Окончание. См. часть 1.
В 2006 году Плутону решением Международного астрономического союза (МАС) после долгих дебатов изменили статус. Из самой маленькой среди больших планет Солнечной системы он превратился в крупнейшую карликовую планету. В том же 2006 году произошло ещё одно важнейшее событие, связанное с Плутоном. 16 января с мыса Канаверел стартовал космический аппарат NASA под названием New Horizons. В планы миссии входило достичь Плутона и других объектов пояса Койпера и дать учёным возможность получить представление, как они в действительности выглядят.
Плутон и его собратья так малы и так удалены от нас, что в любой наземный телескоп их можно разглядеть лишь как разной степени яркости светящуюся точку, но не как планетный диск. «Хаббл» позволил получить изображение в виде распадающегося на пиксели мутного пятна разрешением около 500 км , в котором, правда, довольно отчётливо просматриваются более тёмные и более светлые области. Впрочем, определённую полезную информацию о Плутоне из этих изображений извлекли. Анализ спектра показал наличие азота, метана, аммиака, монооксида углерода. Но разве это сравнится с настоящими достоверными изображениями поверхности!
Замысел отправить к далёкой ледяной планете космический аппарат возник ещё в середине 90-х, но решить проблемы с выделением средств долго не удавалось. А между тем всё это время Плутон удалялся от Солнца. В период с 1979-го по 1999 год он находился ближе к Солнцу, чем Нептун, сейчас это уже не так. Высказывались опасения, что после 2015-2020 года отдаление Плутона от центрального светила приведет к замерзанию большей части атмосферы, а это значит, что учёные недополучат очень много ценной информации. Деньги под проект (около 700 млн долларов) удалось выбит буквально в последний момент, чтобы успеть вовремя. Руководетелем научного проекта был назначен известный американский планетолог Алан Стерн.
Полёт в столь отдалённую область Солнечной системы, да ещё и в ограниченные сроки, требовал большой скорости. Для запуска была использована одна из самых мощных американских ракет «Атлас-5». На первой ступени установили российские двигатели РД-180, разработанные в середине 1990-х ОАО «НПО Энергомаш имени академика В. П. Глушко». Эта ракета была способна вывести на околоземную орбиту более 20 тонн полезной нагрузки. Масса зонда New Horizons значительно меньше, всего каких-нибудь 478 кг. Но огромные мощности потребовались, чтобы достичь скорости рекордной для покидающего Землю космического аппарата – 16 км/с относительно Земли. При такой скорости для того чтобы достичь орбиты Луны требуется девять часов, а полет до Юпитера займет 13 месяцев. Для сравнения, «Аполлоны» тратили на полет до Луны трое суток, а «Вояджеры» добирались до Юпитера более 2 лет. Но даже такая рекордная скорость позволила бы добраться до Плутона только в 2020 году, то есть слишком поздно. Поэтому аппарат приобрел дополнительную скорость при сближении с Юпитером в феврале 2007 года.
К сожалению, ни посадка на Плутон, ни даже выход на его орбиту запланированы не были. Скорость зонда, когда он достигнет орбиты Плутона, должна была быть никак не меньше 14 км/с, и авторы проекта не представляли, как её можно будет в нужный момент погасить. Поэтому все снимки собрались делать с пролётной траектории на минимальном расстояние 9600 км. Но зато предполагалась «компенсация за моральный ущерб» - возможность после Плутона изучить ещё какой-нибудь объект пояса Койпера. Какой именно заранее не знали, и даже все детали сближения с Плутоном были неизвестны. В момент отлёта его траектория была изучена недостаточно хорошо, но у сотрудников NASA оставалась возможность подправлять курс по ходу дела.
Для съёмки поверхности небесных тел на борту имелись следующие инструменты:
камера Ralph работающая в видимом и инфракрасном диапазонах и оснащенная семью черно-белыми и цветными ПЗС-матрицами. В черно-белом режиме она позволит различать на поверхности детали размером около 500 м. В цветном ее разрешение примерно в три раза хуже, а в инфракрасном диапазоне разрешение не превысит 7 км;
телескоп LORRI (long-range reconnaissance imager) диаметром 8,2 дюйма, обеспечивающий разрешение до 25 м.
Для изучения атмосферы и ионосферы Плутона предназначена ультрафиолетовая камера-спектрометр Alice. Анализаторы SWAP (Solar Wind at Pluto) исследуют взаимодействие солнечного ветра с атмосферой планеты, а прибор PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) утечку атмосферных газов в космическое пространство. Еще один прибор — REX (Radio Science Experiment) позволяет прозондировать атмосферы Плутона и Харона в те моменты, когда аппарат скрывается позади них и появляться из-за края диска. На борту также был установлен счетчик космической пыли SDC (Student Dust Counter), получивший такое название, поскольку был разработан студентами университета штата Колорадо в Боулдере.
