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

Тайны Плутона

    27 октября 2016 NASA отчиталось о важной вехе в проекте New Horizons: на Землю прибыли последние биты научной информации, которая была получена в ходе пролета Плутона 14 июля 2015 г. и с тех пор хранилась на бортовых цифровых носителях.
    Последними изображениями, отправленными с борта, стали снимки системы Плутон-Харон, сделанные камерой Ralph/LEISA. Преодолев за 5 часов 08 минут более 5.5 млрд км, отделяющих космический аппарат от нашей планеты, они достигли приемной антенны станции дальней космической связи в Канберре (Австралия). Лаборатория прикладной физики имени Джона Хопкинса в городе Лоурел, штат Мэриленд, подтвердила завершение получения всех изображений 25 октября в 01:48 UTC.
    В целом на передачу более 50 гигабайт информации с межпланетной станции потребовалось более 15 месяцев. Аппарат New Horizons в ходе своего полета не выходил на орбиту вокруг Плутона и все свои наблюдения провел с пролетной траектории. Основная задача всего блока научной аппаратуры станции состояла в том, чтобы собрать как можно больше информации за минимальное время. И, надо сказать, она была блестяще выполнена: за время пролета на бортовые носители было записано примерно в 100 раз больше данных, чем могло быть передано в онлайн-режиме. Поэтому сразу на Землю были переданы лишь наиболее приоритетные данные: было нежелательно надолго оставлять самое ценное на борту летящего через Вселенную аппарата, с которым невесть что и невесть когда еще может случиться. Остальной же собранный массив информации начали неспешно «сливать» на Землю через радиоканал с сентября 2015. И если бы вдруг связь по каким-то причинам прервалась и восстановить ее не удалось - то непереданная часть данных, конечно, погибла бы.

НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Однако все прошло благополучно, и New Horizons передал все, что получилось собрать. Это дало возможность менеджеру по управлению полетом Алисе Боуман (Alice Bowman) весьма красочно оценить завершение приема: «Теперь горшок с золотом у нас в руках!»
    «Данные о системе Плутона, собранные в ходе проекта New Horizons, не перестают удивлять нас красотой и сложностью и самого Плутона, и его спутников, - сказал Алан Стерн (Alan Stern), главный исследователь проекта из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо. - Впереди нас ждет очень много работы: предстоит интерпретировать переданные на Землю результаты более чем 400 научных наблюдений».
    При этом специалистам миссии придется отнестись к работе более чем творчески, поскольку из полученной информации необходимо выжать максимум пользы. К Плутону мы пока летаем нечасто, и кто знает, когда можно будет ожидать следующей порции данных?
    После заключительной верификации полученных данных бортовые самописцы будут очищены для приема новой информации - ведь New Horizons продолжает свое путешествие дальше, к объектам пояса Койпера. В «дополнительное время» предполагается провести наблюдения ряда его объектов с большой дистанции, а 1 января 2019 г. осуществить пролет мимо еще более далекой, чем система Плутона, цели - планетоида 2014 MU69.
    Итак, можно считать, что еще одна глава в истории этого проекта написана до последней точки в последнем предложении. Станции предстоит теперь долгий путь через пространство до следующей цели, операторам и специалистам - рутинная работа по контролю ее состояния. А вот работа ученых по анализу и интерпретации полученных результатов, можно сказать, только начинается.
    На проходившей с 16 по 21 октября в Пасадене совместной научной конференции Отделения планетологии Американского астрономического общества и Европейского планетарного научного конгресса (DPS 48/EPSC 11) ученые в числе прочих обсуждали и результаты пролета Плутона, а также возможные сюрпризы, которые можно ожидать от более удаленных тел Солнечной системы. Внимание исследователей снова было уделено обнаруженным на снимках объектам, которые могут быть интерпретированы как облака.
    «Если окажется, что на полученных снимках действительно присутствуют облака, то это будет означать, что погода на Плутоне является еще более сложной, чем мы предполагали», - отметил Стерн.
    Ученые уже знали из наблюдений на наземных телескопах, что различные участки ледяной поверхности Плутона сильно различаются по яркости. Данные, полученные в ходе пролета, не только подтвердили это, но и показали, что самые яркие участки поверхности планеты (например, расположенные в большой сердцевидной области Плутона) являются одними из наиболее интенсивно отражающих в Солнечной системе.

