Когда космический аппарат NASA "New Horizons" облетал Плутон, изучение атмосферы было ключевой научной задачей. Большая часть того, что мы знаем о ледяном карлике, была получена из этого облета. Это произошло в июле 2015 года, но потребовалось более 15 месяцев, чтобы отправить все данные домой, а для их анализа требуется еще больше времени.
Но команда исследователей объединила данные наблюдений за атмосферой Плутона "New Horizonts" с другими наблюдениями, которые уже были у нас. Эти объединенные наблюдения дали нам наиболее полное представление об атмосфере Плутона.
Примерно за 14 дней до облета Плутона "New Horizonts" у астрономов появилась возможность изучить его атмосферу. Плутон должен был пройти между Землей и далекой звездой, и это затмение было шансом изучить атмосферу Плутона, поскольку она была освещена звездным светом. К сожалению, это затмение продлилось всего около двух минут и произошло над Тихим океаном, недалеко от Новой Зеландии.
К счастью, у нас есть SOFIA.
Обсерватория SOFIA - это сильно модифицированный Boeing 747SP с 2,5-метровым телескопом, который может видеть в инфракрасном диапазоне. Это совместная миссия NASA и DLR (Немецкий аэрокосмический центр). SOFIA летает на большой высоте, над большей частью атмосферы, которая мешает наблюдениями. Затмение Плутона отбрасывало небольшую, быстро движущуюся тень на Тихий океан, и София смогла добраться до этого затмения и наблюдать далекую атмосферу Плутона.
Результаты всех этих наблюдений изложены в новом исследовании. Оно называется "Туман в атмосфере Плутона: результаты SOFIA и наземные наблюдения затмения Плутона 29 июня 2015 года". Ведущий ученый - Майкл Персон из Астрофизической обсерватории Уоллеса из Массачусетского технологического института. Статья опубликована в журнале Icarus.
"Плутон - это загадочный объект, который постоянно удивляет нас”, - говорит Персон. - В более ранних отдаленных наблюдениях были намеки на то, что там может быть туман, но не было серьезных доказательств, подтверждающих его реальное существование, пока данные не поступили от SOFIA. Теперь мы задаемся вопросом, не разрушится ли атмосфера Плутона в ближайшие годы - она может быть более устойчивой, чем мы думали”.
Ученые интересуются динамикой атмосферы Плутона. Плутону требуется около 247 лет, чтобы завершить свою эллиптическую орбиту вокруг Солнца. Его орбита наклонена примерно на 17 градусов, а его ось наклонена примерно на 120 градусов. Орбита Плутона также иногда ближе к Солнцу, чем у Нептуна.
Все это создает очень интересную атмосферу, где солнечная инсоляция, которую получает Плутон, может вызвать сильные сезонные изменения в ее атмосфере. Поскольку солнечная инсоляция уменьшается, это может привести к коллапсу атмосферы. Атмосфера Плутона слабо связана с карликовой планетой и восполняется энергией Солнца, плавящей летучие льды. Удалите достаточно энергии, и атмосфера может исчезнуть.
Затмение Плутона в 2015 году означало, что SOFIA могла наблюдать атмосферу Плутона в инфракрасном и видимом свете, в то время как всего две недели спустя - что не так много для тела с почти 250-летней орбитой - New Horizons мог изучать атмосферу в радио и ультрафиолетовом диапазоне. Кроме того, в то время как SOFIA смотрела на средние слои атмосферы, New Horizons исследовали верхний и нижний слои.
Перед полетом SOFIA в затмение Майкл Персон сказал: "Мы должны иметь возможность получить профиль давления и температуры для атмосферы Плутона, который особенно интересен сейчас, потому что мы можем напрямую сравнить его с тем, который получен из New Horizons и это позволит нам откалибровать все наблюдения, которые мы делали в течение 20 лет".
Эти объединенные наблюдения открыли новое понимание атмосферы Плутона.