Как правило, аппаратура установленная на космических зондах получает энергию от солнечных батарей. Но это невозможно, когда речь идёт об изучении отдалённых областей Солнечной системы, где солнечное излучение слишком слабо. В таком случае используются радиоизотопные генераторы (РИТЭГ). Генератор установленный на космическом аппарате, отправленном к Плутону, работает на плутонии. Мощность энергоустановки на момент приближения к Плутону составляла 200 Вт. Это очень скромно по земным меркам, но вполне достаточно для исправной работы космической аппаратуры.
Сначала старт назначили на 11 января, но при испытаниях копиитопливного бакаракеты «Атлас-5» на повышенные нагрузки в ней образовалась трещина. Старт отложили сначала на 14-е, а затем на 17 января. Но 17 января запуск не состоялся из-за погодных условий, а 18-го произошло отключение электричества в штате Мэрилэнд, где находится центр управления полетом. Наконец, 19 января 2006 г. запуск космического зонда состоялся и прошёл без сучка без задоринки. Началось долгое космическое путешествие.
7 апреля 2006 года New Horizons пересёк орбиту Марса на расстоянии 243 млн км от Солнца, 13 июня 2006 года прошёл в 110 тыс. км от небольшого астероида 132524 APL. 28 февраля 2007 года был совершён гравитационный манёвр в окрестностях Юпитера и получены снимки планеты с расстояния 2,305 млн км. 8 июня 2008 года была пройдена орбита Сатурна, 18 марта 2011 года — орбита Урана, 25 августа 2014 года орбита Нептуна. Почти две трети времени полёта зонд провёл в режиме гибернация, пробуждаясь лишь для плановых проверок, однако на подходе к основной цели 6 декабря 2014 года он вошёл в полный рабочий режим. 15 января 2015 года — аппарат пролетел в 75 млн км от астероида 2011 KW48. 12 марта 2015 года он приблизился к Плутону на расстояние менее 1 а. е. 5 мая 2015 года — разрешение изображений Плутона от New Horizons превысило разрешение лучших снимков объекта, полученных космическим телескопом «Хаббл». 14 июля 2015 года состоялся пролёт на расстоянии около 12,5 тысяч километров от поверхности Плутона. Зондпроводил активне наблюдения ещё 9 дней, за которые собрал примерно 50 гигабит информации, а затем направился дальше в глубины пояса Койпера.
Ценные сведения New Horizons начал собирать ещё в пути, не только пролетая неподалёку от планет и астероидов, но и там, где космос вроде бы пустынен. В этом случае сборщиком информации выступал счётчик космической пыли. Он работал и тогда, когда остальные приборы впадали в длительную спячку, фиксируя столкновения корпуса аппарата с крохотными частичками. Теперь учёные имеют возможность сделать сравнительную оценку плотности космической пыли в различных зонах Солнечной системы: зоне каменистых планет земного типа, зоне газовых гигантов и внутренних районов пояса Койпера.
Уже на подлёте, в середине апреля 2015 года камера LORRI с помощью серии снимков зафиксировала полный оборот Плутона и Харона вокруг общего центра масс, который совершается за 6,4 земных суток.
Когда НГ отправлялся в космос, кроме Харона были известны ещё два спутника Плутона – Гидра и Никта, открытые в 2005 году. Пока космический аппарат мчался к своей цели, астрономы на Земле не сидели, сложа руки. С помощью телескопа «Хаббл» было открыто ещё два спутника: Кербер (2011) и Стикс (2012).
12 мая 2015 года НГ передал на землю снимок, где были запечатлены все пять спутников, как выразились исследователи «вся семья в сборе». Впрочем, в полноте семьи они не были тогда уверены до конца, полагая, что у Плутона могут быть и другие спутники и даже кольца. Известие, что таковых не имеется, встретили со смешанным чувством разочарования и облегчения. С одной стороны, было конечно жаль, что не удалось открыть новых ранее неизвестных космических объектов, но с другой стороны, наличие таких объектов могло бы стать смертельной угрозой для хрупкого зонда, чьи возможности для маневра были сильно ограничены.
