Как Плутон помог нам больше узнать о Солнечной системе

Marcus Woo BBC Earth Экспедиция "Нью Хорайзонс" поменяла наше представление о карликовой планете Плутон, а заодно и о Солнечной системе в целом. То, что ученые увидели на Плутоне, превзошло все ожидания. В июле 2015 года, через 85 лет после обнаружения Плутона - девятой и последней планеты Солнечной системы, - человечество впервые увидело это небесное тело во всей его красе. Крохотный мирок, которому в прошлом не уделяли особого внимания, наконец-то получил заслуженное признание. "Нью Хорайзонс" заснял равнины Плутона крупным планом Фоторепортаж из космоса: планетарный вояж Зонд "Нью Хорайзонс" обнаружил на Плутоне ледяные горы Зонд "Нью Хорайзонс" отчитался о полете близ Плутона Автоматической межпланетной станции НАСА "Нью Хорайзонс" ("Новые горизонты"), по размерам сходной с роялем, потребовалось девять лет, чтобы преодолеть расстояние почти в 5 миллиардов километров. Теперь она приближалась к Плутону со скоростью 50 000 км/ч, отправляя на Землю все более детализированные изображения планеты. Из светящейся пылинки Плутон постепенно превращался в диск с различимым рельефом - и наконец 14 июля 2015 года камера "Новых горизонтов" сделала детальный снимок поверхности далекого мира. Мы переступили порог и проникли туда, где никто до нас не бывал Станция подлетела к ледяному небесному телу на 12 500 км. Впервые в истории космический аппарат исследовал Плутон с такого близкого расстояния. Фотография красноватой планеты с гигантской контрастной областью на поверхности, напоминающей очертаниями сердце, мгновенно облетела весь мир. "Мы надеялись обнаружить много интересного на Плутоне, - говорит Билл Маккиннон, планетолог из университета Вашингтона в Сент-Луисе и участник научной команды "Нью Хорайзонс". - Но то, что мы увидели, превзошло все наши ожидания". Эти открытия изменили наше представление не только о Плутоне, но и о самом далеком регионе нашего космического дома, изучение которого поможет уточнить теорию образования Солнечной системы. "Экспедиция открыла перед нами новые горизонты, - говорит Маккиннон. - Благодаря ей мы переступили порог и проникли туда, где никто до нас не бывал - в пояс Койпера". Человечество узнало о существовании Плутона благодаря Клайду Томбо, открывшему его в 1930 году. Это небесное тело долгое время считалось самым дальним форпостом Солнечной системы, который к тому же разительно отличался от соседей. В то время как другие внешние планеты - газовые гиганты, Плутон представляет собой ледяное каменистое тело с диаметром меньше земного. Плутон, расположенный почти в 6 миллиардах километров от Солнца, на протяжении десятилетий оставался загадкой, лежащей вне пределов досягаемости самых мощных земных телескопов. Даже на снимках мощной орбитальной обсерватории "Хаббл" он выглядел как нечеткое пятнышко. В начале 1990-х годов астрономы начали догадываться, что Плутон - не единственное в своем роде небесное тело на границе Солнечной системы. Они обнаружили за пределами орбиты Нептуна кольцо из мелких ледяных объектов, которое назвали поясом Койпера. В 2005 году было установлено, что один из этих объектов, позднее получивший название Эрида, сравним по размерам с Плутоном, что поставило под вопрос планетарный статус последнего. Теперь ученые полагали, что Плутон, как и Эрида, может являться объектом пояса Койпера (ОПК) и именно по этой причине так разительно отличается от других внешних планет Солнечной системы. В 2006 году после ожесточенных споров Плутон официально разжаловали в планеты-карлики. Хотя понижение Плутона в статусе не всем пришлось по душе, уточненная классификация планет указывала на более глубокое понимание учеными устройства внешних регионов Солнечной системы. Из нетипичной удаленной планеты Плутон превратился в частицу малоизученного пояса ледяных и каменистых объектов - за которым, возможно, лежали и совсем неизвестные миры. Это новое захватывающее представление о границах Солнечной системы подвигло НАСА на запуск экспедиции "Нью Хорайзонс" для изучения Плутона, его спутников и, возможно, еще одного ОПК. Станция стартовала в январе 2006 года - всего за несколько месяцев до того, как Плутон исключили из планетарного клуба. К тому моменту автоматические станции уже исследовали все другие планеты Солнечной системы. Задача "Новых горизонтов" заключалась в том, чтобы закрыть последний пробел в наших знаниях. Мы знали, что этот мир окажется странным, отличным от всего, что мы видели ранее Однако, несмотря на более чем сорокалетний опыт изучения иных миров, ученые и предположить не могли, что обнаружат на