Затерянный мир: Плутон и Харон
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Плутон и Харон
 Исследователи
Плутон и Харон
Новые Горизонты около Плутона

Система Плутона: портрет становится яснее


    Цвет поверхности и состав

    На подлете к Плутону, когда фазовый угол был близок к 15°, отмечались чрезвычайно большие вариации отражающей способности поверхности - от 0.1 в темных экваториальных районах до 0.7 в Области Томбо и на северной полярной шапке. Более сильный разброс известен лишь для спутника Сатурна Япета.
    Цветная съемка подлетного полушария через три широкополосных фильтра (400-550, 540-700 и 780-975 нм) с пространственным разрешением 5 и 28 км показала впечатляющие различия. Так, казавшаяся единым целым светлая Область Томбо разделилась по цвету на два блока. Восточная, более пересеченная, половина представляется более тонкой и кажется более красной. Ее материал мог быть перенесен тем или иным способом с Равнины Спутника. Темные экваториальные области (например, Ктулху и Крун) являются особенно красными в видимом свете и граничат с более яркой областью (в частности, с Землей Викинг) севернее. На более высоких широтах последняя переходит в область с синеватым оттенком. Обнаружено, что эта часть поверхности становится ярче при большей высоте Солнца, в то время как другие не проявляют столь сильной зависимости. Исследователи связывают такое фотометрическое поведение с сезонной сублимацией льда. Далее, особенно к северу от 60° с.ш., «синий» горизонт перемежается с более красным. Границы между этими двумя цветовыми блоками не коррелируют с геоморфологией и могут быть связаны с переносом летучих веществ.

Цветное синтезированное изображение Плутона с разрешением 1.3 км на основе снимков камеры MVIC прибора Ralph в синей, красной и инфракрасной полосе
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Цвета поверхности Плутона соответствуют толинам - органическим соединениям, которые легко образуются под воздействием ультрафиолета или при бомбардировке заряженными частицами из смеси азота и метана и даже в небольших концентрациях дают цвета от желтого до темно-красного. Исходные вещества присутствуют как в атмосфере, так и на поверхности Плутона.

Голубым цветом отмечены районы обнажений водного льда (LEISA). Наибольшая концентрация отмечена вблизи борозды Вирджил к западу от большого кратера Эллиотт (левее центра снимка)
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Из данных прибора Ralph получены пока лишь немногие изображения в ИК-диапазоне с пространственным разрешением 9 км. Представляют интерес снимки в полосах поглощения СН4 (1.66 и 1.79 мкм) и СО (1.58 мкм). Они показывают, что линия поглощения СО, известная по наземным наблюдениям, наиболее сильна в центре Спутника. Метановый лед широко распространен, но глубина поглощения варьирует: в северной полярной шапке и на Равнине Спутник оно значительно, а на темных равнинах почти отсутствует. Резкие контрасты в поглощении СН4 коррелируют с геологическими элементами вдоль западного края Спутника: в окружающей горной местности оно намного слабее.

Инструмент Ralph на борту аппарата Новые Горизонты выявил обилие метанового льда, но он распределен поразительно неравномерно на поверхности Плутона. По полученным спектрам видно, что на северной полярной шапке метановый лед присутствует в залежах азотного льда, в то время как на экваторе замечены области, где концентрация метанового льда значительно выше.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Состав, распространенность и уникальные свойства льдов Равнины Спутника позволяют думать, что этот регион может быть крупным резервуаром летучих льдов. Не исключено, что он является их источником, будучи связан с более глубокими слоями, или, наоборот, основным поглотителем летучих веществ со всей поверхности Плутона; не исключено и сочетание обоих вариантов. Пока не ясно, преобладают там глубинные или поверхностные процессы, но в любом случае они должны восполнять потерю N2 и других летучих веществ из атмосферы Плутона.

Снимок Плутона с максимальным разрешением 0.25 км охватывает часть Равнины Спутник и примыкающий к ней с запада горный район
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА


    Атмосфера

    Зондирование атмосферы Плутона в эксперименте REX проводилось вплоть до его поверхности, обеспечив первое прямое измерение профиля температуры и давления в нижней атмосфере. У поверхности, по предварительным данным, давление близко к 10 микробар; это меньше, чем ожидалось из экстраполяции данных наземных измерений затмений звезд Плутоном. В настоящее время не ясно, отражает ли это реальное недавнее уменьшение массы атмосферы (что не соответствует выявленной по наземным наблюдениям тенденции к росту давления) или просто неопределенность во взаимной калибровке двух типов измерений. Радиопросвечивание показало также наличие пологого тропосферного пограничного слоя в соответствии с последними предсказаниями.

