Затерянный мир: Плутон и Харон
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Плутон и Харон
 Исследователи
Плутон и Харон
New Horizons видит Плутон

    Закончился второй год полета американского КА New Horizons по трассе Земля - Юпитер - Плутон. New Horizons стартовал 19 января 2006 г. и 28 февраля 2007 г. совершил гравитационный маневр у Юпитера с выходом на траекторию пролета Плутона. К 31 января 2008 г. станция удалилась от Солнца на 8.79 а.е., или на 1314.6 млн км; ее гелиоцентрическая скорость составляла 18.940 км/с. В июне 2008 г. аппарат пересечет орбиту Сатурна.

Юпитер: итоги

    Первые результаты попутных исследований системы Юпитера были приведены ранее тут, тут и тут, хотя работа научных приборов продолжалась вплоть до 21 июня 2007 г., когда станция удалилась на 1.25 а.е. от Юпитера. Продолжительные наблюдения на отлете были связаны с исключительно удачной траекторией КА, лежащей в пределах хвоста магнитосферы планеты. Семь предыдущих АМС, исследовавших Юпитер, такой возможности не имели. Лишь в последний месяц измерений New Horizons несколько раз выходил из хвоста в невозмущенную межпланетную среду и входил обратно.
    За период с марта по июнь 2007 г. дважды отключался анализатор солнечного ветра SWAP, и хотя его оба раза удалось вернуть в работу, решено было изготовить наземный аналог прибора и исследовать причины сбоев.
    Параллельно с этими измерениями шла передача данных, записанных во время пролета - с 24 февраля по 7 марта. Она завершилась в последних числах мая, когда Земля приняла последние пакеты из 36 Гбит сохраненной в бортовых записывающих устройствах информации.

Ио глазами New Horizons: слева кадр камеры LORRI в видимом свете и ближнем УФ, справа вверху - цветное изображение камеры MVIC, справа внизу - инфракрасный снимок LEISA. Все три сделаны 1 марта 2007 г. в 00:35,00:25 и 00:31 соответственно. В верхней части диска Ио - вулкан Тваштар
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    В общей сложности с января по июнь инструменты New Horizons провели более 700 отдельных наблюдений, для чего было выдано более 40000 команд. Между прочим, это вдвое больше, чем планируется у Плутона. «Данные лучше и богаче, чем мы ожидали, - заявил руководитель проекта Алан Стерн (S. Alan Stern). - Система Юпитера замечательна, и New Horizons отлично провел наблюдения. Наша команда не могла быть счастливее».
    В октябре первый комплект архивных данных - 54 Гбайт в 13000 файлах со всей необходимой служебной информацией - был сдан на хранение в Систему планетных данных PDS (Planetary Data System). Тогда же серия из девяти статей в специальном номере Science за 12 октября подвела итоги седьмого в истории космонавтики пролета Юпитера.
    Станция New Horizons впервые отсняла в деталях Малое Красное пятно - копию знаменитого Большого пятна, сформировавшуюся в конце 1990-х при слиянии трех меньших по размеру атмосферных штормов. В 2005 г., примерно за год до пролета New Horizons, оно начало краснеть. Сейчас Малое пятно примерно в два раза меньше Большого и имеет диаметр, составляющий около 70% земного. Его размер сократился по сравнению с моментом образования, а ветры усилились и уже сравнимы с ветрами в Большом Красном пятне.

Малое Красное пятно. Комбинированный снимок: основа - черно-белые кадры LORRI, сделанные 27 февраля 2007 г. в 03:12 UTC, цвет - камера WF/PC-2 Космического телескопа имени Хаббла
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    Опять-таки впервые с помощью камеры LORRI New Horizons сумел пронаблюдать разряды молний в полярных областях Юпитера вплоть до 80°с.ш. и 74°ю.ш.; ранее они наблюдались лишь вблизи экватора. Грозовая активность питается теплом, проникающим через облака водяного пара, и равномерное распределение гроз по всей поверхности планеты говорит о том, что «двигателем» конвекции является внутреннее тепло Юпитера. Ночные полярные сияния оказались не столь частыми, как ожидалось.