Плутоне. Сейчас, спустя год с лишним после того, как мы впервые увидели Плутон во всех подробностях, станция переправила на Землю 80% собранных данных. Остальные будут получены в октябре 2016 года. Ученые просеивают этот гигантский объем информации, постепенно получая общую картину поразительно разнообразного и сложного далекого мира. "Мы знали, что этот мир окажется странным, отличным от всего, что мы видели ранее, - говорит Майк Браун, астроном из Калифорнийского технологического института, который был одним из первооткрывателей Эриды и поэтому именует себя убийцей Плутона. - Но невозможно было предугадать, как он на самом деле будет выглядеть". Плутон находится очень, очень далеко. Свет от Солнца до Земли идет всего 6 минут; чтобы достичь Плутона, ему требуется свыше пяти часов. Планета получает в 1500 раз меньше солнечного света и тепла, чем Земля, поэтому температура на ее поверхности в среднем составляет -230°С. При таком холоде грунт на Плутоне должен быть промерзшим и статичным. Однако астрономы уже давно знали, что на поверхности Плутона происходят определенные процессы. Со сменой сезонов планета испытывает резкие колебания поверхностных температур, приводящие к изменениям в ледяном покрове и тонком слое атмосферы. Если бы мы предположили подобное, нас бы просто подняли на смех "Нам было известно, что атмосфера и поверхность Плутона взаимосвязаны и что на планете должны происходить медленные изменения, - говорит Маккиннон. - Но мы и представить себе не могли, что на ней существуют движущиеся ледники, плавающие ледяные горы, конвекционные процессы или гигантское замерзшее море азота. Если бы мы предположили подобное, нас бы просто подняли на смех". Действительно, тот Плутон, что предстал перед зондом "Нью Хорайзонс", превосходил самые смелые фантазии. Оказалось, например, что огромное сердцеобразное пятно представляет собой гигантский ледник - крупнейший в Солнечной системе. Это бескрайнее плато из замерзшего азота медленно ползет по поверхности планеты. На более детальных снимках во льду этого плато, окрещенного Равниной Спутника, заметны многосторонние фигуры. Компьютерное моделирование и дальнейший анализ показали, что эти фигуры, достигающие в диаметре 50 км, - конвекционные ячейки. Под давлением поверхностного слоя льда нижний ледяной слой нагревается и перемещается наверх, а поверхностный лед, наоборот, опускается. Этот теплообменный процесс принимает вид циркулярного завихрения и называется конвекцией. Один полный оборот подобного вихря занимает примерно полмиллиона земных лет. Ячейка обращается вокруг своей оси со скоростью всего в несколько сантиметров в год. Тем не менее сам факт существования конвекционных процессов на Плутоне поразил ученых. "Наличие подвижных ледников и такого рода активности на поверхности Плутона противоречило нашим представлениям о планете", - говорит Кэти Олкин из Юго-западного исследовательского института в г. Боулдер, штат Колорадо, которая принимает участие в научной части экспедиции "Нью Хорайзонс". За Равниной Спутника начинается более неровная местность, усеянная горами из водяного льда. Некоторым из этих гор всего около 100 миллионов лет, что очень немного по меркам Плутона, возраст которого, как и возраст всей Солнечной системы, составляет примерно 4,6 миллиарда лет. Такие признаки недавней геологической активности также удивили ученых. Сама возможность существования на Плутоне океана была встречена учеными с энтузиазмом Две из самых высоких вершин Плутона - гора Райт и гора Пиккар, высотой около 4 и 5,6 км соответственно, - могут иметь вулканическое происхождение и извергать водяной лед, метан, азот, аммиак и другие газо-ледяные соединения. В отличие от ледяных вулканов другого типа, встречающихся в Солнечной системе (так называемых криовулканов, подобных гейзерам на спутнике Юпитера Ганимеде и на спутнике Сатурна Энцеладе), вулканы Плутона имеют форму, более схожую с земными вулканами, говорит Маккиннон. У Плутона может быть по крайней мере еще одна интересная особенность, характерная для некоторых спутников - подповерхностный океан из жидкой воды. Предполагается, что вскоре после образования планеты радиоактивные элементы в ее ядре частично растопили окружающий их лед. По мере остывания Плутона жидкая вода снова замерзла. Поскольку лед занимает больший объем пространства, чем вода, Плутон увеличился в размерах, в результате чего на его замерзшей поверхности образовались трещины - именно такие трещины и обнаружила станция "Нью Хорайзонс". Но если подповерхностная жидкость замерзла бы полностью, то, как показывают результаты проведенного недавно компьютерного