плутону, который еще при запуске аппарата в январе 2006 года считался планетой. Сближение на 10 000 км произойдет совсем скоро, 14 июля 2015 года, и все мы сможем впервые увидеть, как с близкого расстояния выглядит крупное ледяное небесное тело пояса Койпера, неведомый мир на окраине Солнечной системы. Несмотря на то что исследование будет кратковременным, пролетным (аппарат пронесется мимо Плутона на скорости 14 км/с), ученые рассчитывают получить большое количество интересных и ценных данных. После посещения Плутона аппарат направится дальше к окраинам Солнечной системы, чтобы подробно исследовать некоторые другие объекты пояса Койпера.

Девятая планета, которая… не планета

Тема поиска новой, девятой планеты была очень популярна в конце XIX — начале XX веков. В 1783 году был открыт Уран, в 1846 году — Нептун, и люди не только понимали, что и на этом крупнейшие тела нашей планетной системы могут не заканчиваться, но также и очень хотели сделать новое открытие. Масштабные целенаправленные поиски предполагаемой планеты с 1906 года проводились на обсерватории Персиваля Лоуэлла в Аризоне (США) под руководством ее основателя, однако в первые годы были безрезультатны. После смерти Лоуэлла в 1916 году поиски приостановились до 1929 года, когда к ним приступил молодой сотрудник Клайд Томбо, который с необычайной энергией просматривал фотопластинки больших участков неба, отснятые им самим, в поисках далекого медленно движущегося на фоне звезд объекта. Наконец спустя год поисков, в январе 1930 года, едва заметная на фотографиях новая планета была открыта.

Ее назвали Плутоном в честь бога подземного царства в древнегреческой мифологии¹ по предложению 11-летней английской школьницы Венеции Берни, которая интересовалась и астрономией, и мифологией. Вероятно, значительную роль в выборе этого имени сотрудниками Лоуэлловской обсерватории сыграли первые две буквы («П» и «Л»), которые напоминали о роли основателя обсерватории, Персиваля Лоуэлла, в открытии далекого ледяного мира.

Поначалу никто не сомневался, что Томбо обнаружил долгожданную девятую планету, масса которой первоначально считалась равной массе Земли. Но по мере накопления наблюдательных данных оценки массы падали всё ниже — до массы Марса в 1948 году и до 1% от массы Земли в 1976-м. Более или менее точно определить массу Плутона удалось только после открытия его спутника Харона в 1978 году; она оказалась равной лишь 0,2% от массы Земли. Стало ясно, что Плутон, безусловно, резко отличается от всех других планет не только своей очень вытянутой орбитой (двигаясь по которой он даже может подходить к Солнцу ближе, чем Нептун), но и своим маленьким размером. Тем не менее всё еще немногие сомневались, что его следует считать полноценной планетой.

Первые серьезные сомнения зародились в 1992 году, когда примерно в той же части Солнечной системы, где проходит орбита Плутона, был открыт относительно небольшой астероидоподобный объект. Так было подтверждено существование пояса Койпера, отдаленного региона нашей планетной системы, расположенного за орбитой Нептуна и состоящего из множества разнообразных по размерам и свойствам ледяных тел. С течением времени в этой области открывали новые и новые объекты, и становилось всё яснее, что Плутон лишь один из многих. Но он продолжал удерживать статус планеты, до тех пор пока в 2005 году в окрестностях пояса Койпера не был обнаружен объект, размер которого первоначально оценивался больше Плутона, — Эрида.

Позже выяснилось, что Эрида чуть меньше Плутона, но это было уже не важно. Перед учеными встал вопрос: причислять ли Эриду и другие объекты подобного размера к планетам или же исключить Плутон из семьи планет? Решение справедливо было принято в пользу второго варианта на съезде Международного астрономического союза в 2006 году, где для Плутона и его собратьев (объектов по размеру меньше планет, но всё же довольно крупных) был введен новый класс небесных тел — карликовые планеты. Сейчас к ним относят пять объектов, но считается, что в Солнечной системе их может быть гораздо больше — тысячи.

Система Плутона

Систему Плутона изучать очень непросто. Она настолько далека от нас, что даже на изображениях, полученных космическим телескопом «Хаббл», размер диска Плутона лишь считанные пиксели! Несмотря на это, мы кое-что знаем о нем и до начала исследований с близкого расстояния. Мы знаем, что у него по крайней мере пять спутников. Главный из них — Харон. Строго говоря, Плутон и Харон — это не карликовая планета со спутником, а двойная карликовая планета, так как их массы различаются не слишком сильно. При диаметре 1207 км Харон всего лишь вдвое меньше Плутона (2360 км), и обращаются они на расстоянии 17,5 тыс. км друг от друга вокруг общего центра масс.

Второй и третий спутники, Никта и Гидра (первые две буквы такие же, как и у названия исследовательской миссии «Новые горизонты»), были обнаружены с использованием космического телескопа «Хаббл» в 2005 году. Их предполагаемый диаметр — 50–150 км, они обращаются вокруг центра масс системы на расстояниях, в два и три раза превышающих радиус орбиты Харона. В 2011 и 2012 годах «Хаббл» помог открыть и другие два спутника Плутона, еще более мелкие, диаметром 10–30 км, которые назвали Цербером и Стиксом. Названия всех членов семьи Плутона связаны с подземным царством мертвых в древнегреческой мифологии.