Новые Горизонты обнаружил у Плутона гигантскую атмосферу, однако не нашел признаков магнитосферы. Толщина атмосферы Плутона превышает 1000 миль (1,6 тыс. километров). В ее верхних слоях преобладает молекулярный азот, в низких — метан и более сложные углеводороды. Информацию получили примерно через час после максимально сближения с Плутоном. В этот момент аппарат находился в тени карликовой планеты, а его спектрограф фиксировал изменение поглощения ультрафиолетового излучения молекулярным азотом в зависимости от освещенности Солнцем атмосферы Плутона. Было обнаружено, что из двух моделей атмосферы - турбулентной и спокойной, скорее всего, действительности соответствует вторая. Полученные данные свидетельствуют, что скорость ветра у поверхности Плутона — 1-2 метра в секунду.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Отлетные снимки с большим фазовым углом выявили дымку во всей атмосфере планеты, простирающуюся примерно до 150 км над поверхностью с приведенной нормальной оптической глубиной около 0.004. Такая высота дымки предполагает механизм формирования с участием ионно-молекулярных реакций или метеоритной пыли. У дымки выявлена вертикальная структура, в том числе возможные слои или волны вблизи 50 и 80 км высоты, которые могут быть гидродинамическими гравитационными волнами.

Слой дымки вокруг Плутона имеет синий оттенок (по данным с камеры Ralph/MVIC). Высотная дымка на этой карликовой планете по своей природе является аналогом дымки, которая наблюдается на спутнике Сатурна Титане. Причиной образования дымки на обоих телах является солнечный свет, который инициирует химическую реакцию с участием азота и метана, что приводит к образованию относительно небольших частиц сажи, называемых толинами (тяжелых углеводородов, из углерода, водорода и азота).
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Из данных по заходу Солнца за Плутон в ультрафиолетовом диапазоне получены пока лишь отсчеты, но не спектры. Имеющиеся данные указывают на поглощение N2 от высоты 1670 км и ниже, СН4 - ниже 960 км, углеводородами С2Н4 - ниже 420 км и дымку ниже 150 км. Линии поглощения при заходе Солнца за Плутон и при восходе на противоположных долготах почти симметричны, что указывает на одинаковую структуру верхней атмосферы над всем Плутоном. Эти данные лучше всего объясняются, если принять долю СН2 в атмосфере в 0.25%. Предыдущая оценка составляла 0.44%, и можно полагать, что атмосфера немного прохладнее, чем ожидалось. По УФ-измерениям выявлены два новых компонента атмосферы: ацетилен С2Н2 и этилен С2Н4, доли которых составляют 3*10-6 и 1*10-6 соответственно. Полученные данные согласуются с теорией относительно неподвижной атмосферы в пределах от 50 до 300 км.

ХАРОН


    Харон: форма и геологические структуры

    По снимкам радиус Харона определен в 60б±3 км, что согласуется с наземными измерениями. Как и Плутон, Харон практически не сплюснут, и полярное сжатие не превышает 1%. На краю диска Харона видны элементы вертикального рельефа высотой более 3 км. Как и в случае Плутона, это означает, что распространенный на Хароне водяной лед, обнаруженный спектроскопически, является коренной породой.

Цветное синтезированное изображение Харона с разрешением 2.9 км на основе снимков камеры MVIC прибора Ralph в синей, красной и инфракрасной полосе. Область Мордор выглядит как рыжая «шапка».
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Картографические данные по Харону пока в основном охватывают его северную часть. Разрешение снимков находится в интервале от 32 км на полушарии, противоположном Плутону (сняты на подлете), до 4 км на полушарии, обращенном к Плутону (сняты при пролете). Два высокодетальных изображения с разрешением 400 м, полученные на момент публикации, показывают сложную геологическую картину, характеризуемую многочисленными яркими и темными пятнами, многочисленными сдвигами и эскарпами, темными криволинейными отметинами. На Хароне найдены как кратерированные, так и гладкие равнины, обширная система сдвигов и грабенов, а также крупная и заметная темная область с центром на северном полюсе.