22 июня ( по совпадению, в годовщину открытия Харона) камера Ralph сделала первое цветное изображение Плутона и Харона. Разрешение получилось очень низким, но, тем не менее, была ясно видна разница в окраске небесных тел. Плутон получился красновато-коричневым, Харон как был, так и остался серым, и учёные принялись ломать голову над вопросом, чтобы это могло значить. Окраска Плутона не была неожиданностью. Специалисты давно предполагали, что цветом он напоминает Марс, хотя природа его окраски совсем другая. Марс имеет красноватый оттенок из-за того, что его почвы богаты окисью железа, а цвет Плутона объясняется наличием там большого количества сложных углеводородов, в том числе , вероятно, толинов, которые считаются химическими предшественниками жизни. Как правило, толины имеют красновато-коричневый цвет. В целом, химический состав веществ, образующих поверхность Плутона, оказался довольно близок к тому, что мы наблюдаем на Титане. Но почему расположенный столь близко и, по общему мнению, состоящий в столь близком родстве с Плутоном Харон оказался серым? Сходу найденное объяснение – на поверхности Харона в изобилии имеется обычный водяной лёд.
По мере того, как зонд приближался к двойной системе, несходство родичей, её составляющих, всё больше бросалось в глаза. Камера LORRI давала чёрно-белые снимки с прекрасным разрешением, камера Ralph несколько более размытые, но зато цветные снимки. Учёные создавали на их основе комбинированные изображения поверхности, на которых можно рассмотреть детали в цвете. Но окраска Харона очень долго казалась равномерной. Единственное, что привлекало взгляд в первых числах июля - это обширное пятно в полярной области Харона, но не светлое, как можно было бы ожидать от полярной шапки, а наоборот тёмное. Между тем на Плутоне явственно проступали следы весьма сложного рельефа.
В полушарии, обращённом к Харону, были отчётливо видны равномерно распределённые вдоль экватора тёмные пятна диаметром шириной около 300 миль. В другом полушарии вдоль экватора вытянулось продолговатое тёмное пятно, которое стали называть «китом» и обширная область повышенной яркости, формой напоминающая сердце. Позже этот «сердцевидный» район получил имя Томбо в честь первооткрывателя карликовой планеты. Именно его лучше всего удалось изучить во время пролёта. Во внутренних областях «сердца» не было видно кратеров, хотя вокруг они наблюдались в изобилии. Кроме того, оно оказалось неоднородным. В целом выглядело как единое светлое пятно на тёмном фоне, но если присмотреться внимательно, оттенки правой и левой половинки «сердца» довольно сильно отличаются. Затем наступило время ещё более подробных изображений, и тут стало окончательно ясно, что исследователи обнаружили в транснептуновых далях совсем не то, что ожидали. Отправляя зонд в десятилетние путешествие через космос, они полагали, что скорее всего тела пояса Койпера будут представлять собой что-то вроде склада реликтовых образований, замороженных в неизменном состоянии, и надеялись получить бесценные сведения о ранних стадиях формирования Солнечной системы. Они получили бесценные сведения, но совсем другого рода. К своему огромному изумления учёные увидели свидетельства, что Плутон в настоящий момент геологически активен. Более того, геологически активным, судя по всему, является и Харон.
Самое очевидное объяснение, почему одни районы планеты густо испещрены кратерами, а другие нет, следующее: крупные метеориты сталкиваются с другими небесными телами не так уж часто, особенно если те имеют атмосферу. Ударные кратеры накапливаются на поверхности на протяжении сотен миллионов лет. Старые в геологическом отношении красновато-коричневые равнины Плутона испещрены кратерами, а вот «сердце» образовано молодыми структурами, которые ещё просто не успели подвергнуться бомбардировке из космоса. Более детальное исследование поверхности подтвердило версию геологической активности. New Horizons передал на землю изображения ледяных гор в нижней части «сердца», возвышающихся над окружающей местностью приблизительно 3, 5 км. Планетологи считают, что этим горам никак не больше 100 млн. лет, и это говорит о продолжающейся, возможно, по сей день геологической активности Плутона. Не исключено даже, что сами горы ещё находятся в процессе формирования. Хотя на Земле они оказались бы не самыми юными, но всё равно относились бы к категории молодых. Наиболее поздно образовавшиеся земные горные массивы имеют возраст менее 40 млн. лет, а вот Уральский хребет возник примерно 400 млн. лет назад.оры на Плутоне
Севернее гор расположена обширная равнина получившая название Sputnik Planum в честь того самого, первого спутника 1957 года. Равнина абсолютно лишена метеоритных кратеров, что также указывает на её крайнюю молодость, зато там обнаружились другие, и притом весьма любопытные структуры.