Поверхность Плутона очень хорошо отражает солнечный свет, по этому параметру ее можно сравнить со свежим снегом. Да она и в самом деле ледяная. В основном это замерзший азот, но присутствуют также сухой лед (CO₂) и твердые углеводороды, такие как метан и этан. Более того, в разных местах карликовой планеты соотношение этих льдов различно. Есть у Плутона и атмосфера, причем ее плотность в значительной мере изменяется по мере движения Плутона по своей орбите: когда он близко к Солнцу, плотность атмосферы значительно увеличивается, так как из-за увеличения нагрева поверхности сублимируют замерзшие газы.

Про Харон известно меньше. Он отражает свет вполовину слабее, чем Плутон, но всё же достаточно хорошо, чтобы понять, что и его поверхность покрыта льдом, а не горными породами, как у Земли, Луны или Марса. Выяснилось, что лед Харона в основном водяной с небольшой примесью гидратов аммиака. В отличие от слегка красноватой поверхности Плутона, Харон окрашен нейтрально.

Ранние исследования «Новых горизонтов»

По пути к Плутону зонд New Horizons исследовал систему Юпитера, уделив особое внимание спутнику Ио и активным вулканам на его поверхности. В 2008 году зонд удалился от Солнца за орбиту Сатурна, а в 2011 году ушел за орбиту Урана. В июле 2013 году камера высокого разрешения LORRI на борту «Новых горизонтов» впервые показала раздельно Плутон и Харон. Небольшие спутники Никта и Гидра стали видны на снимках в июле 2014-го, а еще более мелкие Цербер и Стикс — в конце апреля и начале мая 2015 года. Основной целью первоначального фотографирования была навигация и последующая корректировка траектории зонда. 15 апреля 2015 года, когда изображение Плутона на снимках камеры LORRI составило уже несколько пикселей (расстояние около 100 млн км), стали различимы некоторые детали на поверхности бывшей девятой планеты: возможно, у нее есть полярная шапка. 15 мая качество снимков Плутона стало лучше, чем у космического телескопа «Хаббл».

Будущее миссии

На данный момент зонд сумел зафиксировать все известные тела в системе Плутона, а это значит, что мы — на пороге новых открытий. Существуют самые разные предположения относительно того, сколько новых спутников далекого ледяного мира удастся обнаружить на снимках камер аппарата, но исследователи сходятся в том, что эти спутники непременно будут обнаружены. Есть предположение, что у Плутона может быть даже собственное кольцо. Так ли это, мы сможем узнать совсем скоро.

Поиски новых спутников и кольца уже ведутся.

Непосредственно в момент сближения аппарат сможет получить подробные изображения Плутона и Харона. Гидра и Никта на снимках должны иметь размеры в десятки пикселей, в то время как Цербер и Стикс — лишь несколько пикселей из-за своего малого размера. В ходе сближения предполагается построить карты (в том числе цветные) поверхностей Плутона, Харона и малых спутников, отражающие не только морфологические и геологические особенности этих тел, но также химический состав поверхностей и распределение поверхностных температур.

Кроме того, будут проводиться детальные исследования атмосферы Плутона и поиск любых признаков наличия атмосферы у Харона. Предполагается, что самые детальные снимки карликовой планеты, полученные камерой LORRI в момент сближения, будут иметь разрешение 50 м/пиксель. Ученые планируют проводить поиск кратковременных изменений на Плутоне, которые могут быть вызваны, например, криовулканическими процессами (в результате криовулканизма из недр небесных тел извергаются не расплавленные горные породы, а криомагма, состоящая из воды, аммиака, метана и других легкоплавких соединений). Предполагается также точно определить диаметр Плутона.

Чтобы добраться до Земли, радиосигналам от системы Плутона понадобится 4,5 часа. Скорость передачи информации на столь огромном расстоянии не может быть большой, поэтому все данные, которые будут собраны в дни сближения, будут перекачиваться к исследователям миссии на протяжении нескольких месяцев. Самые важные и интересные результаты, однако, планируется передать и опубликовать для широкой общественности намного быстрее.

После сближения с Плутоном «Новые горизонты» продолжит отдаляться от Солнца, углубляясь в пояс Койпера. Дальнейшей целью миссии будет изучение других объектов пояса и сближение с одним из них. В настоящее время рассматриваются два вероятных кандидата для этого сближения, оба они были открыты в рамках специальной поисковой программы, выполненной на космическом телескопе «Хаббл» в 2014 году. Наиболее удобной мишенью для сближения является объект 2014 MU₆₉, диаметр которого равен 30-90 км. Для того чтобы достичь этого объекта, аппарату понадобится потратить для коррекции орбиты 35% топлива, оставшегося после сближения с Плутоном. Если будет принято решение о сближении с 2014 MU₆₉, то оно состоится в январе 2019 года на расстоянии 43 а.е. от Солнца. Второй кандидат для сближения, 2014 PN₇₀, вероятно, чуть больше (диаметр может быть от 35 до 120 км), но достичь его сложнее.

После выхода из пояса Койпера аппарат (если останется работоспособным) будет изучать внешние области гелиосферы.

¹ Плутон — римский вариант имени; греческий вариант — Аид.