Полярные молнии на Юпитере. Каждая вспышка на фото, вероятно, совокупность нескольких разрядов. Это первые молнии зарегистрированные в высоких широтах Юпитера.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    New Horizons выявил уменьшение толщины облачного слоя по сравнению с данными Cassini, особенно к югу от экватора и в турбулентном следе Большого Красного пятна. ИК-спектрометр LEISA обнаружил и отследил подъем облаков аммиачного льда из нижних слоев атмосферы Юпитера.

Амиачные облака на Юпитере. Ученые предполагают, что облака на нижних слоях Юпитера полностью состоят из амиака, но только примерно 1% видимых облаков имеет характерную спектральную составляющую амиака. Данное изображение показывает подъем амиачного облака и его эволюцию в течение двух дней Юпитера.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    С помощью LORRI и мультиспектральной камеры MVIC проведены измерения длины (около 300 км) и скорости атмосферных волн, которые свидетельствуют о штормовой активности во внутренних слоях атмосферы. Ученые озадачены тем фактом, что фазовая скорость этих волн на 100 м/с выше, чем средняя скорость ветра в том же районе.

Атмосферные волны в экваториальной области Юпитера. Волны этого типа часто наблюдаются на Земле. Например, они могут быть вызваны, когда потоки воздуха проходят через горы. В нашем случае на Юпитере нет гор. Источник этих волн лежит глубоко в атмосфере Юпитера, ниже уровня видимых облачных слоев, на глубинах где давление в 10 раз превышает давление на поверхности Земли.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    Станция засняла в подробностях динамику колец Юпитера, которой управляют маленькие спутники-«пастухи» Метис и Адрастея. Съемка выявила в кольцах дуги и скопления пыли, природа которых пока остается неясной. Среди выдвинутых предположений - недавнее столкновение небольшого объекта с кольцами и резонансные явления, связанные со спутником Метис.

Луны-"пастухи" и кольца Юпитера
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    В пределах колец не удалось найти новых малых тел размером более 1 км, что странно, если считать, что кольца являются обломками подобных малых спутников.

Кольца Юпитера на снимках LORRI. Верхний кадр - кольца на подлете, нижний - на отлете
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    «Мы видим, что кольца могут быстро эволюционировать, так что изменения происходят в течение нескольких недель или месяцев, - говорит руководитель научной группы по пролету Юпитера Джеффри Мур (Jeffrey М. Moore) из Исследовательского центра имени Эймса NASA. - Мы уже видели подобные явления в кольцах Сатурна».
    Из крупнейших спутников планеты наибольшее внимание было уделено активной вулканической Ио. Аппарат обнаружил 11 выбросов, из которых три наблюдались впервые. Самой крупной оказалась «шапка» извержения вулкана Тваштар высотой в 320-360 км над поверхностью спутника и шириной до 1000 км. В 1999-2000 гг. он уже был активен, затем четыре года «отдыхал», а современное извержение регистрировалось наземными средствами в апреле-мае 2006 г. и в январе-мае 2007 г. New Horizons впервые увидел извержение Тваштара 14 февраля, зафиксировал динамику явления и дал основания говорить о конденсации вещества в процессе выброса.

