Александр Волков - 100 великих загадок астрономии

Он носит имя повелителя подземного царства и держит свой путь в темных глубинах космоса. Само Солнце там едва угадывается – маленький светлый кружок, перекатывающийся над горизонтом. Еще недавно он именовался девятой, самой дальней планетой Солнечной системы. Теперь он разжалован и считается карликовой планетой, наряду с сотнями своих собратьев. Несмотря на все старания астрономов, он по-прежнему остается «великим неизвестным». Ведь он находится слишком далеко от Земли и чересчур мал, чтобы за ним можно было наблюдать с помощью наземных телескопов. Пока сведения о Плутоне, которыми мы располагаем, скудны и ненадежны.

Плутон и его спутник Харон

Астрономы не могут даже поручиться, что знают точно размеры этой планеты и ее плотность. По их подсчетам, плотность Плутона и его спутника, Харона, примерно вдвое выше плотности воды. В таком случае эти небесные тела, вероятно, состоят изо льда и горных пород. Во всем остальном приходится полагаться на гипотезы. Каково внутреннее строение Плутона? Не скрывается ли под его ледяной поверхностью целый океан жидкой воды, как на спутнике Юпитера, Европе? Плутон ведь – очень необычная планета. Поистине, он всегда держался особняком от восьми других больших планет Солнечной системы, к числу которых еще недавно принадлежал.

Сразу после открытия Плутона астрономы стали задаваться вопросами. Откуда он взялся? Возник ли из того же протопланетного облака, что и другие планеты Солнечной системы? Или, может быть, случайно прибился к ней? Ведь если все остальные большие планеты обращаются вокруг Солнца примерно в одной и той же плоскости по круговой или слегка вытянутой орбите, то Плутон движется по эллиптичной орбите, наклоненной под углом почти 17° по отношению к плоскости движения других планет. Периодически он пересекает орбиту Нептуна и оказывается то дальше от Солнца, то ближе к нему, чем Нептун.

Своим открытием Плутон обязан окраске. Он гораздо светлее других транснептуновых объектов, которые начали обнаруживать лишь в 1990-е годы, через шесть десятилетий после того, как был замечен Плутон. Поначалу астрономы считали, что эта планета не уступает по размерам Марсу. Лишь к концу 1980-х годов, наблюдая за тем, как спутник Плутона, Харон, покрывает его поверхность, ученым удалось точнее оценить размеры Плутона. Его диаметр, по их подсчетам, составлял 2390 километров. Наблюдения, проведенные с помощью телескопа «Хаббл», заставили подкорректировать эту цифру, но не принесли желаемой точности: 2280–2330 километров.

В 1975 году удалось установить, почему Плутон окрашен в светлые тона. Американские астрономы Дейл Крукшенк, Дэвид Моррисон и Карл Пилчер обнаружили в его инфракрасном спектре следы метанового льда. По меньшей мере часть поверхности Плутона покрыта им. Позднейшие наблюдения, выполненные с помощью телескопа «Хаббл», выявили на этой планете значительные запасы замерзшего азота, а также водяной лед и замерзший моноксид углерода. Это позволило предположить, что на поверхности Плутона есть ледяные вулканы, которые выбрасывают наружу жидкий азот.

Фотографии, сделанные телескопом «Хаббл», пусть и были очень нечеткими, выявили еще одну особенность Плутона. Его поверхность вовсе не являлась однородно светлой, там имелись и темные пятна, особенно выделявшиеся на светлом фоне. Что это за пятна? Может быть, какие-то органические соединения? Район южного полюса, например, окрашен в очень яркие тона. Вероятно, он покрыт замерзшим азотом, смешанным с метановым льдом. Экваториальные области, наоборот, выглядят темными вкраплениями. Чем дальше на север, тем слабее становится темная окраска, сменяясь сероватыми цветами.

Опираясь на компьютерные модели, астрономы предполагает, что у Плутона имеется твердое каменное ядро, которое разогревается за счет естественной радиоактивности и окружено мантией. Содержание горных пород и, возможно, металлов оценивается в этих моделях в 65–70 %, а льда и жидких материалов, например воды, – в 30–35 %.

В июне 1988 года, наблюдая за тем, как Плутон покрывает звезду, астрономы пришли к выводу, что у него имеется атмосфера. При этом было сделано любопытное наблюдение. Звездный свет, похоже, не проникает к поверхности планеты. Возможно, этому мешает густой облачный покров. В 2005 году телескоп «Хаббл» помог определить температуру на поверхности Плутона: –230 °C. Это примерно на десять градусов ниже, чем явствовало из прежних расчетов. Очевидно, какие-то процессы, протекающие в атмосфере, способствуют резкому охлаждению Плутона.

Из чего вообще состоит его атмосфера? Из наблюдений за кометами известно, что близ Солнца лед с их поверхности начинает испаряться, минуя жидкую фазу. Вероятно, сублимация ледяного покрова происходит и на Плутоне. Поэтому его атмосфера должна содержать те же газы – азот, метан и оксид углерода, что в виде льда покрывают его поверхность.

К слову, температура воздушной оболочки Плутона примерно на 40 градусов выше, чем его поверхности. Подобный эффект обусловлен тем, что в его атмосфере содержится метан. Этот парниковый газ поглощает солнечный свет, что приводит к разогреву атмосферы.

В 2011 году британские астрономы, которые вели наблюдение за Плутоном с помощью телескопа имени Максвелла, сооруженного на Гавайских островах, установили, что толщина газовой оболочкой, окружающей Плутон, достигает 3000 километров. Это в 30 раз больше, чем предполагалось прежде. Таким образом, почти четверть промежутка, разделяющего две планеты, Плутон и Харон, занято этой воздушной оболочкой. Для сравнения: внешний слой атмосферы Земли – экзосфера – заканчивается примерно в 10 тысячах километров от планеты. Возможно, солнечный ветер отгоняет эту газообразную оболочку подобно тому, как распускает хвост кометы. А что если Плутон, да и Харон, являются… кометами, только очень большими?

Плутон и Харон образуют двойную планетную систему. Они довольно близки по размерам; их массы соотносятся как 1: 8. Для сравнения: Земля весит в 81 раз больше, чем Луна. Расстояние между ними составляет всего 17 радиусов Плутона, а потому общий центр масс этой системы располагается не в недрах Плутона, а в пространстве, разделяющем обе планеты, – и это имеет последствия. Если Луна обращается вокруг Земли, то Плутон и Харон совместно обращаются вокруг общего центра масс, лежащего между ними. Так вальсирующие, взявшись за руки, кружатся вокруг некой точки пространства, разделяющей их.