История Плутона
В 1992 году астроном Дэвид Джуитт совершил открытие, которое стало первым в серии объектов пояса Койпера ― области внутри Солнечной системы, расположенной за орбитой Нептуна. К 2016 году ученым уже было известно более 2000 объектов из этого региона. Оказалось, что Плутон также является одним из крупных объектов пояса Койпера. Давайте рассмотрим, как проводились поиски, обнаружение и последующая депланетизация Плутона.
Как искали планету Х
История исследования Плутона достаточно захватывающа. После открытия Нептуна в 1846 году многие ученые с энтузиазмом считали, что стоит продолжить исследования аномалий в движении Урана и Нептуна, в поисках следующей потенциальной планеты. Эту планету называли Планетой X.
Было предпринято несколько попыток обнаружить эту гипотетическую планету, и в ходе этих усилий Плутон даже был заснят на фотографиях, однако его существование оставалось незамеченным. Успех пришел только в 1930 году, когда американский астроном Клайд Томбо, изучая множество фотографий, обнаружил движущуюся точку и определил, что это новая планета. Она обращалась вокруг Солнца за пределами орбиты Нептуна и, следовательно, заслуживала статуса Планеты X ― девятой планеты Солнечной системы. Имя «Плутон» предложила девочка из Великобритании по имени Венеция Берни. Также это имя оказалось символичным, так как в мифологии Плутон был богом подземного царства, что отлично сочеталось с характером этой далекой и таинственной планеты. Кроме того, первые две буквы ― П и Л ― совпадали с инициалами одного из главных энтузиастов поисков Планеты X, Персиваля Лоуэлла.
Что известно о Плутоне с самого начала?
С самого начала исследований о Плутоне стало ясно, что этот объект заметно отличается от других планет Солнечной системы. Во-первых, его орбита вокруг Солнца оказалась значительно вытянутой с высоким эксцентриситетом, в отличие от практически круглых орбит остальных планет. Во-вторых, у Плутона орбита сильно наклонена по отношению к плоскости эклиптики — на 17 градусов. Ученые также обратили внимание на необычное структурное положение: вместо ожидаемой четкой группировки планет, Плутон оказался крайне малым объектом.
Исследование Плутона представляло собой значительный вызов, так как он является маленьким и находится далеко от Солнца, что делает его слабо освещенным. Тем не менее, в течение первых десятилетий исследований был обнаружен его спутник — Харон, который также поразил ученых своими размерами, в два раза меньшими, чем у Плутона. Иногда, ради красоты, Плутон называют двойной планетой, учитывая небольшие размеры его спутника.
Химический состав атмосферы Плутона был определен по наблюдениям затмений звезд. Также был приблизительно известен химический состав его поверхности, включающий замерзший молекулярный азот и метан. Космический телескоп Хаббла позволил получить изображения поверхности Плутона с невысоким разрешением, что выявило лишь несколько ярких и темных областей.
Почему Плутон больше не считается планетой?
Первые сомнения появились в 1992 году, когда исследователи обнаружили первый транснептуновый астероид за орбитой Нептуна. С середины XX века существовали предположения о наличии дополнительных объектов в Солнечной системе в этом регионе. Эти предположения подтвердились открытием объектов в поясе Койпера, начиная с 1992 года. Постепенно стало ясно, что Плутон, далеко не уникальный в своем классе, имеет много схожих объектов за орбитой Нептуна.
Одним из ключевых моментов стало открытие Эриды в 2005 году, объекта сравнимого по размеру с Плутоном. Возник вопрос: если Плутон считается планетой, то почему не распространять это определение на другие схожие объекты? Специалисты, занимающиеся исследованиями транснептуновых объектов, осознали, что Эрида — не последний объект таких размеров в данной области космоса.
Поэтому возник вопрос о том, что мы считаем планетой. С началом открытий планет в других звездных системах с 1995 года, стало ясно, что термин «планета» нуждается в уточнении.
В 2006 году Международный астрономический союз на своей Генеральной ассамблее в Праге принял определение того, что считается планетой. Выяснилось, что все предыдущие определения, включая те, которые относились к Плутону, могли привести к значительному увеличению числа планет в Солнечной системе в будущем, по мере усовершенствования техники наблюдений.