моделирования, в результате образовался бы особый вид льда - более компактного, чем обычный лед. При этом диаметр Плутона снова уменьшился бы, и на его поверхности остались бы характерные линии разломов. Однако "Новыми горизонтами" такие линии не обнаружены - а значит, часть воды под поверхностью Плутона все еще может сохраняться в жидком состоянии. Имеющиеся доказательства этой версии по большей части - косвенные. Чтобы подтвердить или опровергнуть ее, на орбиту Плутона нужно отправить космический аппарат для дистанционного изучения внутреннего строения планеты. Не исключено, что мы найдем на Эриде области, которые будут выглядеть в точности так же, как Плутон Но это произойдет еще нескоро. Тем не менее сама возможность существования на Плутоне океана была встречена учеными с энтузиазмом. В том числе и в контексте изучения других ОПК. Ученые полагают, что на внешних орбитах пояса Койпера могут находиться другие тела размером с Плутон. И если на последнем имеются ледники, криовулканы и океаны, можно предположить, что они есть и на подобных ОПК. Плутон - первое из таких тел, удостоенное посещения земным космическим аппаратом, и одно из самых крупных. Результаты его изучения могут пролить свет на то, чего нам дальше ожидать от пояса Койпера. У ученых впервые появилось представление о том, как могут выглядеть некоторые другие ОПК. "Если исходить из предположения, что под поверхностью Плутона действительно скрывается океан, то, вероятно, в поясе Койпера и за его пределами существует большое количество ледяных миров, на которых также есть океаны", - рассуждает Маккиннон. Но даже если на других ОПК океанов нет, они все равно могут оказаться в чем-то похожими на Плутон. Пояс Койпера лежит в области, расположенной на расстоянии в 35-45 астрономических единиц от Солнца (одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от Солнца до Земли). Прочесывая этот регион, астрономы до сих пор открыли лишь небольшое количество объектов, чьи размеры позволяли назвать их карликовыми планетами - в том числе Эриду. "Но такие объекты могут находиться и на расстоянии в 100 или 150 астрономических единиц, то есть в три раза дальше от Солнца, чем пояс Койпера", - говорит Уэс Фрэйзер, астроном из Университета Королевы в Белфасте, Северная Ирландия. "Если их поверхность темнее, чем у Плутона, и они отстоят на большое расстояние, то даже будь эти объекты размерами с Плутон, обнаружить их с Земли было бы невозможно". Несмотря на такие гигантские расстояния, температура поверхности этих далеких объектов может быть всего на 10 градусов ниже, чем у Плутона, говорит Фрэйзер. Это означает, что их геология, возможно, динамична и разнообразна: "Раз Плутон - геологически активное небесное тело, я не вижу причин, почему бы сходной по размерам планете, находящейся на расстоянии в 100 астрономических единиц от Солнца, не быть столь же активной". Согласно принятой теории, все ОПК, вне зависимости от размеров, включая те, что размером с Плутон, образовались гораздо ближе к Солнцу, и их может насчитываться до нескольких тысяч. В дальнейшем неоднократные гравитационные взаимодействия с газовыми гигантами разбросали эти куски льда и камня в разные стороны - какие-то направились прямо к Солнцу, другие устремились к пределам Солнечной системы. Из части этих тел впоследствии сформировался пояс Койпера. Но некоторые объекты, включая планеты размером с Плутон, могли отлететь еще дальше. Телескопы будущего (например, Большой обзорный телескоп, начало эксплуатации которого намечено на 2023 год) будут исследовать эти области космоса, пытаясь обнаружить самые дальние ОПК. Наше фантастическое путешествие к самому краю Солнечной системы еще не окончено Изучение окраин Солнечной системы поможет ученым подтвердить или скорректировать теорию ее образования. Визит "Нью Хорайзонс" к Плутону длился недолго, но экспедиция продолжается. В первый день 2019 года зонд пролетит рядом с гораздо меньшим ОПК - MU69. "Это классическое холодное тело пояса Койпера, - говорит Олкин. - Оно сформировалось одновременно с Солнечной системой". Из-за гораздо меньших размеров MU69 на нем вряд ли обнаружатся ледники, вулканы или океаны. Но ученые рассчитывают, что изучение этого объекта поможет узнать больше о поясе Койпера. "Наше фантастическое путешествие к самому краю Солнечной системы еще не окончено, - говорит Маккиннон. - Плутон - самая дальняя из доступных для непосредственного изучения планет (в классическом понимании этого термина), но за ним лежит бесконечный мир, который нам еще предстоит открыть и исследовать". Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Earth.