Солнечная система - Владимир Сурдин Страница 66

В 1936 г., когда еще не знали, что Плутон — двойная планета, была предложена гипотеза о том, что когда-то он был одним из спутников Нептуна, но в результате сближения с неизвестной планетой оказался выброшен из системы, а другой спутник Нептуна — Тритон — перешел при этом на необычную орбиту с обратным вращением. Предполагалось даже, что исходя из нынешних орбит Плутона и Тритона можно рассчитать массу и орбиту неизвестной планеты.

Плутон действительно похож на спутник Нептуна Тритон. И хотя критики утверждали, что орбиты Нептуна и Плутона вообще никогда не пересекались, идея близкого родства этих тел постепенно распространялась. В 1984 г. были даже выполнены расчеты совместного происхождения Тритона и Плутона, в которых рассматривалась возможность захвата Нептуном массивного протопланетного тела (планетезимали), распавшегося на Тритон и Плутон. Расчеты дали совсем другой результат. Они показали, что если бы такая катастрофа произошла, то вторая, «плутонная» половина, по-видимому, была бы выброшена за пределы Солнечной системы, и что Тритон и Плутон скорее всего имеют независимое происхождение.

Тем не менее внешнее (а возможно, и внутреннее) сходство двух этих тел несомненно, если учесть подобие в составе, средней плотности, размерах, особенностях атмосфер и расстояниях от Солнца. Другой вопрос — вероятность катастрофы таких масштабов и возможность восстановить ее подробности расчетным путем на основе известных в настоящее время орбит. Хотя подобные катастрофы действительно возможны, происхождение Плутона связывается теперь не с Нептуном, а с поясом транснептуновых объектов (поясом Койпера), о котором будет рассказано ниже. Формальным признанием «неполноценности» Плутона как планеты стало решение MAC (2006 г.) о введении нового семейства тел Солнечной системы — планет-карликов, прототипом которых и стал Плутон.

Плутон и Харон

Из-за большого эксцентриситета своей орбиты Плутон с 1979 г. по 1999 г. был ближе к Солнцу, чем Нептун. Начиная с 1930 г., когда он был открыт, Плутон все еще находится к северу от эклиптики, и ныне (2007 г.) его высота над нею около 4 а.е.

Еще в 1960-х гг. было установлено, что блеск Плутона изменяется с периодом 6сут. 9ч. 17мин. Это значение приняли как период вращения Плутона, и не ошиблись. Но оказалось, что это же значение имеют еще два важных периода, связанные с Плутоном. В 1978 г. было доказано, что чуть вытянутая форма изображения Плутона на фотоснимках означает наличие у него спутника. Оба тела имеют близкие размеры, поэтому правильнее называть их двойной планетой или системой двух планет. Тем не менее принято говорить о Плутоне и его спутнике Хароне.

С космического телескопа «Хаббл», для которого не существует проблемы земной атмосферы, впервые удалось сделать снимок, на котором раздельно видны Плутон и Харон. Они так близки друг к другу (<1"), что с Земли их вначале удавалось разделить только методом спекл-интерферометрии, но к 2000 г. новые наземные телескопы с активной оптикой позволили уверенно разделить Плутон и Харон. Период 6,387 сут оказался также периодом их взаимного обращения вокруг общего барицентра. По измеренному периоду и радиусу орбиты удалось измерить общую массу системы Плутон-Харон (1,47×10²² кг.=0,0025 М_⊕). Отношение их масс (1/7) выше, чем у любой другой пары спутник-планета.

Рис. Фото Плутона (слева) и Харона, полученное космическим телескопом «Хаббл» в 1994 г.

Плоскость орбит компонентов повернута к Земле так, что в 1985 г. начались их систематические взаимные затмения (покрытия), длившиеся по нескольку часов. Полная фаза затмений была в 1988 г., а закончились они в 1991 г. Это позволило не только уточнить размеры компонентов, но даже исследовать распределение альбедо по их поверхности. Следующий период затмений повторится только через 124 года. Уменьшение блеска при затмениях составляло поочередно 4 и 8%, из чего сделан вывод, что поверхность Харона на 30% темнее, чем у Плутона. Ныне с телескопа «Хаббл» уже получены нечеткие еще изображения Плутона.