Поверхность Sputnik Planum выглядит как растрескавшаяся высохшая лужа, при этом образующие её неправильной формы сегменты весьма велики – в среднем около 20 км в диаметре. Они разделены чем-то вроде канавок, некоторые из которых заполнены каким-то тёмным веществом, отличным от вещества окружающей равнины. Местами на поверхности замечены скопления небольших ям. Полагают, что они образовались в процессе превращения твёрдых экзотических льдов непосредственно в газ, минуя жидкую стадию, как это происходит с так называемым сухим льдом на Земле. Что же представляет из себя вся равнина, однозначно сказать трудно. Одни учёные полагают, что ближайшим её аналогом действительно является высохшая лужа, другие – что водоём, несущий ледяной панцирь. То есть странные структуры либо следствие высыхания, либо следствие конвекции. Плиты замёрзшего азота и метана возможно плавают на поверхности более тёплой расплавленной массы, подобно тому, как литосферные плиты перемещаются по поверхности Земли. Вторая версия представляется более правдоподобной, особенно после открытия на поверхности равнины одиноких ледяных холмов, имевшее место в феврале. Похоже эти холмы состоят из водяного льда и дрейфуют по поверхности более плотного азотного льда. Значит, скорее конвекция. Но если это так, пока не очень понятно, что может быть источником внутреннего тепла Плутона. Прежде считалось, что карликовая планета не имеет достаточной массы для подобных процессов.
Дальше – больше. Признаки геологической активности обнаружились и на Хароне. Он оказался вовсе не таким однообразным, каким выглядел на расстоянии. Выяснилось, что его таинственная тёмная полярная шапка имеет отчётливый красный оттенок. Но самое неожиданное – камеры обнаружили гигантскую расщелину, намного превосходящую своими размерами земной Большой каньон Колорадо. Последний имеет длину 446 км и 1800 м в самом глубоком месте. Большой каньон Харона простирается как минимум на тысячу миль ( не километров) и его продолжение скрывается от взгляда астрономов в другом полушарии. Допускают, что глубина расщелины может достигать 9 км. Учитывая скромные размеры самого Харона, это выглядит так, как будто луна чуть было не раскололась пополам. Вероятно, в ближайшее время мы услышим много версий, что за чудовищная катастрофа оставила на лике Харона столь выразительный след.
Планетологи также считают, что на самой крупной луне Плутона маловато кратеров, и делают уже привычный нам вывод, что поверхность образована сравнительно молодыми геологическим структурами. При этом территория к северу от каньона усеяна кратерами более густо, следовательно она старше, чем южные территории.
Надо сказать, что кратеры Харона порой преподносят прелюбопытнейшие сюрпризы. Ну вот, например: есть там два расположенных совсем неподалёку друг от друга кратера, названные в честь всем известных героев «Звёздных войн» - Органа и Скайокер. Внешне они очень похожи, и размер у них почти одинаковый, около 5 км в диаметре. Но кратер Скайокер заполнен обычным для Харона водным льдом. Логично было бы ожидать подобного состава и от Органы, но к своему удивлению учёные обнаружили внутри кратера и на его склонах замёрзший аммиак. Либо метеорит, которому Органа обязана своим происхождением, угодил прямо в «карман» из содержащего аммиак льда, и тогда большой интерес вызывает природа этого «кармана», либо этот аммиак попал на Харон вместе с метеоритом. Хотя не исключено, что Органа – криовулкан, извергавший из недр Харона жидкий аммиак и воду. Следует помнить, что аммиак – сильный антифриз, и его наличие в недрах луны увеличивает вероятность существования под её поверхностью океана.
Одна из фотографий поверхности Плутона наделала особенно много шума. Та, где запечатлена так называемая «змеиная кожа», чрезвычайно странная структура, простирающиеся на сотни миль, гряды то ли холмов, то ли дюн, которые, по словам специалиста из Вашингтонского университета, «выглядят скорее как древесная кора или драконья чешуя, чем как геологическое образование. Поразмыслив, учёные сделали предположение, что этот странный рельеф – результат сложной совместной работы тектонических сил и испаряющегося под воздействием солнечных лучей льда. Ещё одним удивительным открытием стало странное крайне неравномерное распределение метана на поверхности карликовой планеты. Есть обширные области, где его очень много, а есть такие, где он почти отсутствует. Объяснение этому феномену пока не найдено.
Чему учёные особенно обрадовались, так это тому, что вопреки их опасениям атмосфера удаляющегося от Солнца Плутона не замёрзла полностью, к тому времени как космический зонд его нагнал. Атмосфера имелась в наличии, не слишком плотная, но зато она простиралась гораздо дальше в космос, чем можно было ожидать от небесного тела такого размера. Исследователям даже посчастливилось заполучить её снимок, сделанный против Солнца. До сих пор никому и никогда не удавалось наблюдать Плутон в столь выгодной для изучения спектрографами позиции.