Карликовая планета
Принятое решение определить, что считается планетой, подвергло Плутон статусной переоценке. Теперь планетой признается только тело, вращающееся вокруг Солнца и обладающее сферической формой, что подразумевает достаточно значительную массу для приобретения равновесной фигуры под собственным весом. Кроме того, планета должна «расчистить» свою орбиту от других тел своим тяготением. Это означает ее доминирование в данной области планетной системы.
Плутон не соответствует последнему критерию, и поэтому ему было присвоено дополнительное определение — «карликовая планета». Это решение Международного астрономического союза не было принято всеми с энтузиазмом, что приводит к истории космического аппарата New Horizons.
Запущенный в январе 2006 года, New Horizons был представлен как экспедиция к последней планете Солнечной системы, которую еще не исследовали космические аппараты. Однако в августе того же года было объявлено, что миссия не направлена к планете, а к астероиду. Это решение вызвало недовольство, особенно учитывая, что Плутон был единственной планетой, открытой на американском континенте. В результате этой дискуссии объект, ставший источником споров, назвали Эрида в честь богини раздора. В настоящее время дебаты о том, как классифицировать Плутон, уже не имеют такого значения, поскольку он остается объектом интереса, независимо от своего статуса.
New Horizons: Что узнали о Плутоне
С самого начала своей миссии New Horizons был заявлен как аппарат, предназначенный для пролета мимо Плутона. Создание экспедиции, которая вышла бы на орбиту карликовой планеты или даже приземлилась на ее поверхность, представляло собой сложную, затратную и рискованную задачу. Вместо этого New Horizons спроектировали для проведения наблюдений в течение короткого периода, когда он находился бы вблизи Плутона.
Маршрут
В настоящее время маршруты космических аппаратов редко прокладываются прямыми линиями от Земли до целевого объекта. Вместо этого используются гравитационные маневры, увеличивающие длительность пути, но сэкономившие топливо. Это позволяет использовать больше массы для научного оборудования, снижая общую стоимость миссии.
В случае New Horizons был использован всего один гравитационный маневр в области влияния Юпитера, поскольку это было практичное решение «по пути». Дополнительные маневры в окрестностях Плутона были бы излишними и удлинили бы продолжительность миссии. Аппарат New Horizons получил свою начальную скорость при запуске и еще больше ускорился, используя гравитацию Юпитера. Отсутствие маршевых двигателей, способных изменять скорость, означает, что он не способен выполнять маневры вблизи Плутона, такие как вход в орбиту. Гравитация Юпитера, таким образом, послужила важным этапом в подготовке аппарата и проверке его оборудования.
Открытия миссии New Horizons
До запуска миссии New Horizons наш багаж знаний о Плутоне был крайне ограничен, и большинство данных о планете оказались для нас настоящими сюрпризами. Имея лишь базовую информацию о наличии атмосферы, пяти спутниках и общем строении поверхности, мы столкнулись с удивительной новой реальностью благодаря миссии New Horizons.
Теперь у нас есть подробные карты и детальные схемы, раскрывающие структуру поверхности как самой планеты, так и ее спутников. Благодаря тщательным исследованиям, проведенным в атмосфере Плутона, мы освоили тайны взаимодействия этой атмосферы с солнечными ветрами. В результате накопленной информации мы можем утверждать, что мы знаем о Плутоне столь же много, сколько мы узнали о Марсе за время проведения пяти или даже шести различных космических миссий.
Оказалось, что поверхность Плутона является динамичной и активной, что вызвало пересмотр наших представлений о структуре малых планет. Такие объекты, исследованные ранее в Солнечной системе, казались довольно простыми в строении. В свете новых открытий Плутона, размером с Соединенные Штаты, мы видим, что он обладает сложной структурой, сравнимой с планетами Марса и Земли. Эта неожиданная сложность ставит Плутон в ряд с более крупными исследованными мирами и открывает новые горизонты для понимания формирования малых тел в нашей Солнечной системе.
Атмосфера
Подобно земной, атмосфера Плутона преимущественно состоит из азота, но ее характеризует значительное охлаждение и высокая разреженность, сопоставимая с атмосферой Земли на высоте 80 километров над поверхностью.