Атмосфера Плутона состоит в основном из азота, с некоторым количеством метана и окиси углерода. Они существуют в равновесии с соответствующими им льдами на поверхности. Планета имеет туманную голубую атмосферу, где частицы тумана формируются в верхних слоях атмосферы, примерно в 32 км над поверхностью. Частицы тумана выглядят синими из-за их крошечного размера. Они имеют толщину всего 0,06-0,10 мкм, что примерно в 1000 раз меньше ширины человеческого волоса. Метан и другие газы реагируют на солнечный свет там, наверху, и проливаются дождем на поверхность.
Ученые задавались вопросом о судьбе атмосферы Плутона, когда он находится на большом расстоянии от Солнца. Атмосферные частицы могут быть удалены солнечным ветром, и без достаточной солнечной инсоляции эти частицы не будут пополняться за счет плавления летучих веществ на поверхности. Это атмосферный коллапс, о котором задумывались исследователи.
Но это новое исследование предполагает, что нет никакой опасности атмосферного коллапса. Вместо этого атмосфера проходит через цикл потери и пополнения, который длится несколько лет, отдельно от своей 247-летней орбиты.
Это говорит исследователям, что крошечные частицы в атмосфере создаются быстро. Команда, стоящая за этим исследованием, говорит, что за этот цикл ответственно изменение орбиты Плутона , а не только за его расстояние от Солнца.
Из-за странной орбиты Плутона некоторые участки поверхности получают больше солнечной инсоляции, чем другие в разное время. Когда регионы, богатые летучими льдами, подвергаются большему воздействию солнца, атмосфера может расширяться быстрее, производя больше частиц тумана. Верно и обратное. Даже когда Плутон становится все более удаленным от Солнца, этот сжимающе-расширяющийся цикл продолжается. Но нет никаких признаков того, что этот цикл будет продолжаться и дальше.
“Есть еще много того, что мы не понимаем, но теперь мы вынуждены пересмотреть более ранние прогнозы”, - сказал Персон. - Атмосфера Плутона может разрушаться медленнее, чем предсказывалось ранее, а может быть, и вовсе не разрушается. Мы должны продолжать следить за этим, чтобы выяснить.”
Со стороны SOFIA потребовалось много усилий, чтобы получить эти данные. Это затмение дало SOFIA редкий шанс изучить атмосферу Плутона, пока сквозь нее проходил далекий звездный свет. Но вычислить точное время и место затмения было непросто.
"У нас есть очень ограниченное количество времени, чтобы поймать это затмение", - сказал один из членов экипажа SOFIA перед взлетом.
Тень двигалась очень быстро - 85 000 км/ч и продолжалось всего около двух минут. Это означает, что SOFIA должна была быть в нужном месте в нужное время. Штурманы SOFIA наметили курс, но всего за два часа до затмения новые расчеты и обновленный прогноз переместили затмение на 320 км на север.
“Мы достигли тени Плутона точно в нужное время и были очень счастливы, что сделали это!”
Уильям Рич, заместитель директора SOFIA по научной работе.
Так как SOFIA это самолет, они смогли изменить курс. Но это потребовало обновленного плана полета и других действий.
- "Чтобы поймать эту тень, нужно было немного потрудиться. Преимущество SOFIA в том, что она мобильна, но пересмотренный план полета должен был пройти контроль воздушного движения", - сказал Уильям Рич, заместитель директора SOFIA по научным операциям. "Было несколько напряженных моментов, но команда работала слаженно, и мы получили разрешение. Мы достигли тени Плутона как раз в нужное время и были очень рады сделать это".
Была только одна миссия к Плутону, миссия "New Horizons". Ходят разговоры о другой миссии и возможном выводе космического корабля на орбиту вокруг ледяного карлика для длительного изучения. Алан Стерн, главный исследователь "New Horizons", предложил будущую миссию орбитального аппарата на Плутон на основе Direct Fusion Drive. NIAC (Институт перспективных концепций NASA) профинансировал исследования этой технологии, но пока она все еще в основном концептуальная.
На данный момент данные между SOFIA, наземные наблюдения и данные, полученные в результате облета Плутона "New Horizons" согласуются между собой. Это дает исследователям уверенность в данных "New Horizons", с которыми придется еще долго работать.
Читайте также: Доказательства того, что на Европе есть гейзеры
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!