Главным компонентом атмосферы Плутона, как и нашей родной планеты, является азот. Только на Земле он составляет 78%, а на Плутоне целых 98%. Изумление исследователей вызвало наличие голубоватой атмосферной дымки, которая наблюдалась на очень большой высоте, до 130 км над поверхностью Плутона. При этом в дымке отчётливо просматривались слои. Границы наиболее заметных для наблюдений проходят на высоте около 80 и 50 км. Более детальное исследование позволило обнаружить свыше дюжины тонких слоёв. Природа этой дымки та же, что и природа сходного явления на Титане. Это взвешенные в воздухе мельчайшие частички органических веществ – углеводородов. Однако на Плутоне они ещё более мелкие, чем на Титане, отсюда различие в цвете. На спутнике Сатурна мы видим натуральный цвет, присущий углеводородам (коричневато-оранжевй). А крохотные частички взвеси на Плутоне преломляют цвет так, что выглядят голубыми.
Согласно принятой теории, в верхних слоях атмосферы Плутона молекулы простого углеводорода метана разрушаются под воздействием ультрафиолета и образуют более сложные молекулы ацетилена и этилена. Опускаясь в нижние слои атмосферы, они преобразуются из газообразного состояния в мельчайшие частицы твёрдого льда и выпадают на поверхность. Но химический процесс при этом продолжается, из сложных углеводородов образуются ещё более сложные - толины. Именно этими осадками обусловлена преобладающая красновато-коричневая окраска поверхности Плутона. Хотя вообще-то цветовое разнообразие карликовой планеты оказалось неожиданно велико. Его экзотические льды могут приобретать нежнейшие голубые, бледно-жёлтые, розовые, персиковые оттенки.
Атмосфера Плутона постепенно улетучивается в космос под влиянием солнечного ветра, и за карликовой планетой тянется гигантский хвост из ионизированных газов. Таким образом, она теряет сотни тонн азота ежечасно, и учёные не вполне понимают, каким образом восполняются столь чувствительные потери. Основных гипотез рассматривалось две, и обе они связаны с кометами. Согласно первой, кометы регулярно доставляют на Плутон новые запасы азота. Согласно второй, они способствуют испарению в атмосферу запасов азотного льда, когда врезаются в поверхность карликовой планеты. Есть, однако, мнение, что обе эти гипотезы неудовлетворительны, и Плутон не может получить достаточное количество газообразного азота ни одним из этих способов. Возможно, необходимое количество газа выбрасывается в атмосферу из недр планетоида, благодаря неким пока неизученным геологическим процессам.
Улетучивающийся в космос газовый шлейф Плутона дал ключ к разгадке секрета «красной шапки» его спутника. По-видимому, часть составляющего шлейф вещества притягивается гравитацией Харона. На полюсе газы, главным образом азот и монооксид углерода, замерзают и выпадают на ледяную поверхность в виде твёрдого вещества. А затем под воздействием солнечной радиации этот осадок преобразуется в сложные химические соединения с более высокой температурой испарения, те самые красные толины, о которых неоднократно шла речь выше. Накапливаясь миллионы лет, они образовали «красную шапочку» Харона.
Особенно интригующую загадку подбросила планетологам одна из четырёх маленьких лун Плутона Никта. Она представляет собой продолговатое небесное тело 42 км в длину и 36 км в ширину, формой напоминающее фасоль. В средней части «фасоли» обнаружился громадных размеров кратер. Это было достаточно любопытно само по себе. При столкновении с телом такого размера, какой требуется для возникновения подобной астраблемы, маленькой луне следовало бы разлететься вдребезги. Или образовать с ним вместе новое небесное тело в форме «утёнка», как это, по-видимому, случилось с двумя другими лунами – Гидрой и Кербером. Обе они состоят как бы из двух частей – «туловища» и «головы». Но Никте либо невероятно повезло, либо в момент столкновения она была частью более крупного небесного тела, позже разрушенного. Однако, самое интересное – не размеры кратера, а его цвет. Поверхность Никты почти белая, но удар метеорита, обнажил глубинные породы. Вещество, скрытое под поверхностью белой луны оказалось красным. На снимке кратер виден как довольно яркое красное пятно.
Это лишь краткий перечень открытий сделанных на сегодняшний день с помощью зонда New Horizons, а информация по теме всё время обновляется. Таким образом, мы видим, что миссия уже пять лет полностью оправдала своё название и действительно открыла землянам новые научные горизонты, полностью изменив наши представления о том, что можно ожидать от пояса Койпера. А ведь, покинув окрестности Плутона, аппарат продолжил работу.