Харон в течение полного местного дня
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Темное округлое полярное пятно, получившее название Мордор, является наиболее выделяющимся по яркости местом на Хароне. Его внутренняя зона диаметром около 275 км наполовину темнее, чем Харон в среднем. С учетом менее темной внешней зоны Мордор имеет около 450 км в поперечнике и постепенно переходит в более светлые равнины, усеянные кратерами. Внутренняя зона частично ограничена криволинейными отметинами, которые могут быть либо гребнем, либо обнаженным сдвигом. Таким образом, данный элемент поверхности мог быть сформирован как сильным ударом,так и сложным тектоническим процессом, а его субстрат может быть гетерогенным по составу.

Глобальная карта Харона
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

Глобальная карта Харона с неофициальными названиями деталей рельефа
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Плотность кратеров на Хароне различна, что указывает на различия в возрасте поверхности. На детальных снимках видны кратеры как с яркими лучами, так и с выбросом темного материала. Такие вариации альбедо могут объясняться неоднородным составом поверхности, возрастом и/или ударным загрязнением.
    Сеть простирающихся с северо-запада на юго-восток трещин прорезает большую часть полушария, обращенного к Плутону. Самые большие из них - каньоны Макросе и Спокойствия (Serenity) образуют пояс, который простирается в длину по меньшей мере на 1050 км. Каньон Спокойствие выглядит как грабен с двойными стенками, имея ширину 60 км в самом широком месте и несколько километров в глубину. Глубокий трог, обнаруженный на краю диска Харона (координаты 30° с.ш., 80°в.д.), имеет глубину примерно 5 км. Несколько темных изогнутых отметин на полушарии Харона, отснятом с меньшим разрешением, считаются продолжением этой сети трещин.
    Обширная область волнистых равнин находится к югу от экватора на обращенной к Плутону стороне Харона и продолжается на юг в неотснятую часть спутника. Известная площадь этих равнин - по крайней мере 400x1000 км. Эти равнины умеренно кратерированы и пересечены несколькими бороздами шириной в несколько километров. Несколько больших пиков неизвестного происхождения возвышаются на 2-4 км над холмистой равниной и окружены впадинами, напоминающими рвы от 1 до 3 км в глубину. Наиболее крупная из них - гора Кубрика (Kubrick Mons) - имеет размеры 20x25 км в плане от 3 до 4 км в высоту.

Пример впадины с горой в центре на Хароне
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Кратеры выявлены с некоторой долей уверенности лишь на Равнине Вулкана, потому что Солнце в момент съемки стояло низко, да и вообще местность там приподнятая. Плотность кратеров диаметром от 10 км и выше оценена в (3...4)*10-4 км-2.
    Оценка возраста поверхности следует из расчетов частоты столкновений с другими телами пояса Койпера, причем данные о количестве последних с размером свыше 100 км известны по астрономическим наблюдениям, а для более мелких применена экстраполяция с учетом скорости разрушения различных субпопуляций. Для Равнины Вулкана большинство моделей из работы Гринстрита и соавторов дает возраст в 4 млрд лет и больше, что ожидаемо. В то же время модель, основанная на оценке населения пояса Койпера путем анализа звездных покрытий, дает наибольшую плотность малых объектов пояса и потому самую высокую частоту образования кратеров. Она дает для Равнины Вулкана намного меньший возраст - от 100 до 300 миллионов лет.