Европа (слева) и Ио, 2 марта 2007 г. Это монтаж из двух кадров: основой послужил черно-белый снимок камеры LORRI, сделанный в 10:23 UTC, а цвет был добавлен на основании снимка камеры MVIC в 10:34 UTC. Ио находился в 4.6 млн км от New Horizons, а Европа - в 3.8 млн км. Ночная сторона Ио подсвечена Юпитером, ночная сторона Европы смотрит в сторону от планеты
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    В инфракрасном диапазоне New Horizons удалось найти по крайней мере 36 «горячих точек» вулканической активности и заснять пятна горячей лавы. Температура ее оценена в 1014°С у Тваштара, 1027° у Пеле и 1062° у Гирру, что говорит о базальтовом составе. На поверхности Ио было зафиксировано более 20 изменений по сравнению с последними наблюдениями Galileo (2001 г.). К примеру, новые лавовые поля и отложения зарегистрированы вблизи вулканов Лерна и Масуби.

Изменения на поверхности Ио с 2001 г. Желтые овалы показывают районы нового и уснувшего вулканизма, а также новые отложения выброшенных веществ. Зеленые круги отмечают новые лавовые поля. Синими ромбами отмечены активные вулканические выбросы, а оранжевые шестиугольники - это активные точки, найденные LEISA в ИК-диапазоне
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    В тени Юпитера камеры New Horizons выявили газовые облака над десятками темных вулканических центров Ио. Эти облака, которые светятся под действием плазменной бомбардировки в районах вблизи линии Юпитер - Ио, возможно, подпитывают слабую атмосферу спутника.

Газовые облака над Ио
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    На отлете приборы SWAP и PEPSSI выявили в хвосте магнитосферы Юпитера медленно движущиеся плотные облака («плазмоиды»), состоящие из многих тонн ионизированного материала Ио. Кроме того, на расстояниях вплоть до 1500 радиусов планеты в потоках заряженных частиц выявлена 10-часовая периодичность, соответствующая вращению Юпитера.

Газовые облака над Ио
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    Наблюдая потоки заряженных частиц в широком диапазоне энергий и пространственных масштабов, ученые групп Дэвида МакКомаса (David J. McComas) и Ральфа МакНатта (Ralph L. McNutt) проследили, как нейтральные атомы серы ионизируются, захватываются и ускоряются магнитным полем Юпитера и уходят в межпланетное пространство - по полтонны в секунду! Физики делают вывод, что динамика магнитосферы Юпитера определяется постоянным притоком материала Ио и быстрым вращением планеты, в то время как на Земле ею управляет солнечный ветер.

Атмосфера Ио - приток плазмы к Юпитеру
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    На Европе КА пронаблюдал таинственные кольцевые троги в ледяной коре спутника, впервые обнаруженные станцией Galileo. По их распределению, размерам и глубине ученые рассчитывают уточнить толщину слоя льда, под которым находится глобальный океан Европы. Получены указания на то, что неледяные компоненты на поверхности Европы принесены извне - вероятно, это материал с Ио. Удалось также закрыть большие пробелы в карте состава поверхности Ганимеда на полушарии, обращенном к планете.

Монтаж: 4 главных спутника Юпитера с борта New Horizons (Ио, Европа, Ганимед, Калисто)
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    В общем, отчасти из-за удачной геометрии наблюдений, отчасти благодаря хорошей радиолинии новый аппарат получил с относительно большой дистанции новые данные, которые Galileo не смог добыть в течение пяти лет.

Спячка

    Утром 27 июня по командам с Земли станцию New Horizons погрузили «в сон»: аппарат стабилизировали вращением, резервные блоки, система навигации и управления были отключены, как и большая часть научных приборов. Бортовой компьютер КА следил за состоянием станции и раз в двое суток формировал для Земли тоновый сигнал, передаваемый через малонаправленную антенну среднего усиления: «зеленый», если все в норме, или один из семи «красных», если станция нуждается в помощи. На всякий случай два раза в неделю снималась и телеметрия.
    Первый короткий (пятисуточный) тест «анабиоза» провели в апреле 2007 г.; после него были внесены определенные уточнения и дополнения в ПО автономного режима работы и защиты от сбоев. Перед уходом в «спячку» были также проверены запасные гироприборы и клапаны в системе ориентации, которые могут потребоваться аппарату при самостоятельной борьбе с нештатными ситуациями.
    «Сон» является штатным режимом во время перелета New Horizons к Плутону. Отключение систем в течение 75% всего времени полета продлевает их ресурс, а отсутствие регулярных радиосеансов разгружает станции Сети дальней связи DSN и снижает расходы на управление.