Рис. Плутон.

От Плутона диск Солнца неразличим для невооруженного глаза. Поэтому Солнце там блестит как ослепительная звезда, тускло освещая поверхность. Впрочем, этого освещения должно быть достаточно для телевизионной съемки и даже для чтения.

Атмосфера Плутона

Спектрометрические измерения уверенно указывают на присутствие на Плутоне метана. Но неясно, относятся ли наблюдающиеся метановые полосы к атмосфере или к инею на поверхности. Вероятно, иней метана есть, но и существование атмосферы также доказано, причем она даже не очень разреженная. Вначале исследователи исходили из того, что она состоит из метана, и заключали, что атмосфера Плутона тонка, но на пределе возможностей современной аппаратуры ее удается обнаружить. В полученном спектре отражения Плутона имеются полосы у длин волн 620, 790 и 840 нм., которые совпадают с расчетным спектром поглощения метана. Эти полосы, вероятнее всего, относятся к газовой фазе.

Толщина атмосферы Плутона оценивалась всего в 7,3×10²² молекул/см² (около 1/3 содержания углекислого газа в столбе атмосферы Марса). Но эта оценка относится только к метану. Напомним: у Тритона и Титана азотные атмосферы. В атмосфере Плутона азота тоже может быть много. Возможно и присутствие аргона. Согласно последним измерениям, атмосфера Плутона может быть более плотной, чем предполагалось. В 1988 г. наблюдалось покрытие Плутоном звезды: ее яркость убывала постепенно, в течение нескольких секунд, что несомненно указывает на довольно плотную атмосферу.

Глобальные колебания температуры Плутона должны приводить к накоплению конденсатов метана и азота в полярных шапках зимой и увеличению атмосферной массы летом, в период таяния полярных шапок. Согласно расчетам, уменьшение температуры всего на 2 градуса приводит к конденсации половины атмосферного метана на Плутоне. Поэтому содержание метана в атмосфере должно особенно сильно меняться в зависимости от положения Плутона на орбите, вызывающего сезонные изменения температуры.

Если на Земле смена сезонов в основном обязана наклону экватора планеты к ее орбитальной плоскости, то на Плутоне и Хароне к большому наклону экватора добавляется и большой эксцентриситет орбиты (0,25), что изменяет поток падающего на поверхность солнечного тепла на ±56% за 248 лет. Это приводит к глобальному потеплению в перигелии орбиты и к охлаждению в афелии. Плутон прошел перигелий в 1989 г. Вероятно, значительная часть отложений метана и азота перешла при этом с поверхности в атмосферу.

Ось вращения Плутона ориентирована в нашу эпоху так, что в перигелии и афелии он повернут экватором к Солнцу. Это делает сезонные эффекты довольно замысловатыми. В полярных областях Плутона смена сезонов, в целом, такая же, как на Земле — одна зима и одно лето за год, хотя есть различие между полушариями: в южном быстро наступает лето и медленно — зима, а в северном наоборот. Но в экваториальных областях друг друга сменяют четыре сезона: два сезона низкого Солнца и два — высокого, которые можно назвать «летними», но при этом одно лето более теплое, а другое — более прохладное. В период теплого лета температура достигает —220 °С, а в зимний период опускается до —240 °С. Расчет показывает, что в результате прецессии ось Плутона описывает конус вокруг оси его орбиты с периодом в несколько миллионов лет (у Земли этот период всего 26 тыс. лет). Поэтому примерно через миллион лет ось Плутона, подобно земной оси, будет в перигелии и афелии смотреть в сторону Солнца (под углом 33°), и смена сезонов станет проще: в каждом полушарии будет четкая смена зимы и лета, причем в одном из полушарий лето будет «жарче», чем в другом.