Наблюдаемые на Плутоне ветры, туманы и облака представляют собой атмосферные явления, которые обычно ассоциируются с планетами земной группы.
Для изучения атмосферы Плутона мы применили разнообразные инструменты. На фотоснимках удалось выявить несколько слоев облаков, находящихся на высоте 500 километров над поверхностью, а также туман, сконцентрированный ближе к самой поверхности планеты. Спектрометры дали нам возможность определить химический состав атмосферы. Исходя из предварительных данных, мы уже знали, что она содержит азот и небольшие количества углеродного монооксида и метана. Однако благодаря миссии New Horizons мы обнаружили разнообразие других молекул, таких как гидрокарбонаты и нитраты, присутствующих в малых количествах.
Необычная коричневато-красная полярная шапка на Хароне, спутнике Плутона, оказалась следствием уходящей в космос атмосферы планеты, состоящей из органических макромолекул. Эти наблюдения говорят о постепенном исчезновении атмосферы Плутона и предоставляют уникальные данные для понимания динамики и химического состава этого далекого мира.
Поверхность Плутона
Новым значимым открытием является выявление активных ледников на поверхности Плутона. Построение временных рамок для космических объектов представляет собой задачу, исследуемую двумя способами: либо доставкой образца на Землю для лабораторных исследований, либо подсчетом количества кратеров на поверхности объекта. Образование кратеров связано со столкновениями с другими космическими объектами, такими как метеориты, которые непрерывно попадают на планеты. Аналогия с дождем и каплями на бумаге подчеркивает, что чем старше местность, тем больше кратеров на ее поверхности.
Интересным фактом является отсутствие кратеров на самом крупном рельефе Плутона, известном как «сердечко» – азотный ледник, занимающий примерно миллион квадратных километров. Отсутствие кратеров указывает на его молодость. Также отсутствие кратеров на склонах ледяных вулканов указывает на их относительную молодость или текущую активность. Эти признаки подчеркивают, что, подобно Земле, поверхность Плутона постоянно обновляется.
Более того, существует вероятность существования огромного подповерхностного океана на Плутоне. Эта гипотеза открывает новые перспективы для понимания внутренней структуры этого загадочного космического объекта.
Исследование Малых Планет: Уроки от Плутона
Познания, полученные в ходе исследования Плутона, проливают свет на удивительное многообразие и активность малых планет, поддерживая исследования в поясе Койпера и за пределами Солнечной системы. Открытие того, что эти небольшие тела могут оставаться активными даже спустя 4 миллиарда лет после своего формирования, стало настоящим сюрпризом и побудило ученых пересматривать свои представления о природе малых планет.
Сейчас наш взгляд направлен на другие малые планеты в поясе Койпера и далеко за его пределами. Важно понимать, что разнообразие явлений в этом классе планет может оказаться гораздо богаче, чем мы предполагали. Путешествие на Плутон, произведенное аппаратом New Horizons, привнесло значительный вклад в наши знания об этом удивительном космическом объекте, став лакмусовой бумажкой для будущих исследований.
Малые планеты представляют собой наиболее многочисленный класс в Солнечной системе и, возможно, в Галактике. Наш опыт с детальным изучением Плутона вдохновил ученых из США и Европы на стремление отправить следующую миссию, на этот раз с возможностью встать в орбиту. Также планируется исследование других карликовых планет, таких как Эрида, Седна и Хаумеи, с использованием аналогичного оборудования, как на борту New Horizons. Это позволит сравнить их характеристики, включая геологию, атмосферу, внутреннюю структуру и систему спутников, с другими планетами Солнечной системы.
Для полного исследования малых планет космические аппараты необходимы, так как они находятся далеко от Земли, и других методов получения подробных данных пока не существует. Путешествие New Horizons над Плутоном проиллюстрировало, что даже малейшие детали, такие как ледники, вулканы и замерзшие озера, могут остаться невидимыми при изучении с Земли из-за низкого качества изображений. Таким образом, будущие миссии предоставят возможность взглянуть на эти загадочные объекты ближе и яснее.