Прощальный монтаж "Юпитер и Ио"
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    Впрочем, и второй «сон» станции продлился недолго: уже 12 июля Земля «пробудила» аппарат для того, чтобы открыть крышку бокового входа УФ-спектрометра Alice. Операция прошла успешно, и после нее спектрометр провел наблюдения звезды Беллатрикс.
    Так называемый «вход затменного Солнца» SOCC представлял собой очень узкое отверстие, уменьшающее интенсивность солнечных лучей в 6000 раз. Через него можно будет пронаблюдать заход Солнца за Плутон без «ослепления» детектора и тем самым определить плотность и состав атмосферы этой карликовой планеты. Крышка SOCC была открыта последней, так как до этого момента аппарат находился слишком близко к Солнцу и в неблагоприятной ориентации.
    Кроме того, за время июльского «бодрствования» установили обновленное ПО УФ-спектрометра Alice и провели испытания прибора, сделали тест датчика SWAP, считали данные из памяти студенческого пылевого датчика SDC и проверили алгоритмы сжатия данных.
    21 июля New Horizons вновь перевели в «спящий» режим сроком до 16 августа. Однако 4 августа станция выдала аварийный сигнал Red2, свидетельствующий о перезагрузке основного компьютера системы команд и обработки данных C&DH-1. 6 августа он был замечен, в течение трех дней группа управления разобралась в проблеме, вернула КА в норму и 10 августа погрузила в сон еще раз.

