Алан Стерн - За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

С наступлением в 1960-е гг. эры непосредственных исследований планет они, когда-то бывшие всего лишь точками света, смутно поблескивающими в окуляре телескопа, стали настоящими мирами, которые можно было разведывать и изучать с помощью новых мощных приборов и методов, в том числе тех, которые использовали для исследований нашей родной планеты Земля. В этих мирах были камни и лед, рельеф, погода, облака и климат. Таким образом, их изучением занялись геологи, метеорологи, специалисты по изучению магнитосферы, химики и даже биологи. Несмотря на всю сложность, такие исследования особенно привлекали предприимчивых и авантюрных ученых, которые были в состоянии решать новые сложные задачи на стыке различных дисциплин. Так возникала новая, отдельная область знаний — планетология.

Из всех планет лишь самый отдаленный и труднодостижимый Плутон оставался скрытым в тени таинственным миром, особенно сложным для изучения. Но планетологи любят непростые наблюдения и головоломки, а Плутон обеспечивал их в огромном количестве. Ученые стремятся узнать новое и сделать свой вклад в знания. И благодаря множеству тайн Плутона возникло новое научное сообщество решительно настроенных любителей этой планеты. Жаждущие новой информации ученые разрабатывали все более сложные телескопы и другие более совершенные приборы для того, чтобы разобраться в том, что могли увидеть издалека, с поверхности Земли.

Первое, что удалось узнать о Плутоне с помощью примитивных инструментов, доступных после его открытия в 1930 г., — это размер и форма его орбиты, которая по сравнению с орбитами уже известных в то время планет была просто огромной и чрезвычайно странной. Некоторые думают, что Солнце очень далеко от Земли. Так, в сущности, и есть: до него 150 млн км. Когда мы слышим об этом, наш мозг с трудом может представить что-то, кроме очень, очень большого числа. Поэтому обычно используют аналогии и, если уменьшить Землю, к примеру, до размеров баскетбольного мяча, то Солнце окажется на расстоянии почти 9 км от нее. Но орбита Плутона в среднем находится в 40 раз дальше от Солнца, чем орбита Земли, что в том же самом баскетбольном масштабе означает: Плутон находится в 354 км от мяча!

На таком огромном расстоянии гравитационное влияние Солнца намного слабее, и планеты обращаются гораздо медленнее. В результате на один оборот вокруг Солнца Плутону требуется 248 лет. Только подумайте об этом: примерно один плутонский год назад капитан Кук отплыл в свое первое путешествие из Англии, и прошла всего треть этого года с тех пор, как Клайд Томбо первым заметил точку — Плутон, — которая сместилась в рамке блинк-компаратора в обсерватории Лоуэлла.

К тому же орбита Плутона имеет большой эксцентриситет, то есть его эллиптическая орбита более вытянута, чем орбита любой планеты, расположенной ближе к Солнцу. Из-за этого со времени его открытия и до конца 1980-х гг. Плутон медленно двигался внутрь системы, все больше приближаясь к Земле и Солнцу. В 1950-х гг. его возрастающая яркость и новые инструменты для более точного измерения блеска астрономических объектов впервые позволили измерить кривую блеска Плутона — то, как его яркость меняется при вращении вокруг оси. Из этого анализа удалось выяснить, что существует регулярная пульсация — усиление и уменьшение яркости, которые имеют периодичность ровно 6,39 земных суток. Установив этот медленный постоянный ритм, ученые выяснили продолжительность суток на Плутоне. Тогда как Земле требуется 24 часа для одного оборота, Плутон вращается со сравнительно небольшой скоростью, и сутки длятся в 6,4 раза дольше, то есть они продолжительнее, чем на любой другой планете, за исключением Венеры и Меркурия.

С совершенствованием технических средств в 1970-х гг. астрономы-планетологи также сумели записать первую приблизительную спектрограмму Плутона — определить зависимость его яркости от длины волны. Выяснилось, что в целом планета имеет красноватый оттенок.

В 1976 г. астрономы-планетологи из высокогорной обсерватории на Гавайях обнаружили в спектре Плутона слабые отпечатки следов замерзшего метана (замерзшего природного газа!), который находился на его поверхности [5] Классическая статья, сообщающая об этом открытии и других выводах о размере и отражательной способности поверхности планеты, — «Плутон: доказательства существования замерзшего метана» (Pluto: Evidence for Methane Frost). Ее написали Дэйл Круикшэнк, Карл Пилчер и Дэвид Моррисон и опубликовали в журнале Science 19 ноября 1976 г. — Прим. авт. . Это стало первым свидетельством того, что поверхность планеты имеет поистине экзотический состав. Ученые, обнаружившие метан на Плутоне, поняли, что открытие может дать важную информацию о размерах планеты, которые в то время были еще неизвестны. Все, что исследователи знали на тот момент, — это то, сколько света в целом отражает Плутон. Из этого можно было вывести его размеры, если знать — или предполагать, — какую долю солнечного света отражает его поверхность. Поскольку замерзший метан хорошо отражает свет, его открытие означало, что Плутон, скорее всего, маленький.

Далее, в июне 1978 г. Джеймс «Джим» Кристи, астроном из Военно-морской обсерватории США, обнаружил «дефекты» на некоторых своих фотографиях Плутона. Были ли это какие-то реальные детали рельефа или просто недостатки изображения? Кристи заметил, что у звезд на тех же фотографиях подобных дефектов не было, они имелись только у Плутона. Тогда он проанализировал время, которое проходило между появлениями дефектов, и нашел знакомый период — 6,39 земных суток, один оборот Плутона вокруг своей оси! Другие наблюдатели, оповещенные Кристи, обнаружили то же самое. Таким образом, он открыл, что у Плутона есть спутник, который находится близко к планете и обращается по орбите с периодом, который точно совпадает с сутками на Плутоне. Позже этот спутник назвали Хароном (в англоязычных странах чаще всего произносится как Шарон), в честь лодочника из греческой мифологии, перевозившего мертвых в подземное царство повелителя загробного мира Плутона. Такой выбор названия также позволил Кристи назвать спутник Плутона созвучно с именем своей жены Шарлин. В конце концов, ученые ведь тоже люди [6] Мы должны упомянуть о том, что первоначальный анализ наблюдений, позволивших сделать открытие, был проведен Робертом Харрингтоном и Джеймсом Кристи. Кристи первый заметил «дефекты» и предположил существование спутника, но в научной литературе славу открытия с полным правом делят Кристи и Харрингтон. — Прим. авт. .

Открытие Джеймсом Кристи Харона стало кладезем информации о Плутоне. Тщательные наблюдения за изменениями положения и яркости спутника позволили вычислить размер его орбиты. Это, а также законы физики, наконец, решили трудный вопрос о массе Плутона, и результат оказался несколько неожиданным. В то время как Лоуэлл, Томбо и многие из тех, кто исследовал Плутон вслед за ними, ожидали увидеть планету приблизительно земной массы или даже тяжелее, оказалось, что масса Плутона составляет примерно 1 / 400 от массы Земли. Вместо того чтобы оказаться очередным гигантом, как Нептун, Плутон был меньше всех ранее открытых планет.