    Яркость поверхности, цвет и состав

    Панхроматический коэффициент отражения поверхности Харона во время подлета при фазовом угле 15° находился в диапазоне от 0.2 до 0.5, то есть в более ограниченном диапазоне, чем у Плутона. Северная полярная область Харона на снимках мультиспектральной камеры MVIC в составе Ralph имеет отчетливо красный оттенок. Эта красноватая область захватывает наиболее темную часть Мордора, но выходит далеко за его границы. Граница ее нечеткая и слабо коррелирует с геологическими чертами.
    Одна из гипотез, объясняющих красноватую окраску, - захват летучих веществ из атмосферы Плутона на полюсах Харона во время сезонного похолодания, когда температура опускается до 15 К. Из-за интенсивного облучения эти вещества превращаются в более химически сложные, но менее летучие толины, которые могут остаться на полюсе и после того, как его вновь осветят лучи Солнца и температура поднимется до 60 К. Однако не исключается и различие состава Харона с глубиной.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА
    18 октября на 84-м году жизни скончался выдающийся баллистик, автор траекторий большинства межпланетных миссий последних десятилетий Роберт Фаркуар (Robert W. Farquhar).
    Боб Фаркуар родился 12 сентября 1932 г. в Чикаго и там же окончил школу.
    В 1951 г. он пошел в армию, прошел подготовку на парашютиста в 82-й воздушно-десантной дивизии и в 1952 г. в составе 187-го пехотного полка был направлен в Японию и затем в Южную Корею, но принять участие в войне не успел.
    В 1959 г. в Университете Иллинойса он получил степень бакалавра с отличием по авиационной технике, а в 1961 г. в Университете Калифорнии в Лос-Анжелесе - степень магистра. Уже тогда он специализировался на расчетах траекторий космических аппаратов. Фаркуар работал в компании Lockheed Missiles and Space Company и параллельно готовил в Стэнфордском университете докторскую диссертацию по движению в окрестностях точек либрации.
    Защитив ее в 1969 г., он перешел на работу в Центр космических полетов имени Годдарда NASA. Там и в головном офисе агентства в Вашингтоне он трудился до 1990 г. Первые исследования Фаркуара касались концепций исследования Луны после программы Apollo, в частности проекта лунного шаттла. Затем он руководил рядом спутниковых проектов, самым известным из которых стал ISEE-3.
    Запущенный в 1978 г. аппарат для изучения солнечно-земных связей был впервые выведен на придуманную и рассчитанную Фар-куаром гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L1 системы Солнце-Земля. В 1981 г. Роберт и его давний сотрудник Дэвид Данхэм рассчитали хитрую серию гравитационных маневров у Луны, позволившую перевести КА на траекторию межпланетного полета к комете Джакобини-Циннера, и 11 сентября 1985 г. ISEE-3 стал первым земным аппаратом, встретившимся с кометой. (Спустя29 лет, в2014 г., с благословления Фаркуара и пользуясь его баллистическими расчетами, группа энтузиастов попыталась взять ISEE-3 под контроль и вернуть в исходную точку L1, но отказ двигательной установки не позволил это сделать.)
    В 1990-2006 гг. Фаркуар работал в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Здесь он возглавил в качестве руководителя полета первый проект программы Discovery. Запущенный в 1996 г. аппарат NEAR успешно сблизился с астероидом Эрос и впервые в истории проводил длительные исследования с орбиты, закончив полет незапланированной успешной посадкой на астероид. Фаркуар рассчитал траекторию последовательного полета к трем кометам, положенную в основу проекта CONTOUR; к сожалению, аппарат погиб при взрыве твердотопливного двигателя, предназначенного для отлета от Земли. Велик был вклад Роберта и в баллистическое проектирование и обеспечение полета КА Messenger к Меркурию по хитроумной траектории с несколькими гравитационными маневрами.
    С начала 1990-х Фаркуар вел агитацию за отправку аппарата к Плутону, который оставался не исследованным «Пионерами» и «Вояджерами». Фаркуар рассчитал траекторию полета к Плутону через Юпитер и, когда проект наконец был утвержден, стал первым руководителем этой миссии.
    За свою долгую карьеру Роберт Фаркуар написал более 200 научных статей, был удостоен множества наград от военного ведомства и NASA, имел благодарность от президента Рональда Рейгана. Его именем был назван астероид 5256, а Роберт назвал именем своей второй жены Ирины Викторовны астероид 5957. Более того: весь график полета NEAR он привязал к семейным событиям, завершив его прибытием к астероиду Эрос в день Святого Валентина 14 февраля...
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА


    Атмосфера

    Как и в случае с Плутоном, пока принята лишь небольшая часть данных по УФ-поглощению в атмосфере Харона во время затмения им Солнца. Они характеризуются резкими скачками при заходе и восходе, что говорит об отсутствии атмосферы или ее очень низкой плотности. Предельная вертикальная плотность газов не превышает следующих значений: азот - 9*1016 см-2, метан - 5.6*1015 см-2, более тяжелые углеводороды - 2.6*1015 см-2. На отлете при фазовом угле 166° над лимбом Харона не найдено никаких следов дымки.

СПУТНИКИ ПЛУТОНА


«Семейный портрет» Плутона включает лучшие снимки четырех малых лун над горизонтом Харона. Кербер и Стикс имеют размер 10-12 км, Никта и Гидра - около 40 км
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

Динамические и физические свойства Плутона и его спутников
Тело Большая полуось,
км
Период обращения,
сут
Эксцент-риситет Наклонение Диаметр,
км
Гравитационный
параметр GM
Плотность,
г/см3
Плутон - 6.3872 - - 2374±8 869.6±1.8 1.860±0.013
Харон 19596 6.3872 0.00005 0.0° 1212±6 105.88±1.0 1.702±0.021
Стикс 42413 20.1617 0.00001 0.0° 1.8-9.8 0.0000±0.0001 -
Никта 48690 24.8548 0.00000 0.0° 54x41x36 0.0030±0.0027 -
Кербер 57750 32.1679 0.00000 0.4° 2.6-14 0.0011±0.0006 -
Гидра 64721 38.2021 0.00054 0.3° 43x33 0.0032±0.0028 -
Полужирным шрифтом выделены результаты New Horizons. Для Харона параметры орбиты приведены относительно Плутона, для малых спутников - барицентрические.


    Никта

    Цветное композитное изображение Никты показывает удлиненное тело размерами 49x32 км. Панхроматическое изображение, полученное с LORRI за 128 секунд до него, дает по существу тот же результат. На снимке, полученном с LORRI на 8.73 часа раньше, мы видим почти круглую проекцию небесного тела с поперечным сечением 34.8±1 км. В целом трехосный эллипсоид с размерами 54x41x36 км согласуется со всеми снимками Никты и фотометрическими кривыми блеска.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Массу и соответственно плотность спутника пока надежно определить не удалось. Никта выглядит на цветных снимках как тело с разнообразным составом, о чем свидетельствует неоднородное распределение красного материала. Возможно, это связано с наличием кратера на спутнике. Разумные оценки альбедо в видимом свете - от 0.43 до 0.50. Такие высокие значения указывают, что Никта, вероятно, покрыта более чистым водяным льдом, чем Харон.

    Гидра

    Пока поступили лишь панхроматические изображения Гидры. Они показывают весьма несферическое тело с размерами примерно 43x33 км. На поверхности видны вариации альбедо и угадывается несколько кратеров. Ни массу Гидры, ни ее объем нельзя достаточно точно определить, чтобы посчитать плотность.
    Среднее альбедо Гидры - 0.51, столь же высокое, каку Никты. Вызывает недоумение, как такие яркие поверхности могут сохраняться на спутниках Плутона в течение миллиардов лет. Из-за разнообразных внешних процессов (например, радиационное потемнение, ударный перенос темного материала с Харона, падение темных метеоритов из пояса Койпера и т.д.) поверхность этих спутников за столь долгое время должна была потемнеть и покраснеть.
    Новых малых спутников Плутона в ходе пролета не обнаружено.

Некоторые выводы и прогнозы

    На Плутоне и Хароне выявлен удивительно широкий спектр геологических форм рельефа, которые могут быть связаны с гляциологическими процессами либо быть результатом взаимодействия атмосферы с поверхностью, а также тектонических и, возможно, криовулканических процессов, а также потери массы. Другие малые планеты пояса Койпера, такие как Эрида, Макемаке и Хаумеа, могут обладать схожей сложной геологической историей, не уступающей историям планет земной группы.
    Следует отметить, что Тритон, который, скорее всего, был планетой пояса Койпера до захвата Нептуном, считался ранее наилучшим аналогом Плутона. Однако теперь исследователи считают, что геологии обоих миров скорее отличны, нежели схожи, хотя для окончательных выводов надо дождаться дальнейшей загрузки данных с космического аппарата.

Камеры космического аппарата "Новые Горизонты" запечатлели далекий объект пояса Койпера, что продемонстрировало возможность наблюдений в ближайшие годы за многими подобными объектами. Снимки для анимации получены 3 ноября и демонстрируют тело размером в 150 км. Объект официально носит название 1994 JR1 и располагается в 5,3 млрд км от Солнца. В момент съемки зонд находился всего в 280 млн км от 1994 JR1.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    На Плутоне требуют объяснения геологические процессы, которые создали горный рельеф и холмистую равнину в Области Томбо, разрушая и деформируя подстилающую породу в виде водяного льда. Эти и некоторые другие процессы, работающие на Плутоне, кажется, действовали геологически недавно. В связи с этим следует еще раз задать вопрос о том, каков источник энергии для процессов, которые идут так долго после формирования системы Плутона.
    Объемные плотности Плутона и Харона отличаются менее чем на 10%, так что по составу в целом они должны быть сходны. Если принять ударную гипотезу формирования этой двойной системы, то придется признать, что оба тела до столкновения не претерпели дифференциации совсем или она имела место лишь в слабой степени. Отсюда вытекают серьезные выводы относительно сроков, продолжительности и даже механизма аккреции в поясе Койпера.
Авторы: А. ИЛЬИН, И. ЛИСОВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

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