Съемка не выявила выраженных слоев облачности Плутона, но отдельные детали могут
интерпретироваться как небольшие конденсационные облака
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    «Такая яркость указывает на высокую поверхностную активность, - пояснила Бонни Буратти (Bonnie Buratti), соисследователь команды проекта из Лаборатории реактивного движения в Пасадене. - Поскольку мы видим примеры того, что участки с высокой отражающей способностью являются свидетельствами поверхностной активности, мы можем предположить, что и карликовая планета Эрида (Eris), которая, как известно, обладает высокой отражающей способностью, также весьма активна».
    Буратти, по всей видимости, имеет в виду конвективный круговорот слоев азотного льда, обеспечивающий постоянную смену приповерхностного вещества.
    На поверхности Плутона было выявлено много видов активности, но, как ни странно, не обнаружено ни одного оползня. Тем более удивительным выглядит то, что на Харо-не, главном спутнике Плутона поперечником в 1212 км, оползневые явления как раз удалось зафиксировать.
    «Мы уже видели подобные оползни на других силикатных и ледяных телах, таких как Марс и третий по величине спутник Сатурна Япет. Но это первые оползни, которые мы увидели так далеко от Солнца, в поясе Койпера, - заметил Росс Бейер (Ross Beyer), исследователь из Центра Сагана при Институте SETI и Исследовательского центра имени Эймса. - Главный вопрос теперь в том, будут ли они обнаружены в каком-нибудь другом месте в поясе Койпера».
    Последние два года объектам пояса Койпера уделялось немалое внимание: их наблюдали и на Космическом телескопе имени Хаббла, и с помощью камер New Horizons. Связано это было с выбором цели для дальнейшего полета станции, которая была бы оптимальной сточки зрения использования весьма незначительного количества оставшегося на борту топлива и получения наиболее интересных для науки результатов. В ходе этих поисков было обследовано не менее дюжины планетоидов, и среди них выбранный в итоге 2014 MU69. К удивлению ученых, анализировавших снимки «Хаббла», он обладал ярко выраженным красным оттенком и оказался даже «краснее», чем сам Плутон. По мнению специалистов, это может говорить о том, что объект является частью так называемой холодной классической области пояса Койпера, который, как полагают, содержит образцы самого старого, «доисторического», материала Солнечной системы. И тогда получается, что в первый день 2019 г. New Horizons будет изучать самый древний «строительный блок» для изготовления планет.

Серия снимков 2014 MU69 (1110113Y). Телескоп им. Хаббла.

    По уточнённым данным, 2014 MU69 имеет диаметр около 45 км и орбитальный период чуть больше 293 лет. Является классическим объектом пояса Койпера, обращаясь по относительно близкой к плоскости эклиптики (наклонение - 2,451°) и слабоэллиптической (эксцентриситет - 0,0448) орбите на расстоянии около 44 а. е. от Солнца.
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    Впрочем, красный цвет в истории этого проекта задает уже не первую загадку. В июне 2015 г., когда камеры New Horizons впервые заметили большую красноватую полярную область на Хароне, ученые пребывали в нетерпении, так как никогда ничего подобного не видели в других местах Солнечной системы. За работу взялись с усердием, и за прошедший год, после анализа изображений и других данных, планетологи, похоже, существенно приблизились к ответу на столь интригующий вопрос. В опубликованной в сентябре на страницах Nature работе выдвигается предположение, что раскраска полярных областей Харона исходит от... самого Плутона. Причиной его являются потоки метана, которые покидают атмосферу Плутона, но по пути попадают под воздействие гравитации Харона, осаждаются на поверхность и замерзают посреди льдов вблизи полюса. После этого под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца метан преобразуется в более тяжелые углеводороды и в конечном счете образует красноватые органические материалы, известные под собирательным названием толины.

Граница между равнинной областью Плутона и высокогорьем с неофициальным названием Крун
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