Годовой техосмотр

    16 августа 2007 начался первый из ежегодных циклов проверки КА New Horizons и его приборов АСО-1 (Annual Checkout), насчитывающий в общей сложности более 500 операций. По некоторым приборам и подсистемам были проведены заключительные испытания и закончена их приемка, другие тестировались в рабочем порядке. Очередные поправки были внесены в ПО для защиты от сбоев.
    Полученные данные позволили провести повторную калибровку приборов, а станция была в первый раз опробована в полной пролетной конфигурации. Не включали лишь SWAP - сначала нужно проверить его работу на наземном аналоге.
    Научные наблюдения в этот период включали измерения энергичных частиц между Юпитером и Сатурном спектрометром PEPSSI, съемку Урана, Нептуна и Плутона камерами Ralph и LORRI для получения кривых блеска и регистрацию частиц межпланетной пыли.
    6 октября в 12:50 UTC с расстояния 24 а.е. (3.6 млрд км) был проведен первый сеанс съемки Плутона с помощью камеры LORRI в режиме высокого разрешения. В течение месяца состоялись еще два таких сеанса.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    В режиме низкого разрешения LORRI смог заметить Плутон еще в сентябре 2006 г., но на этот раз разрешение было вчетверо выше, а экспозиция доведена до 0.967 сек за счет использования специального режима ориентации. Никаких деталей поверхности планеты пока увидеть невозможно - она видна в виде точки, однако уже сейчас заметна переменность блеска Плутона, известная по наблюдениям земных обсерваторий и Космического телескопа имени Хаббла. LORRI сможет разрешить Плутон и Харон где-то летом 2010 г., а детали диска Плутона можно будет увидеть лишь к лету 2014 г.
    После пяти недель тщательных измерений параметров гиперболической орбиты станции New Horizons 25 сентября в 19:00 UTC по бортовому времени КА (и в 20:04 по времени приема сигнала на Земле) состоялась четвертая за время полета и первая с марта 2006 г. коррекция. Двигатели КА проработали 15 мин 37 сек и изменили его скорость на 2.37 м/с. Навигаторы утверждают, что теперь станция идет точно по расчетной траектории и что больше коррекций не потребуется в течение 3-6 лет. До маневра промах у Плутона оценивался в 500000 км; после коррекции аппарат должен пройти от планеты не далее, чем обращаются ее спутники.
    Цикл АСO-1 не обошелся без проблем. В начале октября, выполняя переданную на борт программу, аппарат наткнулся на малозаметную ошибку и сбился с графика. Операторы быстро выявили проблему и знают теперь, что надо изменить. Второй сбой имел место 12 ноября, когда из-за попадания энергичной частицы произошел сбой главного компьютера - четвертый с начала полета. Как и в предыдущих случаях, бортовые средства автономной работы выполнили свою задачу и смогли вернуть аппарат к норме.
    На 16 ноября планировалось вновь погрузить New Horizons «в сон». Однако именно в этот день главный компьютер неожиданно ушел в перезагрузку из-за сбоя по питанию. Чтобы выявить причину неисправности и найти способы борьбы с ней, было решено оставить КА в активном режиме и проверять его состояние 3-4 раза в неделю.
    С 11 по 17 декабря New Horizons проходил за Солнцем, и связь с ним была невозможна. После выхода из соединения операторы подкорректировали направление оси вращения КА, чтобы остронаправленная антенна смотрела на Землю, и сняли данные счетчика пыли SDC.
    Погружение аппарат «в сон» планируется на 21 февраля 2008 г., и это будет глубокий сон: сигнал радиомаяка планируется принимать раз в неделю, а телеметрию снимать раз в месяц. В мае 2008 г. New Horizons будет выведен из спячки примерно на неделю, чтобы перенацелить остронаправленную антенну на Землю. На эти дни планируется также некоторое количество научных измерений, которые не удалось провести в августе - ноябре 2007 г.
    После этого станция вновь «заснет» и будет «разбужена» в сентябре для второго цикла проверки систем и приборов. В его ходе будет внесено около десятка изменений в бортовое ПО компьютеров систем навигации и управления и команд и обработки данных по итогам пролета Юпитера. (Такие проверки будут проводиться и далее, занимая примерно два месяца каждый год.) Цикл АСO-2 завершится в начале ноября, а в декабре станция ненадолго «проснется» для очередной коррекции оси вращения.
Автор: И. ЛИСОВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"


Криовулканизм на Хароне?

    Крупный спутник Харон интересует ученых едва ли не меньше, чем сам Плутон. Дело в том, что спектрометрические исследования на крупнейших наземных обсерваториях (Мауна-Кеа, телескоп Gemini North имени Фредерика Джиллетта, система адаптивной оптики ALTAIR и инфракрасный регистрирующий инструмент NIRI) указывают на наличие на поверхности Харона пятен из гидратов аммония и кристаллического льда.
    Это не может быть первичный лед, оставшийся со времен формирования Солнечной системы - он перешел бы в аморфную фазу в течение нескольких десятков тысяч лет из-за УФ-излучения и бомбардировки космическими лучами. Следовательно, кристаллический лед постоянно обновляется. Наиболее вероятный его источник - это криовулканизм, поступление жидкой воды (и гидратов аммония) через трещины в ледяной коре Харона или выброс ее через гейзеры. Расчеты показывают, что этот механизм способен покрыть всю поверхность Харона слоем в 1 мм всего за 100000 лет.
    Криовулканизм достоверно установлен для нескольких спутников больших планет - Европы, Энцелада и, вероятно, Ариэля. Однако для них имеется мощный источник нагрева - приливное взаимодействие с планетой. Для занептунных астероидов такого источника нет, и тем не менее признаки кристаллического льда найдены не только на Хароне, но и на Кваоаре и Оркусе. Возможно, нагрев происходит за счет естественной радиоактивности, а примесь аммиака существенно снижает температуру замерзания воды, позволяя ей подняться по трещинам в ледяной коре наружу.
    Что ж, поживем - увидим.

2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru