Затерянный мир: в мире карликовых планет
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Карликовые Планеты
Дальний рубеж
Карликовые планеты
Границы Солнечной системы
Дальний рубеж

Плутон - бывшая «девятая планета»

    Открытие Плутона произошло во многом случайно. Задолго до него, в 1846 г. Иоганном Галле (Johann Gottfried Galle) по предвычислениям Урбена Леверрье (Urbain Le Verrier) был найден Нептун и вычислены параметры его орбиты. Это открытие состоялось благодаря анализу расхождений между рассчитанными и наблюдаемыми положениями Урана, обнаруженного еще 65-ю годами ранее Уильямом Гершелем. Вскоре подобные расхождения, необъяснимые гравитационным воздействием уже известных планет, обнаружились и у Нептуна. Конечно же, сразу возникло предположение, что их «виновником» является еще одно неоткрытое небесное тело. Одним из тех, кто обратил на это внимание, был известный французский популяризатор астрономии Камиль Фламмарион (Camille Nicolas Flammarion), который, исходя из особенностей движения трех комет, допустил возможность существования еще одной планеты, расположенной от Солнца в 43 раза дальше, чем Земля, и совершающей один оборот по своей орбите за 330 лет.

Как ни странно, астрономы древности не относили к планетам нашу Землю - она приобрела этот статус только после утверждения гелиоцентрической картины мира. Тогда же из числа планет «вычеркнули» Солнце и Луну.
КАРЛИКОВЫЕ ПЛАНЕТЫ

    Серьезно занялся поисками этого гипотетического объекта Персиваль Лоуэлл (Percival Lowell) - американский математик и бизнесмен, посвятивший себя астрономии. В 1894 г. он основал возле города Флагстафф (штат Аризона) обсерваторию, предназначенную для планетных наблюдений и позже названную его именем.
    В 1915 г. Лоуэлл опубликовал «Трактат про транснептуновую планету», где подвел итоги развернутых в 1905 г. поисков «планеты X». Правда, до ее открытия он не дожил. Оно произошло после того, как в начале 1929 г. на Лоуэлловской обсерватории был установлен 33-сантиметровый рефрактор. 18 февраля 1930 г. на фотографиях, сделанных с помощью этого инструмента, молодой стажер Клайд Томбо (Clyde Tombaugh) рассмотрел слабое пятнышко, перемещавшееся среди звезд созвездия Близнецов. Малая скорость движения однозначно свидетельствовала о необычно большом расстоянии до объекта наблюдений.
    Новое небесное тело сразу «зачислили» в планеты. Своим желтоватым цветом оно заметно отличалось от голубоватого Нептуна. В честь древнеримского бога тьмы, умеющего становиться невидимым (аналога древнегреческого Аида), его назвали Плутоном. Его символическим обозначением стала монограмма, составленная из латинских букв Р и L - инициалов Персиваля Лоуэлла. И лишь почти полвека спустя, когда появилась возможность определить массу «девятой планеты», астрономы осознали, что она слишком мала для того, чтобы производить наблюдаемые возмущения в орбитальных движениях других тел Солнечной системы: даже «в сумме» со всеми известными спутниками Плутон весит вчетверо меньше Луны. По сути дела, он чисто случайно оказался вблизи одного из предвычисленных положений. Впоследствии стало ясно, что этот объект, скорее всего, является одним из крупнейших представителей пояса Койпера - скопления крупных ледяных кометоподобных тел за нептунианской орбитой, а обнаруженные гравитационные возмущения, которые испытывает Нептун, связаны с неравномерностями распределения материи в этом поясе.
    Орбитальные параметры Плутона сильно «выбиваются» из характерных для планет: он движется по вытянутому эллипсу с большой полуосью 39,439 а.е. и значительным эксцентриситетом (0,248), благодаря чему иногда подходит к Солнцу ближе, чем Нептун. Последнее подобное сближение имело место в 1979-1999 гг. Средняя скорость движения карликовой планеты по орбите - 4,7 км/с; период обращения - 247,7 земных лет, наклон орбитальной плоскости к эклиптике - 17,2°.