Граница между равнинной областью Плутона и высокогорьем с неофициальным названием Крун
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    «Кто бы мог подумать, что Плутон является своеобразным художником-граффитчиком, распылившим краску на своего компаньона-спутника и украсившим его красноватым пятном, занимающим площадь размером с Нью-Мексико? -удивляется Уилл Гранди (Will Grundy), соисследователь из Обсерватории Лоуэлла в Флагстаффе, штат Аризона, и ведущий автор статьи. - Каждый раз, когда мы исследуем планеты, мы обнаруживаем подобные сюрпризы. Природа удивительно изобретательна в использовании основных законов физики и химии при создании впечатляющих пейзажей».
    Однако получить более или менее убедительное подтверждение этому сценарию оказалось не так-то просто. Исследователям пришлось комбинировать анализ подробных изображений Харона с компьютерной моделью эволюции ледяного покрова на его полюсе. Поскольку никаких моделей, подтверждающих предложенную теорию, не существовало, команде New Horizons пришлось весьма глубоко закапываться в данные, чтобы определить, позволяют ли условия на спутнике Плутона осуществить такой захват газовых потоков и их последующую «переработку». Оказалось, что на протяжении плутонова года, длящегося 248 земных лет, на полюсе Харона 100 лет непрерывного солнечного света чередуются с веком непрерывной темноты. Температура поверхности во время этой долгой зимы опускается до -257°С - это достаточно холодно для того, чтобы заморозить газообразный метан до твердой фазы.
    «Молекулы метана отскакивают после соударения с поверхностью Харона до тех пор, пока они либо уходят обратно в космическое пространство, либо оседают на холодном полюсе, где они намерзают, образуя тонкий слой метанового льда, который остается лежать до весеннего солнечного света», - объясняет Гранди. Когда весна приходит, метановый лед быстро сублимируется, а более тяжелые углеводороды, созданные из него под влиянием ультрафиолета, уже не могут совершить то же самое и остаются на поверхности. Солнечный свет продолжает облучать эти остатки и со временем преобразует их в красноватые толины, которые медленно накапливаются на полюсе Харона на протяжении миллионов лет.
    Конечно, для полноты картины было неплохо обнаружить что-либо похожее и на другом полюсе Харона. И хотя в момент пролета на нем царствовала ночь, специалистам, явно не желавшим ждать ее завершения, удалось провести наблюдения, пользуясь не прямым солнечным светом, а отраженным от Плутона, и убедиться, что то же самое явление происходит и там.

Харон с борта космического аппарата New Horizons
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    По словам Алана Стерна, это исследование разгадывает одну из самых больших тайн, которые исследователи нашли на гигантской луне Плутона, и открывает возможность того, что другие малые планеты в поясе Койпера, обладающие собственными лунами, могут создать аналогичные или даже более обширные образования в ходе «атмосферного переноса».
    Впрочем, открытия при осуществлении этого проекта совершаются не только камерами New Horizons. Так, в период с февраля 2014 г. по август 2015 г. четыре раза в сторону Плутона был направлен взор спектрометра ACIS-S рентгеновской обсерватории Chandra. И каждый раз специалистам удавалось зафиксировать мягкое рентгеновское излучение, исходящие от карликовой планеты, что оказалось для ученых весьма неожиданным.
    «Мы только что впервые обнаружили рентгеновское излучение от объекта в поясе Койпера и узнали, что Плутон взаимодействует с солнечным ветром неожиданным и энергичным образом, - поделился Кэри Лиссе (Carey Lisse), астрофизик Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Лоуреле. - Теперь мы можем ожидать таких проявлений и у других больших объектов пояса Койпера».
    Само по себе подобное открытие, на первый взгляд, кажется парадоксальным: холодный Плутон, лишенный магнитного поля, не может иметь собственных механизмов генерации рентгеновского излучения, подобных тем, которыми обладают звезды. Однако примерно два десятилетия назад под руководством Лиссе на германской космической обсерватории ROSAT было открыто рентгеновское излучение, исходящее от кометы Хякутаке. И уже тогда было выдвинуто предположение, что рентгеновские кванты могут рождаться при взаимодействии между частицами нейтрального газа, окружающего кометное ядро, и высокоэнергичными потоками солнечного ветра.
    Конечно же, ученых проекта New Horizons не мог не интересовать вопрос: происходят ли аналогичные процессы в атмосфере Плутона? Вот почему на борту станции имелись инструменты, специально предназначенные для подобных наблюдений. В задачу приборов SWAP (Solar Wind Around Pluto) и PEPPSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Investigation) входило измерение энергии и направления потоков «солнечного ветра» - и SWAP обнаружил-таки ударную волну перед Плутоном и «хвост» позади него, - а ультрафиолетовый спектрометр ALICE должен был определять интенсивность утечки газа из атмосферы Плутона в космическое пространство. Таким образом, у ученых была возможность, измерив обе величины, рассчитать и интенсивность генерации рентгеновского излучения. Однако для того, чтобы подтвердить теоретические расчеты, это самое излучение было бы неплохо еще и обнаружить, а таких детекторов на борту межпланетной станции не было.
    Именно таким образом и родилась идея подключить к исследованиям Плутона рентгеновскую обсерваторию, изначально предназначенную для работы с объектами, расположенными где-то в галактических далях. И в 2013 г. Кэри Лиссе и его коллега по институту Ральф МакНатт (Ralph McNutt) обратились с этим предложением в Смитсониановскую астрофизическую обсерваторию, в красках описав, что «такая возможность бывает лишь раз в жизни», - ведь космические аппараты возле Плутона пока появляются не сильно часто.
    «До наших наблюдений ученые думали, что обнаружение рентгеновского излучения от Плутона весьма маловероятно, и даже были ожесточенные дебаты на тему того, должна ли Chandra вообще осуществлять эти наблюдения, - вспоминает Скотт Уолк (Scott Wolk) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусеттс. - До этого момента самым отдаленным небесным телом Солнечной системы с обнаруженной эмиссией рентгена был Сатурн, причем не только диск планеты, но и кольца».
    На первый эксперимент, состоявшийся 24 февраля 2014 г., было выделено всего 10 часов. И за это время удалось уловить целых два рентгеновских фотона! Впрочем, это было неплохим результатом: по сравнению с миллионами фотонов видимого и инфракрасного диапазона, высокоэнергичные рентгеновские встречаются столь редко, что астрофизики иногда шутят, что им впору давать собственные имена.
    Однако эксперимент 2014 г. проводился в то время, когда New Horizons от Плутона отделяли еще целых четыре астрономические единицы. Потому осуществить сравнительные наблюдения не представлялось возможным, а с точки зрения формальной интерпретации фотоны, пришедшие по направлению от Плутона, вовсе не обязательно были сгенерированы именно рядом с ним и вполне могли прийти от объектов фона, тем более что поле зрения телескопа было на два порядка шире, чем диаметр планеты. Так что было необходимо провести повторные наблюдения, причем по возможности как можно ближе к 14 июля 2015 г., дате пролета New Horizons возле Плутона. Последовал новый виток дискуссий, после чего команда Chandra расщедрилась на целых 40 часов приборного времени! Провести наблюдение удалось 30 июля, когда взаимное расположение Земли, Плутона и Солнца позволило развернуть «Чандру» в нужном направлении без риска «засветить» детекторы.

Изображение Плутона в рентгеновском диапазоне, полученное телескопом Chandra
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ ОКОЛО ПЛУТОНА

    На этот раз было поймано целых шесть фотонов, и, поскольку Плутон существенно сместился на небосводе, списать их на «фоновые» объекты уже было весьма затруднительно. Более того, шести фотонов уже хватало для того, чтобы построить энергетический спектр, то есть зависимость количества квантов от их энергии. Полученный спектр совпадал с тем, который ожидался от переноса электронов под воздействием «солнечного ветра».
    Однако вскоре выявилась другая загадка, на которую обратил внимание Рэнди Глэдстон (Randy Gladstone). Атмосфера Плутона оказалась намного более стабильной, чем ожидалось, и не похожей на кометную, и по характеру взаимодействия с солнечным ветром Плутон больше напоминал Марс, нежели типичную комету. New Horizons выявил потерю вещества Плутоном с темпом 6*1025 молекул в секунду, обеспечивая плотность нейтральных атомов вблизи планеты в 50 раз ниже, чем считалось ранее. В свою очередь, поток тяжелых атомов (С, N, 0) в солнечном ветре оказался в 40 раз ниже ожидавшегося. Так будет ли достаточно обоих «ингредиентов», чтобы порождать в секунду порядка 3*1024 рентгеновских квантов?
    Лиссе и его коллеги - Дэвид МакКомас (David McComas) из Принстонского университета и Хизер Эллиотт (Heather Elliott) из Юго-Западного исследовательского института - предложили несколько вариантов объяснений этого феномена. Возможно, простирающийся за планетой газовый «хвост» на самом деле гораздо более длинный и широкий, чем считалось первоначально, то есть область взаимодействия между ним и частицами солнечного ветра тоже существенно больше. Не исключено, что межпланетные магнитные поля каким-то образом сосредотачивают в области вокруг Плутона большее количество частиц солнечного ветра, чем ожидалось, или же низкая плотность солнечного ветра во внешних областях Солнечной системы допускает формирование торообразного облака нейтрального газа, сосредоточенного вокруг орбиты Плутона.
    Авторы публикации склоняются к теории плотного хвоста, где возмущенные Плутоном частицы солнечного ветра сталкиваются с потерянным планетой веществом, и ссылаются на данные SWAP, который обнаружил, что хвост вещества Плутона тянется по крайней мере на 100 его радиусов и что в нем ежесекундно ионизируется порядка 1024 молекул метана. Примерно столько и нужно, чтобы породить наблюдаемый поток рентгеновских фотонов.
    Впрочем, New Horizons еще имеет возможность проверить эти результаты и пролить больше света на этот отдаленный регион. Вряд ли будет реально заметить рентгеновские фотоны, исходящие от 2014 MU69: планетоид слишком мал и расположен слишком далеко. Но Chandra мог бы обнаружить излучение от других, более крупных и более близких объектов, которые будет наблюдать и New Horizons в ходе полета к своей новой цели.
Автор: И. СОБОЛЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

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