КАРЛИКОВЫЕ ПЛАНЕТЫ

СПУТНИКИ ПЛУТОНА
Описание
Харон
(134340 Pluto I)
Никта
(134340 Pluto II)
Гидра
(134340 Pluto III)
Цербер
(134340 Pluto VI)
Стикс
(134340 Pluto IV)
Диаметр, км:
1205
35-70
40-85
13-35
10-25
Масса, кг:
1,52*1021
5*1016-2*1018
4,2*1017
?
?
Радиусы орбит, км:
17 535
48 710
64 750
59 000
42 000
Период обращения:
6,387
24,856
38,206
32,1
20,2
Год открытия:
1978
2005
2005
2011
2012
СПУТНИКИ ПЛУТОНА

    В 1978 г. Джеймс Кристи (James Christy) на снимках, полученных на 1,55-метровом телескопе отделения Морской обсерватории США во Флагстаффе, обнаружил асимметричность изображения Плутона, причем положение «выступа» менялось с периодом 6,39 суток, совпадавшим с ранее измеренным периодом колебаний видимого блеска этого небесного тела, что дало основание заявить о наличии у него естественного спутника. Ему присвоили имя «Харон» - в честь перевозчика душ в царство Плутона (Аида) через реку Стикс в греческой мифологии. Спустя 12 лет космический телескоп Hubble6 получил первый снимок, на котором карликовая планета и ее луна были видны раздельно. Впервые удалось измерить расстояние между ними, составившее 19,6 тыс. км, и достаточно точно оценить массу обоих тел. У Плутона она оказалась равна 1,31*1022 кг, у Харона - почти в 9 раз меньше. Плоскость, в которой они обращаются вокруг общего центра масс, наклонена к плоскости плутонианской орбиты почти на 120° - фактически их вращение противоположно направлению орбитального движения. Интересно, что оба небесных тела постоянно повернуты друг к другу одной стороной. На момент открытия это была единственная подобная «двойная планета» Солнечной системы (сейчас известны и другие - правда, меньших размеров).
    Самые последние оценки радиуса Плутона дают значение 1153±10 км. Его средняя плотность немного превышает 2 грамма на кубический сантиметр - вероятно, он состоит в основном из водяного льда и скальных обломков, подобно большинству спутников планет-гигантов. С 1985 по 1990 г. в системе «Плутон-Харон» состоялась серия взаимных затмений, в ходе которой было сделано множество измерений их суммарного блеска, позволивших составить примерную карту «смотрящих» друг на друга полушарий этих объектов. Полную карту их поверхности ученые построили с использованием данных телескопа Hubble. На ней четко виден снежный покров окрестностей северного полюса карликовой планеты, а также заметны обширные светлые и темные области в средних широтах.
    Радиус Харона с неплохой точностью (603±1,5 км) был определен в 2005 г. во время покрытия им далекой звезды 15-й величины, наблюдавшегося в Южной Америке. В том же году на снимках обсерватории Hubble группа ученых под руководством Алана Штерна из Юго-западного исследовательского института (Alan Stern, Southwest Research Institute, Boulder, Colorado) нашла еще два небольших спутника Плутона - им предварительно присвоили индексы S/2005 Р1 и S/2005 Р2. Согласно решению IAU, они получили мифологические имена Никта (Nix) и Гидра (Hydra). Их блеск оказался примерно в 5 тыс. раз слабее, чем у центрального тела - около 23m. Это значение, в зависимости от принятого альбедо (отражательной способности поверхности), соответствует их размерам в пределах 35-85 км. Выбор названий новых лун не случаен: Плутон - это имя «ответственного» за подземный мир римского бога, а Гидра и Никта, хоть и фигурируют в древнегреческой мифологии, также связаны с потусторонним миром. Первая до убийства Гераклом охраняла вход в подземное царство, вторая была богиней тьмы и ночи, которая там обитала. Символично, что первые буквы названий новых спутников «Н» и «Г» совпадают с первыми буквами названия космического аппарата «Новые горизонты» (New Horizons), стартовавшего к Плутону 19 января 2006 г. Поскольку имя «Никта» уже использовалось в системе астрономических наименований, решено было изменить одну букву в англоязычной транскрипции имени богини «Nyx».
    Сообщения об открытии следующих двух спутников были сделаны 20 июля 2011 г. и 11 июля 2012 г. группой Марка Шуолтера (Mark Showalter) из Института SETI. Их размер не превышает 35 км. Все эти малые плутонианские луны движутся в той же плоскости, в которой вращаются друг вокруг друга Плутон и Харон. Это, в свою очередь, может указывать на их образование при столкновении Плутона с другим «обитателем» пояса Койпера, состоявшемся, по некоторым данным, порядка 4 млрд. лет назад.
    Всего, согласно современным оценкам, около 20% койпероидов имеют луны. Факт ударного происхождения спутников Плутона вынуждает пересмотреть оценки частоты столкновений, а значит, и количества находящихся на периферии Солнечной системы ледяных тел (в настоящее время предполагается, что их там свыше 400 тыс.). Не исключено также существование у подобных объектов еще и колец - «уменьшенных копий» знаменитых колец Сатурна, состоящих из мелких осколков вещества, выброшенного при ударах. Возможно, такие кольца имеет и Плутон, однако пока их поиски ни к чему не привели.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛУТОНА

    Уже первые фотоэлектрические измерения блеска Плутона в системе UBV-фильтров выявили его периодические изменения. Показатели цвета оказались равны 0,79m (B-V) и 0,26т (U-B). Дальнейшие исследования не только подтвердили ранее полученные результаты, но и позволили обнаружить зависимость цвета и яркости от долготы центрального меридиана. Кроме того, выяснилось, что амплитуда изменений звездной величины в разные периоды наблюдений была различной, а вот средний показатель цвета почти не менялся (B-V=0,82±0,03m).
    Если зависимость блеска от долготы обусловлена неравномерным распределением по поверхности деталей с разными отражательными свойствами, то упомянутые долговременные изменения асимметрией расположения полярных шапок, ориентация которых относительно направления на Землю меняется в ходе орбитального движения карликовой планеты.

    Первая карта поверхности Плутона, составленная путем компьютерного сложения и обработки снимков, которые были получены Камерой слабых объектов (F0C) - одним из приборов Европейского космического агентства на борту телескопа Hubble. Съемка производилась в конце июня - начале июля 1994 г. Благодаря тому, что Земля в то время находилась недалеко от плоскости плутонианского экватора, удалось картографировать почти всю поверхность карликовой планеты (85% - с максимальным возможным разрешением). На карте хорошо видно, что Плутон, как и предполагалось по данным более ранних наземных наблюдений, имеет темный экваториальный пояс и светлые полярные шапки. Вариации яркости, предположительно, связаны с наличием обширных низменных бассейнов и сравнительно молодых ударных кратеров, а также с распределением метанового инея, меняющимся в зависимости от сезона. Названия для самых больших регионов, имеющих сравнительно однородную поверхностную яркость, пока не утверждены.
    Скорее всего, регионы на поверхности Плутона еще более контрастны и имеют их четкие границы, но разрешения телескопа Hubble недостаточно для того, чтобы рассмотреть более тонкие детали: на его фотографиях они сливаются, а резкие переходы яркости - размываются. Черная полоса в нижней части изображения соответствует окрестностям южного полюса карликовой планеты, во время съемки не освещавшихся Солнцем и не видимых с Земли.
КАРЛИКОВЫЕ ПЛАНЕТЫ

    Существует мнение, что период вековых изменений должен быть равен 124 годам - половине плутонианского орбитального периода. Поскольку Плутон сравнительно недавно прошел перигелий (в октябре 1989 г.) и до сих пор подвергается усиленному нагреву солнечными лучами, по мнению ученых, он вскоре начнет остывать, что вызовет конденсацию метана и азота - главных компонентов атмосферы карликовой планеты. Поэтому ее наблюдения в этот период особенно важны. По существующим картам отражательной способности поверхностного слоя были смоделированы кривые блеска системы «Плутон-Харон» на период до 2029 г., и теперь анализируются расхождения реальных значений с прогнозами.
    Очень информативным методом исследований стала фотометрия в инфракрасном диапазоне. Она показала, в частности, что поверхностный слой Плутона покрыт метановым инеем. Поскольку замерзший метан (СН4) сравнительно быстро темнеет под действием солнечного излучения и космических лучей, это может свидетельствовать о его постоянном обновлении за счет сублимации и конденсации летучих веществ, содержащихся в атмосфере. Дальнейшие наблюдения в широком спектральном интервале позволили выявить наличие азота N2, угарного газа СО и газообразного метана.
    Кроме того, велись поиски других возможных составляющих атмосферы, для чего были рассчитаны синтетические спектры с учетом линий поглощения более сложных углеводородов в присутствии метана. Существуют оценки, согласно которым с момента образования системы «Плутон-Харон» с поверхности Плутона мог испариться слой твердого азота толщиной свыше полукилометра.
    Во время затмений в системе карликовой планеты удалось зарегистрировать различия альбедо Плутона и Харона в разных спектральных линиях, что можно объяснить отсутствием заметной газовой оболочки у менее массивного Харона.

АТМОСФЕРА ПЛУТОНА

    В среднем Плутон находится приблизительно в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля, поэтому его средняя температура составляет -45 К (-228°С). В «зимнем» полушарии в афелии она может опуститься до 33 К, а в «летнем» в перигелии в полдень - подняться до 55 К. При таких условиях в газообразном состоянии постоянно находятся только гелий и неон, а такие «привычные» компоненты планетных атмосфер, как углекислый газ и аммиак, наоборот, всегда остаются твердыми. На очень низкие температуры указывают данные, полученные спутником IRAS, и радиоастрономические наблюдения на волне 1,2 мм - их результаты соответствуют значениям порядка 39±4 К. Атмосферное давление у поверхности должно быть как минимум в сотню раз меньше, чем на Земле на уровне моря.
    Принципиально новые данные об атмосфере Плутона были получены 9 июня 1988 г. при наблюдениях покрытия им звезды с помощью оборудованного скоростным ПЗС-фотометром 90-сантиметрового телескопа им. Койпера, установленного на специальном самолете. Лучше всего результаты наблюдений согласуются с двухслойной моделью атмосферы, имеющей сильно поглощающий нижний слой, простирающийся до высоты 46 км, над которым находится практически прозрачная чисто метановая атмосфера.
    Вероятнее всего, на протяжении плу-тонианского года газовая оболочка карликовой планеты - главным образом ее метановая составляющая - претерпевает заметные изменения. Это и способствовало ее обнаружению при покрытиях звезд в 1980-е годы. Расчеты в модели изотермической верхней атмосферы показали, что ее давление с 1988 по 2002 г. выросло вдвое, а в 2002-2007 гг. произошла стабилизация. На высотах менее 60 км отмечается сильный рост поглощения, объясняемый наличием стратосферного тумана.
    По анализу эффектов, сопровождающих покрытия звезд, удалось оценить градиент температуры в стратосфере (3-15 К/км). Для согласования температуры тропосферы со спектральными оценками была предложена модель, в рамках которой источник метана расположен на поверхности, а значительная доля газообразного метана содержится в верхней атмосфере. Тогда максимальное значение высоты тропосферы не превышает 17 км, а максимальная оценка давления у поверхности - 24 микробара (2,4 Па). С учетом всех погрешностей атмосферное давление на Плутоне в 2008 г. должно было быть в пределах 6,5-24 микробар.

Авторы: Анатолий Видьмаченко Доктор физ.-мат. наук, заведующий отделом физики планетных систем Главной астрономической обсерватории НАН Украины, Киев и Владимир Манько

Купить телескоп в магазине http://telescopes.ru/
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru